CN104282044A - 基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法及系统，所述方法包括：基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取MODIS云产品的数据集和与其地理位置一致的MODIS大气产品的数据集；读取卷云相关数据信息和大气参数信息；逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值；对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色。所述系统包括：获取单元，用于基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取MODIS云产品的数据集和与其地理位置一致的MODIS大气产品的数据集；第一读取单元，用于读取卷云相关数据信息；第二读取单元，用于读取大气参数信息；确定单元，用于逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值；绘制单元，用于对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色。

Description

基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法及系统

技术领域

本发明涉及目标与环境仿真技术领域，特别是指一种基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法及系统。

背景技术

卷云是高云的一种，是对流层中最高的云，分离散开处呈白色细丝状，或白色(或主要是白色)碎片状或窄条状的一种基本云型。国内、外的关于卷云图像仿真的工作已经进行了多年，采用的仿真方法也多种多样。但是，由于指定的红外波段的特殊性，无法直接获得该红外波段上气象卫星观测的卷云图像。

现有技术中，通常通过一些通用计算模型和商业软件能够基于卷云内部冰晶粒子散射特性来计算卷云某处的红外亮度，从而仿真该处的卷云图像，其中，卷云中冰晶粒子尺度、反射率等参数是所述计算模型的必要输入参数。在实际应用中，通过对上述输入参数进行想定假设，想定假设的依据是试验测量、理论统计建模等研究工作取得的成果，该成果具有一定的代表性和置信度，从而能够估算得到卷云的红外亮度值，所述卷云的红外亮度值基本上能够反映卷云亮度特征及卷云亮度变化范围。

但是，当要仿真一大片卷云的图像时，卷云内部构成及分布情况不能通过参数想定获得，而且由于自然界里卷云的形态、尺度变化多样，通过参数想定而生成的卷云红外仿真图像很难复现真实的卷云形态及卷云的各部分亮度变化情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法，以解决现有技术所存在的大片卷云内部构成及分布情况不能通过参数想定获得，且通过参数想定而生成的卷云红外仿真图像难以复现真实的卷云形态及卷云的各部分亮度变化情况的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法，包括：

基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取中分辨率成像光谱仪云产品的数据集和与其地理位置一致的中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集；

从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息，所述卷云相关数据信息包括：卷云位置；

根据所述读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息；

根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值；

根据所述确定的每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色。

可选地，所述从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息包括：

通过环境可视化图像、层次型数据格式文件浏览软件或者编写数据读写程序从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息。

可选地，所述从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息包括：

从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云位置及所述卷云位置的图像采集时间信息，并按像元矩阵形成数据文件一；

根据所述数据文件一选取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取所述卷云位置的卷云物理参数信息，并形成数据文件二。

可选地，所述大气参数包括：不同高度的大气压力、温度及湿度值。

可选地，所述根据所述读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息包括：

根据所述数据文件一选取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的不同高度的大气压力、温度及湿度值。

可选地，所述根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值包括：

利用卷云散射特性计算软件，将所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息作为所述卷云散射特性计算软件的输入参数，并根据所述卷云位置逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值。

可选地，所述卷云物理参数信息包括卷云粒子尺度、反射率、光学厚度、云顶温度、云顶气压和云高度。

可选地，所述卷云位置包括：卷云的经纬度信息。

本发明实施例所述的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法，基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取中分辨率成像光谱仪云产品的数据集和与其地理位置一致的中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集，并从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息，所述卷云相关数据信息包括：卷云位置，进一步的，根据所述读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息，并且根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，最后根据所述确定的每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色，从而形成卷云特定红外波段的仿真图像。如此，通过气象卫星遥感技术同时获取到的卷云相关数据信息和大气参数信息与真实卷云内部构成及分布一致，能够确保卷云特定红外波段的仿真图像的卷云形态、各部分亮度变化与真实卷云的形态、亮度变化相符。

另一方面，本发明实施例还提供一种基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真系统，包括：

获取单元，用于基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取中分辨率成像光谱仪云产品的数据集和与其地理位置一致的中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集；

第一读取单元，用于从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息，所述卷云相关数据信息包括：卷云位置；

第二读取单元，用于根据所述读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息；

确定单元，用于根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值；

绘制单元，根据每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色。

本发明实施例所述的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真系统，通过所述获取单元，基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取中分辨率成像光谱仪云产品的数据集和与其地理位置一致的中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集，并通过所述第一读取单元从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息，所述卷云相关数据信息包括：卷云位置；进一步的，通过所述第二读取单元根据所述第一读取单元读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息，再由所述确定单元根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，最后通过所述绘制单元根据所述确定的每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色，从而形成卷云特定红外波段的仿真图像。如此，通过气象卫星遥感技术同时获取到的卷云相关数据信息和大气参数信息与真实卷云内部构成及分布一致，能够确保卷云特定红外波段的仿真图像的卷云形态、各部分亮度变化与真实卷云的形态、亮度变化相符。

