專利名稱：基于目標空譜信息嵌入的高光譜遙感數(shù)據(jù)仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于目標空譜信息嵌入的高光譜遙感數(shù)據(jù)仿真方法，屬于遙感光譜數(shù)據(jù)仿真技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
遙感一般指運用傳感器對物體的電磁波的輻射、反射特性的探測，并根據(jù)其特性對物體的性質(zhì)、特征和狀態(tài)進行分析的理論、方法和應用的科學技木。遙感資源一般是指采用航空、航天運載工具，通過傳感器獲得的不同數(shù)據(jù)類型，比如可見光、多光譜、高光譜、SAR及紅外等，不同時相及不同分辨率，比如包括時間分辨率、空間分辨率和光譜分辨率的數(shù)據(jù)。遙感資源現(xiàn)已廣泛應用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，具有廣泛的應用前景。 遙感技術(shù)飛速發(fā)展，其系統(tǒng)越來越復雜、種類越來越繁多，這些給系統(tǒng)設計帶來了諸多困難。高光譜遙感是ー種新型的遙感技術(shù)，它是光譜技術(shù)和成像技術(shù)的有機結(jié)合，也是遙感技術(shù)發(fā)展的重要新方向。目前缺少含有目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)，如果能夠獲得添加目標后的仿真數(shù)據(jù)，對于系統(tǒng)指標的設計及系統(tǒng)的應用范圍的確定將具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有遙感仿真技術(shù)中的高光譜遙感數(shù)據(jù)中缺乏目標的問題，提供一種基于目標空譜信息嵌入的高光譜遙感數(shù)據(jù)仿真方法。本發(fā)明所述基于目標空譜信息嵌入的高光譜遙感數(shù)據(jù)仿真方法，它包括以下步驟步驟ー生成目標空間信息；步驟ニ 生成目標光譜信息；步驟三將步驟一和步驟ニ生成的信息進行合成生成目標空譜信息；步驟四將該目標空譜信息嵌入到高光譜背景信息中，形成包含目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)。所述步驟一中生成目標空間信息的具體方法為在目標形狀模板庫中選擇目標空間形狀模板，該模板的空間信息是通過拍照的方式來生成的；然后以高光譜背景信息的空間分辨率為基準，對目標空間形狀模板進行空間采樣，以達到二者空間分辨率的一致，從而生成目標空間信息。所述步驟ニ中生成目標光譜信息的具體方法為根據(jù)步驟一中所述目標空間信息對應的目標的材質(zhì)，在光譜庫中選取對應的歸一化后的反射率光譜，生成目標光譜信息。所述步驟三中將步驟ー和步驟ニ生成的信息進行合成生成目標空譜信息的具體方法為逐一把空間形狀模板中的每ー個像素對應的歸ー化的灰度值乘以該像素對應的的歸ー化后的反射率光譜，形成歸ー化的目標空譜信息，將歸ー化的目標空譜信息乘以高光譜背景信息中的最大灰度值，生成目標空譜信息。所述步驟四中將該目標空譜信息嵌入到高光譜背景信息中，形成包含目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)的具體方法為確定目標空譜信息在高光譜背景信息中的待嵌入位置，將該待嵌入位置處的相應像素替換為目標空譜信息，并將該目標空譜信息的邊緣進行均值濾波，形成包含目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)。 本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明針對高光譜數(shù)據(jù)中缺乏目標的情況，把包含目標空間特性和光譜特性的信息嵌入到高光譜背景數(shù)據(jù)中，形成包含目標信息的高光譜仿真數(shù)據(jù)，有利于在后續(xù)遙感系統(tǒng)指標的設計及系統(tǒng)的應用范圍的確定上滿足應用的需要。本發(fā)明方法達到了仿真結(jié)果的有效、合理。在使用中根據(jù)建立的光譜庫改變場景的光譜特性，可以仿真生成多種材質(zhì)下目標的光譜特性，為高光譜遙感器的研制提供參考。


圖I為將目標空譜信息嵌入到高光譜背景信息中的原理示意圖；圖2為包含目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)的生成框圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖I至圖2說明本實施方式，本實施方式基于目標空譜信息嵌入的高光譜遙感數(shù)據(jù)仿真方法，其特征在于它包括以下步驟步驟ー生成目標空間信息；步驟ニ 生成目標光譜信息；步驟三將步驟一和步驟ニ生成的信息進行合成生成目標空譜信息；步驟四將該目標空譜信息嵌入到高光譜背景信息中，形成包含目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)。
