一種遙感影像的處理方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種遙感影像的處理方法，根據(jù)空間分辨率不同的兩組影像求得某時刻的所求影像A0。首先根據(jù)空間分辨率不同的兩組影像計算目標(biāo)區(qū)域的反射率變化量在這兩組影像之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)，其次根據(jù)所述轉(zhuǎn)換系數(shù)將低空間分辨率影像中的變化量轉(zhuǎn)換成高空間分辨率影像中的變化量，最后由此根據(jù)已知的高空間分辨率影像得到所求影像A0的目標(biāo)像元的反射率。還相應(yīng)的提供了遙感影像的處理系統(tǒng)。本發(fā)明能生成將細(xì)節(jié)保持的更好的影像。
【專利說明】一種遙感影像的處理方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及遙感影像處理的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指通過使用多于一幅遙感影像生成新的遙感影像的處理方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]綜合應(yīng)用多傳感器遙感數(shù)據(jù)在空間、時間、光譜分辨率上的不同優(yōu)勢的技術(shù)，即多源遙感數(shù)據(jù)融合技術(shù)從20世紀(jì)80年代開始發(fā)展，目的是通過對多種傳感器數(shù)據(jù)的處理，提高遙感數(shù)據(jù)的空間和光譜分辨率。目前較為成熟的融合方法有=IHS變換、主成分變換、小波變換以及Brovey變換、高通濾波等，但是這些方法主要用于融合同一或相近時刻的高空間分辨率全色波段影像和較低空間分辨率的多光譜波段影像，其結(jié)果圖像為同一時刻的高空間分辨率多光譜影像。由于高空間分辨率的影像并不能和所有低空間分辨率影像同時獲取，這些傳統(tǒng)的多源數(shù)據(jù)融合方法并不能同時提高遙感數(shù)據(jù)的空間和時間分辨率。即，無法生成高時空分辨率的反射率數(shù)據(jù)。為此，Gao等人在2006年提出了 STARFM方法，該方法能夠得到較為準(zhǔn)確的高時空分辨率反射率影像，但其生成的影像的細(xì)節(jié)保持的不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種遙感影像的處理方法，以實現(xiàn)能生成將細(xì)節(jié)保持的更好的影像。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種遙感影像的處理方法，設(shè)定某時刻的所求影像AO的一像元為目標(biāo)像元，確定目標(biāo)像元對應(yīng)的地表區(qū)域為目標(biāo)區(qū)域，獲取同一地表區(qū)域的具有高空間分辨率的第一組影像和具有低空間分辨率的第二組影像，從所述兩組影像中對應(yīng)的選擇至少兩對不同時刻的影像，按以下步驟分別計算各目標(biāo)像元的反射率以生成AO影像:a，根據(jù)所選的影像計算所述目標(biāo)區(qū)域在兩組影像中的反射率變化量之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)山，從第二組影像中選擇與所述影像AO時刻對應(yīng)的影像BO和至少一個其他時刻的影像:根據(jù)所選擇的影像計算所述目標(biāo)區(qū)域在各所述其他時刻的影像中的反射率相對于其在影像BO中的反射率的變化量:c，根據(jù)所述轉(zhuǎn)換系數(shù)將所述各反射率的變化量轉(zhuǎn)換為在第一組影像中的各反射率變化量:和d，從第一組影像中選擇與所述其它時刻對應(yīng)的影像，根據(jù)轉(zhuǎn)換得到的各反射率變化量和目標(biāo)區(qū)域在所選影像中的反射率計算所述目標(biāo)區(qū)域的反射率。
[0005]由至少兩對時刻相對應(yīng)的影像就可以得到時刻對應(yīng)的兩組影像中地表區(qū)域反射率的變化信息之間的關(guān)系，即轉(zhuǎn)換系數(shù)。根據(jù)所挑的影像經(jīng)由步驟a得到目標(biāo)區(qū)域的轉(zhuǎn)換系數(shù)。因為變化信息之間的關(guān)系在較短時間范圍內(nèi)可以認(rèn)為是穩(wěn)定的。所以只要所選的各影像的時刻和影像AO時刻相差不大，則可以根據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)經(jīng)由步驟c將步驟b所得的目標(biāo)區(qū)域在第二組影像中的反射率變化量(簡稱第二變化量)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)區(qū)域在第一組影像中的反射率變化量(簡稱第一變化量)。由此，由步驟d所得的反射率是基于更精細(xì)的第一組影像中的反射率和轉(zhuǎn)換后的變化量生成的。這樣生成的AO影像就很好的保持了第一組影像中的細(xì)節(jié)，避免所生成的影像在視覺上有被平滑的效果。
[0006]優(yōu)選的是，所述步驟a包括:al，將所選的第一組影像中的與所述目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的像元設(shè)定為中心像元:a2，從所述中心像元各自所在影像中分別篩選出至少一個與所述中心像元屬于同類地物的相似像元:和a3，確定各相似像元所對應(yīng)的地表區(qū)域為相似區(qū)域，根據(jù)所述相似區(qū)域在所選影像中的反射率計算所述轉(zhuǎn)換系數(shù)。
[0007]混合像元反射率的變化量為各端元反射率的變化量的綜合反映。所以端元可以提供比混合像元更為準(zhǔn)確的變化信息。又因為作為端元的相似像元與中心像元屬于同類地物，所以，相似像元能夠提供最為準(zhǔn)確的變化信息，由此可以得到更為準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換系數(shù)。其中，中心像元也算是相似像元之一,在未能篩選出其它相似像元時，中心像元是唯一的相似像元。尤其是對于目標(biāo)區(qū)域中存在破碎斑塊和小地物的地表區(qū)域，其影像在第二組影像中為混合像元。其提供的變化信息(第二變化量)被由各相似像元得到的轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換修正成與目標(biāo)像元屬于同類地物的端元的變化信息(第一變化量)。由此，目標(biāo)像元的反射率準(zhǔn)確度更高了，尤其是對破碎斑塊和小地物具有更好的融合效果。
[0008]優(yōu)選的是，所述步驟a3之前還包括:a21，根據(jù)所選的影像計算各相似像元的權(quán)重:所述步驟b包括:bl，根據(jù)BO影像和所述第二組的其他時刻的影像計算各所述相似區(qū)域在第二組影像中的反射率變化量山2，根據(jù)得到的所述權(quán)重將步驟bl得到的各反射率變化量加權(quán)平均計算所述目標(biāo)區(qū)域在各所述其他時刻的影像中的反射率相對于其在影像BO中的反射率的變化量。
[0009]目標(biāo)區(qū)域的第二變化量不是直接由目標(biāo)區(qū)域在BO影像和所述第二組的其他時刻的影像的反射率求差得到，而是由各相似像元按照各自權(quán)重共同來提供。由此修正了 BO影像和第二組的其他時刻的影像中目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的混合像元所提供的變化信息。從而得到更
準(zhǔn)確的第二變化量。
[0010]優(yōu)選的是，所述步驟a3中所述轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算是將各所述相似區(qū)域在所選影像中的反射率以在第二組影像中的反射率的變化量為自變量，在第一組影像中的反射率的變化量為因變量進(jìn)行回歸分析。
