CN114720396A - 一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法和系统。其中,方法包括:基于Sentinel‑2MSI L2A地表反射率数据,通过计算得到均匀不变地物像元的反射率数据、位置信息、开始时间和结束时间,并将上述数据存入数据库,得到均匀不变地物控制点光谱库。本发明的均匀不变地物控制点库为水体遥感影像大气校正提供了数据来源,解决了无短波红外波段遥感数据的精确大气校正面临的难题。同时,该控制点库用于替代相对大气校正算法所需的真值影像,摆脱了对真值影像的依赖,提高了相对大气校正算法的效率。
Description
技术领域
本发明属于遥感图像领域,尤其涉及一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法和系统。
背景技术
我国在高分辨率对地观测系统重大专项支持下发射了一系列高分辨率多光谱遥感卫星,主要包括高分一号、高分二号、高分六号、高分七号等。这些卫星具有一个共同的问题,那就是缺少短波红外波段,无法进行水色大气校正,严重限制了高分系列卫星在水色遥感领域的应用。
目前,遥感相关研究机构和人员已经建立了地物光谱库,该光谱库一般由地物光谱仪测得的各类地物反射光谱组成,侧重表达不同地物的光谱特征。光谱库在准确地解译遥感图像信息、快速地实现未知地物的匹配、提高遥感分类识别水平起着至关重要的作用。目前已有的光谱库普遍缺少光谱的位置信息,无法与影像和地图进行位置匹配。且光谱测量只有唯一的时间标识,是瞬时的光谱,不能代表一段时间内的地物光谱特征。另外,地物光谱仪实测光谱往往人力、物力成本较高,无法获取海量数据,导致光谱库存储数据量有限,无法用于遥感图像的相对大气校正。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提出一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法和系统的技术方案,以解决上述技术问题。
本发明第一方面公开了一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法,所述方法包括:
步骤S1、获取Sentinel-2MSI L2A的影像,读取地表反射率数据;
步骤S2、将所述地表反射率数据转换为遥感反射率数据;
步骤S3、根据所述影像的固有剖分网格和遥感反射率,计算每一景影像x-y nm波段内的N×N像元的变化率,提取变化率小于第一预设值的像元为均匀地物,得到均匀地物掩膜;
步骤S4、根据所述影像的遥感反射率,在x-y nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率,提取变化率小于第二预设值的像元为不变地物,得到不变地物掩膜;
步骤S5、将所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜叠加,并求所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜的交集,得到均匀不变地物控制点;
步骤S6、将用于提取所述均匀不变地物控制点的两景影像的遥感反射率逐波段求均值,得到所述均匀不变地物控制点的x-y nm波段的平均遥感反射率;
步骤S7、将所述两景影像的开始时间、结束时间和剖分格网的分块号、行号、列号分别存入数据库中,提取所述均匀不变地物控制点的经度和纬度存入数据库中,再将所述均匀不变地物控制点的平均遥感反射率按波长存入数据库中,得到均匀不变地物控制点光谱库。
根据本发明第一方面的方法,在所述步骤S3中,所述x-y nm为442-944nm,具体包括:
442nm,492nm,560nm,665nm,704nm,740nm,780nm,833nm,865nm,944nm十个波长。
根据本发明第一方面的方法,在所述步骤S3中,所述计算每一景影像x-y nm波段内的N×N像元的变化率的具体方法包括:
其中,
ρ为N×N像元的变化率;
Rrs(c)为N×N像元的平均遥感反射率;
Rrs(i)为N×N的第i个像元的遥感反射率。
根据本发明第一方面的方法,在所述步骤S3中,所述第一预设值的具体设计范围为,0%~5%。
根据本发明第一方面的方法,在所述步骤S4中,所述在x-y nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率的具体方法包括:
其中,
ρ′为每一景影像与相邻景影像的变化率;
Rrs(J)为某一景影像的遥感反射率;
Rrs(J+1)为相邻景影像的遥感反射率。
根据本发明第一方面的方法,在所述步骤S4中,所述第二预设值的具体设计范围为,0%~5%。
根据本发明第一方面的方法,在所述步骤S7中,所述开始时间和结束时间表征开始时间和结束时间之间的一段时间内的地物光谱反射率是不变的。
本发明第二方面公开了一种均匀不变地物控制点光谱库的生成系统,所述系统包括:
第一处理模块,被配置为,获取Sentinel-2MSI L2A的影像,读取地表反射率数据;
第二处理模块,被配置为,将所述地表反射率数据转换为遥感反射率数据;
第三处理模块,被配置为,根据所述影像的固有剖分网格和遥感反射率,计算每一景影像x-y nm波段内的N×N像元的变化率,提取变化率小于第一预设值的像元为均匀地物,得到均匀地物掩膜;
第四处理模块,被配置为,根据所述影像的遥感反射率,在x-y nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率,提取变化率小于第二预设值的像元为不变地物,得到不变地物掩膜;
第五处理模块,被配置为,将所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜叠加,并求所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜的交集,得到均匀不变地物控制点;
