CN109581371A - 遥感相机成像参数的自动调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了遥感相机成像参数的自动调整方法，涉及遥感相机成像技术领域。包括：获取拍摄目标区域的拍摄时间和目标区域的几何位置，并根据几何位置和拍摄时间确定拍摄时的太阳高度角；基于全球地表覆盖数据集，根据几何位置确定目标区域包含的地表类型，并根据目标区域包含的地表类型和预设的反射率模型确定目标区域的地面反射率，反射率模型包含地球全部地表类型的地面反射率；根据太阳高度角和地面反射率确定成像参数。本发明提供的遥感相机成像参数的自动调整方法，实现遥感相机的成像参数的自动调整。

Description

遥感相机成像参数的自动调整方法

技术领域

本发明涉及遥感相机成像技术领域，尤其涉及遥感相机成像参数的自动调整方法。

背景技术

随着航天技术的发展，遥感相机日益增多。目前很多遥感相机都设置了成像参数，通过调节成像参数，可以使遥感相机在不同太阳光照条件及地物条件下都能够稳定成像，得到清晰图像，不会得到过暗或过亮的图像。

然而，遥感相机通常没有自动调整成像参数的功能，主要依靠人工设定成像参数，这极大地限制了其在实际工程中的应用。这主要是因为遥感相机成像参数优化需要拍摄地物的反射率信息，然而现有的地面反射率计算方案在实际应用到遥感相机中时存在困难。以目前已有两大类地面反射率计算方法分别进行说明：

1)利用大气辐射传输模型对遥感图像进行大气校正，从而由遥感图像反演出地物反射率，如6S模型、ATCOR2模型等，该类方法需要相应的大气参数作为输入，这在很多实际情况下无法实现；

2)基于图像方法确定地面反射率，其简化了大气辐射传输模型，而只考虑大气散射对图像的影响，但该类方法中，遥感图像需要满足一定假设才可使用，实际应用存在限制，效果并不理想。

对于这两类方法，若遥感相机对全球范围进行拍摄，为得到全球范围内的地面反射率，这两类方法需要全球范围内的遥感图像，其工程应用存在困难，因此，导致遥感相机的成像参数无法自动调整。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种遥感相机成像参数的自动调整方法及一种存储介质。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种遥感相机成像参数的自动调整方法，包括：

获取拍摄目标区域的拍摄时间和所述目标区域的几何位置，并根据所述几何位置和所述拍摄时间确定拍摄时的太阳高度角；

根据所述几何位置确定所述目标区域包含的地表类型，并根据所述目标区域包含的地表类型和预设的反射率模型确定所述目标区域的地面反射率，所述反射率模型包含地球全部地表类型的地面反射率；

根据所述太阳高度角和所述地面反射率确定成像参数。

本发明的有益效果是：本发明提供的遥感相机成像参数的自动调整方法，通过预设的包含地球全部地表类型的地面反射率模型确定目标区域的地面反射率，可实现全球范围内任意区域地面反射率的计算，这与目前由遥感图像反演地面反射率相比，不需要待拍摄区域必须有已拍摄的遥感图像，还可以预先将计算得到的遥感相机地表反射率输入到卫星遥感相机系统中，待遥感相机拍摄时，可自动获取对应的地面反射率，从而实现遥感相机的成像参数的自动调整。

与目前遥感相机采用人工成像参数的方法相比，自动调整的遥感图像亮度适中，细节丰富，具有更高的图像质量，不依赖于人的主观调整经验和调整水平。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述技术方案所述的方法。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明遥感相机成像参数的自动调整方法的实施例提供的流程示意图；

图2为本发明遥感相机成像参数的自动调整方法的其他实施例提供的流程示意图；

图3为本发明遥感相机成像参数的自动调整方法的其他实施例提供的地物光谱反射率示意图；

图4为本发明遥感相机成像参数的自动调整方法的其他实施例提供的相机光谱响应函数示意图；

图5为本发明遥感相机成像参数的自动调整方法的其他实施例提供的目标区域几何位置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明遥感相机成像参数的自动调整方法的实施例提供的流程示意图，该自动调整方法包括：

