专利名称：一种月球光学遥感数据相对辐射与光度校正法的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种图像处理方法，尤其是一种月球光学遥感数据相对辐射与光度校正法，属于遥感遥测技术领域。
背景技术：
据申请人了解，由于光场(光线入射角、探測器观测角)非均匀性、成像器件响应不一致等原因，月球遥感图像呈现亮度渐晕、明暗条纹等现象，使得相同的地物具有不同的亮度，影响图像的可视性和成分反演。因此，在利用遥感数据开展研究前，必须对其进行校正。针对遥感图像亮度不均匀受探测器响应的不均匀性以及光源照明不均匀性的综合影响，但由于现有技术并未分离各种影响因素并针对性采取校正措施，以致校正效果不够理想。此夕卜，过去光度校正将月球作为ー个整体，或者仅分为月海与月陆两类，这些类数远不能表达月球地体的多祥性，也导致了校正效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺点，提出ー种可以显著改善校正效果，从而得到更为精确遥感图像数据的月球光学遥感数据相对辐射与光度校正法。为了达到以上目的，本发明的月球光学遥感数据相对辐射与光度校正法包括以下基本步骤
第一歩、图像分类——
将卫星摄取的月球表面遥感图像每个像元值与预定阈值进行比较，分为高反射率地表、中反射率地表、低反射率地表和极低反射率地表四类；
所述预定阈值可以是现有的反射率标准，也可以是与反射率直接相关的FeO或TiO2含量标准，因为月表FeO或者TiO2含量越高，其反射率越低。即第一歩中的预定阈值可以根据反射率标准或FeO或TiO2含量标准确定。第二步、图像相对辐射校正——
选择卫星轨道面与太阳矢量夹角(0角，參见图I)基本対称的至少两轨遥感图像，将所述遥感图像所有行求平均值，得到一行预定列的平均行数据，以下式求得对应各列的相对辐射校正系数Ni
式中I为卫星探测器个数決定的预定列数，I为列号(o〈 id),Qi为平均行数据中对应i列的数值；
将待校正遥感图像每列像元的数据分别乘以对应该列的相对辐射校正系数，得到相对辐射校正图像，完成相对辐射校正；
对大量行数据求平均值，使得行方向的地表成分(对应反射率)得以均一化，此后图像的不均一仅由于探測器响应不均一和光场不均一所致。而选择卫星处于太阳矢量两侧对称位置的轨道则消除了行方向太阳光照角度不同引起的光场不均一，最終残留的图像不均一影响因素仅为探測器响应不一致。以上步骤通过求得对应各列的相对辐射校正系数，并进行校正，即可达到校正探測器响应不均一的目的。第三步、光度校正——
通常月表反射率随着相角増加反射率降低，因此通过拟合反射率与相角的关系曲线，可以达到光度校正的目的。即使同样的月表物质，不同光照角度情况下获取的图像亮度会不同(例如同一地区在中午摄取的图像比傍晚摄取的图像亮；赤道地区图像比两极地区图像亮)。因此，为了获得理想的遥感图像，有必要进行光度校正，消除太阳角度的影响。根据月球光度模型(常用的如Lommel-Seeliger、Hapke模型等)计算出完成相对辐射校正的遥感图像各像元的角度还原辐亮度因子值，作为纵坐标值，并按照图像分类，以相应相角(太阳入射光线与探測器观测光线的夹角，參见图2)为横坐标，得到对应高反射率地表、中反射率地表、低反射率地表、极低反射率地表的四类相曲线图；用下面的公式拟合相曲线；
f{d) = Ij0B-oIs + a0 + + a2a" ++ a.<a4
式中，,》是相曲线函数，h，b:和为拟合相曲线图得到的系数；
再用下式对图像各像元进行光度校正，得到光度校正后的月球表面遥感图像
D- g 气E) — 221 Wjl221W+CQSCe))x/QzA,E)
