基于点光源的绝对辐射校正方法、装置、设备和介质

1.本发明涉及遥感图像处理技术领域，具体涉及一种基于点光源的绝对辐射校正方法、装置、设备和介质。


背景技术：

2.绝对辐射校正可以使遥感影像图定量地解译地球物理参量和地球环境的变化规律等。绝对辐射校正通常基于全色光谱或多光谱等可见光载荷的进行绝对定标和绝对辐射处理。例如，场地定标、交叉定标、海洋场景定标等。
3.但对于搭载微光载荷的轨道卫星而言，轨道高度更高、空间能量传播更复杂。在微弱信号情况下，基于全色光谱或多光谱等可见光载荷的绝对辐射校正也不再适用。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明提供了一种基于点光源的绝对辐射校正方法、装置、设备和介质。
5.本发明的第一个方面，提供了一种基于点光源的绝对辐射校正方法，包括：获取在静轨卫星的微光载荷观测时段内观测环境的大气参数；根据微光载荷的遥感影像，计算观测地点中多个预设点光源的辐射值；利用大气参数和遥感影像，模拟在微光载荷的微光通道上的大气透过率；根据预设点光源的辐射值和大气透过率，计算微光载荷的绝对定标系数；以及根据绝对定标系数，校正遥感影像，得到绝对辐射影像。
6.根据本发明的实施例，根据微光载荷的遥感影像，计算观测地点中多个预设点光源的辐射值，包括：在遥感影像中确定像素区；获取像素区内的预设点光源的响应值；将多个预设点光源中具有相同能量等级的点光源的响应值的平均值作为统计响应值，统计响应值包括点光源辐射功率和点光源辐照度值；以及根据点光源辐射功率和点光源辐照度值，计算观测地点中多个预设点光源的辐射值。
7.根据本发明的实施例，利用大气参数和遥感影像，模拟在微光载荷的微光通道上的大气透过率，包括：利用大气参数和遥感影像，基于大气辐射传输模型，模拟大气光谱透过率；以及在微光载荷的感应谱段范围内，将大气光谱透过率与微光载荷的光谱响应函数做卷积运算，得到在微光载荷的微光通道上的大气透过率。
8.根据本发明的实施例，根据预设点光源的辐射值和大气透过率，计算微光载荷的绝对定标系数，包括：利用预设点光源的辐射值和大气透过率，模拟微光载荷的入瞳处辐亮度；在遥感影像中，提取多个预设点光源的遥感图像；从多个预设点光源的遥感图像中分别获取多个预设点光源对应的多个灰度值；以及根据多个灰度值的均值和入瞳处辐亮度，计算微光载荷的绝对定标系数。
9.根据本发明的实施例，在遥感影像中，提取多个预设点光源的遥感图像，包括：在遥感影像中选取待提取区域，待提取区域包括多个像素；对于多个像素的每个像素，获取像素的图像数据和像素的相邻像素的图像数据；根据像素的图像数据和相邻像素的图像数
据，计算像素的边缘权值；以及根据多个像素的每个像素的边缘权值，提取遥感影像中多个预设点光源的遥感图像。
10.根据本发明的实施例，根据绝对定标系数，校正遥感影像，得到绝对辐射影像，包括：将遥感影像进行分块，得到多个图像块；以及根据绝对定标系数，对多个图像块进行并行校正，得到绝对辐射影像。
11.根据本发明的实施例，大气参数包括水汽含量数据和气溶胶光学厚度；通过外场测量仪器获取预设时刻下观测环境的气溶胶光学厚度；获取在静轨卫星的微光载荷观测时段内观测环境的大气参数，包括：获取观测时间内多个预设时刻下观测环境的水汽含量数据；以及对多个预设时刻下观测环境的水汽含量数据进行线性差值，得到观测时段内观测环境水汽含量数据。
12.本发明的第二方面提供了一种基于点光源的绝对辐射校正装置，包括：提取模块，获取模块，用于获取在静轨卫星的微光载荷观测时段内观测环境的大气参数；第一计算模块，用于根据微光载荷的遥感影像，计算观测地点中多个预设点光源的辐射值；模拟模块，用于利用大气参数和遥感影像，模拟在微光载荷的微光通道上的大气透过率；第二计算模块，用于根据预设点光源的辐射值和大气透过率，计算微光载荷的绝对定标系数；以及校正模块，用于根据绝对定标系数，校正遥感影像，得到绝对辐射影像。
13.本发明的第三方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述基于点光源的绝对辐射校正方法。
14.本发明的第四方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行上述基于点光源的绝对辐射校正方法。
15.本发明提供了一种基于点光源的绝对辐射校正方法，基于微光相机关于点光源的遥感影像，进行绝对辐射校正，可以弥补了全色或多光谱可见光载荷定标的不足。此外，点光源可以以外场人工点光源作为参考，减少了自然光源的存在噪声的干扰。强度可以调的点光源更加适用于超高的静轨卫星微光载荷定标。
附图说明
16.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示意性示出了根据本发明实施例的基于点光源的绝对辐射校正方法的流程图；图2示意性示出了根据本发明实施例的计算点光源辐射值的流程图；图3示意性示出了根据本发明实施例的模拟大气透过率的流程图；图4示意性示出了根据本发明实施例的计算微光载荷绝对定标系数的流程图；图5示意性示出了根据本发明实施例的基于点光源的绝对辐射校正装置的结构框图；以及图6示意性示出了根据本发明实施例的适于实现基于点光源的绝对辐射校正方法的电子设备的结构框图。