S1，获取拍摄目标区域的拍摄时间和目标区域的几何位置，并根据几何位置和拍摄时间确定拍摄时的太阳高度角。

应理解，遥感相机搭载在卫星上，可以在拍摄地球表面的目标区域时，通过本身自带的软件实现时间的记录，并且当拍摄到目标区域后，可以通过遥感相机自带的图像处理系统识别出目标区域的几何位置，进行确定目标区域在地球上的位置，结合拍摄时间，就能够得到太阳高度角。

通过得到太阳高度角，就能够判断出在当前拍摄时间，拍摄到的目标区域的光照强度，为后续的成像参数调整提供基础。

例如，对于目标区域，当太阳高度角为90°时，此时太阳辐射强度最大，那么得到的目标区域图像就会过亮，那么后续就可以通过调整成像参数使目标区域图像变暗；当太阳斜射地面时，太阳辐射强度就会变小，那么后续就可以通过调整成像参数使目标区域图像变亮。

应理解，对于同一区域，随着季节等变化，太阳高度角也会随之变化，此时，可以认为拍摄时间为以年为周期的拍摄时间，以计算得到准确的太阳高度角。

S2，根据几何位置确定目标区域包含的地表类型，并根据目标区域包含的地表类型和预设的反射率模型确定目标区域的地面反射率，反射率模型包含地球全部地表类型的地面反射率。

应理解，地表类型指的是地球表面的地质形态，如灌溉农田、旱作农田、水、人工建筑等，这些不同的地表类型，其主要组成物质成分不同，地质形态的空间构造也不同，因此其地面反射率是互不相同的。

而目标区域根据遥感相机拍摄的区域大小，其可能包含一种地表类型，也可能包含多种地表类型。

当包含一种地表类型时，只需要确定包含的地表类型，然后根据反射率模型计算该种地表类型对应的地面反射率即可；

优选地，当包含多种地表类型时，可以分别根据反射率模型计算每种地表类型对应的地面反射率，然后根据每种地表类型面积的大小，确定加权函数，相应地对每种地表类型的地面反射率进行加权平均，得到最终的地面发射率。

例如，假设对于某目标区域图像而言，其人工建筑占了80％，其余的地表类型为水，那么可以通过如下公式计算地面反射率：

ρ＝0.8ρ₁+0.2ρ₂；

其中，ρ₁是人工建筑这一地表类型经反射率模型计算得到的地面反射率，ρ₂是水这一地表类型经反射率模型计算得到的地面反射率，ρ是目标区域最终的地面反射率，0.8和0.2分别是根据人工建筑的面积和水面积得到的权值。

S3，根据太阳高度角和地面反射率确定成像参数。

应理解，遥感图像拍摄时的太阳高度角和目标区域的地面反射率是对遥感图像的成像产生影响的主要原因，太阳高度角过高或目标区域的地面发射率过高，都会导致遥感图像成像过曝等问题，例如，遥感相机一直处于飞行状态，因此假设太阳高度角不变，遥感相机从地面反射率低的区域飞行到了地面反射率高的区域，此时，当前的成像参数适应于地面反射率低的区域，如果继续根据当前成像参数拍摄地面反射率高的区域，显然会导致曝光不足，亮度不够的情况，因此，通过太阳高度角和地面反射率确定成像参数，能够确定合理的成像参数，再根据成像参数对遥感图像进行调整，就能够得到亮度适中且细节丰富的高质量遥感图像。

对于太阳高度角、地面反射率与成像参数的具体关系，可以根据实际需求设置，通过实验获得三者间的最佳调整关系，然后将这种关系写入存储介质，存储在遥感相机中，就能够随时调用，提高成像参数的生成速度。

本实施例提供的遥感相机成像参数的自动调整方法，通过预设的包含地球全部地表类型的地面反射率模型确定目标区域的地面反射率，可实现全球范围内任意区域地面反射率的计算，这与目前由遥感图像反演地面反射率相比，不需要待拍摄区域必须有已拍摄的遥感图像，还可以预先将计算得到的遥感相机地表反射率输入到卫星遥感相机系统中，待遥感相机拍摄时，可自动获取对应的地面反射率，从而实现遥感相机的成像参数的自动调整。

