專利名稱：成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及成像光譜數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成像光譜技術(shù)，更進(jìn)一步涉及一種成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及處理方法。
背景技術(shù)：
成像光譜是對(duì)地觀測(cè)前沿的技術(shù)之一。成像光譜技術(shù)的興起和迅速發(fā)展，不僅極大地增強(qiáng)了遙感對(duì)地觀測(cè)能力和對(duì)地物的鑒別能力，而且促使遙感由對(duì)地物的鑒別發(fā)展到可對(duì)地物或?qū)Φ匚锝M分進(jìn)行直接識(shí)別。
自二十世紀(jì)八十年代初成像光譜學(xué)的發(fā)展，尤其使遙感技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)資源調(diào)查、評(píng)價(jià)中具備對(duì)巖石、礦物直接識(shí)別和提取其組分、結(jié)構(gòu)信息的能力，使遙感定量研究成為可能。九十年代以來(lái)，成像光譜技術(shù)得到了飛速發(fā)展，航空、航天成像光譜技術(shù)并行發(fā)展，基礎(chǔ)理論日趨成熟，許多國(guó)家都作了大量的機(jī)載飛行試驗(yàn)、方法研究和應(yīng)用示范工作。在數(shù)據(jù)獲取、輻射定標(biāo)、光譜重建、數(shù)據(jù)處理等一些關(guān)鍵技術(shù)有了一定程度的發(fā)展，也發(fā)展了一些專用處理軟件或軟件模塊，尤其是在巖石礦物識(shí)別、地質(zhì)制圖、固體礦產(chǎn)和油氣勘探、大氣成分探測(cè)、植物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、海水葉綠素含量探測(cè)等方面正在發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
我國(guó)從“七五”開始成像光譜技術(shù)的跟蹤研究。在國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目的支持下1990年上海技術(shù)物理所成功地研制首臺(tái)航空成像光譜儀MAIS(可見光32波段，光譜分辨率20nm，瞬時(shí)視志角IFOV為3mrad；短波紅外32波段，光譜分辨率30nm，瞬時(shí)視場(chǎng)角IFOV為4.5mrad；熱紅外7波段，光譜分辨率400-800nm，瞬時(shí)視場(chǎng)角IFOV為3mrad)。在此基礎(chǔ)上，中科院遙感所等單位開展了相應(yīng)的方法和應(yīng)用研究，不斷跟蹤國(guó)際先進(jìn)水平，在地質(zhì)找礦、油氣勘察、海岸帶調(diào)查、濕地生態(tài)環(huán)境研究、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)等方面應(yīng)用取得了可喜的效果。北京大學(xué)、武漢測(cè)繪科技大學(xué)、核工業(yè)總公司、有色、冶金遙感中心等單位也相繼開展了一些零星的研究工作。原地質(zhì)礦產(chǎn)部“九·五”重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目“成像光譜方法技術(shù)開發(fā)應(yīng)用研究”，開發(fā)了可實(shí)用的技術(shù)方法，有力推動(dòng)了成像光譜技術(shù)的地質(zhì)應(yīng)用?！熬盼濉逼陂g，上海技術(shù)物理所在863-308項(xiàng)目的支持下，又成功地研制了波段更多(128個(gè))、光譜覆蓋范圍更寬(0.40-12.00μm)、光譜分辨率更高(10-40nm)的“實(shí)用型模塊化成像光譜儀”O(jiān)MIS-I、OMIS-II和寬視場(chǎng)面陣CCD超光譜成像儀PHI，并具有將原始記錄數(shù)據(jù)回放到光盤、硬盤的功能；長(zhǎng)春光機(jī)所在863-2項(xiàng)目的支持下，研制成功C-HRIS高分辨率成像光譜儀，將我國(guó)成像光譜技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。
但是目前還沒有一個(gè)成熟的系統(tǒng)，可以承擔(dān)成像光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理任務(wù)。研究任務(wù)多是在現(xiàn)有的圖象處理系統(tǒng)中，手工完成絕大多數(shù)預(yù)處理任務(wù)，極大地影響了成像光譜數(shù)據(jù)的應(yīng)用效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)在成像光譜數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及在該系統(tǒng)上的成像光譜數(shù)據(jù)處理方法。
本發(fā)明涉及了一種成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括以下結(jié)構(gòu)輸入模塊，用于輸入原始圖像數(shù)據(jù)；預(yù)處理模塊，用于在原始數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)格式轉(zhuǎn)換、輻射定標(biāo)、校正等處理以獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品；產(chǎn)品處理模塊，用于對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行精校正、鑲嵌等處理；輔助處理模塊，用于進(jìn)行圖像顯示、基本的圖像增強(qiáng)、波譜特征曲線顯示；其特征在于所述預(yù)處理模塊進(jìn)一步還包括格式轉(zhuǎn)換模塊，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可處理的格式；產(chǎn)品生成模塊，用于將格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以及儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)一起生成0級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