prediction，necp）再分析产品中4个时刻（0、6、12、18点）的水汽含量数据，对4个时刻的水汽含量数据进行线性插值，得到静轨卫星过境时刻的水汽含量数据。
30.在操作s120，根据微光载荷的遥感影像，计算观测地点中多个预设点光源的辐射值。在本发明实施例中，预设点光源可以是在观测地点布设的多能级的轻小型、自动化反射点光源。点光源的强度可调，根据静轨卫星的高度，调整点光源的强度，以生成适合微光载荷定标的微光环境。
31.在操作s130，利用大气参数和遥感影像，模拟在微光载荷的微光通道上的大气透过率。
32.在本发明实施例中，大气参数可以包括气溶胶光学厚度、水汽含量数据、地面背景光谱反射率和漫总比。遥感影像包括微光载荷的观测几何和成像时间等信息。根据大气辐射传输理论，可以利用大气参数和遥感影像进行微光环境下大气辐射传输计算，模拟在微光载荷的微光通道上的大气透过率。
33.在操作s140，根据预设点光源的辐射值和大气透过率，计算微光载荷的绝对定标系数。
34.在本发明实施例中，遥感影像的绝对辐射校正可认为是将遥感影像的灰度值转换为具有物理意义的入瞳处辐射亮度的过程。微光载荷的绝对定标系数可以由遥感影像的灰度值和入瞳处辐射亮度决定。根据预设点光源的辐射值和大气透过率，可以模拟出微光相机的入瞳处辐射亮度。利用最小二乘法，可以计算微光载荷绝对定标系数。
35.在操作s150，根据绝对定标系数，校正遥感影像，得到绝对辐射影像。
36.示例性地，将遥感影像分成多个图像块后，根据绝对定标系数，对多个图像块进行并行校正，得到绝对辐射影像。并行处理组成遥感影像的多个图像块，可以在确保遥感影像的高精度辐射校正的同时，提高辐射校正效率。
37.通过本发明实施例，基于微光相机关于点光源的遥感影像，进行绝对辐射校正，可以弥补了全色或多光谱可见光载荷定标的不足。此外，点光源可以以外场人工点光源作为参考，减少了自然光源的存在噪声的干扰。强度可以调的点光源更加适用于超高的静轨卫星微光载荷定标。
38.图2示意性示出了根据本发明实施例的计算点光源辐射值的流程图。
39.如图2所示，操作s120根据微光载荷的遥感影像，计算观测地点中多个预设点光源的辐射值的步骤包括操作s210~操作s240。
40.在操作s210，在遥感影像中确定像素区。
41.在操作s220，获取像素区内的预设点光源的响应值。
42.在操作s230，将多个预设点光源中具有相同能量等级的点光源的响应值的平均值作为统计响应值，统计响应值包括点光源辐射功率和点光源辐照度值。
43.在操作s240，根据点光源辐射功率和点光源辐照度值，计算观测地点中多个预设点光源的辐射值。
44.在本发明实施例中，在遥感影像中确定一定大小的像素区，在像素区内统计点光源的多种响应值。例如，在遥感影像中选取7
×
7的像素区，统计该像素区内点光源的响应值。响应值可以包括点光源辐射功率和点光源辐照度值。
45.预设点光源包括多能级反射点光源。对于具有相同能级的反射点光源的响应值进
行求均值处理，将均值作为该能级的反射电光源的最终响应值。
46.图3示意性示出了根据本发明实施例的模拟大气透过率的流程图。
47.如图3所示，操作s130利用大气参数和遥感影像，模拟在微光载荷的微光通道上的大气透过率的步骤包括操作s310~操作s320。
48.在操作s310，利用大气参数和遥感影像，基于大气辐射传输模型，模拟大气光谱透过率。
49.在操作s320，在微光载荷的感应谱段范围内，将大气光谱透过率与微光载荷的光谱响应函数做卷积运算，得到在微光载荷的微光通道上的大气透过率。
50.在本发明实施例中，可以基于modtran大气辐射传输模型模拟得到大气光谱透过率。示例性地，通过下式计算得到在微光载荷的微光通道上的大气透过率τ：其中，τ(λ)表示大气光谱透过率，srf(λ)表示载荷光谱响应函数，λ表示微光相机的感应谱段的波长，λ1~λ2表示微光相机的感应谱段的范围。
51.图4示意性示出了根据本发明实施例的计算微光载荷绝对定标系数的流程图。
52.如图4所示，操作s140根据预设点光源的辐射值和大气透过率，计算微光载荷的绝对定标系数的步骤包括操作s410~操作s440。
53.在操作s410，利用预设点光源的辐射值和大气透过率，模拟微光载荷的入瞳处辐亮度。
54.在操作s420，在遥感影像中，提取多个预设点光源的遥感图像。
55.在本发明实施例中，利用边缘检测算法，提取多个预设点光源的遥感图像操作s420包括在遥感影像中选取待提取区域，待提取区域包括多个像素；对于多个像素的每个像素，获取像素的图像数据和像素的相邻像素的图像数据；根据像素的图像数据和相邻像素的图像数据，计算像素的边缘权值；以及根据多个像素的每个像素的边缘权值，提取遥感影像中多个预设点光源的遥感图像。