[0011]利用回歸分析可以消除因噪聲等原因引起的誤差，從而得到更穩(wěn)健的變換系數(shù)，減少可能的誤差。
[0012]優(yōu)選的是，所述步驟a3之前還包括:a22，根據(jù)所選的影像計算各相似像元的權(quán)重:所述回歸分析是根據(jù)各相似像元的權(quán)重進(jìn)行的加權(quán)回歸分析。
[0013]各相似像元距離其中心像元的空間距離，以及其的光譜特征和中心像元的光譜特征的一致性等原因都導(dǎo)致了各相似像元提供變化信息時，存在貢獻(xiàn)大小的差異。在回歸分析時，利用各相似像元的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)回歸分析，可以體現(xiàn)出這些差異。進(jìn)而得到更準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換系數(shù)，以進(jìn)一步提高目標(biāo)像元的反射率準(zhǔn)確度。
[0014]優(yōu)選的是，所述各相似像元的權(quán)重的計算包括以下步驟:a221，根據(jù)所選影像計算各相似像元所有波段光譜向量和第二組影像中各所述相似區(qū)域的像元所有波段光譜向量的一致程度:a222，根據(jù)所述一致程度計算各相似像元的權(quán)重。
[0015]所述第一組影像的像元為高空間分辨率像元，所述第二組影像的像元為低空間分辨率像元，高空間分辨率像元對應(yīng)地表區(qū)域所屬地物在對應(yīng)的低空間分辨率像元對應(yīng)地表區(qū)域的各種地物中所占比例即為高空間分辨率像元的純度。所以相似像元的純度越大，也就意味著其所提供的變化信息越準(zhǔn)確。從而通過步驟a221和步驟a222可以提高能提供更準(zhǔn)確變化信息的純度大的相似像元的權(quán)重。而純度大小的計算則是由所有波段光譜向量的一致程度計算得到。
[0016]優(yōu)選的是，所述步驟a2還包括:將各篩選出的相似像元所對應(yīng)的地表區(qū)域取交集，以取交集后的地表區(qū)域所對應(yīng)的像元為相似像元。
[0017]有的地物隨時間會發(fā)生變化，其光譜特征也相應(yīng)發(fā)生變化，只利用一組時刻對應(yīng)的影像篩選出的相似像元可能會因此篩選出已和中心像元不屬于同一地物的相似像元。所以取交集后可以篩選出的各時刻的均和中心像元都是同一地物的相似像元。從而得到更可靠的目標(biāo)像元。
[0018]本發(fā)明還相應(yīng)的提供了一種遙感影像的處理系統(tǒng)，根據(jù)所述兩組影像求得高空間分辨率的AO影像，所述AO影像不屬于第一組影像，并由至少一個待計算的像元組成，所述處理系統(tǒng)包括:影像選擇模塊101，用于獲取同一地表區(qū)域的具有高空間分辨率的第一組影像和具有低空間分辨率的第二組影像，從所述兩組影像中對應(yīng)的選擇至少兩對不同時刻的影像:目標(biāo)像元設(shè)定模塊102，用于設(shè)定某時刻的所求影像AO的一像元為目標(biāo)像元，確定目標(biāo)像元對應(yīng)的地表區(qū)域為目標(biāo)區(qū)域:目標(biāo)像元反射率計算模塊104，用于計算目標(biāo)像元的反射率:和影像生成模塊108，用于根據(jù)目標(biāo)像元反射率計算模塊104計算得到的各目標(biāo)像元的反射率生成AO影像:所述目標(biāo)像元反射率計算模塊104包括以下子模塊:轉(zhuǎn)換系數(shù)模塊103，根據(jù)所選的影像計算所述目標(biāo)區(qū)域在兩組影像中的反射率變化量之間的轉(zhuǎn)換系數(shù):第二變化量計算模塊105，用于從第二組影像中選擇與所述影像AO時刻對應(yīng)的影像BO和至少一個其他時刻的影像，根據(jù)所選擇的影像計算所述目標(biāo)區(qū)域在各所述其他時刻的影像中的反射率相對于其在影像BO中的反射率的變化量:變化量轉(zhuǎn)換模塊106，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)換系數(shù)將所述各第二變化量計算模塊105得到的各變化量轉(zhuǎn)換為在第一組影像中的各反射率變化量:和反射率計算模塊107，用于從第一組影像中選擇與所述其它時刻對應(yīng)的影像，根據(jù)轉(zhuǎn)換得到的各反射率變化量和目標(biāo)區(qū)域在所選影像中的反射率計算所述目標(biāo)區(qū)域的反射率。
[0019]優(yōu)選的是，所述轉(zhuǎn)換系數(shù)模塊103包括:中心像元設(shè)定模塊1031，用于將所選的第一組影像中的與所述目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的像元設(shè)定為中心像元:相似像元篩選模塊1032，用于從所述中心像元各自所在影像中分別篩選出至少一個與所述中心像元屬于同類地物的相似像元:和轉(zhuǎn)換系數(shù)計算模塊1033，用于確定各相似像元所對應(yīng)的地表區(qū)域為相似區(qū)域，根據(jù)所述相似區(qū)域在所選影像中的反射率計算所述轉(zhuǎn)換系數(shù)。
[0020]優(yōu)選的是，所述目標(biāo)像元反射率計算模塊104還包括:權(quán)重模塊，用于根據(jù)所選的影像計算各相似像元的權(quán)重:所述第二變化量計算模塊105包括:相似像元第二變化量計算模塊1051，用于從第二組影像中選擇與所述某時刻對應(yīng)的影像BO和至少一個其他時刻的影像，根據(jù)所選擇的影像計算各所述相似區(qū)域在第二組影像中的反射率變化量:第二變化量加權(quán)平均模塊1052，根據(jù)得到的所述權(quán)重將相似像元第二變化量計算模塊1051得到的各反射率變化量加權(quán)平均計算所述目標(biāo)區(qū)域在各所述其他時刻的影像中的反射率相對于其在影像BO中的反射率的變化量。
【專利附圖】

【附圖說明】[0021]圖1為遙感影像的處理方法的實施例流程圖:
[0022]圖2為篩選相似像元的流程圖:
[0023]圖3為取交集篩選相似像元示意圖:
[0024]圖4為本實施例中計算相似像元的權(quán)重的流程圖:
[0025]圖5為得到轉(zhuǎn)換系數(shù)的流程圖:
[0026]圖6為轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算示意圖:
[0027]圖7為計算預(yù)測時刻的目標(biāo)像元的高空間反射率的流程圖:
[0028]圖8為處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖:
[0029]圖9為轉(zhuǎn)換系數(shù)模塊103結(jié)構(gòu)圖:
[0030]圖10為第二變化量計算模塊105結(jié)構(gòu)圖:
[0031]圖11為一個實施例中權(quán)重模塊109結(jié)構(gòu)圖:
[0032]圖12為另一個實施例中權(quán)重模塊109結(jié)構(gòu)圖:
[0033]圖13為相似像元篩選模塊1032結(jié)構(gòu)圖:
[0034]圖14為調(diào)整模塊1034結(jié)構(gòu)圖
[0035]圖15為模擬物候變化的情況:
[0036]圖16為模擬線狀地物的情況:
[0037]圖17為MDCM和STARFM對圖16 (b)中線狀地物的反射率的預(yù)測結(jié)果:
[0038]圖18為模擬小面積地物的情況:
[0039]圖19為MDCM和STARFM對圖18 (b)中各圓形小地物的預(yù)測誤差:
【具體實施方式】
[0040]在對實施方式進(jìn)行說明之前，先對本發(fā)明的理論基礎(chǔ)進(jìn)行說明。
