基于路径追踪的遥感影像Bowtie效应纠正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及遥感影像技术领域，尤其是涉及一种基于路径追踪的遥感影像Bowtie 效应纠正方法。
【背景技术】
[0002] 蝴蝶结效应又叫Bowtie现象，是一种遥感图像中出现的数据重叠现象。Bowtie效 应普遍存在于M0DIS、AVHRR、FY-3等采用多探元交轨并扫方式成像的极地轨道中低分辨率 卫星影像中，它是当探测器横向扫描超过一定角度时，由于探测器对地球观测的视野几何 特性、地球表面的曲率、地形起伏和探测器运动中的抖动等因素的共同影响，相邻扫描带地 面覆盖范围之间出现重叠的现象。
[0003] 目前，Bowtie效应去除方法主要有星历表法和非星历表法。星历表法主要是根 据卫星的星历表来生成标准地理网格，然后将数据按照其地理坐标投影到该网格上进行匹 配，在地理定标的同时消除Bowtie效应。这种方法需要卫星的星历表，方法比较复杂，而且 通常用户拿到的数据产品都不包含星历表，因此较少采用。
[0004] 在没有卫星星历表的前提下，国内外的学者对去除卫星影像的Bowtie现象做了 很多相关的研宄。郭广猛（2003)，余均辉等（2004)，张娟等（2009)，李振等（2010)，王汉禹 等（2014)提出利用影像相关的方法来确定MODIS影像相邻扫描带的重复行数，然后用重采 样的方法去除影像的Bowtie效应；刘良明等（2007)提出基于统计的快速去除Bowtie效 应的方法，利用探测器从左向右扫描过程中两边的重复行数关于星下点基本对称的假设， 采用一个对称函数进行拟合，再根据这一规律去除其它影像的Bowtie效应。这些方法理论 上并不严格，并且无法避免重复行数不稳定的问题。有些研宄者提出可以利用卫星数据文 件中附带的经炜度数据来辅助去除Bowtie效应。程亮等（2005, 2007)根据M0D03炜度数 据确定MODIS影像的重复行数，然后采用分形插值、Kriging插值方法对影像数据进行重采 样。宋莎莎等（2010)则采用网函数内插对MODIS炜度数据进行插值，根据插值后的炜度数 据计算影像的重复行数。这些方法都只在原始影像上去掉重复的像元，再用灰度内插的方 法填补重叠区，没有解决从影像中央到影像两侧像元地面覆盖范围非线性增大的问题，而 且后续应用仍需要进行几何校正处理。俄罗斯R&D ScanEx公司开发的Modistools模块 (2004)利用几何校正去除Bowtie效应，但是必须在ENVI环境下使用，且运行速度很慢；蒋 耿明等（2004)，徐萌等（2005)，梁志华（2012)均采用对经炜度数据进行插值后，再利用前 向投影和后向投影相结合的方法，在进行几何校正的同时去除Bowtie效应，但计算复杂， 需要消耗大量的时间。
【发明内容】
[0005] 针对现有方法Bowtie效应去除效果不佳、速度慢的缺点，本发明提供了一种基于 路径追踪的遥感影像Bowtie效应纠正方法。
[0006] 本发明技术方案提供一种基于路径追踪的遥感影像Bowtie效应纠正方法，用于 对任一幅具有Bowtie效应的原始影像进行纠正，生成去除了 Bowtie效应的纠正影像，所述 原始影像采用多探元并扫方式成像，由若干个扫描带上下拼接而成，每个扫描带的行数等 于探元的个数，包括以下步骤，
[0007] 步骤1，对卫星数据文件中附带的经炜度数据分辨率低于卫星影像的分辨率的情 况，进行插值，使经炜度数据与原始影像具有相同的分辨率；
[0008] 步骤2,根据卫星的升降轨方向和扫描方向确定第一个纠正像元的搜索起点S0， 包括将原始影像中经度最小、炜度最大的一角所对应的经炜度格网的中心作为SO ;令搜索 的当前位置S = S0,称S所在的经炜度格网为当前格网，S所在的扫描带为Stripl ;
[0009] 步骤3,设定对纠正影像采用"S"形的顺序逐列进行重采样，根据顺序取纠正影像 的一个像元为当前纠正像元，以该像元的经炜度坐标为搜索的目标点T ;
[0010] 步骤4,在原始影像的扫描带Stripl内从S出发，对T进行第一次路径追踪；若追 踪结果为S与T在同一个经炜度格网内，则找到T所在的目标格网，转到Step. 5,若S追踪 到达Stripl经炜度格网的边界而T在边界外，转到Step. 9 ;
[0011] 步骤5,根据卫星的升降轨方向和扫描方向，以及当前重采样像元在纠正影像中的 列的奇偶性，确定对T进行第二次路径追踪的新的扫描带Strip2,并更新搜索的当前位置 S ；
[0012] 步骤6,在原始影像的扫描带Strip2内从S出发，对T进行第二次路径追踪；若追 踪结果为S与T在同一个经炜度格网内，则找到T所在的目标格网，转到Step. 7,若S到达 Strip2经炜度格网的边界而T在边界外，转到Step. 8 ;
[0013] 步骤7,利用与T最邻近的8个像元，按逆距离加权方法进行灰度重采样后赋值给 纠正影像，并更新S为T所在的目标格网的中心，转到Step. 10 ;