第六处理模块,被配置为,将用于提取所述均匀不变地物控制点的两景影像的遥感反射率逐波段求均值,得到所述均匀不变地物控制点的x-y nm波段的平均遥感反射率;
第七处理模块,被配置为,将所述两景影像的开始时间、结束时间和剖分格网的分块号、行号、列号分别存入数据库中,提取所述均匀不变地物控制点的经度和纬度存入数据库中,再将所述均匀不变地物控制点的平均遥感反射率按波长存入数据库中,得到均匀不变地物控制点光谱库。
根据本发明第二方面的系统,第三处理模块,被配置为,所述x-y nm为442-944nm,具体包括:
442nm,492nm,560nm,665nm,704nm,740nm,780nm,833nm,865nm,944nm十个波长。
根据本发明第二方面的系统,第三处理模块,被配置为,所述计算每一景影像x-ynm波段内的N×N像元的变化率的具体包括:
其中,
ρ为N×N像元的变化率;
Rrs(c)为N×N像元的平均遥感反射率;
Rrs(i)为N×N的第i个像元的遥感反射率。
根据本发明第二方面的系统,第三处理模块,被配置为,所述第一预设值的具体设计范围为,0%~5%。
根据本发明第二方面的系统,第四处理模块,被配置为,所述在x-y nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率的具体包括:
其中,
ρ′为每一景影像与相邻景影像的变化率;
Rrs(J)为某一景影像的遥感反射率;
Rrs(J+1)为相邻景影像的遥感反射率。
根据本发明第二方面的系统,第四处理模块,被配置为,所述第二预设值的具体设计范围为:0%~5%。
根据本发明第二方面的系统,第七处理模块,被配置为,所述开始时间和结束时间表征开始时间和结束时间之间的一段时间内的地物光谱反射率是不变的。
本发明第三方面公开了一种电子设备。电子设备包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时,实现本发明公开第一方面中任一项的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法中的步骤。
本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,实现本发明公开第一方面中任一项的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法中的步骤。
本发明提出的方案,均匀不变地物控制点库为水体遥感影像大气校正提供了数据来源,解决了无短波红外波段遥感数据的精确大气校正面临的难题。同时,该控制点库用于替代相对大气校正算法所需的真值影像,摆脱了对真值影像的依赖,提高了相对大气校正算法的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法的流程图;
图2为根据本发明实施例的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成系统的结构图;
图3为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例只是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明第一方面公开了一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法。图1为根据本发明实施例的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法的流程图,如图1所示,所述方法包括:
步骤S1、获取Sentinel-2MSI L2A的影像,读取地表反射率数据;
步骤S2、将所述地表反射率数据转换为遥感反射率数据;
步骤S3、根据所述影像的固有剖分网格和遥感反射率,计算每一景影像x-y nm波段内的N×N像元的变化率,提取变化率小于第一预设值的像元为均匀地物,得到均匀地物掩膜;
步骤S4、根据所述影像的遥感反射率,在x-y nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率,提取变化率小于第二预设值的像元为不变地物,得到不变地物掩膜;
步骤S5、将所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜叠加,并求所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜的交集,得到均匀不变地物控制点;
步骤S6、将用于提取所述均匀不变地物控制点的两景影像的遥感反射率逐波段求均值,得到所述均匀不变地物控制点的x-y nm波段的平均遥感反射率;
步骤S7、将所述两景影像的开始时间、结束时间和剖分格网的分块号、行号、列号分别存入数据库中,提取所述均匀不变地物控制点的经度和纬度存入数据库中,再将所述均匀不变地物控制点的平均遥感反射率按波长存入数据库中,得到均匀不变地物控制点光谱库。
在步骤S2,将所述地表反射率数据SR转换为遥感反射率数据Rrs。
具体地,Rrs≈SR/π。
在步骤S3,根据所述影像的固有剖分网格和遥感反射率,计算每一景影像x-y nm波段内的N×N像元的变化率,提取变化率小于第一预设值的像元为均匀地物,得到均匀地物掩膜。
在一些实施例中,在所述步骤S3中,所述x-y nm为442-94nm,具体包括:
442nm,492nm,560nm,665nm,704nm,740nm,780nm,833nm,865nm,944nm十个波长。
所述计算每一景影像x-y nm波段内的N×N像元的变化率的具体方法包括:
其中,
ρ为N×N像元的变化率;
Rrs(c)为N×N像元的平均遥感反射率;
Rrs(i)为N×N的第i个像元的遥感反射率。
所述第一预设值的具体设计范围为,0%~5%。