[0041]對于同一區(qū)域來自不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)經(jīng)過輻射定標(biāo)、幾何配準(zhǔn)和大氣糾正后，這些數(shù)據(jù)之間具有一定的可比性和相關(guān)性。但是，由于不同傳感器在波段寬度、光譜響應(yīng)函數(shù)、獲取時刻的大氣狀況等方面存在差異，使得這些多源數(shù)據(jù)間存在一定的系統(tǒng)偏差。在對系統(tǒng)誤差進(jìn)行糾正的同時，如何利用它們之間的相關(guān)性實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的融合構(gòu)成了本發(fā)明的核心。以下分兩種情況介紹本發(fā)明理論基礎(chǔ)。
[0042]對于均一地表情況:假設(shè)低空間分辨率、高時間分辨率(略寫為低空間分辨率)和高空間分辨率、低時間分辨率(略寫為高空間分辨率)傳感器有類似的光譜波段設(shè)置。當(dāng)?shù)涂臻g分辨率影像重采樣為與高空間分辨率影像相同的空間分辨率(即相同的像元大小)和坐標(biāo)系統(tǒng)時，對于同一且均一的地物而言，低空間分辨率像元內(nèi)僅為一種地物類型純像元，此時在波段B上聞空間分辨率反射率與低空間分辨率反射率之間的關(guān)系即為聞、低空間分辨率影像上反射率之間的相對輻射定標(biāo)關(guān)系，該關(guān)系僅由兩種傳感器特性差異(波段寬度及光譜響應(yīng)函數(shù))和成像時刻大氣狀況差異所決定，一般可視為以下線性關(guān)系:
[0043]F (Xi, Yj, tk, B) = aXC(Xi, jptk, B)+bl
[0044]其中，F(xiàn)、C分別代表高、低空間分辨率的像元反射率，Xi,，yj)是像元位置，B為光譜波段，tk代表了影像獲取時刻(以日為單位)，a、b分別代表高空間分辨率和低空間分辨率影像相對輻射定標(biāo)的增益和偏離值。對于同一且均一的地物而言，I式所示關(guān)系在任何影像獲取時刻都成立。[0045]如果已經(jīng)獲取了、時刻波段B的高、低空間分辨率的影像和tp時刻同一波段的低空間分辨率影像，那么tp時刻該波段高空間分辨率的像元反射率可由式2來表示:F(Xi，yj, tp, B) = aXC(Xi, yj, tp, B)+b2
[0046]而、時刻高、低空間分辨率影像的像元反射率關(guān)系為:
[0047]F (Xi，y j，t0，B) = aXC (Xi，y j，t0，B) +b3
[0048]由式2和式3相減并移項整理可得到式4:
[0049]F (Xi，y j，tp，B) = F (Xi，jPtO，B) +aX (C (Xi，y』，tp，B) -C (Xi，jPtO，B)) 4
[0050]上式可以理解為tp時刻高空間分辨率的像元反射率由、時刻高空間分辨率的反射率加上tp相對、時刻的反射率變化量。式中a代表高空間分辨率和低空間分辨率影像相對輻射定標(biāo)的增益，也可理解為高空間分辨率和低空間分辨率像元反射率之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)，該系數(shù)由兩種傳感器特性差異和成像時刻大氣狀況差異所決定。如果兩種傳感器成像時刻相近，可視為大氣狀況相同，則該系數(shù)僅由兩種傳感器特性差異所決定，且不隨時間發(fā)生變化。
[0051]如果獲取任意兩個時刻1、tn的兩對高、低空間分辨率影像，那么通過對這兩個時刻的高、低空間分辨率圖象上的各波段純像元反射率進(jìn)行線性回歸即可求出各波段的轉(zhuǎn)換系數(shù)a，通過該系數(shù)和式4即可由一系列時間連續(xù)的低空間分辨率影像生成一系列時間連續(xù)的高空間分辨率的反射 率影像。
[0052]對于非均一地表情況:由于傳感器空間分辨率的限制以及地物的復(fù)雜多樣性，混合像元普遍存在于低空間分辨率影像上，對地表地物類型多樣、分布雜亂的區(qū)域尤其如此。此時，低空間分辨率像元與其對應(yīng)的高空間分辨率像元的反射率并不是對同一種地物的反應(yīng)，二者之間的差異不僅僅是輻射定標(biāo)的差異，此時基于均一地表純像元的式4并不適合非均一地表混合像元的情況。
[0053]混合像元的光譜特征是其內(nèi)部各類地物光譜端元光譜的綜合反映，所以兩個時刻tm、tn之間其反射率的變化為各類端元光譜變化的綜合反映。目前混合像元光譜混合模型最常用的是線性光譜混合模型，即利用一個線性關(guān)系來表達(dá)混合像元和各端元光譜之間的關(guān)系。假設(shè)低空間分辨率影像上tm、tn時刻的某波段混合像元反射率分別為Ym、Yn，根據(jù)線性光譜混合模型，Ym、Yn可由下式表達(dá):
[0054]M
[0055]Ym = YJfiXim+S
[0056]/ = I
[0057]M
[0058]Yn = Yuf < Xin+s
[0059]' = I 5
[0060]其中，M為該混合像元包含的端元數(shù)目，Xim和Xin分別表示tm、tn時刻第i種端元的光譜，e為誤差項，且考慮e在tm、tn時刻不變。由式5可得到變化量Yn-Ym:其中下式中的fi是第i個端元的比例:
[0061]Yn-Ym = 2]/: (Xjn-Xim)
[0062],.= ?6
[0063]假設(shè)tm、tn的時間間隔在一定范圍內(nèi)時，各端元反射率的變化可以近似為線性變化，則端元光譜Xin可由式7表示:其中下式中的ri是第i個端元反射率的線性變化率:Xin = AXAt+Xim7
[0064]其中，At = tn-tm,將式7代入式6可得到下式_r~A~:眾8已知第
[0065]/ = I
[0066]k端元tm、tn時刻的反射率,則由式7可求出At = A"Xkn?Xkm9將式9代入式8，可得:
[0067]rk
[0068]XknXkm_l
[0069]/ = I
[0070]由于假設(shè)tm、tn的時間間隔在一定范圍內(nèi)，各端元比例f.和各端元反射率的線性變化率r在tm、tn時刻之間可視為穩(wěn)定，則式10的右邊為一穩(wěn)定變量，用v表示，其意義為k類地物端元反射率變化量與混合像元反射率變化量的比值變化比例系數(shù)。
[0071]對于非均一地表，低空間分辨率像元為混合像元，其對應(yīng)的高空間分辨率影像上的各像元視為端元。根據(jù)式10, tm、tn時刻的高空間分辨率像元反射率F(Xi, Yi, tffi, B)和F(Xi，Yi, tn, B)與對應(yīng)的低空間分辨率像元反射率C(Xi，Yi, tm, B)和C(Xi，Yi, tn, B)滿足以下關(guān)系:
[0072]F(xi, yi, tn, B)-F(xi，yl，tm, B)
[0073]Cix't'-C'y't'B)' 11
[0074]通過式11可知，tm、tn時刻的各波段聞空間分辨率反射率與對應(yīng)的低空間分辨率反射率為線性關(guān)系，進(jìn)行線性回歸即可求出各波段的變化比例系數(shù)V。
[0075]如果在tm到tn內(nèi)，已經(jīng)獲取了 tQ時刻波段B的高、低空間分辨率的影像和％時刻同一波段的低空間分辨率影像。根據(jù)以上的假設(shè)，tp相比、時刻該波段高空間分辨率的像元與低空間分辨率像元的反射率變化量之間的比例系數(shù)仍為V則:F{xi, y,, tB)-F(xt,t0, B)
[0076]C(xi, yi, tp, B)-C(xi, yi, tO, B)'
[0077]通過式12即可求解出tp時刻的高空間分辨率反射率:
[0078]F(Xi, yj, tp, B) = F(Xi, yj, tO, B) +vX(C(Xi, yj, tp, B)-C(Xi, yj, tO, B)) 13
[0079]雖然公式13與公式4的形式相同，但其意義和適用情況不同。式4表示的是純像元不同分辨率反射率之間相對定標(biāo)的關(guān)系，在任何時刻都成立，其計算的結(jié)果最為準(zhǔn)確。而式13表示的是混合像元中不同分辨率反射率變化量之間的比例關(guān)系，根據(jù)假設(shè)只在之間或其附近時刻才成立，而且是基于短時間范圍內(nèi)各地物反射率的變化為線性的假設(shè)，所以其計算的結(jié)果是近似解。
