CN111696055B - 一种基于辐射校正的长时间序列夜光遥感图像的获取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于辐射校正的长时间序列夜光遥感图像的获取方法，包括如下步骤：对NPP2012‑2018夜光图做去噪处理，以及临时灯光的去除；采用改进的脊回归法对DMSP1992‑2011的夜光图做相对辐射校正；利用DMSP和NPP重合的年份2012、2013年度图像构造出绝对辐射校正参数；将待校正的DMSP1992‑2011夜光图分别乘以绝对校正参数得到校正后的DMSP1992‑2011的夜光图像，最终获得长时间序列的夜光遥感图像。本发明采用改进的脊回归法进行相对辐射校正，创造性的提出绝对辐射的概念，构造出绝对辐射校正参数，提出绝对辐射校正的方法，将DMSP遥感图像与NPP遥感图像进行融合，整合DMSP/OLS和NPP/VIIRS两种数据源的夜光遥感图像，获得更长时间序列的夜光遥感图像，为进一步的科学研究提供长时间序列数据。

Description

一种基于辐射校正的长时间序列夜光遥感图像的获取方法
技术领域
本发明属于遥感图像处理领域，具体涉及一种基于辐射校正的长时间序列夜光遥感图像的获取方法。
背景技术
基于遥感手段获取的夜光分布与强度信息与人类活动密切相关，将夜间灯光数据应用于城市扩张与人口、污染、GDP等社会经济参量的模拟研究具有广阔发展前景。
当前，主流的夜间灯光遥感数据有DMSP/OLS数据与NPP/VIIRS数据两类。第一代夜光数据DMSP/OLS来源于上个世纪美国国防气象卫星计划搭载的线性扫描系统传感器。该数据空间分辨率约1km,具有较强的光电放大特性，对城市灯光、火光等人类活动迹象十分敏感。第二代夜光数据NPP/VIIRS来源于美国国家极轨环境卫星系统预备计划卫星携带的可见光红外成像辐射仪。该数据空间分辨率约500m，具有比DMSP/OLS 数据更高的灵敏度，能够更为精确、丰富地反映地表人类社会经济活动的空间信息。
显然，在反映地物细节能力方面，空间分辨率更高的NPP/VIIRS数据优于 DMSP/OLS数据。在辐射分辨率方面，DMSP/OLS数据仅以[0,63]的灰度值来表示夜光强度，存在更强的“溢出效应”和“饱和效应”。在数据校正方面，DMSP/OLS数据受传感器设计影响，无法进行准确的星上定标。江威等(2016)和Hu等(2017)的研究均表明NPP/VIIRS数据在社会经济参量模拟方面的效果优于DMSP/OLS数据，但同时他们又认为DMSP/OLS数据具有全球最长时序的数据存量(1992～2013年)，NPP/VIIRS数据存量周期仅为2012年4月至今，无法替代DMSP/OLS数据，所以整合两种数据资源将是未来的重要探索方向。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的DMSP和NPP两种数据源的夜光遥感图像难以整合的不足，提供一种基于辐射校正的长时间序列夜光遥感图像的获取方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于辐射校正的长时间序列夜光遥感图像的获取方法，包括如下步骤：
S1：对现有年份的NPP夜光图做去噪处理，以及临时灯光的去除；
S2：采用改进的脊回归法对DMSP夜光图做相对辐射校正；
S3：利用DMSP和NPP重合年份的年度图像构造出绝对辐射校正参数；
S4：将待校正的DMSP夜光图分别乘以绝对校正参数得到校正后的DMSP的夜光图像，最终获得长时间序列的夜光遥感图像。
进一步的，所述步骤S1中去噪处理具体为：对于现有年份的NPP夜光遥感图像中DN值小于零的值赋值为0。
进一步的，所述步骤S1中临时灯光的去除具体为：选取稳定年份的NPP夜光遥感图像为参考图像，对临时灯光中DN值异常的点赋值为0。
进一步的，所述步骤S2中相对辐射校正的具体过程为：选取参考图像DMSPF152000，遍历整个参考图像，求出每个DN值的像素点个数sumDN并记录下像素点位置，然后遍历整个待校正的夜光图，记下对应位置的像素点的DN值并统计每个 DN值的个数numDN，接着采用加权求和的方法得到校正后的DN值，即：
Figure BDA0002501345270000021
Figure BDA0002501345270000022
在得到64个修正后的DN值后，采用二次曲线拟合的方法，具体公式为 f(x)＝ax2+bx+c，得到参考图像到修正图的一个映射P修正＝f(P待修正)，其中x是待校正的DN值，f(x)是校正后的DN值，a、b、c表示拟合出的二次函数的系数。
进一步的，所述步骤S3中绝对辐射校正的具体过程为：将与DMSP重合年份的NPP夜光图做重采样，用NPP夜光图分别比上对应年份的DMSP夜光图，得到两幅商图s1和 s2，取s1和s2的几何平均，得到绝对辐射校正参数s，即：
Figure BDA0002501345270000023
有益效果：本发明与现有技术相比，采用改进的脊回归法和二次曲线拟合的方法进行相对辐射校正，创造性的提出绝对辐射的概念，构造出绝对辐射校正参数，提出绝对辐射校正的方法，将DMSP遥感图像与NPP遥感图像进行融合，进而获得长时间序列的夜光遥感图像，从而使得两种遥感数据源得到了整合，增加了DMSP的辐射分辨率，使其与NPP辐射分辨率一致。
附图说明
图1是本发明的技术流程图；
图2是NPP2012夜光图的去噪对比图，其中图2中的 (a)是NPP2012去噪处理前的夜光图，图2中的 (b)是NPP2012去噪处理后的夜光图；
图3是DMSP1995夜光图的相对辐射校正对比图，其中图3中的 (a)是DMSP1995相对辐射校正前的夜光图，图3中的 (b)是DMSP1995相对辐射校正后的夜光图；
图4是DMSP1995夜光图的绝对辐射校正对比图，其中图4中的 (a)是DMSP1995绝对辐射校正前的夜光图，图4中的 (b)是DMSP1995绝对辐射校正后的夜光图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1所示，本实施例利用本发明方法将NPP2012-2018夜光遥感图像和DMSP1992-2013夜光遥感图像进行融合获得1992-2018的长时间序列的夜光遥感图像，其具体的步骤如下：
S1：对NPP2012-2018的夜光图做去噪处理，以及临时灯光的去除：
图像的去噪包括两个方面，一是DN值小于零的点，二是临时灯光，对于DN值小于零的点，我们采取的办法是直接遍历，然后将其赋值为零，对于临时灯光(DN值本为0 却不为0)，本实施例是以2015年稳定的NPP夜光遥感图像作为参考，DN值异常的(临时灯光)的点赋值为0。具体的去噪处理效果如图2所示。
S2：对DMSP1992-2011的夜光图做一次相对辐射校正：
相对辐射校正，采用改进的脊回归法，具体是以DMSPF152000为参考图像，去校正DMSP1992-2011的其他夜光图，首先遍历整个参考图像，求出每个DN值的像素点个数 sumDN并记录下像素点位置，然后遍历整个待校正的夜光图，记下对应位置的像素点的 DN值并统计每个DN值的个数numDN，接着采用加权求和的方法得到校正后的DN值，即：
Figure BDA0002501345270000031
Figure BDA0002501345270000032
在得到64个修正后的DN值后，采用二次曲线(f(x)＝ax2+bx+c)拟合的方法，得到参考图像到修正图的一个映射P修正＝f(P待修正)，其中x是待校正的DN值，f(x)是校正后的 DN值，a、b、c表示拟合出的二次函数的系数具体的相对辐射校正效果如图3所示。
S3：对DMSP1992-2011的夜光图做一次绝对辐射校正；
将NPP2012-2013年度夜光图做重采样，用NPP2012以及NPP2013的夜光图分别比上对应年份的DMSP2012和DMSP2013的夜光图，得到两幅商图s1和s2，即：
Figure BDA0002501345270000033
Figure BDA0002501345270000034
取s1和s2的几何平均，得到绝对辐射校正参数s，即：
Figure BDA0002501345270000041
S4：最后将待校正的DMSP1992-2011的夜光图分别乘以绝对校正参数s得到校正后的DMSP1992-2011的夜光图像。即：
Figure BDA0002501345270000042
具体的绝对辐射校正效果如图4所示，由此获得1992-2018的长时间序列的夜光遥感图像。