具体地,根据所述影像的固有剖分网格和遥感反射率,计算每一景影像442-944nm波段内的3×3像元的变化率ρ,提取变化率ρ<5%的像元为均匀地物,得到均匀地物掩膜,
在步骤S4,根据所述影像的遥感反射率,在x-y nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率,提取变化率小于第二预设值的影像为不变地物,得到不变地物掩膜。
在一些实施例中,在所述步骤S4中,所述在x-y nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率的具体方法包括:
其中,
ρ′为每一景影像与相邻景影像的变化率;
Rrs(J)为某一景影像的遥感反射率;
Rrs(J+1)为相邻景影像的遥感反射率。
所述第二预设值的具体设计范围为,0%~5%。
具体地,根据所述影像的遥感反射率,在442-944nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率ρ′,提取变化率ρ′<5%的影像为不变地物,得到不变地物掩膜。
在步骤S7,将所述两景影像的开始时间、结束时间和剖分格网的分块号、行号、列号分别存入数据库中,提取所述均匀不变地物控制点的经度和纬度存入数据库中,再将所述均匀不变地物控制点的平均遥感反射率按波长存入数据库中,得到均匀不变地物控制点光谱库。
在一些实施例中,在所述步骤S7中,所述开始时间和结束时间表征开始时间和结束时间之间的一段时间内的地物光谱反射率是不变的。
具体地,将所述两景影像的开始时间、结束时间和剖分格网的分块号、行号、列号分别存入数据库中的开始时间、结束时间和剖分格网分块号、行号、列号;分别提取每个均匀不变地物控制点的经纬度,填入纬度和经度两列;将均匀不变地物控制点的平均遥感反射率按波长分别填入相应列,,得到均匀不变地物控制点光谱库,光谱库的结构如表1所示。
所述光谱库主要涉及3个属性:时间属性、位置属性、光谱属性。
时间属性主要包括开始时间和结束时间,表征开始时间和结束时间之间的一段时间内的地物光谱反射率是不变的;
位置属性提供了均匀不变地物控制点的纬度、经度和Sentinel-2MSI数据全球剖分网格的分块号及在分块内的行号和列号;
光谱属性提供了442nm,492nm,560nm,665nm,704nm,740nm,780nm,833nm,865nm和944nm十个波长的遥感反射率(或地表反射率)数据。
表1
综上,本发明提出的方案能够均匀不变地物控制点库为水体遥感影像大气校正提供了数据来源,解决了无短波红外波段遥感数据的精确大气校正面临的难题。同时,该控制点库用于替代相对大气校正算法所需的真值影像,摆脱了对真值影像的依赖,提高了相对大气校正算法的效率。
本发明第二方面公开了一种均匀不变地物控制点光谱库的生成系统。图2为根据本发明实施例的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成系统的结构图;如图2所示,所述系统100包括:
第一处理模块101,被配置为,获取Sentinel-2MSI L2A的影像,读取地表反射率数据;
第二处理模块102,被配置为,将所述地表反射率数据转换为遥感反射率数据;
第三处理模块103,被配置为,根据所述影像的固有剖分网格和遥感反射率,计算每一景影像x-y nm波段内的N×N像元的变化率,提取变化率小于第一预设值的像元为均匀地物,得到均匀地物掩膜;
第四处理模块104,被配置为,根据所述影像的遥感反射率,在x-y nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率,提取变化率小于第二预设值的像元为不变地物,得到不变地物掩膜;
第五处理模块105,被配置为,将所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜叠加,并求所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜的交集,得到均匀不变地物控制点;
第六处理模块106,被配置为,将用于提取所述均匀不变地物控制点的两景影像的遥感反射率逐波段求均值,得到所述均匀不变地物控制点的x-ynm波段的平均遥感反射率;
第七处理模块107,被配置为,将所述两景影像的开始时间、结束时间和剖分格网的分块号、行号、列号分别存入数据库中,提取所述均匀不变地物控制点的经度和纬度存入数据库中,再将所述均匀不变地物控制点的平均遥感反射率按波长存入数据库中,得到均匀不变地物控制点光谱库。
根据本发明第二方面的系统,第三处理模块103,被配置为,所述x-y nm为442-944nm,具体包括:
442nm,492nm,560nm,665nm,704nm,740nm,780nm,833nm,865nm,944nm十个波长。
根据本发明第二方面的系统,第三处理模块103,被配置为,所述计算每一景影像x-y nm波段内的N×N像元的变化率的具体包括:
其中,
ρ为N×N像元的变化率;
Rrs(c)为N×N像元的平均遥感反射率;
Rrs(i)为N×N的第i个像元的遥感反射率。
根据本发明第二方面的系统,第三处理模块103,被配置为,所述第一预设值的具体设计范围为,0%~5%。
根据本发明第二方面的系统,第四处理模块104,被配置为,所述在x-y nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率的具体包括:
其中,
ρ′为每一景影像与相邻景影像的变化率;
Rrs(J)为某一景影像的遥感反射率;
Rrs(J+1)为相邻景影像的遥感反射率。
根据本发明第二方面的系统,第四处理模块104,被配置为,所述第二预设值的具体设计范围为:0%~5%。
根据本发明第二方面的系统,第七处理模块107,被配置为,所述开始时间和结束时间表征开始时间和结束时间之间的一段时间内的地物光谱反射率是不变的。