[0080]基于上述的理論基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)涂臻g分辨率像元為純像元時，可以利用式4求解出tp時刻的高空間分辨率反射率，而當(dāng)?shù)涂臻g分辨率像元為混合像元時利用式13求解。但純像元計算的結(jié)果較混合像元準(zhǔn)確可靠。為盡量利用純像元的信息，以及減小影像受到云、大氣等污染給計算結(jié)果帶來的不確定性，本實施例中采取窗口內(nèi)求解的辦法。即，以像元xw/2，，yw/2)為中心，取寬度為w的窗口，先篩選出與中心像元屬同類地物的像元相似像元，然后利用式14計算中心像元tp時刻的高空間分辨率反射率:
[0081]N[0082]Hk，/2, yw/2, 5) = f (xw/2 > yw/2A~B)+xVx (c (ujp，B、_c (u，h，B))
[0083]<=114
[0084]其中，N為窗口內(nèi)與中心像元屬于同類地物的相似像元數(shù)目，W為各相似像元的權(quán)重，V為高、低空間分辨率的轉(zhuǎn)換系數(shù)。式14的意義是tp時刻的反射率由已知時刻的反射率加上tp時刻相對已知h時刻的變化量決定，而該變化量由窗口內(nèi)的相似像元共同預(yù)測。
[0085]在本實施例之前，通常需要先對獲取的高、低空間分辨率影像進(jìn)行預(yù)處理，使得多源數(shù)據(jù)之間具有相似的波段設(shè)置，相同的像元大小和圖幅尺寸以及相同的坐標(biāo)系統(tǒng)。采用常用的軟件和方法即可實現(xiàn)。下文將結(jié)合附圖對遙感影像的處理方法的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0086]本實施方式中遙感影像為對同一地表攝像而得到的兩組影像，其中，第一組影像具有高空間分辨率，第二組影像具有低空間分辨率，根據(jù)所述兩組影像求得tp時刻的高空間分辨率的A影像，所述A影像由至少一個待計算的像元組成。如圖1所示，遙感影像的處理方法包括以下步驟:步驟100，從所述遙感影像中挑選至少兩對時刻對應(yīng)的影像。本實施例中，選用的是已知的tm、tn時刻的兩對影像。從第二組影像中挑選其時刻與tp時刻所對應(yīng)影像:步驟101，設(shè)定一個待計算的像元為目標(biāo)像元，確定目標(biāo)像元的應(yīng)的地表區(qū)域為目標(biāo)區(qū)域:步驟102，以目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的像元為中心像元，篩選出已知時刻的高空間分辨率影像中所述中心像元的窗口內(nèi)的同類地物像元得到相似像元，其中，中心像元也算是相似像元之一，在未能篩選出其它相似像元時，中心像元是唯一的相似像元:步驟104,計算所述相似像元的權(quán)重。本實施例中，根據(jù)tm、、時刻的兩幅低空間分辨率影像，計算出步驟102中篩選出的相似像元的權(quán)重:步驟106，根據(jù)所述權(quán)重采用加權(quán)算法對已知時刻的高、低空間分辨率反射率進(jìn)行線性回歸計算得到轉(zhuǎn)換系數(shù):步驟108，計算預(yù)測時刻的目標(biāo)像元的高空間分辨率反射率，本實施例中，根據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)和預(yù)測時刻tp的低空間分辨率影像計算已知時刻高空間分辨率影像的時間權(quán)重，并根據(jù)已知時刻高空間分辨率影像按照所述時間權(quán)重加權(quán)計算得到預(yù)測時刻的目標(biāo)像元的高空間分辨率反射率:步驟110，逐次計算所有目標(biāo)像元并最終生成A影像。下文將結(jié)合附圖對上述各個步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0087]圖2為本實施例中篩選相似像元的流程圖，如圖所示包括:
[0088]步驟1022，以目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的像元為中心像元，篩選出各已知時刻的高空間分辨率影像中所述中心像元的窗口內(nèi)的與目標(biāo)像元屬于同類地物的像元得到相似像元。在目標(biāo)像元(xw/2，，yw/2)為中心的窗口內(nèi)，與要計算的中心像元屬于同類地物的高空間分辨率像元才能提供比較正確可靠的反射率變化信息。可以使用以下兩種方法篩選出相似像元:(a)對高空間分辨率影像進(jìn)行非監(jiān)督分類，和中心像元類型相同的像元為相似像元:(b)使用閾值判斷，以窗口內(nèi)其它像元反射率與中心像元反射率之差來判斷是否屬于同類地物。這兩種篩選相似像元的方法具有共同的意義，即是以光譜相似的像元為同一類地物。但是又有不同之處:閾值法是在窗口內(nèi)尋找與中心像元的光譜相似的像元，中心像元作為了搜尋的中心，而且其篩選條件是局部適用的，隨著中心像元的位置變化而變:而分類是在全影像進(jìn)行，如果分類有誤差，那么判斷出的相似像元可能具有很大的錯誤。所以在本實施例中，使用閾值法來篩選相似像元。在本實施例中，判斷窗口內(nèi)某像元所有波段都滿足式15的條件，則該像元被確定為中心像元的相似像元。
[0089]IF (Xi，tk, B) -F (xw/2, yw/2, tk, B) | (ο (B) X2/ml5[0090]其中，ο⑶為tk時刻高空間分辨率影像所有像元B波段的標(biāo)準(zhǔn)差，m為預(yù)估的地物類別數(shù)，比如影像覆蓋的區(qū)域主要有植被、裸地、水體、巖石4類地物，則可將m值設(shè)為4。當(dāng)然，也可以用所有波段中的部分波段進(jìn)行篩選或者采用方法(a)進(jìn)行篩選。
[0091]步驟1024，將篩選出的兩組已知時刻的相似像元取交集。有的地物隨時間會發(fā)生變化，其光譜特征也相應(yīng)發(fā)生變化，只利用一個時相的影像篩選出的相似像元可能會出現(xiàn)錯誤。比如窗口內(nèi)有裸地和農(nóng)作物兩種地物類型,如果中心像元是農(nóng)作物,tm時刻農(nóng)作物并未生長，其光譜特征與裸地相同，此時篩選出來的相似像元是裸地，如果tn時刻農(nóng)作物已生長，則在、時刻的影像上能篩選出正確的農(nóng)作物像元。鑒于此，本實施例中分別利用tm、tn時刻兩幅高空間分辨率影像篩選相似像元，并將篩選結(jié)果取交集，以此提高篩選結(jié)果的準(zhǔn)確性。如圖3所示為取交集篩選相似像元示意圖表示中心像元表示中心像元的相似像元。
[0092]圖4為本實施例中計算相似像元權(quán)重的流程,如圖所示包括:
[0093]步驟10402，計算相似像元的純度大小。權(quán)重W決定了窗口內(nèi)篩選出的各相似像元對計算目標(biāo)像元反射率的貢獻(xiàn)。在本實施例中權(quán)重W由各相似像元的純度大小和離中心像元的空間距離遠(yuǎn)近共同決定。純度越高、空間距離越近的相似像元權(quán)重越大，這是因為均一地表的純像元能提供最準(zhǔn)確的變化信息，而且認(rèn)為空間上離中心像元越近的相似像元的變化情況和中心像元越一致。
[0094]高空間分辨率影像上的某像元代表了某種地物類型，而其對應(yīng)位置低空間分辨率
[0095]影像的像元包含了該類地物，純度即是指低空間分辨率像元中該種地物所占比重。如果在均一地表情況下低空間分辨率像元全由該種地物覆蓋，則認(rèn)為是純像元。比如Landsat影像上某像元所覆蓋的30mX30m的區(qū)域為小麥，其對應(yīng)位置的MODIS影像上像元所覆蓋的500mX500m的區(qū)域也全為小麥，則認(rèn)為該像元為小麥純像元。由于不同的地物具有不同的光譜特征，所以可以通過比較高空間分辨率像元和其對應(yīng)位置的低空間分辨率像元的光譜曲線的一致程度來判斷純度大小。如果高空間分辨率像元和其對應(yīng)的低空間分辨率像元的光譜一致程度越高，則認(rèn)為純度越大。而高、低空間分辨率像元的光譜曲線之間的一致性可由相關(guān)系數(shù)來刻畫，所以篩選出的各相似像元的純度R可由式16計算:分cov(F，，C，)
[0096]~D (ct)16
