專利名稱：月球表面反射率遙感反演方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種月球表面反射率遙感反演方法，屬遙感技術和測繪學領域。
技術背景-
目標波譜特性(包括反射率)的研究是遙感器工作參數(shù)選擇、遙感試驗策劃、目標特征 信息提取和遙感圖像處理分析等工作的必要依據(jù)和基礎。月球表面反射率也是進行月球表面 鄰坡反射輻射計算必須的參數(shù)。利用月球遙感數(shù)據(jù)進行月球表面反射率逐點反演計算，由于 月球和地球環(huán)境的差異，本項技術與常規(guī)地面反射率遙感反演有明顯的不同，對于人類無法 使用儀器進行逐點實測的天體(包括月球)遙感探測有重要意義。
本項發(fā)明是基于數(shù)字高程模型(DEM， digital elevation model)數(shù)據(jù)和月球表面遙感 圖像，進行月球表面反射率逐點反演。本文的月球表面反射率遙感反演研究屬原創(chuàng)性研究， 有關文獻無相關報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于填補現(xiàn)有技術存在的空白，提供月球表面反射率遙感反演方法。 為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的構思是
本發(fā)明是基于DEM數(shù)據(jù)和月球表面遙感圖像，進行月球表面反射率的逐點反演首先利 用與遙感圖像匹配的DEM和太陽方位參數(shù)(包括太陽高度角和方位角)進行遙感圖像的陰影 判斷，將月球表面遙感圖像的像元分為兩類，非陰影像元和陰影像元，并分別對其采用不同 的方法進行反射率反演。對于非陰影像元，通過反復迭代計算太陽直射光照度和鄰坡反射輻 射照度來反演反射率，陰影像元利用鄰坡反射輻射照度來反演反射率。 根據(jù)上述的發(fā)明構思，本發(fā)明采用的技術方案如下 一種月球表面反射率遙感反演方法，其特征在于具體操作步驟如下
1) 月球遙感數(shù)字圖像與數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)的獲取與匹配；
2) 月球遙感圖像的陰影判斷；
3) 非陰影像元的反射率反演；
4) 陰影像元的反射率反演。
上述步驟3)非陰影像元的反射率反演的步驟如下
在月球表面遙感圖像中，非陰影像元的遙感值由兩部分組成——太陽直射光輻射遙感分 量和鄰坡反射輻射遙感分量，即"A^;PA^+DA^;非陰影像元的反射率采用迭代算法來反
4演計算，并逐步逼近其真值
(1) 假設月表遙感圖像的非陰影像元僅獲得直射光"A^;DA^.:由于非陰影像元上太
陽直射光照度大大的高于鄰坡反射輻射照度，所以首先可以假設非陰影像元僅獲得太陽直射 光照度，不考慮鄰坡反射輻射。
(2) 計算直射光地形改正系數(shù)& ，求水平面上的遙感值DA^ = Z)A^. /& ;
直射光地形改正系數(shù)&根據(jù)公式^; =1-tg ctg《cos^.求得，其中 為像元坡角；《 為太陽高度角；％是像元坡向角4/與太陽方位角之差的絕對值，"y和4/可從相應的DEM 中獲得；《和J;可根據(jù)遙感圖像中星下點的信息計算得到；
(3) 根據(jù)水平面上的遙感值公式"A^ =《 & /tt ， 、《,)分別為水平面上的太
陽直射光遙感分量和水平面上的太陽直射光光照度分量，求得初始反射率i / ，
(4) 計算像元鄰坡照度五 ，求得鄰坡反射輻射遙感分量￡>7\、=《/為
第m次迭代后的反射率；
像元鄰坡照度五 ,.與鄰坡反射點P 的反射率A,之間的關系式為
