一種消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水質(zhì)遙感數(shù)據(jù)處理方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡 面反射影響的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 平靜的水面可以被近似地看作一面鏡子，當(dāng)太陽(yáng)光入射時(shí)，在與入射方向關(guān)于法 線對(duì)稱(chēng)的反射方向上形成強(qiáng)烈的反射輻射，形成太陽(yáng)耀光。當(dāng)水面存在波浪時(shí)，水面形成傾 角，在海浪的頂端形成閃光點(diǎn)，形成更大范圍的太陽(yáng)耀光區(qū)。太陽(yáng)耀光具有很大的輻射強(qiáng) 度，當(dāng)遙感器直接觀測(cè)太陽(yáng)耀光區(qū)時(shí)，容易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，也即水域遙感數(shù)據(jù)的鏡面反射。
[0003] 水面鏡面反射光基本不含水質(zhì)和水下地物信息。由于水體反射率低，這部分鏡面 反射光的信號(hào)強(qiáng)度常高于其它水質(zhì)信息，成為水質(zhì)遙感或水下信息提取的強(qiáng)的干擾因素。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外并無(wú)有效的消除水面鏡面反射的方法，主要采取"回避"策略，所謂 "回避"，就是在傳感器探測(cè)時(shí)盡可能回避存在嚴(yán)重太陽(yáng)耀光的區(qū)域。也即在進(jìn)行對(duì)地觀測(cè) 時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的飛行路線和選擇合適的時(shí)間，避開(kāi)水面鏡面反射方向，也即強(qiáng)太陽(yáng)耀斑 方向。
[0005] 但是，由于波浪的作用，水面并非為一平面，鏡面反射光在各方向均有分布，無(wú)論 從哪一方向進(jìn)行觀測(cè)，無(wú)法完全避開(kāi)。并且，進(jìn)入傳感器鏡頭的鏡面反射光與水面粗糙度有 關(guān)，每個(gè)像元均不相同，即與水面風(fēng)浪大小正成相關(guān)，在開(kāi)闊海域尤為嚴(yán)重。因此，這種方法 并不能有效消除鏡面反射的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法，該方法有效地 消除了光學(xué)波段遙感數(shù)據(jù)中每個(gè)水域像元中的水面鏡面反射光的影響，為精確的水質(zhì)遙 感、水下地或形地物遙感提供了必要的前提基礎(chǔ)。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法，包括以下步驟：
[0009] (A)從圖像上提取山區(qū)植被陰影像元或清深水體像元，迭代計(jì)算大氣散射系數(shù)、大 氣透過(guò)率和天空光輻照度；
[0010] (B)對(duì)圖像中所有像元進(jìn)行大氣糾正；
[0011] (C)消除天空光鏡面反射光；
[0012] (D)消除太陽(yáng)直射光鏡面反射光。
[0013] 作為一種具體的實(shí)施例，步驟（A)中迭代計(jì)算大氣散射系數(shù)、大氣透過(guò)率和天空 光輻照度的步驟包括：
[0014] (A1)讀取山區(qū)植被陰影像元或清深水體像元的表觀反射率Rvd，根據(jù)山區(qū)植被陰 影像元或清深水體像元的表觀反射率R vd的計(jì)算公式：
[0015] 式中：《為大氣散射系數(shù)，T為大氣透過(guò)率，&為地物反射率，P( 9 )為大氣散射 相函數(shù)，9為散射角，
[0016] 首先忽略等式（1)右邊第一項(xiàng)的值，計(jì)算得到大氣散射系數(shù)的初值￥ =
[0017] (A2):根據(jù)大氣透過(guò)率的初值的計(jì)算公式：T' =e^，計(jì)算出大氣透過(guò)率的初值 T'，并將大氣透過(guò)率的初值T'代入等式（1)右邊第一項(xiàng)中的T，將大氣散射系數(shù)的初值
代入等式（1)右邊第一項(xiàng)中的《，計(jì)算得到大氣散射系數(shù)
[0018] (A3):計(jì)算天空光幅照度：
[0019] 將步驟（A2)中計(jì)算得到的大氣散射系數(shù)％代入天空光幅照度計(jì)算公式 =f_，計(jì)算天空光幅照度Eskyl，式中：c為大氣糾正前后的大氣散射系數(shù)比，為小于2的 測(cè)量值；
[0020] (A4):將步驟（A2)中計(jì)算得到的大氣散射系數(shù)％代入大氣透過(guò)率的計(jì)算公式T =e'計(jì)算出大氣透過(guò)率T1;
[0021] (A5):將步驟（A2)中計(jì)算得到的大氣散射系數(shù)〇^代入等式（1)右邊第一項(xiàng)中的 ?、將步驟（A4)中計(jì)算得到的大氣透過(guò)率1\代入等式（1)右邊第一項(xiàng)中的T，計(jì)算出精度 高于大氣散射系數(shù)〇^的大氣散射系數(shù)co2;
[0022] 根據(jù)步驟（A3)計(jì)算出精度更高的天空光幅照度Esky2;
[0023] 根據(jù)步驟（A4)計(jì)算出精度高于大氣透過(guò)率的大氣透過(guò)率T2;