[0097]Fi= {F(Xi, Yi, tm, Bj),..., F(Xi, tm, Bn), F(x~tn, Bj),...，F(xiàn)(Xi，tn，Bn)}
[0098]Ci= {C(Xi，tm，Bj)，C(Xi，y” tm，Bn)，C(Xi，y” tn，BD，...，C(Xi，tn，Bn)}
[0099]其中向量FyCi分別表示第i個相似像元高、低空間分辨率的光譜向量，cov為求協(xié)方差，D為求方差。R值的范圍為-1到1，R值越大表示純度越高。之所以將tm、tn時刻的光譜曲線放在一起計算相關(guān)系數(shù)，是考慮到地物隨物候的變化，光譜特征也會發(fā)生變化，只使用一個時相的光譜可能會出現(xiàn)錯誤。比如小麥在返青之前其光譜特征和裸地一致，如果某小麥高空間分辨率像元對應(yīng)的低空間分辨率像元除了小麥外還包含裸地，則用小麥返青前的獲取的影像計算會得到較高的純度，顯然是不正確的。當(dāng)加入小麥返青后獲取的影像進(jìn)行判斷時，就會得到更加正確的純度。由上可以看出，只要獲得至少兩組已知時刻的高空間分辨率像元的所有波段光譜向量和在其對應(yīng)位置同時的低空間分辨率像元的所有波段光譜向量，就可以根據(jù)其一致程度來計算純度大小。
[0100]利用純度大小作為計算權(quán)重的一個要素，較之目前采用同時刻高、低空間分辨率反射率之差表示的光譜特性作為計算權(quán)重的要素將更加有效的利用相似像元并且得到的結(jié)果也更加準(zhǔn)確。
[0101]步驟10404，判斷相似像元中是否有純像元，有則進(jìn)入步驟10406，沒有則進(jìn)入步驟 10408。
[0102]步驟10406，設(shè)定純像元的權(quán)重為I。在本實施例中，權(quán)重W的取值范圍是O至IJl，所有相似像元的權(quán)重之和為I。R = I的像元為純像元。為了盡量利用純像元，將純像元的權(quán)重設(shè)為I。即，中心像元的反射率變化信息完全由這些純像元提供。在另一個實施例中，當(dāng)相似像元中有P個純像元存在即R = I的像元時，規(guī)定這些純像元的權(quán)重W為1/P，其他相似像元的權(quán)重為O。當(dāng)然，純像元的判斷也可以是在計算權(quán)重過程中的其它步驟中實現(xiàn)。例如在步驟10402之前或者在步驟10408之后。甚至不判斷是否有純像元也可以。
[0103]步驟10408，計算相似像元距離中心像元的空間距離。相似像元Xi，，Yi)與窗口中心像元xw/2,, yw/2)的空間距離屯由式17計算:
[0104]dt = 1+yl (xw/2-X,.) 2+(yw/2-兄)2/(w/2) 17
[0105]上式包含了對空間距離的歸一化，在窗口 w內(nèi)各相似像元的空間距離屯的取值范圍為I到1+20° _5，值越大，該相似像元離中心像元越遠(yuǎn)。
[0106]步驟10410，計算相似像元的權(quán)重。接下來將純度和空間距離這兩個不相關(guān)的量聯(lián)系在一起，來確定各相似像元的權(quán)重W。上文已經(jīng)提到純度越高、距離越近的像元能提供更準(zhǔn)確的信息，即R越大，d越小，其權(quán)重W越大。本實施例中，通過公式18，將純度和空間距尚結(jié)合為總距尚D:Dj = (1-Rj)Xdj 18
[0107]D越大的相似像元為目標(biāo)像元反射率的計算貢獻(xiàn)越小，再將D的倒數(shù)歸一化得到各相似像元的權(quán)重W式19
[0108]，= il9
[0109]當(dāng)然，建立純度、空間和權(quán)重的關(guān)系可以采用多種形式，只要能實現(xiàn)純度越大，距中心像元越近的相似像元的權(quán)重越大即可。
[0110]圖5為得到轉(zhuǎn)換系數(shù)的流程，如圖所示包括:
[0111]步驟1062，計算轉(zhuǎn)換系數(shù)。由公式4和公式13可知，轉(zhuǎn)換系數(shù)V包含了相對定標(biāo)的增益a和高低空間分辨率變化量的比例系數(shù)V，二者都可由已經(jīng)獲取的tm、tn時刻高、低空間分辨率各波段反射率進(jìn)行線性回歸得到。為了減小噪聲污染等對轉(zhuǎn)換系數(shù)計算帶來的不確定性，將所有相似像元tm、tn時刻高、低空間分辨率反射率進(jìn)行線性回歸，回歸直線的斜率即是轉(zhuǎn)換系數(shù)V。為了利用更可靠的相似像元的信息計算轉(zhuǎn)換系數(shù)，采用加權(quán)最小二乘法進(jìn)行線性回歸，權(quán)重為各相似像元的W。如圖6所示為轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算示意圖。某窗口內(nèi)有12個像元和中心像元屬于同類地物包括中心像元本身，虛線框分別標(biāo)注出、、tn時刻的反射率，可見從tm到tn時刻，高空間分辨率反射率和其對應(yīng)的低空間分辨率反射率都有所增加，但是高空間分辨率反射率增加幅度較大，是低空間分辨率的6.448倍R = 0.915，P< 0.001。這說明該類地物該波段反射率在tm、tn時刻之間發(fā)生了較大的變化，比如植被生長導(dǎo)致的近紅外反射率急劇增加。根據(jù)理論基礎(chǔ)的論述，各相似像元都反映了低、高空間分辨率反射率之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)，但由于噪聲等影響，通常不能只利用某一個相似像元來計算V，這樣的結(jié)果帶有很大的不確定性，而線性回歸能利用所有相似像元的信息得到一個比較穩(wěn)健的轉(zhuǎn)換系數(shù)。又因為各相似像元存在貢獻(xiàn)大小的差異，為了體現(xiàn)這些差異，在線性回歸之中進(jìn)一步還考慮各樣本的權(quán)重，本實施例采用的是加權(quán)最小二乘法。當(dāng)然，也可以采用其它的回歸方法。
[0112]步驟1064，根據(jù)不確定性調(diào)整轉(zhuǎn)換系數(shù)。由于幾何配準(zhǔn)、大氣修正等數(shù)據(jù)處理過程都給反射率帶來一定的誤差，如果低空間分辨率像元tm、tn時刻之間的反射率變化太小，在誤差范圍內(nèi)，則進(jìn)行加權(quán)回歸得到的斜率V具有很大的不確定性。這可能是以下兩種情況:低空間分辨率像元內(nèi)反射率發(fā)生變化的地物所占面積比例很小，在整個低空間分辨率像元尺度上體現(xiàn)不出這種變化:也可能是低空間分辨率像元內(nèi)有的地物反射率增加，有的地物反射率減少，而增加和減少的量相等，使得在低空間分辨率像元尺度上體現(xiàn)不出變化來。為解決這個問題，在本實施例中，在所有相似像元的低空間分辨率反射率變化均值小于至少兩個已知時刻反射率的變化量的不確定性時將轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)為I。假設(shè)反射率各波段的不確定性u為該波段最大值的I %，而且這種不確定性在各影像各波段間是互相獨立的，那么兩個已知時刻反射率的變化量的不確定性為:U =如J+Utn2
[0113]其中，UtDl是Utn分別是、、、時刻反射率的不確定性。如果所有相似像元的低空間分辨率反射率變化均值小于式20計算出的不確定性，則只能將第二變化量平均分配到其內(nèi)部的每一個高空間分辨率像元上，即變化量的轉(zhuǎn)換系數(shù)V為I。當(dāng)然，已知時刻反射率的變化量的不確定性也可以通過其它統(tǒng)計方法得到。對式20的不同表達(dá)方式，以及其它的變換的計算方式都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。這樣就避免了兩個時刻間反射率的變化太小時，因為反射率自身帶有一定的不確定性，也就是誤差，而導(dǎo)致計算出不真實的轉(zhuǎn)換系數(shù)V。