此外，本發(fā)明的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的預(yù)處理模塊進(jìn)一步還包括輻射校正模塊，對(duì)于格式轉(zhuǎn)換后的圖像產(chǎn)品，根據(jù)儀器參數(shù)和定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行儀器輻射定標(biāo)處理；產(chǎn)品生成模塊，用于將輻射定標(biāo)后生成的數(shù)據(jù)以及儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)一起生成1級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
此外，本發(fā)明的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的預(yù)處理模塊進(jìn)一步還包括
大氣校正模塊，用于對(duì)經(jīng)輻射定標(biāo)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正；幾何校正模塊，根據(jù)姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行幾何校正，并根據(jù)地面定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建；產(chǎn)品生成模塊，利用上述處理后得到的數(shù)據(jù)而生成2級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
本發(fā)明還涉及一種成像光譜數(shù)據(jù)處理方法，該方法包括以下步驟將原始數(shù)據(jù)輸入到成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中；對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換處理；利用格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以及儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)，從而生成0級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
此外，本發(fā)明的成像光譜數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)一步還包括對(duì)于格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，根據(jù)儀器參數(shù)進(jìn)行輻射定標(biāo)；利用輻射定標(biāo)后生成的數(shù)據(jù)以及儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)，從而生成1級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
此外，本發(fā)明的成像光譜數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)一步還包括對(duì)輻射定標(biāo)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正；根據(jù)姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行幾何校正；根據(jù)地面定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建；從而生成2級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
在本發(fā)明所公開的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用本發(fā)明所公開的成像光譜數(shù)據(jù)處理方法，實(shí)現(xiàn)了利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)成像光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化的預(yù)處理，提高了成像光譜數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用效率及效果。


參考以下附圖，可以更好的說(shuō)明本發(fā)明的系統(tǒng)及方法，并闡述其優(yōu)點(diǎn)圖1.示意性的給出了本發(fā)明所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；圖2.示意性的示出了本發(fā)明所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理方法的流程圖；圖3.顯示了地面定標(biāo)點(diǎn)的原始圖像數(shù)據(jù)；圖4.顯示了對(duì)地面定標(biāo)點(diǎn)原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行儀器輻射定標(biāo)后的光譜圖像；圖5.顯示了對(duì)儀器輻射定標(biāo)后的地面定標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正后的光譜圖像；圖6.顯示了根據(jù)地面光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建后的光譜圖像；
圖7.顯示了所述地面定標(biāo)點(diǎn)的實(shí)際光譜特征曲線；圖8.顯示了利用GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正的校正流程圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，下面將詳細(xì)闡述本發(fā)明的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理方法。
圖1示意性的給出了本發(fā)明所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其中包括輸入模塊，根據(jù)機(jī)載成像光譜儀等而進(jìn)行原始圖像數(shù)據(jù)的輸入，其中所述成像光譜儀例如是OMIS-I、HyMap等。
