一種全譜段光學(xué)成像儀遙感影像仿真方法
【專利說明】-種全譜段光學(xué)成像儀遙感影像仿真方法 (-)技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種全譜段光學(xué)成像儀遙感影像仿真方法，屬于光學(xué)遙感成像建模與 數(shù)據(jù)仿真技術(shù)領(lǐng)域，適用于全譜段遙感全鏈路仿真方法研究，可用于全譜段光學(xué)成像儀設(shè) 計(jì)階段生成其模擬影像，從而服務(wù)于全譜段光學(xué)成像儀的應(yīng)用能力預(yù)測、參數(shù)評價、指標(biāo)優(yōu) 化、數(shù)據(jù)處理算法開發(fā)。 (二）【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)遙感成像建模與數(shù)據(jù)仿真是光學(xué)遙感器研制、數(shù)據(jù)應(yīng)用過程中的一個重要技 術(shù)領(lǐng)域，在光學(xué)遙感器成像性能預(yù)測、設(shè)計(jì)指標(biāo)評價、遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用中均具有重要意義。該 類技術(shù)的發(fā)展能夠大大推動光學(xué)遙感器的研制及其數(shù)據(jù)應(yīng)用。
[0003] 目前，光學(xué)遙感成像建模與數(shù)據(jù)仿真研究一般分為可見光-短波紅外波段的仿真 和熱紅外波段仿真，兩種方式均不能實(shí)現(xiàn)光學(xué)全譜段（0.4~14ym)的遙感影像仿真。仿 真方法多采用全鏈路成像仿真的方式，將仿真過程分為地面場景模擬、大氣福射傳輸模擬 和遙感器成像過程模擬。
[0004] 對于全譜段光學(xué)成像儀地面場景模擬，一般設(shè)及到地面反射率數(shù)據(jù)、地面發(fā)射率 數(shù)據(jù)和地面溫度數(shù)據(jù)的模擬。地面反射率數(shù)據(jù)、地面發(fā)射率數(shù)據(jù)的模擬方法有為實(shí)地測量， 遙感影像反演等。地面溫度數(shù)據(jù)模擬方法有根據(jù)能量守恒方程模擬，實(shí)地測量，遙感影像反 演等。實(shí)地測量的方法工作量大。遙感影像反演溫度的方法精度不夠高、靈活性差，其結(jié)果 僅代表成像時刻的結(jié)果。根據(jù)能量守恒方程模擬的方法，對于遙感影像仿真的實(shí)用性差。
[0005] 對于大氣福射傳輸模擬，利用成熟的大氣福射傳輸軟件建立查找表求解關(guān)鍵參 數(shù)，建立解析模型求解遙感器入瞳福亮度。目前，大氣福射傳輸模擬中，可見光-短波紅外 波段模擬采用的解析模型不考慮地物的發(fā)射福射能量的傳輸，而中波紅外-長波紅外福射 傳輸模擬采用的解析模型不考慮鄰近效應(yīng)和多次反射問題，兩類模型均不夠全面。
[0006] 對于遙感器成像過程模擬，主要通過光譜維重采樣、空間維重采樣、調(diào)制傳遞函數(shù) 空間維退化和噪聲模擬的方式對遙感器成像過程進(jìn)行模擬。其中，噪聲模擬使用遙感器的 信噪比SNR作為指標(biāo)，而全譜段光學(xué)成像儀的中波紅外波段和長波紅外波段的信噪比設(shè)計(jì) 參數(shù)或測量參數(shù)一般為噪聲等效溫差肥AT。 (H)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提出一種全譜段光學(xué)成像儀遙感影像仿真方法，模擬過程包括地 面場景模擬、大氣福射傳輸模擬、成像過程模擬=部分，符合全譜段光學(xué)成像儀遙感物理過 程，它實(shí)現(xiàn)了光學(xué)全譜段（0. 4~14ym)遙感成像建模與數(shù)據(jù)仿真，克服了現(xiàn)有技術(shù)仿真成 本高、速度慢、技術(shù)不完整、場景不夠真實(shí)等不足，實(shí)現(xiàn)了全譜段光學(xué)成像儀全鏈路仿真，它 是一種穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性高、精確度高的全譜段光學(xué)成像儀遙感影像仿真方法。
