高空間分辨率全色通道絕對定標系數(shù)模擬及交叉定標方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星影像處理技術領域，更具體地，涉及一種高空間分辨率全色通道 絕對定標系數(shù)模擬及交叉定標方法。 技術背景
[0002] 光學遙感影像的輻射定標是定量遙感的基本預處理環(huán)節(jié)。對于可見光、近紅外、多 光譜或高光譜等各類常見的光學遙感成像儀的原始影像數(shù)據(jù)，通過輻射定標可以由影像的 DN值得到其對應通道的輻射亮度值，從而客觀反映地表覆被大氣表觀上特定通道內的物理 特性，是大氣校正、地物波譜應用、遙感產(chǎn)品反演的前提，具有重要意義。而輻射定標環(huán)節(jié)最 重要的物理參數(shù)即絕對定標系數(shù)，是綜合考慮大氣中諸多因素對輻射傳輸影響的結果。
[0003] 對于絕對定標系數(shù)，目前常用的、精度較高的獲取方法是進行在軌衛(wèi)星的場地定 標。然而，場地定標的方法對定標場地的要求較高，需要場地具有開闊平坦、地表均一、方 向特性好，并且要求場地上方具有大氣活動穩(wěn)定、水汽含量少等特點，目前我國國家遙感輻 射校正場只有敦煌陸面試驗場和青海湖水面試驗場。此外，由于星載傳感器在軌極端環(huán)境 的影響，其光敏元件靈敏程度會隨時間不斷衰退，相應生產(chǎn)的影像的絕對定標系數(shù)也會隨 時間改變，我國資源衛(wèi)星應用中心對國產(chǎn)高空間分辨率衛(wèi)星影像的絕對定標系數(shù)每年更新 一次，有效期限約為一年，相關資料詳見鏈接http://www. cresda. com/nl6/nlll5/nl522/ n2103/index. html〇
[0004] 由于絕對定標系數(shù)測定環(huán)境對時間、空間苛刻的要求，一旦特定期間內的絕對定 標系數(shù)缺失，其時空的不可重復性會導致其對應時間段內大量數(shù)據(jù)的無法定標，進而無法 進行相關的定量遙感研究和生產(chǎn)。如我國2012年1月升空的國產(chǎn)資源三號衛(wèi)星，其全色通 道絕對定標系數(shù)2012年、2013年數(shù)據(jù)缺失，直至2014年才有相關數(shù)據(jù)公布，這導致大量資 源三號全色影像無法定標，限制了其在定量遙感研究和生產(chǎn)中的應用。

【發(fā)明內容】

[0005] 為了解決上述問題，彌補因數(shù)據(jù)缺失帶來的資源三號全色通道無法定標的不足， 本發(fā)明提出一種高空間分辨率全色通道絕對定標系數(shù)模擬方法，該方法是基于全色通道與 對應多光譜通道的關系，基于統(tǒng)計學原理利用多光譜通道的絕對定標系數(shù)得到模擬結果。
[0006] 本發(fā)明的又一目的是提出一種交叉定標方法，該方法是基于上述模擬結果，結合 能量因子進行資源三號全色數(shù)據(jù)的定標和矯正。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：
[0008] -種高空間分辨率全色通道絕對定標系數(shù)模擬方法，包括如下步驟：
[0009] SlL基于全色通道及多光譜通道DN值影像隨機提取大量樣本；
[0010] S12.基于樣本求關系因子和質量因子；
[0011] S13.求關系因子和質量因子二者的積，并進行歸一化處理得到擬合權重；
[0012] S14..采用上述擬合的權重對多光譜通道絕對定標系數(shù)加權求和即得到全色通道 絕對定標系數(shù)模擬結果，其計算公式如下：
[0014] 式中，Gain為全色通道絕對定標系數(shù)模擬結果，^為多光譜樣本第i通道的權重， Gain1S多光譜樣本第i通道絕對定標系數(shù)，N為相關通道總數(shù)，其中相關通道是指與全色 通道在光譜覆蓋范圍上存在交叉或相鄰多光譜通道。
