专利名称：基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法
技术领域：
本发明涉及一种基于微小地形的遥感影像的地形校正方法，属于遥感影像处理领 域。
背景技术：
遥感技术，在世界范围内得到了广泛的应用。遥感数据源向着更高光谱分辨率和 更高空间分辨率发展的同时，遥感影像处理技术也更加成熟；在应用上，结合了地理信息系 统(GIS)和全球定位系统(GPS)，向着更系统化，更定量化方向发展，使遥感数据的应用更 广泛和深入。但是，遥感数据处理过程中，由于光学遥感影像中的山体的阴坡与阳坡的波段 辐射亮度存在巨大反差，导致两个反射特性相同的地物在遥感影像中反映为不同的辐射亮 度，严重影响定量遥感的校正精度。因此，消除地形引起的光照度变化是遥感影像定性、定 量应用之前的重要处理手段。消除坡度坡向引起的辐射误差的过程被称为地形校正。目前 基于DEM数据的遥感影像的地形校正方法主要有余弦校正、C校正、Mirmeart校正。余弦 校正和C校正是朗伯体校正模型，把地物的二向反射函数(BRDF)当作是常数，忽略了地物 反射的二向性。Mirmeart校正，虽然引入了 Mirmeart因子k来描述地物表面的各向异性， 但是没有实际的物理意义。

发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的技术问题，提供一种基于微小地形的遥感 影像的地形校正的方法，该方法能消除地形起伏引起的遥感影像的辐射误差，使校正后的 遥感影像能更真实地反映地物的反射特性。为达到上述发明的目的，本发明采用下述技术方案 一种基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于
首先将遥感影像与DEM数据进行配准，确定每个遥感影像像元中微小地形的个数；再 通过DEM数据和太阳、传感器的方位，计算出每个微小地形的坡度坡向以及入射角和观测 角，计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子和每个微小地形的相邻微小地形对其的 遮蔽因子；最后，根据每个微小地形在水平面上的投影辐射因子、每个微小地形的相邻微小 地形对其的遮蔽因子和每个遥感影像像元中微小地形的个数计算得到每个遥感影像像元 总的投影辐射因子，进而对原始遥感影像进行地形校正，其具体步骤如下
(1)、首先用遥感影像与DEM数据进行配准，使DEM空间分辨率是遥感影像分辨率的整 数倍；
(2)、确定每个遥感影像像元中包含的微小地形的个数N；
(3)、根据DEM数据以及太阳的方位和传感器的方位，分别计算每个微小地形的坡度、 坡向、入射角和观测角；
(4)、根据计算出的坡度坡向数据计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子K；
(5)、计算每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF；(6)、计算总辐射因子KT;
(7)、利用总辐射因子KT对遥感影像进行地形校正，得到校正后的遥感影像。 上述步骤(3)中所述的分别计算每个微小地形的坡度、坡向、入射角和观测角，其 计算如下
(3-1)、计算每个微小地形的坡度、坡向设DEM数据中某一像元值 Iiii，下标..为像元在数据中的行列号，微小地形的坡度0和坡向φ计算式如下
权利要求
1.一种基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于首先将遥感影像与 DEM数据进行配准，确定每个遥感影像像元中微小地形的个数；再通过DEM数据和太阳、传 感器的方位，计算出每个微小地形的坡度坡向以及入射角和观测角，计算每个微小地形在 水平面上的投影辐射因子和每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子；最后，根据每 个微小地形在水平面上的投影辐射因子、每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子和 每个遥感影像像元中微小地形的个数计算得到每个遥感影像像元总的投影辐射因子，进而 对原始遥感影像进行地形校正，其具体步骤如下(1)、首先用遥感影像与DEM数据进行配准，使DEM空间分辨率是遥感影像分辨率的整 数倍；(2)、确定每个遥感影像像元中包含的微小地形的个数N；(3)、根据DEM数据以及太阳的方位和传感器的方位，分别计算每个微小地形的坡度、 坡向、入射角和观测角；(4)、根据计算出的坡度坡向数据计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子K；(5)、计算每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF；(6)、计算总辐射因子KT;(7)、利用总辐射因子KT对遥感影像进行地形校正，得到校正后的遥感影像。
2.根据权利要求1所述的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于， 上述步骤(3)中所述的分别计算每个微小地形的坡度、坡向、入射角和观测角，其计算如 下(3-1)、计算每个微小地形的坡度、坡向设DEM数据中某一像元值Ziii，下标..为像元在数据中的行列号，微小地形的坡度0和坡向的计算式如 1J !,Jατα下微小地形的坡度 θα = Brctmq^+fy2)(3)微小地形的坡向 <4 = arctanCf)(4)其中，θ表示为每个微小地形的坡度，φα表示为每个微小地形的坡向；(3-2)计算每个微小地形的入射角和观测角设每个微小地形的入射角和观测角分别为乓和& ,其入射角4和观测角I的计算式如下入射角 = arccos(cos(sz) cos(0a) + sm(sz)sm(5y cos(祷—4) (5)其中，J2和疼分别为太阳的天顶角和方位角，观狈 Ij 角 θγ = arccos(cos(w) cos(&+sm(sz) Sin(Ba) cos(4 - Φα) (6)其中，m和#分别为传感器的天顶角和方位角。