& =丄￡￡麗《 .Scos《,cos A, /4 .《,2 ，其中冊w為鄰坡反射點的遙感值，S為像元面 尺"1 /=1
積，《,為入射光線與反射像元iV法向量的夾角，A,為鄰坡反射點4的入射光線與目標坡面
像元A法向量的夾角，《為鄰坡反射點4到坡面像元A的距離，M、 N是像元的行數(shù)和列數(shù)；
(5) 求太陽直射光輻射遙感分量DA^.-DA^-ZW .；
(6) 再次計算直射光地形改正系數(shù)&，求水平面上的遙感值DA^-DA^/^;
(7) 根據(jù)公式ZW;y = K. & 《y /t ，求得迭代m+l次的反射率i y ,
(8) 判斷是否滿足7 /+1-/ / <s， s為一個無限小的數(shù)，若滿足則輸出反射率《
m+l
否則將nFm+l，重復迭代執(zhí)行步驟(4)至步驟(8)，直到滿足條件(8)輸出反射率。 上述步驟4)陰影像元的反射率反演的步驟如下
月球表面遙感圖像的陰影像元，沒有陽光照射，因此像元的遙感值只為鄰坡反射輻射遙 感分量，即DA^;DA^;陰影像元的反射率^可由遙感公式i '廣;ri)Ay^^得到，其中，￡,y是遙感圖像上像元點&的鄰坡反射輻射照度，DA^是&點的遙感值。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點 本發(fā)明是基于DEM數(shù)據(jù)和月球表面遙感圖像，進行月球表面反射率的逐點反演，本反演 的計算方法屬原創(chuàng)性的，與常規(guī)地面反射率遙感反演有明顯的不同。本方法對于人類無法使 用儀器進行逐點實測的天體(包括月球)遙感探測有重要意義。本發(fā)明反演月球表面遙感圖 像的像元反射率，在月球遙感信息中突出了月面物質(zhì)的波譜特性，是自然界無法直接獲取的 月面重要信息。本發(fā)明在月球探測的理論上和技術上，月球研究的方法論和認識論方面均有 重要價值。


圖1是本發(fā)明月球表面反射率遙感反演的流程圖。 圖2是月球表面非陰影像元放射率反演的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例結合

如下與地球相比，月球表面沒有大氣，因此大 氣影響可以忽略。因此月球表面遙感圖像的像元光輻射照度主要由兩部分組成太陽直射光 輻射照度和鄰坡反射輻射光照度。即&;Ay+五 。其中，&、 ^和^分別為月球表面遙
感圖像像元地面的光輻射照度，太陽直射光光照度分量和鄰坡反射光照度分量。像元的遙感
值也有同樣的關系式= iW對+ DA^.=〖 & & /;r =《 A (￡對+ ~ )/;r 。其中，ZWy.、 ￡Wiy. DA^分別為月球表面遙感圖像像元遙感值，太陽直射光輻射遙感分量和鄰坡反射輻射
遙感分量。A.為目標像元的反射率，^為傳感器增益系數(shù)。
我們利用與遙感圖像匹配的DEM和太陽位參數(shù)進行遙感圖像的陰影判斷，將月球表面遙 感圖像的像元分為兩類，非陰影像元和陰影像元，并分別對其采用不同的方法進行反射率反 演。對于非陰影像元，通過反復迭代計算太陽直射光照度和鄰坡反射輻射照度來反演反射率,
陰影像元利用鄰坡反射輻射照度來反演反射率。月球表面反射率遙感反演包括非陰影像元的 反射率反演和陰影像元的反射率反演。其具體操作步驟如下(參見圖l):
1、 月球遙感數(shù)字圖像與數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)的獲取與匹配；
2、 月球遙感圖像的陰影判斷；
3、 非陰影像元的反射率反演；
4、 陰影像元的反射率反演。
6步驟1中的月球遙感數(shù)字圖像與數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)的獲取與匹配是遙感常規(guī)操作。 步驟2中的月球遙感圖像的陰影判斷不是本專利的主要保護內(nèi)容，故陰影判斷的方法從略。