具體實施方式
ニ 本實施方式為對實施方式ー的進ー步說明，本實施方式所述步驟一中生成目標空間信息的具體方法為在目標形狀模板庫中選擇目標空間形狀模板，該模板的空間信息是通過拍照的方式來生成的；然后以高光譜背景信息的空間分辨率為基準，對目標空間形狀模板進行空間采樣，以達到二者空間分辨率的一致，從而生成目標空間信息。本實施方式中目標空間信息的生成高光譜背景信息中既包含空間信息也包含光譜信息，因此嵌入的目標也要包含這兩類信息。首先需要生成的是目標的空間信息，在目標空間信息的生成過程中又包含兩個部分空間形狀模板的選擇和灰度信息的生成?？稍谇捌谡{(diào)研的基礎(chǔ)上，選擇具有代表意義的典型目標，并生成感興趣目標的模板庫及該模板各個目標像素所對應的灰度值?；叶刃畔⒌墨@取可以根據(jù)不同目標在全色波段范圍內(nèi)通常的反射能量，通?？梢酝ㄟ^拍照的方式來生成。在模板庫中的目標到高光譜數(shù)據(jù)中的目標需要一個空間分辨率的轉(zhuǎn)變，在這個過程中可以根據(jù)模板庫中的目標空間分辨率和高光譜背景數(shù)據(jù)的空間分辨率進行合理的采樣，以達到空間分辨率的一致。在嵌入過程中需要從模板庫中選取待加入目標的空間模板并把對應的灰度信息進行歸一化處理。
具體實施方式
三本實施方式為對實施方式ニ的進ー步說明，本實施方式所述步驟ニ中生成目標光譜信息的具體方法為根據(jù)步驟一中所述目標空間信息對應的目標的材質(zhì)，在光譜庫中選取對應的歸一化后的反射率光譜，生成目標光譜信息。本實施方式中，在確定目標模板和灰度信息的基礎(chǔ)上，生成目標區(qū)域所對應的光譜特征。首先需要建立目標的光譜庫，光譜庫的建立可以通過實測各種目標的光譜來實現(xiàn)，也可以通過獲取獲得廣泛應用的成熟光譜庫的方式實現(xiàn)。光譜信息的生成需要根據(jù)目標實際的材質(zhì)在光譜庫中選取對應的光譜，需要注意的是要選取歸ー化后的反射率光譜。
具體實施方式
四下面結(jié)合圖I和圖2說明本實施方式，本實施方式為對實施方式三的進ー步說明，本實施方式所述步驟三中將步驟ー和步驟ニ生成的信息進行合成生成目標空譜信息的具體方法為逐一把空間形狀模板中的每ー個像素對應的歸ー化的灰度值乘以該像素對應的 的歸ー化后的反射率光譜，形成歸ー化的目標空譜信息，將歸ー化的目標空譜信息乘以高光譜背景信息中的最大灰度值，生成目標空譜信息。本實施方式中，把前兩步的信息進行合成并嵌入到高光譜背景數(shù)據(jù)中。目標空譜信息的生成是在目標所在空間位置根據(jù)光譜信息生成的，其實現(xiàn)過程是把每ー個像素對應的歸ー化的灰度值乘以歸ー化的反射率光譜，形成歸ー化的目標空譜信息。然后將歸ー化的空譜信息乘以高光譜背景數(shù)據(jù)中最大灰度值，該最大灰度值如果量化位數(shù)為12,則為4095,即212-1，生成目標空譜信息。
具體實施方式
五下面結(jié)合圖I和圖2說明本實施方式，下面結(jié)合本實施方式為對實施方式四的進ー步說明，本實施方式所述步驟四中將該目標空譜信息嵌入到高光譜背景信息中，形成包含目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)的具體方法為確定目標空譜信息在高光譜背景信息中的待嵌入位置，將該待嵌入位置處的相應像素替換為目標空譜信息，并將該目標空譜信息的邊緣進行均值濾波，形成包含目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)。本實施方式中，遙感數(shù)據(jù)的成像過程可以表示為/(XしV)=丨 r(x,y7A)xv(A)dA，其中r(X，y，A)為待成像地物的反射強度，V(X)為某一波長下的相對效率函數(shù)。入C1和X1為傳感器所能接收到的波長，其中\(zhòng)為起始波長，X1為截止波長。如果目標的空間數(shù)據(jù)是在可見光范圍內(nèi)成像，則X ^為0. 4 i! m，入i為0. 7 i! m ;x為空間橫軸坐標，y為空間縱軸坐標，入為波長，I(x，y)為傳感器接收到的能量。而對于高光譜成像而言，有上百個分量/,.(^v)=r{x,yy.)xv{A)dA