——cos (i)/(cos (i )+cos (e)) x / (j, e, a)
式中是光度校正之后的数据，I、A、E分别是预定的太阳入射角、观测角和
相角度数值，这样可将任意角度获取的图像校正到太阳入射角为I (通常取30°，也可以为15 °、45。等其它度数)、观测角为A (通常取0°，也可以为5 °、10。等其它度数)摄取的图像。
分别是太阳入射角、探測器观测角和相角变量。本步骤将全球所有图像都校正到预定太阳入射角(例如30°)、观测角0°摄取的图像，从而消除太阳光照角度引起的月表反射率变化，这样可以使得不同时期获取的同一地表物质亮度一祥，镶嵌的全球图均一，不会出现赤道地区亮、两极地区暗等情況。角度还原辐亮度因子值:toF/LS可以下式计算
,T エ(Wii+ tO IoF/ ---
X1LLo
式中I是探测器获得遥感图像各像元的辐亮度，F是对应的太阳辐照度，Pn和p分别是相应的太阳入射角i与探測器观测角e的余弦。本步骤在相对辐射校正基础上进行，在从经过相对辐射校正的图像获得每类月表物质的相曲线函数时，通过掩膜或中值滤波去除异常点，可以降低噪音，提高校正质量。总之，本发明提出了对月球光学遥感图像分别进行相对辐射校正和光度校正的方法，通过分离探測器响应不均一性和光场不均一性，对二者分别校正，从而达到精确校正的目的。与现有技术相比，具有如下优点1)将月球分为多类进行校正，比过去的单类或者两类(月海与月陆)校正精度明显提
闻;
2)分离了探測器响应不一致引起的图像不均一和光场效应引起的图像不均一，分别对这两种不均一进行校正，从而可以显著增强校正效果；
3)提取相曲线时可以采用掩膜技术或滤波技术，从而降低相曲线的噪音，获得高精度的相曲线。
下面结合附图对本发明作进ー步的说明。图I为本发明中卫星轨道面与太阳矢量夹角示意图，图中W是卫星轨道面，M是月球赤道，S是太阳，E是黄道，角——太阳矢量与卫星轨道面夹角。
图2为本发明中太阳入射角i、卫星探測器观测角e和相角a的示意图。图3为本发明实施例一拟合提取四类月表相曲线示意图，图中纵坐标为角度还原辐亮度因子，横坐标为相角，中部黑线为拟合出的相曲线。
具体实施例方式实施例一
本实施例的月球光学遥感数据相对辐射与光度校正法以“嫦娥一号”卫星搭载的干渉成像光谱(IM)月球光学遥感数据为例(本发明也适用于其他光学遥感数据)。IM数据有128个探测器沿经度方向推扫成像。设ー轨数据有m行，则该轨数据格式为m行X 128列。第一歩、图像分类
首先将卫星摄取的月球表面遥感图像每个像元的IM数据值与反射率直接对应的FeO含量阈值进行比较，分为亮度不同的四类1)新鲜月陆(0. 5%<Fe0<2. 5%)的高反射率地表；2)成熟月陆(2. 5%<Fe0<7%)的中反射率地表；3)低铁玄武岩(7%〈Fe0〈14%)的低反射率地表；4)高铁玄武岩(14〈Fe0〈21%)的极低反射率地表。第二步、图像相对辐射校正
接着，选择对称分布于卫星轨道面与太阳矢量夹角3角=0两侧的2613轨ー2558轨卫星以128列探測器向前运动推扫摄取的行星表面遥感图像，将这些遥感图像的所有行求平均值，得到一行X 128列的平均行数据。以下式求得对应各列的相对辐射校正系数#,
n 丨 Itm
式中N为列数(即128)，i为列号(0〈i く 128)，Qi为平均行数据中对应i列的数值；将待校正遥感图像每列像元的数据分别乘以对应该列的相对辐射校正系数，得到相对辐射校正图像，完成相对辐射校正。该步骤对大量行求平均，因此可认为行方向地表成分是均一的，从而图像的不均一是由于探測器响应不均一和光场不均一引起的。而采用卫星处于太阳左右两侧对称位置的轨道，消除了行方向太阳光照角度不同引起的不均一，残余的不均一是探测器响应引起的。该步骤校正达到了提取并校正探測器响应不均一的目的。