[000引本發(fā)明的技術(shù)解決方案是；一種全譜段光學(xué)成像儀遙感影像仿真方法。首先，根據(jù) 地面場景分類圖生成地面反射率、發(fā)射率模擬數(shù)據(jù)，根據(jù)地物空間分布與地面高程信息，估 計(jì)地物溫度，建立地面溫度場景。然后，建立一種考慮地物目標(biāo)多次反射福射、鄰近目標(biāo)多 次反射福射、地物目標(biāo)發(fā)射福射W及大氣程福射的光學(xué)全譜段（0.4~14ym)大氣福射傳 輸模型。通過多次調(diào)用MODTRAN模型，并根據(jù)福射傳輸模型解算參數(shù)，建立福射傳輸模型參 數(shù)的查找表，根據(jù)地面反射率、發(fā)射率模擬數(shù)據(jù)，地面溫度場景數(shù)據(jù)，地面高程數(shù)據(jù)和福射 傳輸模型參數(shù)查找表，模擬全譜段光學(xué)成像儀入瞳福亮度影像。最后，根據(jù)全譜段光學(xué)成像 儀光譜響應(yīng)函數(shù)、空間分辨率、調(diào)制傳遞函數(shù)、信噪比、噪聲等效溫差等參數(shù)，模擬全譜段光 學(xué)成像儀成像過程。其具體步驟如下：
[0009] (1)對高空間分辨率影像進(jìn)行地物分類，結(jié)合地物波譜數(shù)據(jù)庫模擬地面光學(xué)全譜 段（0. 4~14ym)反射率數(shù)據(jù)立方體和發(fā)射率數(shù)據(jù)立方體；
[0010] 似根據(jù)對應(yīng)的DEM影像，W100m為間隔，將高程劃分為若干層，第i層標(biāo)度為d =虹in值EM) ]+i*100,逐像元取最臨近的標(biāo)度，生成地面高程分層數(shù)據(jù)，W每層的高程分層 數(shù)據(jù)作為該層的平均高程；
[0011] (3)利用成像時間、飛行高度、觀測角度、大氣參數(shù)、步驟（1)生成的地物分類結(jié) 果、步驟（2)生成的地面高程分層數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度模擬計(jì)算，生成地面溫度場景數(shù)據(jù)；
[0012] (4)根據(jù)地面溫度場景數(shù)據(jù)獲得成像區(qū)域平均溫度，利用地面高程分層數(shù)據(jù)、平均 溫度、成像時間、飛行高度、大氣參數(shù)條件計(jì)算福射傳輸模型參數(shù)，建立福射傳輸模型參數(shù) 查找表；
[0013] (5)根據(jù)地面光學(xué)全譜段（0. 4~14ym)反射率數(shù)據(jù)立方體計(jì)算得到鄰近地物平 均反射率數(shù)據(jù)立方體；
[0014] (6)將地面光學(xué)全譜段（0. 4~14ym)反射率數(shù)據(jù)立方體和發(fā)射率數(shù)據(jù)立方體、鄰 近地物平均反射率數(shù)據(jù)立方體、地面溫度場景數(shù)據(jù)作為福射傳輸模型輸入，根據(jù)影像中不 同像元的高程調(diào)用福射傳輸模型參數(shù)查找表確定模型參數(shù)，模擬全譜段光學(xué)成像儀入瞳福 亮度影像；
[0015] (7)根據(jù)全譜段光學(xué)成像儀的光譜響應(yīng)函數(shù)，對模擬的入瞳福亮度進(jìn)行光譜維重 采樣；
[0016] (8)根據(jù)全譜段光學(xué)成像儀的空間分辨率，對模擬影像進(jìn)行空間維重采樣；
[0017] (9)根據(jù)全譜段光學(xué)成像儀的調(diào)制傳遞函數(shù)，對模擬影像進(jìn)行空間模糊；
[0018] (10)根據(jù)全譜段光學(xué)成像儀的信噪比及噪聲等效溫差，模擬全譜段光學(xué)成像儀噪 聲，對模擬影像進(jìn)行噪聲退化，從而得到最終模擬影像。
[0019] 其中，步驟（3)中所述的"利用成像時間、飛行高度、觀測角度、大氣參數(shù)、步驟（1) 生成的地物分類結(jié)果、步驟（2)生成的地面高程分層數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度模擬計(jì)算，生成地面溫 度場景數(shù)據(jù)"，其具體過程如下；首先，結(jié)合成像時間、飛行高度、觀測角度、大氣參數(shù)、步驟 (2)生成的地面高程分層數(shù)據(jù)，計(jì)算不同高程處的每種地物目標(biāo)的單像元溫度；然后，結(jié)合 步驟（1)的地物分類結(jié)果和步驟（2)生成的地面高程分層數(shù)據(jù)，確定成像區(qū)域每個像元的 溫度，生成地面溫度場景數(shù)據(jù)。
[0020] 其中，步驟（4)中所述的"福射傳輸模型"指單像元大氣福射傳輸模型為，
[0021]