与目前遥感相机采用人工成像参数的方法相比，自动调整的遥感图像亮度适中，细节丰富，具有更高的图像质量，不依赖于人的主观调整经验和调整水平。

可选地，在一些实施例中，如图2所示，获取拍摄目标区域的拍摄时间和目标区域的几何位置之前，还包括：

S01，获取全球地表覆盖数据和地物光谱曲线数据；

S02，从全球地表覆盖数据的各种地表类型中选取代表性地物；

S03，根据地物光谱曲线数据确定每种地表类型的代表性地物的地物光谱，作为对应地表类型的地物光谱；

S04，根据各种地表类型的地物光谱和遥感相机的光谱响应函数，得到包含地球全部地表类型的地面反射率的反射率模型，以此作为预设的反射率模型进行成像参数自主调整。

需要说明的是，全球地表覆盖数据可以为GlobeLand30，即全球30米地表覆盖数据，该数据集将全球地表类型分为22类，如耕地、森林、草地、灌木地、湿地、水体、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久积雪等。

地物光谱曲线数据可以为美国地质勘探局给出的地物光谱曲线数据，如图3所示，为地表类型为沙漠时，一种示例性的地物光谱反射率示意图。

如图4所示，为一种示例性的相机光谱相应函数示意图。

如表1所示，给出了一种可能的各种地表类型中代表性地物的选取方法。

表1

可选地，在一些实施例中，根据以下公式得到包含地球全部地表类型的地面反射率的反射率模型：

其中，ρ为地面反射率，λ₁为预设的起始波长，λ₂为预设的终止波长，ρ(λ)为地物光谱反射率，Γ(λ)为遥感相机的光谱响应函数。

应理解，根据地表类型的不同，地物光谱反射率ρ(λ)也不同，不同的遥感相机，光谱响应函数Γ(λ)也不同。

可选地，在一些实施例中，获取拍摄目标区域的拍摄时间和目标区域的几何位置，具体包括：

将拍摄时的时间作为拍摄时间；

对目标区域进行粗定位，得到目标区域的几何位置。

需要说明的是，遥感相机的几何定位一般包括粗定位、控制点几何校准及地形几何校准三个定位步骤，而后两步定位步骤一般应用于定位精度要求很高的情形，其代价为大量的人工参与。粗定位一般利用相机的飞行轨迹、安装角度及卫星平台的姿态数据通过坐标变换得到，不需要人工参与。

对于遥感相机而言，其每次拍摄区域都很大，在成像参数设置时一般并不要求精确得到拍摄区域中每一个点的地面反射率，而是综合考虑图像中各点的反射率统计信息，使得图像整体亮度适中。因此，可以采用粗定位的几何定位方法即可满足条件，这样能够提高定位速度，同时避免人工参与。

可选地，在一些实施例中，对目标区域进行粗定位，得到目标区域的几何位置，具体包括：

获取遥感相机的飞行轨迹、安装角度和卫星平台的姿态数据，并进行坐标变换，得到目标区域的几何位置。

优选地，可以采用基于ArcGIS的算法实现对目标区域的粗定位，通过遥感相机拍摄时的轨道星历和GPS数据，确定星下点轨迹、卫星平台姿态(包括偏航角、俯仰角和侧摆角)、相机安装的位置和角度，进而确定遥感相机拍摄时的几何变换参数，得到目标区域的几何位置，还可以利用遥感相机的观测角确定相机扫描区域的幅宽。如图5所示，给出了一种示例性的目标区域几何位置示意图，可以通过软件直接实现计算目标区域的几何位置。