本發(fā)明所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)還包括預(yù)處理模塊，用于在原始數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)行相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換、輻射定標(biāo)、校正等處理以便獲得相應(yīng)的0級(jí)、1級(jí)、和2級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，所述預(yù)處理模塊進(jìn)一步包括格式轉(zhuǎn)換模塊，用于將原始數(shù)據(jù)資料格式轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可處理的格式。由于存在著多種成像光譜儀器，其形成的數(shù)據(jù)格式各異，而且還保存了許多平臺(tái)的信息，為了方便在實(shí)際應(yīng)用中使用數(shù)據(jù)，我們專門設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)格式，即一幅數(shù)據(jù)包括兩個(gè)文件，.img和.had，.img中只有高光譜圖象數(shù)據(jù)，并且各波段按BSQ方式存放，該存放方式是現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)成熟的技術(shù)，這里就不再陳述，.had文件中存放了相關(guān)的參數(shù)和輔助數(shù)據(jù)。
輻射校正模塊，其進(jìn)一步包括輻射定標(biāo)模塊、大氣校正模塊、光譜重建模塊、反射率重建模塊、亮度均勻模塊。由于反射率重建及亮度均勻技術(shù)在本領(lǐng)域中已經(jīng)公知，這里就不再詳細(xì)描述；輻射定標(biāo)模塊用于對(duì)格式轉(zhuǎn)換后的圖像產(chǎn)品根據(jù)儀器參數(shù)和定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行儀器輻射定標(biāo)處理；大氣校正模塊，用于對(duì)經(jīng)輻射定標(biāo)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，在大氣校正中采用當(dāng)前已經(jīng)成熟的技術(shù)，即例如是回歸分析法和最小值法，由于算法很成熟，效果也已經(jīng)得到業(yè)界認(rèn)可，因此也不作詳細(xì)描述；光譜重建模塊是利用飛行時(shí)同步實(shí)測(cè)的地面波譜數(shù)據(jù)，通過(guò)回歸分析，建立等式(1)中的圖像亮度與地面反射率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系ρ＝a*N+b(1)其中，ρ為反射率，N為亮度，a、b為回歸系數(shù)，并利用該建立好的關(guān)系，對(duì)成像光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建，得到地面反射率圖。
幾何校正模塊，其進(jìn)一步包括姿態(tài)校正模塊及GPS校正模塊，其分別用于根據(jù)姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行幾何校正，即利用儀器提供的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像幾何特性的恢復(fù)性處理，以及利用儀器提供的GPS數(shù)據(jù)對(duì)圖像進(jìn)行幾何校正。
產(chǎn)品生成模塊，用于將格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)與儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)一起生成0級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品；將輻射定標(biāo)后生成的數(shù)據(jù)與儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)一起生成1級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品；以及，用于通過(guò)對(duì)輻射定標(biāo)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，并根據(jù)姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行幾何校正，以及根據(jù)地面定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建，從而生成2級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
此外，所述成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)還包括產(chǎn)品處理模塊，其進(jìn)一步包括精校正模塊和鑲嵌模塊，用于對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行精校正、鑲嵌等處理。由于航空機(jī)載的特性，幾何崎變較大，而且多數(shù)不均勻，利用常規(guī)的校正方法很難取得較好效果，因此，設(shè)計(jì)了采取用控制點(diǎn)構(gòu)造三角網(wǎng)，從而對(duì)整幅圖像實(shí)行分塊線性校正，對(duì)于重點(diǎn)地區(qū)或應(yīng)用戶要求，在條件具備時(shí)，對(duì)成像光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正處理方法，所述幾何精校正即通過(guò)人工來(lái)選擇控制點(diǎn)，完成圖像的精校正。所述鑲嵌模塊用于將多個(gè)圖像條帶拼接成一個(gè)大圖像。產(chǎn)品處理模塊的各項(xiàng)功能是可選擇而進(jìn)行的，其只是為了更進(jìn)一步的使本發(fā)明的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)取得更好的效果，而不是限定本發(fā)明所述成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及方法必須進(jìn)行這種處理。
此外，所述成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)還包括輔助處理模塊，用于進(jìn)行圖像顯示、基本的圖像增強(qiáng)、波譜特征曲線顯示等。輔助處理模塊包括查看模塊及圖像模塊，其中，查看模塊進(jìn)一步包括波譜曲線模塊和圖像信息模塊；圖像模塊進(jìn)一步包括圖像瀏覽、反差拉伸、圖像平滑、圖像增強(qiáng)、偽彩色編碼、BMP圖像瀏覽、保存BMP圖像等模塊。
