一種消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于水質遙感數(shù)據(jù)處理方法技術領域，特別涉及一種消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡 面反射影響的方法。
【背景技術】
[0002] 平靜的水面可以被近似地看作一面鏡子，當太陽光入射時，在與入射方向關于法 線對稱的反射方向上形成強烈的反射輻射，形成太陽耀光。當水面存在波浪時，水面形成傾 角，在海浪的頂端形成閃光點，形成更大范圍的太陽耀光區(qū)。太陽耀光具有很大的輻射強 度，當遙感器直接觀測太陽耀光區(qū)時，容易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，也即水域遙感數(shù)據(jù)的鏡面反射。
[0003] 水面鏡面反射光基本不含水質和水下地物信息。由于水體反射率低，這部分鏡面 反射光的信號強度常高于其它水質信息，成為水質遙感或水下信息提取的強的干擾因素。
[0004]目前，國內外并無有效的消除水面鏡面反射的方法，主要采取"回避"策略，所謂 "回避"，就是在傳感器探測時盡可能回避存在嚴重太陽耀光的區(qū)域。也即在進行對地觀測 時，通過設計合理的飛行路線和選擇合適的時間，避開水面鏡面反射方向，也即強太陽耀斑 方向。
[0005] 但是，由于波浪的作用，水面并非為一平面，鏡面反射光在各方向均有分布，無論 從哪一方向進行觀測，無法完全避開。并且，進入傳感器鏡頭的鏡面反射光與水面粗糙度有 關，每個像元均不相同，即與水面風浪大小正成相關，在開闊海域尤為嚴重。因此，這種方法 并不能有效消除鏡面反射的影響。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法，該方法有效地 消除了光學波段遙感數(shù)據(jù)中每個水域像元中的水面鏡面反射光的影響，為精確的水質遙 感、水下地或形地物遙感提供了必要的前提基礎。
[0007] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0008] -種消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法，包括以下步驟：
[0009] (A)從圖像上提取山區(qū)植被陰影像元或清深水體像元，迭代計算大氣散射系數(shù)、大 氣透過率和天空光輻照度；
[0010] (B)對圖像中所有像元進行大氣糾正；
[0011] (C)消除天空光鏡面反射光；
[0012] (D)消除太陽直射光鏡面反射光。
[0013] 作為一種具體的實施例，步驟（A)中迭代計算大氣散射系數(shù)、大氣透過率和天空 光輻照度的步驟包括：
[0014] (A1)讀取山區(qū)植被陰影像元或清深水體像元的表觀反射率Rvd，根據(jù)山區(qū)植被陰 影像元或清深水體像元的表觀反射率R vd的計算公式：
[0015] 式中：《為大氣散射系數(shù)，T為大氣透過率，&為地物反射率，P( 9 )為大氣散射 相函數(shù)，9為散射角，
[0016] 首先忽略等式（1)右邊第一項的值，計算得到大氣散射系數(shù)的初值￥ =
[0017] (A2):根據(jù)大氣透過率的初值的計算公式：T' =e^，計算出大氣透過率的初值 T'，并將大氣透過率的初值T'代入等式（1)右邊第一項中的T，將大氣散射系數(shù)的初值
代入等式（1)右邊第一項中的《，計算得到大氣散射系數(shù)
[0018] (A3):計算天空光幅照度：
[0019] 將步驟（A2)中計算得到的大氣散射系數(shù)％代入天空光幅照度計算公式 =f_，計算天空光幅照度Eskyl，式中：c為大氣糾正前后的大氣散射系數(shù)比，為小于2的 測量值；
[0020] (A4):將步驟（A2)中計算得到的大氣散射系數(shù)％代入大氣透過率的計算公式T =e'計算出大氣透過率T1;
[0021] (A5):將步驟（A2)中計算得到的大氣散射系數(shù)〇^代入等式（1)右邊第一項中的 ?、將步驟（A4)中計算得到的大氣透過率1\代入等式（1)右邊第一項中的T，計算出精度 高于大氣散射系數(shù)〇^的大氣散射系數(shù)co2;
[0022] 根據(jù)步驟（A3)計算出精度更高的天空光幅照度Esky2;
[0023] 根據(jù)步驟（A4)計算出精度高于大氣透過率的大氣透過率T2;
[0024]依次辦法，迭代計算出精度高于大氣散射系數(shù)《2的大氣散射系數(shù)cok、精度高于 大氣透過率T2的大氣透過率Tk和精度高于天空光幅照度E_2的天空光幅照度Eskyk;其中， k>2〇