第三步、光度校正
由于即使同样的月表物质，不同光照角度情况下获取的图像亮度会不同(例如同一地区在中午摄取的图像比傍晚摄取的图像亮；赤道地区图像比两极地区图像亮)。因此，在利用遥感图像开展研究之前，必须进行光度校正，消除太阳角度的影响。该步骤的目的是消除太阳光照角度引起的月表反射率变化，将全球所有图像都校正到太阳入射角30°，观测角0°摄取的图像。这样可以使得不同时期获取的同一地表物质亮度一祥，镶嵌的全球图均一，不会出现赤道地区亮、两极地区暗的情況。如前所述，通常月表反射率随着相角(太阳入射光线与探測器观测光线的夹角，參见图2)増加反射率降低。因此，可以通过拟合反射率与相角的关系曲线，达到光度校正的目的。光度校正公式如下
^Cbo0j O0j 30°)aう^!^^ (I)
其中AswGot*, O0j 30°)是光度校正之后的图像，含义是将任意角度获取的图像校正到 太阳入射角30°，观测角0°摄取的图像。KJW,d)是待校正图像，ばa分别是像元太阳入
射角、探測器观测角和相角变量。为所用的光度模型，常用的有Lommel-Seeliger模型，见公式(2)、(3)
P=(2)
f(d) =+ ctp + a, a + a-2<i' + a^cr3 +
以上(2)式中的/fa)具体数值实质是角度还原辐亮度因子值:bF/LS,可以下式计算
I LtQ4 LLloF/LS= —
r叱
I是探测器获得的遥感图像各像元的辐亮度，F是对应的太阳辐照度， 和ノ分别是相
应的太阳入射角i与探測器观测角e的余弦，/ 是相曲线，系数K，b1；和可通过拟合相曲线得到。利用下面的公式进行光度校正
ぴ、0リ0つ」(4)
本步骤工作在前述相对辐射校正基础上进行。从经过相对辐射校正的图像提取每类月表物质的相曲线，在提取相曲线时利用掩膜或中值滤波方法去除相曲线异常点，从而降低噪音。实践证明，采用本实施例的方法对月球光学遥感图像通过分离探測器响应不均一性和光场不均一性，对二者分别校正，可将原始图像的可见左右色调不均一消除，明暗条纹也得到校正消除，轨道之间的边界不可见，从而达到了精确校正的目的。
权利要求
1.一种月球光学遥感数据相对辐射与光度校正法，其特征在于包括以下步骤 第一歩、图像分类一 将卫星摄取的月球表面遥感图像每个像元值与预定阈值进行比较，分为高反射率地表、中反射率地表、低反射率地表和极低反射率地表四类； 第二歩、图像相对辐射校正一 选择卫星轨道面与太阳矢量夹角基本対称的至少两轨遥感图像，将所述遥感图像所有行求平均值，得到一行预定列的平均行数据，以下式求得对应各列的相对辐射校正系数M:
2.根据权利要求I所述的月球光学遥感数据相对辐射与光度校正法，其特征在于所述角度还原辐亮度因子值toF/LS可以下式计算
3.根据权利要求2所述的月球光学遥感数据相对辐射与光度校正法，其特征在于所述第一歩中的预定阈值根据反射率标准或FeO或TiO2含量标准确定。
4.根据权利要求3所述的月球光学遥感数据相对辐射与光度校正法，其特征在于所述第三步提取相曲 线时，通过掩膜或中值滤波去除异常点。
全文摘要
本发明涉及一种月球光学遥感数据相对辐射与光度校正法，属于遥感遥测技术领域。该方法通过图像分类、图像相对辐射校正、光度校正步骤，分离探测器响应不均一性和光场不均一性，对二者分别校正，可将原始图像的左右色调不均一消除，明暗条纹也得到校正消除，轨道之间的边界不可见，从而达到精确校正的目的。
文档编号G01S7/497GK102830392SQ20121031236
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者吴昀昭, 王振超, 周贤峰 申请人:南京大学