[0015] 優(yōu)選地，所述的基于樣本求關系因子的過程為：
[0016] 基于樣本統(tǒng)計全色通道與相關多光譜通道之間的數(shù)據(jù)關系，用相關系數(shù)P i表示 關系因子，其計算公式如下：
[0018] 式中，P 全色樣本與第i通道多光譜樣本的相關系數(shù)，Pan (j)為全色通道第j 個樣本，Mul1U)為多光譜第i通道第j個樣本，M為樣本總數(shù)，μ p為全色樣本的均值、μ i 為第i通道多光譜樣本的均值。
[0019] 優(yōu)選地，所述的基于樣本求質量因子的過程為：
[0020] 基于樣本統(tǒng)計全色通道與相關多光譜通道之間的數(shù)據(jù)質量比值，用DN值比的均 值_表示質量因子，其計算公式如下：
[0021]
[0022] 式中，鈐為全色樣本與第i通道多光譜樣本的DN值比的均值。
[0023] 優(yōu)選地，所述的擬合權重的過程為：
[0024] 求關系因子與質量因子的積，即全色樣本與第i通道多光譜樣本相關系數(shù)和DN值 比均值的積，并進行歸一化處理，得到模擬所需的權重，其計算公式如下：
[0025]
[0026] 式中，^為多光譜樣本第i通道的權重，P 全色樣本與第i通道多光譜樣本的 相關系數(shù)，％為全色樣本與第i通道多光譜樣本的DN值比的均值。
[0027] -種基于所述定標系數(shù)模擬方法的交叉定標方法，是對國產(chǎn)資源三號全色通道的 交叉定標方法，包括如下步驟：
[0028] S21.采用全色通道絕對定標系數(shù)模擬結果對資源三號數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)定標；
[0029] S22.選取傳感器計算用于矯正的能量因子；
[0030] S23.依據(jù)能量因子對步驟S21中的定標結果進行矯正。
[0031] 優(yōu)選地，所述步驟S22選取傳感器計算用于矯正的能量因子中計算能量因子的過 程為：
[0032] 求資源三號與傳感器全色通道空間分辨率的反比的平方，其公式如下：
[0034] 式中，K為能量因子，GSIz為資源三號全色通道空間分辨率，GSI 5為所選傳感器的 空間分辨率。
[0035] 優(yōu)選地，所述步驟S23依據(jù)能量因子對步驟S21中的定標結果進行矯正中矯正方 法為：
[0036] 將定標結果乘以能量因子得到矯正后定標數(shù)據(jù)，其計算公式為：
[0037] Panadj = Pan k · K
[0038] 式中，Panadi為矯正后結果，Pan k為矯正前定標結果，K為能量因子。
[0039] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明采用統(tǒng)計學原理，基于全色通道和 多光譜通道的DN值樣本，用多光譜通道的絕對定標系數(shù)模擬得到了全色通道的絕對定標 系數(shù)，在初步定標的基礎上，采用能量因子進行校正，簡單、快速、有效地得到資源三號較為 準確的定標結果，彌補了 2012年~2013年全色定標系數(shù)缺失導致的無法定標的不足，具有 很強的實際意義。
【附圖說明】
[0040] 圖1為一個實施例中本發(fā)明的流程圖。
[0041] 圖2為一個實施例中采用能量因子矯正前資源三號與SPOT 6全色通道定標結果 的交叉對比圖，及其線性擬合關系，其R2為〇. 8582。
[0042] 圖3為一個實施例中采用能量因子矯正后資源三號與SPOT 6全色通道定標結果 的交叉對比圖，及其線性擬合關系，其R2為〇. 8582。
【具體實施方式】