步驟3中的非陰影像元的反射率反演的步驟如下(參見圖2):
在月球表面遙感圖像中，非陰影像元的遙感值由兩部分組成，太陽直射光輻射遙感分量 和鄰坡反射輻射遙感分量，即"A^-Z)A^.+"A^。非陰影像元的反射率采用迭代算法來反演
計算，并逐步逼近其真值。
(1) 假設月表遙感圖像的非陰影像元僅獲得直射光=￡Wsy:由于非陰影像元上太
陽直射光照度大大的高于鄰坡反射輻射照度，所以首先可以假設非陰影像元僅獲得太陽直射 光照度，不考慮鄰坡反射輻射。
(2) 計算直射光地形改正系數(shù)& ，求水平面上的遙感值DA^. = Z)iVw / & 。
直射光地形改正系數(shù)&根據(jù)公式5 =1-tg ctg《cos,求得，其中 為像元坡角；《 為太陽高度角；^是像元坡向角4.與太陽方位角J^之差的絕對值。 和4/可以從相應的 DEM中獲得《和Z^可以根據(jù)遙感圖像中星下點的信息計算得到。
(3) 根據(jù)水平面上的遙感值公式"7\^ =尺.& .五^ /;r ( DA^ 、《分別為水平面上的太 陽直射光遙感分量和水平面上的太陽直射光光照度分量)，求得初始反射率i / 。
(4) 計算像元鄰坡照度'求得鄰坡反射輻射遙感分量DiV,廣《.( 7 ,m為 第m次迭代后的反射率)。
像元鄰坡照度i^與鄰坡反射點尸w (非陰影像元)的反射率&之間的關系式為
& -丄￡1>^ .Scos&, cos A, . A2 。其中￡WW為鄰坡反射點&的遙感值，S為像元面
積，《,為入射光線與反射像元^法向量的夾角，A,為鄰坡反射點^的入射光線與目標坡面 像元iV法向量的夾角，《為鄰坡反射點4到坡面像元^的距離，M、 N是像元的行數(shù)和列數(shù)。
(5) 求太陽直射光輻射遙感分量Z)iVfZ)iV 。
(6) 再次計算直射光地形改正系數(shù)巧,，求水平面上的遙感值= /。
7(7) 根據(jù)公式ZW;y =尺/;r，求得迭代m+l次的反射率。
(8) 判斷是否滿足7 /+1-《/ <e (s為一個無限小的數(shù))，若滿足則輸出反射率"
否則將『m+l，重復迭代執(zhí)行步驟(4)至步驟(8)，直到滿足條件(8)輸出反射率。
步驟4中的陰影像元的反射率反演的步驟如下 對于月球表面遙感圖像的陰影像元，沒有陽光照射，因此像元的遙感值只為鄰坡反射輻射遙 感分量，即D =DA^。陰影像元的反射率^可由遙感公式i '^7TDiVy./&得到。其中，
五w是遙感圖像上像元點A的鄰坡反射輻射照度，DA^.是^點的遙感值。
權利要求
1. 一種月球表面反射率遙感反演方法，其特征在于基于DEM數(shù)據(jù)和月球表面遙感圖像，進行月球表面反射率的逐點反演首先利用與遙感圖像匹配的DEM和太陽方位參數(shù)，包括太陽高度角和方位角，進行遙感圖像的陰影判斷，將月球表面遙感圖像的像元分為兩類，即非陰影像元和陰影像元，并分別對其采用不同的方法進行反射率反演；對于非陰影像元，通過反復迭代計算太陽直射光照度和鄰坡反射輻射照度來反演反射率，對于陰影像元利用鄰坡反射輻射照度來反演反射率；具體操作步驟如下1)月球遙感數(shù)字圖像與數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)的獲取與匹配；2)月球遙感圖像的陰影判斷；3)非陰影像元的反射率反演；4)陰影像元的反射率反演。