56.在本发明实施例中，待提取区域可以是覆盖了多个点光源的区域。示例性地，对于待提取区域内的每个像素，可以通过下式计算像素的边缘权值p
(i, j)
：其中，p
(i, j)
表示坐标为(i, j)的像素的边缘权值，dn
i, j
表示坐标为(i, j)的像素的灰度值。
57.点光源设备部署后，可认为点光源在遥感图像上表现的灰度值是类似均匀的。根据像素的边缘权值，判断该像素与相邻像素之间的灰度值变化，从而确定该像素是否在灰度值均匀区域。示例性地，在任务光源例如点光源形成均匀光源区的情况下，如果像素的边缘权值也就是梯度变化不大，可认为该像素的相关像元位于均匀光源区。例如，在
的情况下，可认为该像素p
(i, j)
的相关像元位于均匀光源区，从而从遥感影像中区域作为均匀光源区的点光源图像。其中p
i0,j0
表示边缘权值的最小值，k=50。需要说明是，本领域的技术人员可以根据实际的遥感影像，确定p
i0, j0
和k，本发明对p
i0, j0
和k不做限定。
58.在操作s430，从多个预设点光源的遥感图像中分别获取多个预设点光源对应的多个灰度值。
59.在操作s440，根据多个灰度值的均值和入瞳处辐亮度，计算微光载荷的绝对定标系数。
60.在本发明实施例中，根据点光源区域的灰度值的均值dn
avg
和入瞳处辐亮度l，可以利用最小二乘法，拟合得到微光载荷绝对定标系数。示例性地，通过下式计算微光载荷的绝对定标系数gain。
61.gain=l/dn
avg
在计算得到微光载荷的绝对定标系数gain的情况下，可以下式根据绝对定标系数校正遥感影像。
62.dn
new
=gain*dn其中，dn
new
表示绝对辐射校正后遥感影像中像素的灰度值，dn表示绝对辐射校正前遥感影像中像素的灰度值。
63.基于上述基于点光源的绝对辐射校正方法，本发明还提供了一种基于点光源的绝对辐射校正装置。以下将结合图5对该装置进行详细描述。
64.图5示意性示出了根据本发明实施例的基于点光源的绝对辐射校正装置的结构框图。
65.如图5所示，该实施例的基于点光源的绝对辐射校正装置500包括获取模块510、第一计算模块520、模拟模块530、第二计算模块540和校正模块550。
66.获取模块510用于获取在静轨卫星的微光载荷观测时段内观测环境的大气参数。在一实施例中，获取模块510可以用于执行前文描述的操作s110，在此不再赘述。
67.第一计算模块520用于根据微光载荷的遥感影像，计算观测地点中多个预设点光源的辐射值。在一实施例中，第一计算模块520可以用于执行前文描述的操作s120，在此不再赘述。
68.模拟模块530用于利用大气参数和遥感影像，模拟在微光载荷的微光通道上的大气透过率。在一实施例中，模拟模块530可以用于执行前文描述的操作s130，在此不再赘述。
69.第二计算模块540用于根据预设点光源的辐射值和大气透过率，计算微光载荷的绝对定标系数。在一实施例中，第二计算模块540可以用于执行前文描述的操作s140，在此不再赘述。
70.校正模块550用于根据绝对定标系数，校正遥感影像，得到绝对辐射影像。在一实施例中，校正模块550可以用于执行前文描述的操作s150，在此不再赘述。
71.根据本发明的实施例，获取模块510、第一计算模块520、模拟模块530、第二计算模块540和校正模块550中的任意多个模块可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本发明的实施例，获取模块
510、第一计算模块520、模拟模块530、第二计算模块540和校正模块550中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列（fpga）、可编程逻辑阵列（pla）、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路（asic），或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，获取模块510、第一计算模块520、模拟模块530、第二计算模块540和校正模块550中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
72.图6示意性示出了根据本发明实施例的适于实现基于点光源的绝对辐射校正方法的电子设备的结构框图。
73.如图6所示，根据本发明实施例的电子设备600包括处理器601，其可以根据存储在只读存储器（rom）602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器（ram）603中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器601例如可以包括通用微处理器（例如cpu）、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器（例如，专用集成电路（asic））等等。处理器601还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器601可以包括用于执行根据本发明实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