為,i=l，2，…，N(2)對于場景仿真而言，需要處理的是r(x，y，入)。在目標嵌入的過程中，最關(guān)鍵的是需要處理好背景rB(x，y，入)和待嵌入目標&(\7，X)之間的關(guān)系。對于高光譜數(shù)據(jù)，不僅需要考慮空間信息，還需考慮光譜信息；IiU, y)為第i個波段傳感器接收到的能量，ん為第i個波段傳感器的起始波長，A Xi為第i個波段傳感器的波段寬度。把目標的空間光譜信息嵌入到高光譜背景數(shù)據(jù)中去的原理圖如圖I所示。在目標空譜信息嵌入過程中，首先需要明確背景的空間及光譜分辨率，以此為根據(jù)分別處理待嵌入目標的空間信息及光譜信息，完成目標、背景的空譜信息的統(tǒng)一，然后把目標空譜信息嵌入到高光譜背景信息中，最終形成包含目標的高光譜數(shù)據(jù)。對于高光譜數(shù)據(jù)的目標嵌入而言，分為三部分目標空間信息的生成、目標光譜信息的生成及空譜信息聯(lián)合嵌入，嵌入過程如圖2所示。本實施方式實現(xiàn)了目標空譜信息的聯(lián)合嵌入在高光譜背景信息中選定待嵌入目標的位置，然后把相應像素的高光譜背景數(shù)據(jù)替換為目標的空譜數(shù)據(jù)。為了減少目標灰度與背景灰度的不一致性，把嵌入目標的邊緣進行均值濾波，使所生成的數(shù)據(jù)更接近實際獲得的數(shù)據(jù)的效果。
經(jīng)過以上四個步驟，便可以把相應的目標加入到高光譜背景數(shù)據(jù)中去，形成包含目標的高光譜數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以進行相應的實驗，來確定高光譜遙感相關(guān)指標的合理性，為高光譜遙感器的研制及指標論證提供參考。
權(quán)利要求
1.一種基于目標空譜信息嵌入的高光譜遙感數(shù)據(jù)仿真方法，其特征在于它包括以下步驟 步驟一生成目標空間信息； 步驟ニ生成目標光譜信息； 步驟三將步驟一和步驟ニ生成的信息進行合成生成目標空譜信息； 步驟四將該目標空譜信息嵌入到高光譜背景信息中，形成包含目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于目標空譜信息嵌入的高光譜遙感數(shù)據(jù)仿真方法，其特征在于所述步驟一中生成目標空間信息的具體方法為 在目標形狀模板庫中選擇目標空間形狀模板，該模板的空間信息是通過拍照的方式來生成的；然后以高光譜背景信息的空間分辨率為基準，對目標空間形狀模板進行空間采樣，以達到二者空間分辨率的一致，從而生成目標空間信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于目標空譜信息嵌入的高光譜遙感數(shù)據(jù)仿真方法，其特征在于所述步驟ニ中生成目標光譜信息的具體方法為 根據(jù)步驟一中所述目標空間信息對應的目標的材質(zhì)，在光譜庫中選取對應的歸一化后的反射率光譜，生成目標光譜信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于目標空譜信息嵌入的高光譜遙感數(shù)據(jù)仿真方法，其特征在于所述步驟三中將步驟ー和步驟ニ生成的信息進行合成生成目標空譜信息的具體方法為 逐一把空間形狀模板中的每ー個像素對應的歸ー化的灰度值乘以該像素對應的的歸一化后的反射率光譜，形成歸ー化的目標空譜信息，將歸ー化的目標空譜信息乘以高光譜背景信息中的最大灰度值，生成目標空譜信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于目標空譜信息嵌入的高光譜遙感數(shù)據(jù)仿真方法，其特征在于所述步驟四中將該目標空譜信息嵌入到高光譜背景信息中，形成包含目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)的具體方法為 確定目標空譜信息在高光譜背景信息中的待嵌入位置，將該待嵌入位置處的相應像素替換為目標空譜信息，并將該目標空譜信息的邊緣進行均值濾波，形成包含目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)。
全文摘要
基于目標空譜信息嵌入的高光譜遙感數(shù)據(jù)仿真方法，屬于遙感光譜數(shù)據(jù)仿真技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有遙感仿真技術(shù)中的高光譜遙感數(shù)據(jù)中缺乏目標的問題。它包括以下四個步驟步驟一生成目標空間信息；步驟二生成目標光譜信息；步驟三將步驟一和步驟二生成的信息進行合成生成目標空譜信息；步驟四將該目標空譜信息嵌入到高光譜背景信息中，形成包含目標的高光譜遙感數(shù)據(jù)。本發(fā)明適用于仿真高光譜遙感數(shù)據(jù)。
文檔編號G01J3/28GK102829867SQ20121030056
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者陳雨時, 陳雪華, 王晶 申請人:哈爾濱工業(yè)大學