3.根据权利要求2所述的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于， 上述步骤中所述的计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子K，其具体计算式为COs(^ffi) ^ cos(w)其中一是太阳入射角传感器观测角"是每个微小地形的坡度，IZ是传感器的 天顶角。
4.根据权利要求3所述的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于， 上述步骤(5)中所述的计算每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF，定义遮蔽 因子GAF为既能被照射到又能被观测的坡面面积与坡面总面积的比值，其具体步骤如下(5-1)、将太阳入射光线方向和传感器观测方向分别为χ、7两个方向，设DEM数据中某一像元，在方向上的入射角和观测角分别和，在 方向上的入射角和观测角分 χiA rx y别θ 和θ ；syry(5-2)、确定方向上的非阴影区域的比例/.令DEM数据中象元的大小是 ，χ议mxm那么象元的边长是《，令任意DEM数据象元在沿太阳入射方向的r方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是m.，根据象元的边长、象元被相邻象元遮蔽的边长Ζ .. 1J方IXIX χ向上太阳光线入射角<9.之间的几何关系，确定方向上的非阴影区域的比例，其IXIX计算式为JI —"I , ^<θαΛθ ,、U—一-A+^Tn—⑶JflCOSd +aix IX.其中，是象元的边长，Wl.是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，…IXΘιχ是方向上DEM数据中某一像元在χ方向上的入射角，^r是DEM数据中某一像元在 方向上的坡度，是方向上DEM数据中某一像元的沿太阳入射方向的方向上的相γCliJL ^ 邻DEM数据象元在x方向上的坡度；(5-3)、确定方向上的可视区域的比例/ 令DEM数据中，象元的大小是 ，rrχ mxm那么象元的边长是令某DEM数据象元在沿传感器观测方向的Χ方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是m ,根据象元的边长、象元被相邻象元遮蔽的边长Wl打与方f Λf^jF ^v 太向上传感器观测角0 之间的几何关系，确定方向上的可视区域的比例J ，其计算L·/________fitΓΧ式为卜11.+.^^4 ⑶m cos(i9 + Θarx rx ‘其中，是象元的边长，m一是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，m^是方向上DEM数据中某一像元在方向上的入射角，^是方向上DEM数据中某 rx χχχ一像元在1方向上的坡度，Uarx是DEM数据中某一像元的沿传感器观测方向的方向上 的相邻DEM数据象元在ζ方向上的坡度；χ肌ι(5-4)、确定方向上的非阴影区域的比例令DEM数据中，象元的大小是7νmxm，那么象元的边长是,令某DEM数据象元在沿太阳入射方向的7方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是卿…，根据象元的边长、象元被相邻象元遮蔽的边长Wf…与方向 νmV y上太阳光线入射角Gv之间的几何关系，确定方向上的非阴影区域的比例/.，其VVψ计算式为
5.根据权利要求4所述的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于， 上述步骤(6)中所述的计算总辐射因子KT，总辐射因子KT定义为每个遥感影像中包含的所 有微小地形的投影辐射因子K与遮蔽因子GAF乘积的均值，其计算式为NΣ ^ .■. χ ￠^ .jf^l J^1.,η“(14)KT = _N其中，N为每个遥感像元中微小地形的个数。
6.根据权利要求5所述的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于， 上述步骤(7)中所述的利用总辐射因子KT对遥感影像进行地形校正，得到校正后的遥感影像，其具体计算如下当微小地形的坡度一力0时，总辐射因子KT变为KH，其中KH是平坦区域的辐射因子，地形校正计算式如下r K H _..lH =TTlT(15)其中，4表示校正前遥感影像的辐射亮度值，iE表示校正后遥感影像的辐射亮度值。阴影区域面积与象元总面积的比值为I，，其计算式为(12)s κ ψ令DEM数据某一象元的可视区域面积与象元总面积的比值力< 其计算式为
全文摘要
本发明公开了一种基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，该方法首先将遥感影像与DEM数据进行配准，确定每个遥感影像像元中微小地形的个数；再通过DEM数据和太阳、传感器的方位，计算出每个微小地形的坡度坡向以及入射角和观测角，计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子和每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子；最后，根据每个微小地形在水平面上的投影辐射因子、每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子和每个遥感影像像元中微小地形的个数计算得到每个遥感影像像元总的投影辐射因子，进而对原始遥感影像进行地形校正。该方法利用微小地形的相邻微小地形对微小地形的遮蔽影响，提高遥感影像的地形校正精度。
文档编号G01S7/497GK102073038SQ20101056282
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者朱瑞芳, 李先华, 陆珊, 韩晓梦, 黄微 申请人:上海大学