可选地，在一些实施例中，根据以下公式得到太阳高度角：

H＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcost)；

其中，H为太阳高度角，φ为拍摄时目标区域的地理纬度，δ是拍摄时的太阳赤纬，t是拍摄时的太阳时角。

需要说明的是，计算太阳高度角的各个参数都可以由拍摄的目标区域的几何位置和拍摄时间得到，这些参数的计算方法是本领域公知的方法，在此不再赘述。

可选地，在一些实施例中，根据目标区域包含的地表类型和预设的反射率模型确定目标区域的地面反射率，具体包括：

根据目标区域包含的地表类型和预设的反射率模型确定目标区域内各点的地面反射率；

根据目标区域内各点的地面反射率计算目标区域的地面反射率均值，将地面反射率均值作为目标区域的地面反射率。

应理解，由于一般遥感相机成像范围较大，其中包括多种地物类型，因此采用拍摄区域内的反射率均值进行成像参数设置，以保证图像整体亮度适中，提高图像的成像效果和质量。

可选地，在一些实施例中，根据以下公式计算目标区域的地面反射率均值：

其中，ρ_mean为目标区域的地面反射率均值，ρ_i为目标区域内第i点的地面反射率，n为目标区域中点的个数。

可选地，在一些实施例中，根据太阳高度角和地面反射率确定成像参数，具体包括：

根据太阳高度角、地面反射率和预设的对应关系，得到成像参数，对应关系为太阳高度角、地面反射率与成像参数之间的对应关系。

如表2所示，给出了一种示例性的太阳高度角、地面反射率与遥感相机成像参数之间的一种优选关系，表2中括号内就是成像参数，分别为积分级数与增益。

表2

从表2中可以看出，太阳高度角越小、地面反射率越低，则对应的积分级数和增益越大。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部步骤。

在本发明的其他实施例中，还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述实施例中任一项所述的方法。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种遥感相机成像参数的自动调整方法，其特征在于，包括：

获取拍摄目标区域的拍摄时间和所述目标区域的几何位置，并根据所述几何位置和所述拍摄时间确定拍摄时的太阳高度角；

根据所述几何位置确定所述目标区域包含的地表类型，并根据所述目标区域包含的地表类型和预设的反射率模型确定所述目标区域的地面反射率，所述反射率模型包含地球全部地表类型的地面反射率；

根据所述太阳高度角和所述地面反射率确定成像参数。

2.根据权利要求1所述的自动调整方法，其特征在于，所述获取拍摄目标区域的拍摄时间和所述目标区域的几何位置之前，还包括：

获取全球地表覆盖数据和地物光谱曲线数据；

从所述全球地表覆盖数据的各种地表类型中选取代表性地物；

根据所述地物光谱曲线数据确定每种所述地表类型的代表性地物的地物光谱，作为对应地表类型的地物光谱；

根据各种所述地表类型的地物光谱和所述遥感相机的光谱响应函数，得到包含地球全部地表类型的地面反射率的反射率模型。

3.根据权利要求2所述的自动调整方法，其特征在于，根据以下公式得到包含地球全部地表类型的地面反射率的反射率模型：

其中，ρ为地面反射率，λ₁为预设的起始波长，λ₂为预设的终止波长，ρ(λ)为地物光谱反射率，Γ(λ)为遥感相机的光谱响应函数。

4.根据权利要求1所述的自动调整方法，其特征在于，所述获取拍摄目标区域的拍摄时间和所述目标区域的几何位置，具体包括：

将拍摄时的时间作为拍摄时间；

对所述目标区域进行粗定位，得到所述目标区域的几何位置。

5.根据权利要求4所述的自动调整方法，其特征在于，所述对所述目标区域进行粗定位，得到所述目标区域的几何位置，具体包括：

获取遥感相机的飞行轨迹、安装角度和卫星平台的姿态数据，并进行坐标变换，得到所述目标区域的几何位置。

6.根据权利要求1所述的自动调整方法，其特征在于，根据以下公式得到所述太阳高度角：

H＝arcsin(sinφsinδ+cosφcosδcost)；

其中，H为太阳高度角，φ为拍摄时所述目标区域的地理纬度，δ是拍摄时的太阳赤纬，t是拍摄时的太阳时角。

7.根据权利要求1所述的自动调整方法，其特征在于，所述根据所述太阳高度角和所述地面反射率确定成像参数，具体包括：

根据所述太阳高度角、所述地面反射率和预设的对应关系，得到成像参数，所述对应关系为太阳高度角、地面反射率与成像参数之间的对应关系。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的自动调整方法，其特征在于，所述根据所述目标区域包含的地表类型和预设的反射率模型确定所述目标区域的地面反射率，具体包括：

根据所述目标区域包含的地表类型和预设的反射率模型确定所述目标区域内各点的地面反射率；

根据所述目标区域内各点的地面反射率计算所述目标区域的地面反射率均值，将所述地面反射率均值作为所述目标区域的地面反射率。

9.根据权利要求8所述的自动调整方法，其特征在于，根据以下公式计算所述目标区域的地面反射率均值：

其中，ρ_mean为目标区域的地面反射率均值，ρ_i为目标区域内第i点的地面反射率，n为目标区域中点的个数。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求1至9中任一项所述的方法。