[0114]步驟1066，修正奇異的轉(zhuǎn)換系數(shù)。由于影像自身噪聲的存在，導(dǎo)致絕對值較大的轉(zhuǎn)換系數(shù)出現(xiàn)。為修正個別較奇異的轉(zhuǎn)換系數(shù)，對全幅影像所有像元的轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，在本實施例中將均值上下2倍標(biāo)準(zhǔn)差以外的轉(zhuǎn)換系數(shù)V設(shè)定為I。當(dāng)然，也可以根據(jù)需要將其它預(yù)設(shè)倍數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差以外的轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定為I。
[0115]圖7為計算預(yù)測時刻的目標(biāo)像元的高空間反射率的流程，如圖所示包括:步驟10802，根據(jù)預(yù)測時刻的低空間分辨率影像計算各相似像元相對已知時刻的第二變化量:步驟10804，根據(jù)所述轉(zhuǎn)換系數(shù)將所述第二變化量轉(zhuǎn)換為第一變化量:步驟10806，將各相似像元的第一變化量按所述權(quán)重加權(quán)平均后得到目標(biāo)像元的第一變化量:和，步驟10808，將所述目標(biāo)像元的第一變化量與已知時刻的高空間分辨率反射率相加得到基于不同已知時刻的預(yù)測時刻目標(biāo)像元的高空間分辨率反射率。通過上述4個步驟完成了式14的計算。以兩組分別為tm、tn的已知時刻所獲取的時刻之間或附近的任意tp時刻的低空間分辨率影像，計算出tp時刻的高空間分辨率反射率為例。根據(jù)式14，由已知的1、tn時刻高、低空間分辨率影像即可計算出tp時刻的高空間分辨率反射率，此時乜、、時刻的高、低空間分辨率反射率都已知，所以可以分別由tm、tn時刻的高空間分辨率反射率計算出tp時刻的高空間分辨率反射率Fxw/2, yw/2, tp, B,將這兩個計算結(jié)果分別記作Fmxw/2, yw/2, tp,B、Fnxw/2,yw/2, tp, B0當(dāng)然，只要已知轉(zhuǎn)換系數(shù)、預(yù)測時刻的低空間分辨率影像和各相似單元的權(quán)重就可以在已知時刻的高空間分辨率影像的基礎(chǔ)上計算得到預(yù)測時刻的目標(biāo)像元的高空間分辨率反射率。對式14的不同表達(dá)方式，以及其它的變換的計算方式都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0116]步驟10810，加權(quán)計算得到預(yù)測時刻的高空間分辨率反射率。為充分利用tm、tn時刻的高空間分辨率反射率的信息，將兩個計算結(jié)果加權(quán)求和得到最后的預(yù)測結(jié)果。假設(shè)tp時刻的低空間分辨率反射率相對已知時刻變化越小，則其計算的結(jié)果越準(zhǔn)確可靠。這是因為如果低空間分辨率影像上沒有體現(xiàn)出反射率的變化，則認(rèn)為高空間分辨率影像也不會有反射率的變化?；谝陨霞僭O(shè)，兩個計算結(jié)果的時間權(quán)重T由式21計算。
[0117]當(dāng)然，也可以采用其它方法來計算基于不同已知時刻計算得到的高空間分辨率反射率的權(quán)重。例如，如式23，用預(yù)測時刻、和已知時刻tk低空間分辨率反射率之差來計算權(quán)重大小。
[0118]TiJk= I C(Xi, yj, tO)-C(Xi, yj, tk) I 23
[0119]至此得到了最終的預(yù)測時刻的目標(biāo)像元的高空間分辨率反射率。僅是單獨應(yīng)用轉(zhuǎn)換系數(shù)配合步驟108就能改善對小地物和線狀地物的計算精度。而相似像元的篩選以及權(quán)重計算的改進(jìn)則有助于整體精度的提高。
[0120]為了更好的對本實施方式更進(jìn)一步說明和驗證，下面對本實施方式分別進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)和真實數(shù)據(jù)的檢驗。
[0121]模擬數(shù)據(jù)檢驗。為了更好的檢驗方法的精確性和可靠性下面將本實施例運(yùn)用于簡單的模擬數(shù)據(jù)。并且為了便于和GAO的STARFM方法進(jìn)行比較，利用GAO文中的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗。在下文中本實施方式簡稱為MDCM。
[0122]線狀地物的情況。在土地覆蓋或土地利用類型中，線狀地物相當(dāng)普遍，比如道路、橋梁、河流等，而人眼對線狀地物的敏感程度較高，生成的高分辨率影像中線狀地物的正確與否直接影響影像的視覺效果。如圖16所示為模擬線狀地物的情況。圖16。(a)-(c)中的圓形區(qū)域的反射率固定為0.05，直線的反射率固定為0.5，周圍區(qū)域的反射率從0.1變?yōu)?br> 0.2再到0.4 ; (4) - (f)分別由(a) - (c)聚合而成的低空間分辨率影像:(g)、(h)為MDCM和STARFM對(b)中線狀地物反射率的預(yù)測結(jié)果。
[0123]圖16(a) (c)在圖15(a) (c)的基礎(chǔ)上在對角線上增加一線狀地物，反射率固定為
0.5，模擬一條道路陸地之上和橋梁水體之上，圖16(d)-(f)分別由圖16(a)-(c)聚合而成的低空間分辨率影像。利用圖16(b)之外的5幅影像重新生成圖16(b)，圖16(g)顯示了MDCM和STARFM重新生成的圖16 (b)，可見MDCM和STARFM都能定性地預(yù)測出該線狀地物。如圖17所示為MDCM和STARFM對圖16(b)中線狀地物的反射率的預(yù)測結(jié)果。從圖17所示兩種方法對圖16(b)的線狀地物預(yù)測的定量結(jié)果看，STARFM并不能完全正確地得到線狀地物的反射率，錯誤主要出現(xiàn)在線狀地物周圍區(qū)域發(fā)生了變化的一段圓形地物之外，而MDCM方法能得到完全正確的線狀地物的反射率。
[0124]小面積地物的情況。小面積地物在實際影像中也是非常普遍存在的，特別是在地物斑塊比較破碎的區(qū)域，比如小塊農(nóng)田或小面積水體等。如果這些小面積地物的尺寸小于了低空間分辨率像元的尺度，則在低空間分辨率影像中不能清晰觀察到它們的形狀以及得到它們的反射率信息，而重新生成的高空間分辨率影像希望能準(zhǔn)確地反映這些小地物的形狀和反射率信息。如圖18所示為模擬小面積地物的情況。(a)-(c)中的圓形區(qū)域的反射率從0.1變?yōu)?.2再到0.4，各圖中4個圓形地物的直徑依次為5、10、15、20個高空間分辨率單位，周圍區(qū)域的反射率固定為0.05:(d)-(f)分別由(a)-(c)聚合而成的低空間分辨率影像:(g)和(h)分別為STARFM和MDCM方法對(b)的預(yù)測結(jié)果。
[0125]假設(shè)只存在兩類地物，圖18 (a)-(c)中的圓形地物及周圍背景。圖中4個圓形地物的直徑依次為5、10、15、20的4個小面積地物，圓形地物的反射率從0.1圖18(a)增加到0.2圖18(b)再到0.4圖18(c)，周圍區(qū)域的反射率固定為0.05。圖18(d)-(f)是將圖18 (a)-(c)按17*17聚合成低空間分辨率的影像。圖18(g)和(h)分別是STARFM和MDCM方法對圖18(b)的重建結(jié)果，而如圖19所示為MDCM和STARFM對圖18(b)中各圓形小地物的預(yù)測誤差。圖19顯示了二者對不同直徑小地物的預(yù)測平均誤差小地物各像元反射率預(yù)測值與真實值之差的平均值，可見STARFM只有直徑為20的圓形地物的反射率是正確的，其他小于低空間分辨率像元尺度17的地物的反射率都比真實值偏小，而MDCM方法對所有尺寸的地物都能生成正確的反射率。原因主要是STARFM需要純像元提供變化信息，而小于低空間分辨率像元尺度的小面積地物在低空間分辨率影像上不存在純像元，所以生成的反射率出現(xiàn)誤差，而MDCM方法如果在窗口內(nèi)找不到純像元時，通過這些小面積地物反射率變化量和其所在的低空間分辨率像元反射率變化量之間的比例系數(shù)，將非純像元提供的變化信息加以了修正，所以能準(zhǔn)確地生成這些小面積地物的反射率。