[0014] 所述与T最邻近的8个像元，是T在原始影像的重叠区内，在Stripl与Strip2中 各搜索到的一个目标格网，取这两个目标格网的顶点共8个点；
[0015] 步骤8,利用与T最邻近的4个像元，按逆距离加权方法进行灰度重采样后赋值给 纠正影像，并更新S为T所在的目标格网的中心，转到Step. 10 ;
[0016] 所述与T最邻近的4个像元，是T在原始影像的非重叠区内，只在Stripl中搜索 到一个目标格网，取这个目标格网的顶点共4个点；
[0017] 步骤9,若T在原始影像边界外，给纠正影像赋无效值，并保留S在扫描带Stripl 中的位置，转到Step. 10 ;若T在其它扫描带上，则将Stripl更新为它的下一个新的扫描 带，重新确定S的位置，返回步骤4 ;
[0018] 步骤10,判断是否完成整幅影像的纠正，若未完成则保留当前纠正像元重采样结 束时搜索的当前位置S不变，返回步骤3按顺序取纠正影像的下一个像元为当前纠正像元， 以该像元的经炜度坐标为搜索的目标点T，进行下一个像元的重采样，若完成则结束循环。
[0019] 而且，步骤1中进行插值时，在X方向利用相邻的4个点进行三次曲线插值加密， 在Y方向利用前后2个点进行线性内插加密。
[0020] 而且，步骤4和步骤6中路径追踪方式为，判断线段ST与当前格网的四边是否相 交来确定搜索路径的前进方向，若与其中一边相交则搜索路径进入该边的相邻格网，并更 新S为相邻格网的中心，反复进行判断搜索操作。
[0021] 而且，步骤5和步骤9中路径追踪方式为，
[0022] 新的扫描带确定方式如下，
[0023] ①判断原始影像的特性，包括将原始影像中左上角的点命为0号点，按顺时针方 向右上角、右下角、左下角的点依次为1、2、3号点；若原始影像角点中炜度最大的点为0号 点或者1号点，令变量Nextscan = 1 ;若原始影像角点中炜度最大的点为2号点或者3号 点，令变量 Nextscan = -1 ;
[0024] ②判断当前纠正像元在纠正影像中所在列的奇偶性，如果在奇数列，令变量order =1，如果在偶数列，令变量order = -1 ;
[0025] ③确定新的扫描带为 Stripl+order XNextscan ;
[0026] 当前位置S更新方式如下，
[0027] 若是初次在上述确定的扫描带中进行搜索，则分两种情况，
[0028] ①若order XNextscan = 1，则更新S为该扫描带的第一行中经度最小的格网中 心；
[0029] ②若order XNextscan = -1，则更新S为该扫描带的最后一行中经度最小的格网 中心；
[0030] 若已在上述确定的扫描带中进行过搜索，则更新S为上一次在该扫描带的中进行 搜索时S最终达到的位置。
[0031] 本发明提出一种基于路径追踪的Bowtie效应快速去除方法，包括对原始经炜度 数据的坐标插值，使经炜度数据与原始影像数据具有相同的分辨率，采用路径追踪的方式 定位纠正影像的每个像元在原始影像中的位置，即搜索其在插值后的经炜度格网中的位 置，获得与纠正影像像元最邻近的若干个采样点用于灰度重采样来去除影像的重叠现象。 本方法计算效率好，充分利用原始影像信息，是一种严格的高精度中低分辨率卫星影像几 何校正方法。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明实施例基于路径追踪的点位搜索的示意图。
[0033] 图2为本发明实施例流程图。
[0034] 具体实施方法
[0035] 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发 明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0036] 实施例对任一幅具有Bowtie效应的原始影像进行纠正，生成去除了 Bowtie效应 的纠正影像。原始影像采用多探元并扫方式成像，由若干个扫描带上下拼接而成，每个扫描 带的行数等于探元的个数。例如，Ikm分辨率的MODIS影像采用10个探元并扫成像，一景 原始影像的大小为2030X1354,由203个扫描带上下拼接而成，每个扫描带有10行，每行 1354个像元。原始影像第1行到第10行为第1个扫描带，第11行到第20行为第2个扫描 带，依此类推。
[0037] 参见图2,实施例提供的方法包括以下步骤，具体实施时本领域技术人员可采用软 件方式实现自动运行：
[0038] Step. 1对卫星数据文件中附带的经炜度数据分辨率低于卫星影像的分辨率的情 况，进行插值，使经炜度数据与原始影像具有相同的分辨率；
[0039] 目前中低分辨率卫星通常提供250m、500m和1000 m三种分辨率的影像，因为卫星 影像提供的经炜度格网是1000 m分辨率的，因此搜索前可以先判断卫星数据文件中附带的 经炜度数据分辨率是否低于卫星影像的分辨率的情况，是则要将