74.在ram 603中，存储有电子设备600操作所需的各种程序和数据。处理器 601、rom 602以及ram 603通过总线604彼此相连。处理器601通过执行rom 602和/或ram 603中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。需要注意，程序也可以存储在除rom 602和ram 603以外的一个或多个存储器中。处理器601也可以通过执行存储在一个或多个存储器中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。
75.根据本发明的实施例，电子设备600还可以包括输入/输出（i/o）接口605，输入/输出（i/o）接口605也连接至总线604。电子设备600还可以包括连接至i/o接口605的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管（crt）、液晶显示器（lcd）等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至i/o接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。
76.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本发明实施例的方法。
77.根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦式可编程只读存储器（eprom或闪存）、便携式紧凑磁盘只读存储器（cd-rom）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的rom 602和/或ram 603和/或rom 602和ram 603以外的一个或多个存储器。
78.本发明的实施例还包括一种计算机程序产品，其包括计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。当计算机程序产品在计算机系统中运行时，该程序代码用于使计算机系统实现本发明实施例所提供的基于点光源的绝对辐射校正方法。
79.在该计算机程序被处理器601执行时执行本发明实施例的系统/装置中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的系统、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
80.在一种实施例中，该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中，该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发，并通过通信部分609被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
81.在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。在该计算机程序被处理器601执行时，执行本发明实施例的系统中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
82.根据本发明的实施例，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例提供的计算机程序的程序代码，具体地，可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。程序设计语言包括但不限于诸如java，c ，python，“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网（lan）或广域网（wan），连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。
83.附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
84.本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
85.以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实
施例中的措施不能有利地结合使用。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。