[0126]如圖8所示，遙感影像的處理系統(tǒng)包括以下模塊:影像選擇模塊101，用于獲取同一地表區(qū)域的具有高空間分辨率的第一組影像和具有低空間分辨率的第二組影像，從所述兩組影像中對應(yīng)的選擇至少兩對不同時刻的影像:目標(biāo)像元設(shè)定模塊102，用于設(shè)定某時刻的所求影像AO的一像元為目標(biāo)像元，確定目標(biāo)像元對應(yīng)的地表區(qū)域為目標(biāo)區(qū)域:目標(biāo)像
[0127]元反射率計算模塊104，用于計算目標(biāo)像元的反射率:和，影像生成模塊108，用于根據(jù)目標(biāo)像元反射率計算模塊104計算得到的各目標(biāo)像元的反射率生成AO影像。
[0128]所述目標(biāo)像元反射率計算模塊104包括以下子模塊:
[0129]轉(zhuǎn)換系數(shù)模塊103，根據(jù)所選的影像計算所述目標(biāo)區(qū)域的反射率變化量在兩組影像中之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)。如圖9所示，在本實施例中，所述轉(zhuǎn)換系數(shù)模塊103包括:中心像元設(shè)定模塊1031，用于將所選的第一組影像中的與所述目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的像元設(shè)定為中心像元:相似像元篩選模塊1032，用于從所述中心像元各自所在影像中分別篩選出至少一個與所述中心像元屬于同類地物的相似像元:轉(zhuǎn)換系數(shù)計算模塊1033，用于確定各相似像元所對應(yīng)的地表區(qū)域為相似區(qū)域，根據(jù)所述相似區(qū)域在所選影像中的反射率計算所述轉(zhuǎn)換系數(shù)。調(diào)整模塊1034，用于調(diào)整誤差導(dǎo)致的可能不正確的轉(zhuǎn)換系數(shù)和修正奇異的轉(zhuǎn)換系數(shù)。調(diào)整模塊1034將在下文結(jié)合圖14進(jìn)行詳細(xì)介紹。在本實施例中，所述轉(zhuǎn)換系數(shù)計算模塊1033中所述轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算是將所述所獲得的反射率以第二變化量為自變量，第一變化量為因變量根據(jù)各相似像元的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)回歸分析。相似像元的篩選的具體實現(xiàn)可以參見上文中步驟1022的說明，在此不再贅述。
[0130]權(quán)重模塊109，用于根據(jù)所選的影像計算各相似像元的權(quán)重。下文將結(jié)合圖11和圖12進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0131]第二變化量計算模塊105，用于從第二組影像中選擇與所述影像AO時刻對應(yīng)的影像BO和至少一個其他時刻的影像，根據(jù)所選擇的影像計算所述目標(biāo)區(qū)域在各所述其他時刻的影像中的反射率相對于其在影像BO中的反射率的變化量。如圖10所示，所述第二變化量計算模塊105包括:相似像元第二變化量計算模塊1051，用于從第二組影像中選擇與所述某時刻對應(yīng)的影像BO和至少一個其他時刻的影像，根據(jù)所選擇的影像計算各所述相似區(qū)域在第二組影像中的反射率變化量:第二變化量加權(quán)平均模塊1052，根據(jù)得到的所述權(quán)重將相似像元第二變化量計算模塊1051得到的各反射率變化量加權(quán)平均計算所述目標(biāo)區(qū)域在各所述其他時刻的影像中的反射率相對于其在影像BO中的反射率的變化量。
[0132]變化量轉(zhuǎn)換模塊106，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)換系數(shù)將所述各第二變化量計算模塊105得到的各變化量轉(zhuǎn)換為在第一組影像中的各反射率變化量。
[0133]反射率計算模塊107，用于根據(jù)變化量轉(zhuǎn)換模塊106得到的各反射率變化量和目標(biāo)區(qū)域在第一組相應(yīng)時刻的各影像中的反射率計算所述目標(biāo)區(qū)域的反射率。在本實施例中經(jīng)由第二變化量加權(quán)平均模塊1052、變化量轉(zhuǎn)換模塊106和反射率計算模塊107完成了式14的計算，得到了目標(biāo)像元的反射率。影像生成模塊108，用于逐次計算所有待計算的像元的反射率生成AO影像。
[0134]在另一個實施例中，目標(biāo)像元反射率計算模塊104還包括:時間權(quán)重計算模塊111，用于根據(jù)第二變化量計算模塊105所得到的變化量計算所得到的所述目標(biāo)區(qū)域的各反射率的時間權(quán)重。反射率計算模塊107還包括:反射率加權(quán)計算模塊，用于根據(jù)所述時間權(quán)重，將各反射率加權(quán)平均得到所求目標(biāo)像元的反射率。時間權(quán)重的計算和最終目標(biāo)像元反射率的計算的具體實現(xiàn)可以參見上文中步驟10810中的說明，在此不再贅述。
[0135]如圖11所示，所述權(quán)重模塊109包括:純度計算模塊1091，用于根據(jù)所選影像計算各相似像元所有波段光譜向量和第二組影像中各所述相似區(qū)域的像元所有波段光譜向量的一致程度:純像元判斷模塊1093，用于判斷相似像元中是否有純像元，并當(dāng)有純像元時將該純像元權(quán)重設(shè)定為最大值，即，所有變化信息均取自該純像元，當(dāng)沒有純像元時不調(diào)整各相似像元的權(quán)重:空間距離計算模塊1094，用于計算各相似像元距離各自中心像元的空間距離:權(quán)重計算模塊1095，用于根據(jù)各相似像元的純度和距各自中心像元的空間距離計算各相似像元的權(quán)重。權(quán)重模塊109中各模塊的具體實現(xiàn)可以參見上文中步驟104的說明，在此不再贅述。
[0136]如圖12所示，在另一個實施例中，所述權(quán)重模塊109包括:純度計算模塊1091，用于根據(jù)所述至少兩對時刻對應(yīng)的影像計算各相似像元所有波段光譜向量和與其時刻對應(yīng)的第二組影像中地表區(qū)域?qū)?yīng)的像元所有波段光譜向量的一致程度:相似像元權(quán)重計算模塊1092，用于根據(jù)所述一致程度計算各相似像元的權(quán)重。具體純度計算和權(quán)重計算可以參考權(quán)重模塊109的上一個實施例，在此不再贅述。
[0137]如圖13所示,在另一個實施例中,所述相似像元篩選模塊1032還包括:交集篩選模塊10321，用于將各篩選出的相似像元所對應(yīng)的地表區(qū)域取交集，以取交集后的地表區(qū)域所對應(yīng)的像元為相似像元。交集篩選模塊10321的具體實現(xiàn)可以參見上文中步驟1024的說明，在此不再贅述。
[0138]如圖14所示，所述調(diào)整模塊1034包括:均值判斷模塊10341，用于判斷各相似像元對應(yīng)的第二變化量的均值是否小于反射率自身誤差:誤差調(diào)整模塊10342，用于當(dāng)均值判斷模塊(10341)判斷為小于時，轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)定為使第一變化量等于第二變化量，當(dāng)均值判斷模塊(10341)判斷為不小于時，轉(zhuǎn)換系數(shù)保持不變:奇異轉(zhuǎn)換系數(shù)判斷模塊10343，用于判斷轉(zhuǎn)換系數(shù)是否奇異:奇異轉(zhuǎn)換系數(shù)修正模塊10344，用于將奇異的轉(zhuǎn)換系數(shù)修正成。調(diào)整模塊1034的具體實現(xiàn)可以參見上文中步驟1064和步驟1066的說明，在此不再贅述。