[0043] 一種高空間分辨率全色通道絕對定標系數(shù)模擬方法，是針對高空間分辨率全色遙 感影像，尤其是國產(chǎn)資源三號全色通道絕對定標系數(shù)的模擬方法，包括以下步驟：
[0044] 步驟一、基于全色通道及多光譜通道DN值影像隨機抽取大量樣本，并假設全色通 道樣本與多光譜樣本之間存在強相關關系，如式（1)所示：
[0046] 可以得到表示擬合關系的假設一，如式（2)所示：
[0048] 式中，Pan為全色樣本，Mul1為第i通道的多光譜樣本，N為相關通道總數(shù)，其中相 關通道是指與全色通道在光譜覆蓋范圍上存在交叉或相鄰的多光譜通道，Ic1為關系因子。
[0049] 步驟二、基于樣本求關系因子，即{kN};本發(fā)明采用相關系數(shù){ P N}表示該關系因 子，其計算公式（3)如下：
[0051] 式中，P $全色樣本與第i通道多光譜樣本的相關系數(shù)，M為樣本總數(shù)，μ p、P1分別為全色樣本和第i通道多光譜樣本的均值。
[0052] 步驟三、根據(jù)全色數(shù)據(jù)和多光譜數(shù)據(jù)的定標公式（4)、（5)，
[0058] 式中，PankS全色樣本定標結果，Mul丨為第i通道的多光譜樣本定標結果，Gain為 全色通道絕對定標系數(shù)模擬結果，Gain1S多光譜樣本第i通道絕對定標系數(shù)。
[0059] 帶入全色數(shù)據(jù)與多光譜數(shù)據(jù)的擬合關系，得到公式（8):
[0065] 其中，{ΦΝ}為待求的質量因子；
[0066] 本發(fā)明采用DN值比的均值表示該待求的質量因子，其計算公式如（12):
[0067]
[0068] 式中，釣為全色樣本與第i通道多光譜樣本的DN值比的均值。
[0069] 步驟四、由公式（11)可知：

[0072] 為滿足該性質，對關系因子替代項{PN}和質量因子替代項的乘積進行歸一 化處理，其公式如下：
[0073]
[0074] 式中，&為權重，P為全色樣本與第i通道多光譜樣本的相關系數(shù)，供為全色樣 本與第i通道多光譜樣本的DN值比的均值。
[0075] 步驟五、假設存在假設二，其表達如式（15)所示：
[0077] 則由步驟三、四可知，可通過加權求和模擬全色通道定標系數(shù)，其計算公式如 (16)：
[0079] -種采用上述定標結果的交叉定標方法，具體是采用上述的全色通道定標系數(shù)模 擬結果對資源三號數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)定標，其步驟詳見公式（4)。
[0080] 考慮到由于資源三號傳感器靈敏度可能不滿足假設二，其絕對定標結果存在偏高 的情況，故在本發(fā)明中采用與資源三號類似的SPOT 6的相關參數(shù)計算能量因子對定標結 果進行矯正；即假設其傳感器靈敏程度類似，并且輻照度在視場范圍內恒定（即純凈像元 特征），如式（17)所示：
「00821 則存在一個表示二者收集能量差異的閔子，其計筧公式如（18)所示：
[0084] 式中，K為能量因子，f(x，y)為輻照度分布函數(shù)，S為常數(shù)，表示輻照度在視場范圍 內恒定；Ω為視場范圍，GSI為地面投影采樣間隔，亦可以表示為影像數(shù)據(jù)的空間分辨率； GSIz為資源三號全色通道空間分辨率，GSI s為所選傳感器（即SPOT 6)的空間分辨率。
[0085] 采用該能量因子對資源三號全色通道定標結果進行校正，即可得到較為準確的定 標結果。
[0086] 實施例1
[0087]圖1給出的一個實施例是本發(fā)明所述的全色通道絕對定標系數(shù)模擬方法，以及以 全色通道絕對定標系數(shù)模擬結果為基礎針對資源三號全色通道交叉定標的流程圖，包括以 下步驟：
[0088] 在步驟"隨機抽樣"中，對配準