[0024]依次辦法，迭代計(jì)算出精度高于大氣散射系數(shù)《2的大氣散射系數(shù)cok、精度高于 大氣透過(guò)率T2的大氣透過(guò)率Tk和精度高于天空光幅照度E_2的天空光幅照度Eskyk;其中， k>2〇
[0025] 進(jìn)一步地，所述步驟（B)的具體步驟為，對(duì)圖像中所有像元，均進(jìn)行以下計(jì)算：
[0026] 式中：Rg為大氣糾正后得到的像元反射率，T' =e~°se，其中t為大氣光學(xué)厚 度，札為像元表觀反射率：R'=「L\，L為像元原始輻亮度，E。為太陽(yáng)輻照度。 ￡0cos^y
[0027] 進(jìn)一步地，所述步驟（C)的具體步驟為：將像元各波段的原始輻亮度減去步驟 (A5)得到的天空光輻照度Eskyk與天空光水面鏡面L之積，其公式為：LL-E咖久，
[0028]式中：Q為像元消除天空光鏡面反射后的輻亮度。
[0029]進(jìn)一步地，所述步驟（D)的具體步驟為：將圖像轉(zhuǎn)化為反射率圖像，像元所有波段 的反射率均減去紅外波段的反射率，其中，像元所有的波段的反射率減去紅外波段的反射 率的公式為：R2=R_Rir;
[0030] 式中：私為像元消除光鏡面反射后的反射率，R u為紅外波段的反射率。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0032] 本發(fā)明消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法首先通過(guò)從衛(wèi)星圖像上提取并讀 取山區(qū)植被陰影像元或深清水體像元的表觀反射率，通過(guò)迭代計(jì)算出計(jì)算大氣散射系數(shù)、 大氣透過(guò)率和天空光輻照度，然后根據(jù)計(jì)算出的結(jié)果，進(jìn)行大氣糾正，使衛(wèi)星圖像消除了大 氣干擾因素。
[0033] 進(jìn)一步地，通過(guò)將圖像各波段的原始輻亮度減去天空光福照度與天空光水面鏡面 反射率的積，以消除天空光鏡面反射光。
[0034] 進(jìn)一步地，通過(guò)將圖像轉(zhuǎn)化為反射率圖像，再將像元所有波段的反射率均減去紅 外波段的反射率，從而消除了太陽(yáng)直射光的鏡面反射光。
[0035] 本發(fā)明消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法有效地消除了光學(xué)波段遙感數(shù)據(jù) 中每個(gè)水域像元中的水面鏡面反射光的影響，為精確的水質(zhì)遙感、水下地或形地物遙感提 供了必要的前提基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1是本發(fā)明的消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法流程圖。
[0037] 圖2是原始衛(wèi)星圖像。
[0038] 圖3是經(jīng)大氣糾正后的衛(wèi)星圖像。
[0039] 圖4是各光學(xué)波段的水面鏡面反射光的反射率圖。
[0040] 圖5是消除水面鏡面反射光后的衛(wèi)星圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面將結(jié)合附圖1-2以及具體實(shí)施方法來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在本發(fā)明的示意性實(shí) 施及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0042] 如圖1所示，本發(fā)明一種消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法，包括以下步驟：
[0043] 步驟（A):從圖像上提取山區(qū)植被陰影像元或清深水體像元，迭代計(jì)算大氣散射 系數(shù)、大氣透過(guò)率和天空光輻照度。
[0044] 如圖2所示，為原始衛(wèi)星圖像，首先，從圖像上提取包括山區(qū)植被陰影或清深水體 像元等暗像元。根據(jù)提取的像元，計(jì)算獲取大氣散射系數(shù)、大氣透過(guò)率和天空光輻照度。具 體步驟如下：
[0045] (A1)讀取山區(qū)植被陰影像元或清深水體像元的表觀反射率Rvd，計(jì)算大氣散射系 數(shù)初值:根據(jù)暗像元的表觀反射率R vd的計(jì)算公式：
[0046] 首先忽略等式（1)右邊第一項(xiàng)的值，計(jì)算得到大氣散射系數(shù)的初值& =
[0047] 式中：《為大氣散射系數(shù)，T為大氣透過(guò)率，&為地物反射率，P( 9 )為大氣散射 相函數(shù)，9為散射角。
[0048] (A2):根據(jù)大氣透過(guò)率的初值的計(jì)算公式：T' = e ^，計(jì)算出大氣透過(guò)率的初值 T'，并將大氣透過(guò)率的初值T'代入等式（1)右邊第一項(xiàng)中的T，將大氣散射系數(shù)的初值 代入等式（1)右邊第一項(xiàng)中的《，計(jì)算得到大氣散射系數(shù)<
[0049] (A3):計(jì)算天空光幅照度：
[0050] 將步驟（A2)中計(jì)算得到的大氣散射系數(shù)％代入天空光幅照度計(jì)算公式 計(jì)算天空光幅照度E skyl，式中：c為大氣糾正前后的大氣散射系數(shù)比，通過(guò)測(cè)量得 C 至|J，為小于2的測(cè)量值。
[0051] (A4):將步驟（A2)中計(jì)算得到的大氣散射系數(shù)％代