結(jié)合圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖2顯示了本發(fā)明所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理方法的處理流程。首先，將原始數(shù)據(jù)輸入到成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，然后對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換處理，進(jìn)而可將格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以及儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)一起而生成0級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品；此外，對(duì)于經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，根據(jù)儀器參數(shù)進(jìn)行輻射定標(biāo)，并將經(jīng)輻射定標(biāo)后而生成的數(shù)據(jù)與儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)一起而生成1級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品；此外，還可對(duì)輻射定標(biāo)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，并根據(jù)姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行幾何校正，以及根據(jù)地面定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建，從而可以生成2級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
此外，所述光譜重建即利用飛行時(shí)同步實(shí)測(cè)的地面波譜數(shù)據(jù)，通過(guò)回歸分析，建立如上等式(1)中的圖像亮度與地面反射率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并利用該建立好的關(guān)系，對(duì)成像光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建，得到地面反射率圖。
下面參考附圖3-6，根據(jù)對(duì)地面定標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行成像光譜數(shù)據(jù)處理的過(guò)程來(lái)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖3-6顯示了在本發(fā)明所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用本發(fā)明所述的方法對(duì)地面定標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過(guò)程。其中圖3顯示了地面定標(biāo)點(diǎn)的原始圖像數(shù)據(jù)；圖4顯示了在將原始圖像進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后對(duì)地面定標(biāo)點(diǎn)原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行儀器輻射定標(biāo)后的光譜圖像；圖5顯示了對(duì)儀器輻射定標(biāo)后的地面定標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正后的光譜圖像；圖6顯示了根據(jù)地面光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建后的光譜圖像。此外，圖7顯示了所述地面定標(biāo)點(diǎn)的實(shí)際光譜特征曲線。對(duì)地面定標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行成像光譜數(shù)據(jù)處理的具體流程如下首先，在原始圖像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)格式轉(zhuǎn)換，將原始圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的系統(tǒng)處理格式，即.img及.had文件格式，并根據(jù)儀器參數(shù)進(jìn)行輻射定標(biāo)；然后，對(duì)經(jīng)輻射定標(biāo)后的數(shù)據(jù)，采用大氣校正方法進(jìn)行校正；然后，將大氣校正后得到的圖像，根據(jù)地面光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建，從而得出數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品。其中，所述光譜重建即利用飛行時(shí)同步實(shí)測(cè)的地面波譜數(shù)據(jù)，通過(guò)回歸分析，建立如上等式(1)中的圖像亮度與地面反射率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并利用該建立好的關(guān)系，對(duì)成像光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建，得到地面反射率圖。
從上述附圖中可以看出，經(jīng)本發(fā)明所述成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的處理，將原始圖像經(jīng)過(guò)光譜重建后，能更好地民示地面定標(biāo)點(diǎn)本身的波譜特性，與地面定標(biāo)點(diǎn)本身的光譜特征非常接近，其結(jié)果可以更好地用來(lái)識(shí)別地面定標(biāo)點(diǎn)。但是本發(fā)明所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及成像光譜數(shù)據(jù)處理方法并不僅限于對(duì)地面定標(biāo)點(diǎn)的處理，其也可以用于對(duì)植被、水泥路面、潔凈水體、渾濁水體、泥質(zhì)小型路面等多種地物進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)處理，以更好來(lái)用來(lái)識(shí)別上述地物。
此外，由于受飛機(jī)飛行、傳感器、地形等多種因素的影響，成像光譜數(shù)據(jù)的幾何特征往往有較大的畸變，而且誤差較大，在實(shí)際應(yīng)用之前，需要進(jìn)行校正。傳統(tǒng)的幾何校正僅僅是根據(jù)飛機(jī)飛行過(guò)程中的姿態(tài)參數(shù)而完成校正的。如在圖8所示的幾何校正處理流程中，為了提高幾何校正的精度，本發(fā)明在進(jìn)行幾何校正的過(guò)程中引入了GPS數(shù)據(jù)，在建立共線方程后，利用GPS數(shù)據(jù)修正共線方程，從而可以得出精度更高的幾何校正結(jié)果。共線方程的構(gòu)建過(guò)程如下