Claims (4)

1.一种基于辐射校正的长时间序列夜光遥感图像的获取方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：对现有年份的NPP夜光图做去噪处理，以及临时灯光的去除；
S2：采用改进的脊回归法对DMSP夜光图做相对辐射校正；
S3：利用DMSP和NPP重合年份的年度图像构造出绝对辐射校正参数；
S4：将待校正的DMSP夜光图分别乘以绝对校正参数得到校正后的DMSP的夜光图像，最终获得长时间序列的夜光遥感图像；
所述步骤S3中绝对辐射校正的具体过程为：将与DMSP重合年份的NPP夜光图做重采样，用NPP夜光图分别比上对应年份的DMSP夜光图，得到两幅商图s1和s2，取s1和s2的几何平均，得到绝对辐射校正参数s，即：
Figure FDA0003687415910000011
2.根据权利要求1所述的一种基于辐射校正的长时间序列夜光遥感图像的获取方法，其特征在于：所述步骤S1中去噪处理具体为：对于现有年份的NPP夜光遥感图像中DN值小于零的值赋值为0。
3.根据权利要求1所述的一种基于辐射校正的长时间序列夜光遥感图像的获取方法，其特征在于：所述步骤S1中临时灯光的去除具体为：选取稳定年份的NPP夜光遥感图像为参考图像，对临时灯光中DN值异常的点赋值为0。
4.根据权利要求1所述的一种基于辐射校正的长时间序列夜光遥感图像的获取方法，其特征在于：所述步骤S2中相对辐射校正的具体过程为：选取参考图像DMSPF152000，遍历整个参考图像，求出每个DN值的像素点个数sumDN并记录下像素点位置，然后遍历整个待校正的夜光图，记下对应位置的像素点的DN值并统计每个DN值的个数numDN，接着采用加权求和的方法得到校正后的DN值，即：
Figure FDA0003687415910000012
Figure FDA0003687415910000013
在得到64个修正后的DN值后，采用二次曲线拟合的方法，具体公式为f(x)＝ax2+bx+c，得到参考图像到修正图的一个映射P修正＝f(P待修正)，其中x是待校正的DN值，f(x)是校正后的DN值，a、b、c表示拟合出的二次函数的系数。
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