2. 根據(jù)權利要求l所述的月球表面反射率遙感反演方法，其特征在于所述的步驟3)非陰影 像元的反射率反演的步驟如下在月球表面遙感圖像中，非陰影像元的遙感值由兩部分組 成——太陽直射光輻射遙感分量和鄰坡反射輻射遙感分量，即ZM^, = DiV.w. + DiV ；非陰影像元的反射率采用迭代算法來反演計算，并逐步逼近其真值-(1) 假設月表遙感圖像的非陰影像元僅獲得直射光DA^-DA^.:由于非陰影像元上太陽直射光照度大大的高于鄰坡反射輻射照度，所以首先可以假設非陰影像元僅獲得太陽直 射光照度，不考慮鄰坡反射輻射。(2) 計算直射光地形改正系數(shù)& ，求水平面上的遙感值Z)A^. = DA^. / & ;直射光地形改正系數(shù)巧根據(jù)公式巧=1-tg Ctg《COS 求得，其中,為像元坡角；《為太陽高度角；是像元坡向角4與太陽方位角」^,之差的絕對值，"々和4可從相應的DEM 中獲得；《和乂^可根據(jù)遙感圖像中星下點的信息計算得到；(3) 根據(jù)水平面上的遙感值公式DiV^ =〖 & .五^ /;r ， DA^. 、 分別為水平面上的太陽 直射光遙感分量和水平面上的太陽直射光光照度分量，求得初始反射率&g ;(4) 計算像元鄰坡照度五w，求得鄰坡反射輻射遙感分量DJV,f《， W/為第m 次迭代后的反射率；像元鄰坡照度與鄰坡反射點尸《的反射率i w之間的關系式為 五 =丄li麗w《cos《,cos/ w .《,2 ，其中冊w為鄰坡反射點Pw的遙感值，S為像元面《A=1 /=1積，《,為入射光線與反射像元iv法向量的夾角，A,為鄰坡反射點^的入射光線與目標坡面像元A法向量的夾角，《為鄰坡反射點A到坡面像元《.的距離，M、 N是像元的行數(shù)和列數(shù);(5) 求太陽直射光輻射遙感分量DA^= DA^-"A^ ;(6) 再次計算直射光地形改正系數(shù)&，求水平面上的遙感值IM^ =DJV,y//^(7) 根據(jù)公式iW;廣乙A.《/7r，求得迭代ra+l次的反射率&";(8) 判斷是否滿足liV"+'-i /l〈s， s為一個無限小的數(shù)，若滿足則輸出反射率/ ;"+1,否則將iiRn+l，重復迭代執(zhí)行步驟(4)至步驟(8)，直到滿足條件(8)輸出反射率。
3.根據(jù)權利要求l所述的月球表面反射率遙感反演方法，其特征在于所述的步驟4)陰影像 元的反射率反演的步驟如下月球表面遙感圖像的陰影像元，沒有陽光照射，因此像元的 遙感值只為鄰坡反射輻射遙感分量，即ZW", 陰影像元的反射率/^,可由遙感公式i^-;rf)A^/K.A,得到，其中，五^是遙感圖像上像元點A的鄰坡反射輻射照度，DA^.是g,點的遙感值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種月球表面反射率遙感反演方法。它是基于DEM數(shù)據(jù)和月球表面遙感圖像，進行月球表面反射率的逐點反演首先利用與遙感圖像匹配的DEM和太陽方位參數(shù)，包括太陽高度角，進行遙感圖像的陰影判斷，將月球表面遙感圖像的像元分為非陰影像元和陰影像元兩類，并分別對其采用不同的方法進行反射率反演。對于非陰影像元，通過反復迭代計算太陽直射光照度和鄰坡反射輻射照度來反演反射率；對于陰影像元利用鄰坡反射輻射照度來反演反射率。本反演的計算方法屬原創(chuàng)性的，對于人類無法使用儀器進行逐點實測的天體(包括月球)遙感探測有重要意義。本發(fā)明在月球探測到理論上和技術上，月球研究的方法論和認識論方面均有重要價值。
文檔編號G01S7/48GK101458328SQ200910044830
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月4日 優(yōu)先權日2009年1月4日
發(fā)明者靜 常, 曾齊紅, 李先華, 羅慶洲, 微 黃, 睿 黃 申請人:上海大學