可选地，所述第一读取单元包括：

第一读取模块：用于从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云位置及所述卷云位置的图像采集时间信息，并按像元矩阵形成数据文件一；

第二读取模块：用于根据所述数据文件一选取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取所述卷云位置的卷云物理参数信息，并形成数据文件二。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过气象卫星遥感技术的数据产品，同时获取到的卷云相关数据信息和大气参数信息与真实卷云内部构成及分布一致，能够确保卷云特定红外波段的仿真图像的卷云形态、各部分亮度变化与真实卷云的形态、亮度变化相符。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法流程图；

图2为图1中S102具体实施方法流程图；

图3为本发明实施例提供的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真系统的结构示意图；

图4为图3中第一读取单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的大片卷云内部构成及分布情况不能通过参数想定获得，且通过参数想定而生成的卷云红外仿真图像难以复现真实的卷云形态及卷云的各部分亮度变化情况的问题，提供一种基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法及系统。

参看图1所示，本发明提供的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法的具体实施方式，包括：

S101：基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer，MODIS)云产品的数据集和与其地理位置一致的MODIS大气产品的数据集。数据产品的获得，可以采用现有技术中任何已知的方法来获取，例如可以通过互联网下载获取。

S102：从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息，所述卷云相关数据信息包括：卷云位置。

S103：根据所述读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息。

S104：根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值。

S105：根据所述确定的每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色。

所述基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法实施例，基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取中分辨率成像光谱仪云产品的数据集和与其地理位置一致的中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集，并从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息，所述卷云相关数据信息包括：卷云位置，进一步的，根据所述读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息，并且根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，最后根据所述确定的每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色，从而形成卷云特定红外波段的仿真图像。如此，通过基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，同时获取到的卷云相关数据信息和大气参数信息与真实卷云内部构成及分布一致，能够确保卷云特定红外波段的仿真图像的卷云形态、各部分亮度变化与真实卷云的形态、亮度变化相符。

以下对图1中各步骤的具体实施方法进行详细说明。

S101中，基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，用户可以获取MODIS云产品的数据集和与其地理位置一致的MODIS大气产品的数据集。其中，数据产品的获得，可以采用现有技术中任何已知的方法来获取，例如可以通过互联网下载获取。

例如，通过地球观测系统(Earth Observatory System，EOS)中的MODIS能够获得大量的卷云图像信息，经过处理后能够形成相应MODIS云产品的数据集和与其地理位置一致的MODIS大气产品。

S102中，MODIS云产品数据集包括卷云位置、所述卷云位置的图像采集时间信息及卷云物理参数信息，所述数据集以数据文件形式存储，该数据文件的数据格式为层次型数据格式(Hierarchical Data Format，HDF)，包含了多种类型的数据，为了实现卷云红外图像仿真，用户只需从MODIS云产品的数据集中选取相关数据信息即可，其它数据可忽略。

例如，用户可以通过环境可视化图像(Environment for Visualizing Images，ENVI)软件或者层次型数据格式文件浏览(Hierarchical Data Format View，HDFView)软件来读取MODIS云产品数据集中卷云红外图像仿真的相关数据，也可以按照HDF数据格式说明编写数据读写程序来从MODIS云产品的数据集中挑选卷云红外图像仿真的相关数据。

图2为图1中S102具体实施方法流程图，如图2所示，从所述MODIS云产品的数据集中读取卷云相关数据信息包括：

S1021：从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云位置及所述卷云位置的图像采集时间信息，并按像元矩阵形成数据文件一。

S1022：根据所述数据文件一选取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取所述卷云位置的卷云物理参数信息，并形成数据文件二，其中，所述卷云物理参数信息包括卷云粒子尺度、反射率、光学厚度、云顶温度，云顶气压和云高度。

S103中，所述大气参数为不同高度的大气压力、温度、湿度值，可以根据S102中所述数据文件一选取的卷云位置或者所述数据文件二选取的卷云位置，从所述MODIS大气产品的数据集中读取不同高度的大气压力、温度、湿度值，并提供给S104。

S104中，将所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息作为卷云散射特性计算软件的输入参数，并根据所述卷云位置逐点计算，从而确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值。

例如，将S1021提供的数据文件一和S1022提供的数据文件以及S103提供的大气参数信息作为卷云散射特性计算软件中光谱分辨率大气辐射传输模式(Moderate Resolution Atmospheric Transmission，MODTRAN)的输入参数，通过MODTRAN的卷云红外亮度计算模型基于卷云内部冰晶粒子物理特征(如粒子尺度、反射率等参数)并结合卷云位置的经纬度信息逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值。