本发明第三方面公开了一种电子设备。电子设备包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时,实现本发明公开第一方面中任一项的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法中的步骤。
图3为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图,如图3所示,电子设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中,该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过WIFI、运营商网络、近场通信(NFC)或其他技术实现。该电子设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解,图3中示出的结构,仅仅是与本公开的技术方案相关的部分的结构图,并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定,具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,实现本发明公开第一方面中任一项的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法中的步骤中的步骤。
请注意,以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤S1、获取Sentinel-2 MSI L2A的影像,读取地表反射率数据;
步骤S2、将所述地表反射率数据转换为遥感反射率数据;
步骤S3、根据所述影像的固有剖分网格和遥感反射率,计算每一景影像x-y nm波段内的N×N像元的变化率,提取变化率小于第一预设值的像元为均匀地物,得到均匀地物掩膜;
步骤S4、根据所述影像的遥感反射率,在x-y nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率,提取变化率小于第二预设值的像元为不变地物,得到不变地物掩膜;
步骤S5、将所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜叠加,并求所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜的交集,得到均匀不变地物控制点;
步骤S6、将用于提取所述均匀不变地物控制点的两景影像的遥感反射率逐波段求均值,得到所述均匀不变地物控制点的x-y nm波段的平均遥感反射率;
步骤S7、将所述两景影像的开始时间、结束时间和剖分格网的分块号、行号、列号分别存入数据库中,提取所述均匀不变地物控制点的经度和纬度存入数据库中,再将所述均匀不变地物控制点的平均遥感反射率按波长存入数据库中,得到均匀不变地物控制点光谱库。
2.根据权利要求1所述的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法,其特征在于,在所述步骤S3中,所述x-y nm为442-944nm,具体包括:
442nm,492nm,560nm,665nm,704nm,740nm,780nm,833nm,865nm,944nm十个波长。
4.根据权利要求1所述的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法,其特征在于,在所述步骤S3中,所述第一预设值的具体设计范围为0%~5%。
6.根据权利要求1所述的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法,其特征在于,在所述步骤S4中,所述第二预设值的具体设计范围为0%~5%。
7.根据权利要求1所述的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法,其特征在于,在所述步骤S7中,所述开始时间和结束时间表征开始时间和结束时间之间的一段时间内的地物光谱反射率是不变的。
8.一种用于均匀不变地物控制点光谱库的生成系统,其特征在于,所述系统包括:
第一处理模块,被配置为,获取Sentinel-2MSI L2A的影像,读取地表反射率数据;
第二处理模块,被配置为,将所述地表反射率数据转换为遥感反射率数据;
第三处理模块,被配置为,根据所述影像的固有剖分网格和遥感反射率,计算每一景影像x-y nm波段内的N×N像元的变化率,提取变化率小于第一预设值的像元为均匀地物,得到均匀地物掩膜;
第四处理模块,被配置为,根据所述影像的遥感反射率,在x-y nm波段内计算每一景影像与相邻景影像的变化率,提取变化率小于第二预设值的像元为不变地物,得到不变地物掩膜;
第五处理模块,被配置为,将所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜叠加,并求所述均匀地物掩膜和不变地物掩膜的交集,得到均匀不变地物控制点;
第六处理模块,被配置为,将用于提取所述均匀不变地物控制点的两景影像的遥感反射率逐波段求均值,得到所述均匀不变地物控制点的x-y nm波段的平均遥感反射率;
第七处理模块,被配置为,将所述两景影像的开始时间、结束时间和剖分格网的分块号、行号、列号分别存入数据库中,提取所述均匀不变地物控制点的经度和纬度存入数据库中,再将所述均匀不变地物控制点的平均遥感反射率按波长存入数据库中,得到均匀不变地物控制点光谱库。
9.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时,实现权利要求1至7中任一项所述的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现权利要求1至7中任一项所述的一种均匀不变地物控制点光谱库的生成方法中的步骤。
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