本發(fā)明涉及時(shí)域重建方法，具體涉及高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)的時(shí)域重建方法。
背景技術(shù)：
高頻次的衛(wèi)星傳感器可以提供高時(shí)間分辨率的遙感數(shù)據(jù)。例如noaaadvancedveryhighresolution(avhrr)每天可以對(duì)地面同一地區(qū)進(jìn)行兩次觀測(cè)，terra/aquamoderateresolutionimagingspectroradiometer(modis)可以達(dá)到一天一次的對(duì)地觀測(cè)，地球靜止衛(wèi)星可以獲取以秒為單位的高時(shí)間分辨率的遙感數(shù)據(jù)。通過(guò)這些傳感器我們可以獲取長(zhǎng)達(dá)30多年的衛(wèi)星遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)。但是，數(shù)據(jù)在獲取過(guò)程不可避免的會(huì)受到大氣環(huán)境或者傳感器故障的影響出現(xiàn)信息缺失現(xiàn)象，使得遙感影像的正常使用受到阻礙。因此，發(fā)展合理的時(shí)域重建方法，為遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)集在獲取之后重建，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和穩(wěn)定性是一項(xiàng)意義重大的課題。
目前，針對(duì)遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)中信息缺失問(wèn)題很多學(xué)者已經(jīng)提出了多種解決方法，但是絕大部分方法基于嚴(yán)格的客觀條件無(wú)法有效對(duì)高頻次遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。例如時(shí)域?yàn)V波算法是對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行高質(zhì)量重建的一類方法，主要是針對(duì)遙感時(shí)間序列合成產(chǎn)品的處理方法，在處理過(guò)程沒(méi)有保持原始高質(zhì)量像元值不變。并且，沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn)驗(yàn)證此類方法在處理高頻次遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品中的有效性。其次，多時(shí)相合成方法是一類有效的處理高頻次遙感數(shù)據(jù)信息缺失的方法。但是，該類方法是以犧牲遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率為代價(jià)，獲得的時(shí)間序列數(shù)據(jù)產(chǎn)品無(wú)法保持遙感數(shù)據(jù)原有的時(shí)間分辨率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)高頻次遙感時(shí)間序列無(wú)法有效重建的缺點(diǎn)，提出一種容易實(shí)現(xiàn)，效率高，實(shí)用性強(qiáng)的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)的時(shí)域重建方法。
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)的時(shí)域重建方法，包括以下步驟：
步驟1，對(duì)多天合成的遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，得到高質(zhì)量的多天合成的遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)；
步驟2，對(duì)步驟1生成的高質(zhì)量的多天合成的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域插值重建，得到與目標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率一致的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)；
步驟3，以原始的高頻次時(shí)間序列數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，將近似的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理；
步驟4，對(duì)近似的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行真值還原，得到低質(zhì)量的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)；
步驟5，對(duì)低質(zhì)量的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行泊松校正，達(dá)到去除重建痕跡的目的，得到高質(zhì)量的高頻次時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
而且，步驟1中對(duì)合成時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，其實(shí)現(xiàn)方式為：由移動(dòng)加權(quán)諧波分析法對(duì)原始的合成遙感是序列數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，該技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，子步驟為：
步驟1.1：對(duì)待重建時(shí)刻t數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，首先對(duì)原始合成的時(shí)間序列數(shù)據(jù)y(t)中其他數(shù)據(jù)點(diǎn)分配權(quán)值，其權(quán)值w計(jì)算方式為：
其中，s′＝|t-ti|，s＝s′/r，r為移動(dòng)加權(quán)諧波分析方法中的支持域半徑參數(shù)。
步驟1.2：對(duì)重建時(shí)刻t數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，其次將時(shí)間序列數(shù)據(jù)以正弦余弦相加的形式表示，對(duì)原始時(shí)間序列數(shù)據(jù)y(t)進(jìn)行加權(quán)求解，其實(shí)現(xiàn)方式為：
其中，n為諧波個(gè)數(shù)。
而且，步驟2的實(shí)現(xiàn)方式為對(duì)步驟1生成的高質(zhì)量的多天合成的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域插值重建，得到與目標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率一致的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)，其實(shí)現(xiàn)技術(shù)為步驟1中技術(shù)。
而且，步驟3的實(shí)現(xiàn)方式為以原始高頻次遙感時(shí)間序列為基準(zhǔn)，將該序列中無(wú)缺失部分的像元與近似的高頻遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)中的對(duì)應(yīng)像元建立二次回歸關(guān)系，將近似的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。
而且，步驟4的實(shí)現(xiàn)方式為對(duì)步驟3獲得的歸一化處理后的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行真實(shí)值還原，獲得低質(zhì)量的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)，其真值獲取自原始高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)為缺失數(shù)據(jù)；