S105中，根据S104提供的每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，对每个卷云像元赋予对应的颜色。其中，所述卷云像元是卷云图像的最小单元，对应卷云图像的空间点；根据所述确定的每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，并结合卷云位置信息，对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色，从而形成卷云特定红外波段的仿真图像。

相应地，参看图3所示，本发明提供的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真系统的具体实施方式，包括：

获取单元101，用于基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取中分辨率成像光谱仪云产品的数据集和与其地理位置一致的中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集。

第一读取单元102，用于从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息，所述卷云相关数据信息包括：卷云位置。

第二读取单元103，用于根据所述读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息。

确定单元104，用于根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值；

绘制单元105，用于根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值。

所述基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真系统的实施例，通过所述获取单元101利用基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取中分辨率成像光谱仪云产品的数据集和与其地理位置一致的中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集，并通过所述第一读取单元102从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息，所述卷云相关数据信息包括：卷云位置；进一步的，通过所述第二读取单元103根据所述第一读取单元读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息，再由所述确定单元104根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，最后通过所述绘制单元105根据所述确定的每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色，从而形成卷云特定红外波段的仿真图像。如此，通过气象卫星遥感技术得到的数据产品，同时获取到的卷云相关数据信息和大气参数信息与真实卷云内部构成及分布一致，能够确保卷云特定红外波段的仿真图像的卷云形态、各部分亮度变化与真实卷云的形态、亮度变化相符。

参看图4所示，在前述基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真系统的具体实施方式中，可选地，所述第一读取单元102包括：

第一读取模块1021：用于从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云位置及所述卷云位置的图像采集时间信息，并按像元矩阵形成数据文件一；

第二读取模块1022：用于根据所述数据文件一选取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取所述卷云位置的卷云物理参数信息，并形成数据文件二。

综上所述，本发明实施例通过基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，同时获取到的卷云相关数据信息和大气参数信息与真实卷云内部构成及分布一致，能够确保卷云特定红外波段的仿真图像的卷云形态、各部分亮度变化与真实卷云的形态、亮度变化相符。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法，其特征在于，包括：

基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取中分辨率成像光谱仪云产品的数据集和与其地理位置一致的与其地理位置一致的中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集；

从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息，所述卷云相关数据信息包括：卷云位置；

根据所述读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息；

根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值；

根据所述确定的每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色。

2.根据权利要求1所述的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法，其特征在于，所述从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息包括：

通过环境可视化图像、层次型数据格式文件浏览软件或者编写数据读写程序从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息。

3.根据权利要求1所述的基于气象卫星的卷云红外图像仿真方法，其特征在于，所述从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息包括：

从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云位置及所述卷云位置的图像采集时间信息，并按像元矩阵形成数据文件一；

根据所述数据文件一选取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取所述卷云位置的卷云物理参数信息，并形成数据文件二。

4.根据权利要求1所述的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法，其特征在于，所述大气参数包括：不同高度的大气压力、温度及湿度值。

5.根据权利要求3所述的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法，其特征在于，所述根据所述读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息包括：

根据所述数据文件一选取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的不同高度的大气压力、温度及湿度值。

6.根据权利要求1所述的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法，其特征在于，所述根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值包括：

利用卷云散射特性计算软件，将所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息作为所述卷云散射特性计算软件的输入参数，并根据所述卷云位置逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值。

7.根据权利要求3所述的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法，其特征在于，所述卷云物理参数信息包括卷云粒子尺度、反射率、光学厚度、云顶温度、云顶气压和云高度。

8.根据权利要求1所述的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真方法，其特征在于，所述卷云位置包括：卷云的经纬度信息。

9.一种基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真系统，其特征在于，包括：

获取单元，用于基于气象卫星遥感技术得到的数据产品，获取中分辨率成像光谱仪云产品的数据集和与其地理位置一致的中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集；

第一读取单元，用于从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云相关数据信息，所述卷云相关数据信息包括：卷云位置；

第二读取单元，用于根据所述读取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪大气产品的数据集中读取所述卷云位置的大气参数信息；

确定单元，用于根据所述读取的卷云相关数据信息和大气参数信息，逐点确定每个空间点的特定红外波段卷云亮度值；

绘制单元，根据每个空间点的特定红外波段卷云亮度值，对每个空间点的卷云像元绘制对应的颜色。

10.根据权利要求9所述的基于气象卫星数据产品的卷云红外图像仿真系统，其特征在于，所述第一读取单元包括：

第一读取模块：用于从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取卷云位置及所述卷云位置的图像采集时间信息，并按像元矩阵形成数据文件一；

第二读取模块：用于根据所述数据文件一选取的卷云位置，从所述中分辨率成像光谱仪云产品的数据集中读取所述卷云位置的卷云物理参数信息，并形成数据文件二。