[0025] 進一步地，所述步驟（B)的具體步驟為，對圖像中所有像元，均進行以下計算：
[0026] 式中：Rg為大氣糾正后得到的像元反射率，T' =e~°se，其中t為大氣光學厚 度，札為像元表觀反射率：R'=「L\，L為像元原始輻亮度，E。為太陽輻照度。 ￡0cos^y
[0027] 進一步地，所述步驟（C)的具體步驟為：將像元各波段的原始輻亮度減去步驟 (A5)得到的天空光輻照度Eskyk與天空光水面鏡面L之積，其公式為：LL-E咖久，
[0028]式中：Q為像元消除天空光鏡面反射后的輻亮度。
[0029]進一步地，所述步驟（D)的具體步驟為：將圖像轉化為反射率圖像，像元所有波段 的反射率均減去紅外波段的反射率，其中，像元所有的波段的反射率減去紅外波段的反射 率的公式為：R2=R_Rir;
[0030] 式中：私為像元消除光鏡面反射后的反射率，R u為紅外波段的反射率。
[0031] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0032] 本發(fā)明消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法首先通過從衛(wèi)星圖像上提取并讀 取山區(qū)植被陰影像元或深清水體像元的表觀反射率，通過迭代計算出計算大氣散射系數(shù)、 大氣透過率和天空光輻照度，然后根據(jù)計算出的結果，進行大氣糾正，使衛(wèi)星圖像消除了大 氣干擾因素。
[0033] 進一步地，通過將圖像各波段的原始輻亮度減去天空光福照度與天空光水面鏡面 反射率的積，以消除天空光鏡面反射光。
[0034] 進一步地，通過將圖像轉化為反射率圖像，再將像元所有波段的反射率均減去紅 外波段的反射率，從而消除了太陽直射光的鏡面反射光。
[0035] 本發(fā)明消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法有效地消除了光學波段遙感數(shù)據(jù) 中每個水域像元中的水面鏡面反射光的影響，為精確的水質遙感、水下地或形地物遙感提 供了必要的前提基礎。
【附圖說明】
[0036] 圖1是本發(fā)明的消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法流程圖。
[0037] 圖2是原始衛(wèi)星圖像。
[0038] 圖3是經(jīng)大氣糾正后的衛(wèi)星圖像。
[0039] 圖4是各光學波段的水面鏡面反射光的反射率圖。
[0040] 圖5是消除水面鏡面反射光后的衛(wèi)星圖像。
【具體實施方式】
[0041] 下面將結合附圖1-2以及具體實施方法來詳細說明本發(fā)明，在本發(fā)明的示意性實 施及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0042] 如圖1所示，本發(fā)明一種消除水域遙感數(shù)據(jù)鏡面反射影響的方法，包括以下步驟：
[0043] 步驟（A):從圖像上提取山區(qū)植被陰影像元或清深水體像元，迭代計算大氣散射 系數(shù)、大氣透過率和天空光輻照度。
[0044] 如圖2所示，為原始衛(wèi)星圖像，首先，從圖像上提取包括山區(qū)植被陰影或清深水體 像元等暗像元。根據(jù)提取的像元，計算獲取大氣散射系數(shù)、大氣透過率和天空光輻照度。具 體步驟如下：
[0045] (A1)讀取山區(qū)植被陰影像元或清深水體像元的表觀反射率Rvd，計算大氣散射系 數(shù)初值:根據(jù)暗像元的表觀反射率R vd的計算公式：
[0046] 首先忽略等式（1)右邊第一項的值，計算得到大氣散射系數(shù)的初值& =
[0047] 式中：《為大氣散射系數(shù)，T為大氣透過率，&為地物反射率，P( 9 )為大氣散射 相函數(shù)，9為散射角。
[0048] (A2):根據(jù)大氣透過率的初值的計算公式：T' = e ^，計算出大氣透過率的初值 T'，并將大氣透過率的初值T'代入等式（1)右邊第一項中的T，將大氣散射系數(shù)的初值 代入等式（1)右邊第一項中的《，計算得到大氣散射系數(shù)<
[0049] (A3):計算天空光幅照度：
[0050] 將步驟（A2)中計算得到的大氣散射系數(shù)％代入天空光幅照度計算公式 計算天空光幅照度E skyl，式中：c為大氣糾正前后的大氣散射系數(shù)比，通過測量得 C 至|J，為小于2的測量值。
[0051] (A4):將步驟（A2)中計算得到的大氣散射系數(shù)％代