而且，步驟5的實(shí)現(xiàn)方式為，將低質(zhì)量的高頻次時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行泊松校正，通過(guò)帶有邊緣條件的梯度一致性約束求解，對(duì)數(shù)據(jù)中重建的像元值進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到去除重建痕跡的目的，獲得時(shí)空連續(xù)無(wú)痕的高質(zhì)量的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)為：
其中，
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出的諧波分析與泊松方程協(xié)同的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)時(shí)域重建方法，是利用遙感長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的時(shí)空信息互補(bǔ)來(lái)進(jìn)行時(shí)域重建。不僅考慮到了時(shí)間上的依附關(guān)系，而且估計(jì)到了空間上的相似關(guān)系，充分利用輔助數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)之間的線性相關(guān)性，并且通過(guò)帶有邊界條件的泊松方程對(duì)重建數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，達(dá)到重建部分與未缺失部分之間的重建痕跡消除的目的?？傊?，本發(fā)明提出的方法可以有效的消除云等因素的影響，提高遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性，為后續(xù)應(yīng)用提供可靠的支撐。因此，本發(fā)明提出的方法具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的實(shí)施例流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。下述實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
本發(fā)明技術(shù)方案可采用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行流程。以下結(jié)合圖1詳述高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)的時(shí)域重建的步驟。
步驟1，本發(fā)明提出的高頻次時(shí)間序列數(shù)據(jù)時(shí)域重建方法，首先對(duì)多天合成的遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，得到高質(zhì)量的多天合成的遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)，其前提在于對(duì)遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，獲得精確的配準(zhǔn)影像，具體幾何校正為現(xiàn)有技術(shù)。
本步驟目的在于獲取高質(zhì)量的多天合成的遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)，此過(guò)程由現(xiàn)有技術(shù)移動(dòng)加權(quán)諧波分析方法對(duì)單像素時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，遍歷整個(gè)數(shù)據(jù)獲得高質(zhì)量的合成的遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
步驟2，對(duì)高質(zhì)量的多天合成的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域插值重建。
本步驟最終目的是獲取與目標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率一致的近似的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)。對(duì)高質(zhì)量的多天合成的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域插值重建是在像素水平上進(jìn)行處理的過(guò)程。此過(guò)程由現(xiàn)有技術(shù)移動(dòng)加權(quán)諧波分析方法在像素時(shí)間序列水平上進(jìn)行插值處理，生成與目標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率一致的近似的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)，其解決方式為公式(2)。
步驟3，以原始的高頻次時(shí)間序列數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，將近似的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。
本步驟主要是對(duì)步驟2中得到的近似的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高其精度。該過(guò)程是對(duì)單像素時(shí)間序列進(jìn)行處理，遍歷整個(gè)數(shù)據(jù)獲得低質(zhì)量的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)。該過(guò)程的實(shí)現(xiàn)方式為：在目標(biāo)時(shí)間序列數(shù)據(jù)中存在部分信息未缺失的像元，找出近似的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)中與之對(duì)應(yīng)的像元，建立這些數(shù)據(jù)之間的二次回歸關(guān)系，求解出回歸系數(shù)，將回歸系數(shù)應(yīng)用到近似的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)中，計(jì)算出新的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
步驟4，對(duì)近似的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行真值還原，得到低質(zhì)量的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)
本步驟目的在于將計(jì)算得到的時(shí)間序列數(shù)據(jù)中目標(biāo)時(shí)間序列數(shù)據(jù)未缺失的部分進(jìn)行真值還原，其真值獲取自原始高頻次時(shí)間序列數(shù)據(jù)中為缺失部分。
步驟5，對(duì)低質(zhì)量的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行泊松校正，達(dá)到去除重建痕跡的目的，得到高質(zhì)量的高頻次時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
本步驟目的在于去除低質(zhì)量的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)中存在的重建痕跡，以單幅數(shù)據(jù)為處理對(duì)象。對(duì)于低質(zhì)量的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)而言，重建部分與原始未缺失部分存在拼接痕跡，該步驟利用一個(gè)引導(dǎo)向量對(duì)重建部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，該引導(dǎo)向量為步驟2中獲得的近似的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)中重建部分的梯度信息，通過(guò)該引導(dǎo)向量對(duì)低質(zhì)量的高頻次遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)中重建部分的梯度進(jìn)行約束調(diào)整，以重建區(qū)域與未缺失部分區(qū)域的邊緣值相等為約束條件，其實(shí)現(xiàn)方式為公式(3)。