[0139]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種遙感影像的處理方法，其特征在于，設(shè)定某時刻的所求影像AO的一像元為目標(biāo)像元，確定目標(biāo)像元對應(yīng)的地表區(qū)域為目標(biāo)區(qū)域，獲取同一地表區(qū)域的具有高空間分辨率的第一組影像和具有低空間分辨率的第二組影像，從所述兩組影像中對應(yīng)的選擇至少兩對不同時刻的影像，按以下步驟分別計算各目標(biāo)像元的反射率以生成AO影像: a，根據(jù)所選的影像計算所述目標(biāo)區(qū)域的反射率變化量在兩組影像中之間的轉(zhuǎn)換系數(shù): b，從第二組影像中選擇與所述影像AO時刻對應(yīng)的影像BO和至少一個其他時刻的影像:根據(jù)所選擇的影像計算所述目標(biāo)區(qū)域在各所述其他時刻的影像中的反射率相對于其在影像BO中的反射率的變化量: c，根據(jù)所述轉(zhuǎn)換系數(shù)將所述各反射率的變化量轉(zhuǎn)換為在第一組影像中的各反射率變化量:和 d，從第一組影像中選擇與所述其它時刻對應(yīng)的影像，根據(jù)轉(zhuǎn)換得到的各反射率變化量和目標(biāo)區(qū)域在所選影像中的反射率計算所述目標(biāo)區(qū)域的反射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟a包括: al，將所選的第一組影像中的與所述目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的像元設(shè)定為中心像元: a2，從所述中心像元各自所在影像中分別篩選出至少一個與所述中心像元屬于同類地物的相似像元:和 a3，確定各相似像元所對應(yīng)的地表區(qū)域為相似區(qū)域，根據(jù)所述相似區(qū)域在所選影像中的反射率計算所述轉(zhuǎn)換系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述步驟a3之前還包括:a21，根據(jù)所選的影像計算各相似像元的權(quán)重: 所述步驟b包括: bl，根據(jù)BO影像和所述第二組的其他時刻的影像計算各所述相似區(qū)域在第二組影像中的反射率變化量: b2，根據(jù)得到的所述權(quán)重將步驟bl得到的各反射率變化量加權(quán)平均計算所述目標(biāo)區(qū)域在各所述其他時刻的影像中的反射率相對于其在影像BO中的反射率的變化量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述步驟a3中所述轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算是將各所述相似區(qū)域在所選影像中的反射率以在第二組影像中的反射率的變化量為自變量，在第一組影像中的反射率的變化量為因變量進(jìn)行回歸分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，所述步驟a3之前還包括:a22，根據(jù)所選的影像計算各相似像元的權(quán)重:所述回歸分析是根據(jù)各相似像元的權(quán)重進(jìn)行的加權(quán)回歸分析。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述方法，其特征在于，所述各相似像元的權(quán)重的計算包括以下步驟: a221，根據(jù)所選影像計算各相似像元所有波段光譜向量和第二組影像中各所述相似區(qū)域的像元所有波段光譜向量的一致程度: a222，根據(jù)所述一致程度計算各相似像元的權(quán)重。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述步驟a2還包括:將各篩選出的相似像元所對應(yīng)的地表區(qū)域取交集，以取交集后的地表區(qū)域所對應(yīng)的像元為相似像元。
8.遙感影像的處理系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)同一地表區(qū)域的具有高空間分辨率的第一組影像和具有低空間分辨率的第二組影像求得高空間分辨率的AO影像，所述AO影像不屬于第一組影像，并由至少一個待計算的像元組成，所述處理系統(tǒng)包括: 影像選擇模塊(101)，用于獲取同一地表區(qū)域的具有高空間分辨率的第一組影像和具有低空間分辨率的第二組影像，從所述兩組影像中對應(yīng)的選擇至少兩對不同時刻的影像:目標(biāo)像元設(shè)定模塊(102)，用于設(shè)定某時刻的所求影像AO的一像元為目標(biāo)像元，確定目標(biāo)像元對應(yīng)的地表區(qū)域為目標(biāo)區(qū)域: 目標(biāo)像元反射率計算模塊(104)，用于計算目標(biāo)像元的反射率:和影像生成模塊(108)，用于根據(jù)目標(biāo)像元反射率計算模塊(104)計算得到的各目標(biāo)像元的反射率生成AO影像: 所述目標(biāo)像元反射率計算模塊(104)包括以下子模塊: 轉(zhuǎn)換系數(shù)模塊(103)，根據(jù)所選的影像計算所述目標(biāo)區(qū)域的反射率變化量在兩組影像中之間的轉(zhuǎn)換系數(shù): 第二變化量計算模塊(105)，用于從第二組影像中選擇與所述影像AO時刻對應(yīng)的影像BO和至少一個其他時刻的影像，根據(jù)所選擇的影像計算所述目標(biāo)區(qū)域在各所述其他時刻的影像中的反射率相對于其在影像BO中的反射率的變化量: 變化量轉(zhuǎn)換模塊(106)，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)換系數(shù)將所述各第二變化量計算模塊(105)得到的各變化量轉(zhuǎn)換為在第一組影像中的各反射率變化量:和反射率計算模塊(107)，用于從第一組影像中選擇與所述其它時刻對應(yīng)的影像，根據(jù)變化量轉(zhuǎn)換模塊(106)得到的各反射率變化量和目標(biāo)區(qū)域在所選 影像中的反射率計算所述目標(biāo)區(qū)域的反射率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換系數(shù)模塊(103)包括: 中心像元設(shè)定模塊(1031)，用于將所選的第一組影像中的與所述目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的像元設(shè)定為中心像兀: 相似像元篩選模塊(1032)，用于從所述中心像元各自所在影像中分別篩選出至少一個與所述中心像元屬于同類地物的相似像元:和轉(zhuǎn)換系數(shù)計算模塊(1033)，用于確定各相似像元所對應(yīng)的地表區(qū)域為相似區(qū)域，根據(jù)所述相似區(qū)域在所選影像中的反射率計算所述轉(zhuǎn)換系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)像元反射率計算模塊(104)還包括:權(quán)重模塊，用于根據(jù)所選的影像計算各相似像元的權(quán)重: 所述第二變化量計算模塊(105)包括: 相似像元第二變化量計算模塊(1051)，用于從第二組影像中選擇與所述某時刻對應(yīng)的影像BO和至少一個其他時刻的影像，根據(jù)所選擇的影像計算各所述相似區(qū)域在第二組影像中的反射率變化量: 第二變化量加權(quán)平均模塊(1052)，根據(jù)得到的所述權(quán)重將相似像元第二變化量計算模塊(1051)得到的各反射率變化量加權(quán)平均計算所述目標(biāo)區(qū)域在各所述其他時刻的影像中的反射率相對于其在影像BO中的反射率的變化量。
【文檔編號】G01S17/02GK103576132SQ201210253288
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月20日
【發(fā)明者】王飛 申請人:上海萊凱數(shù)碼科技有限公司