為了研究像點(diǎn)與地面相應(yīng)點(diǎn)的數(shù)學(xué)關(guān)系，必須建立中心投影的構(gòu)像方程。此處，可以將每一個(gè)掃描點(diǎn)近似的看作中心投影，一般地區(qū)的構(gòu)像方程表示如下x=-fa1(XA-XS)+b1(YA-YS)+c1(ZA-ZS)a3(XA-XS)+b3(YA-YS)+c3(ZA-ZS)y=-fa2(XA-XS)+b2(YA-YS)+c2(ZA-ZS)a3(XA-XS)+b3(YA-YS)+c3(ZA-ZS)]]>式中，x、y對(duì)應(yīng)影像坐標(biāo)；XA、YA、ZA對(duì)應(yīng)地面坐標(biāo)；XS、YS、ZS對(duì)應(yīng)攝影中心的地面坐標(biāo)。f為像片主距。a、b、c由三個(gè)角元素定義的3×3旋轉(zhuǎn)矩陣的系數(shù)，目的將影像坐標(biāo)換成地面坐標(biāo)系統(tǒng)，值滿足以下公式 式中，、ω、κ分別對(duì)應(yīng)飛船的三個(gè)外方位元素(俯仰角、滾動(dòng)角、偏航角)，也就是飛機(jī)的飛行姿態(tài)參數(shù)。
以上共線方程可以校正由于飛行姿態(tài)不穩(wěn)造成的畸變，但實(shí)際校正中，還需要考慮飛行高度、飛行速度的影響，用共線方程計(jì)算得到x，y坐標(biāo)后，如果其與GPS數(shù)據(jù)之間存在誤差，則以GPS數(shù)據(jù)來(lái)修正該坐標(biāo)值，從而得出最終校正結(jié)果，然而采用GPS數(shù)據(jù)的修正僅能修正飛機(jī)正下方點(diǎn)(對(duì)應(yīng)GPS位置)。
表1為引入GPS數(shù)據(jù)前后利用姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行幾何校正的誤差對(duì)比表序號(hào) 原始圖像誤差 姿態(tài)校正圖像誤差(％) (％) 引入GPS后(％)15.931353 0.464638213.78837 7.186437323.17162 -1.04082428.81526 -0.36161 0.171761*524.20868 -2.61214 0.305186**624.25375 -2.01435 -0.10248**
7 28.03575-1.511518 19.925023.116339 27.923874.05314310 26.4688 4.0521153.100324*11 16.74118-2.9470512 14.74187-4.25463-4.2743613 20.37532-0.1124614 8.8699893.1890322.956162*15 5.51872 1.1079691.100656*16 10.947855.1906817 27.432241.39488818 21.78838-1.83646-1.5145*19 20.96857-3.727282.844161*20 21.14967-2.5511721 18.421472.57037522 21.351023.83694523 12.21789-1.122570.678794**24 13.00501-3.41278其中*表示該線段的方向接近飛行方向，有一定的角度；**表示該線段的方向十分接近飛行方向，幾乎平行(小于15度)。從表中可以看出，通過(guò)引入GPS數(shù)據(jù)，顯著的提高了幾何校正的精度，降低了誤差。此外，由于測(cè)試數(shù)據(jù)中只有飛行方向具有GPS數(shù)據(jù)，因而，幾何校正精度的改善也主要體現(xiàn)在飛行方向上，而對(duì)于其他方向的測(cè)量，精度并沒有改善，基本保持不變。但是這并不是限定本發(fā)明僅能提高幾何校正過(guò)程中飛行方向上的精度，本發(fā)明的范圍同樣包含那些利用GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正的所有情況。
根據(jù)本發(fā)明所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)并利用本發(fā)明所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理方法可以有效的解決自動(dòng)進(jìn)行成像光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)集數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、規(guī)范化數(shù)據(jù)產(chǎn)品管理和分發(fā)為一體的機(jī)載成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，提高了成像光譜數(shù)據(jù)的應(yīng)用效率和效果。通過(guò)以上示例性的說(shuō)明而闡述了本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明中對(duì)所述系統(tǒng)和方法在細(xì)節(jié)上的說(shuō)明僅是以說(shuō)明性的目的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括以下結(jié)構(gòu)輸入模塊，用于輸入原始圖像數(shù)據(jù)；預(yù)處理模塊，用于在原始數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)格式轉(zhuǎn)換、輻射定標(biāo)、校正等處理以獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品；產(chǎn)品處理模塊，用于對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行精校正、鑲嵌等處理；輔助處理模塊，用于進(jìn)行圖像顯示、基本的圖像增強(qiáng)、波譜特征曲線顯示；其特征在于所述預(yù)處理模塊進(jìn)一步還包括格式轉(zhuǎn)換模塊，用于將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可處理的格式；產(chǎn)品生成模塊，用于將格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以及儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)一起生成0級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)處理模塊進(jìn)一步還包括輻射校正模塊，對(duì)于格式轉(zhuǎn)換后的圖像產(chǎn)品，根據(jù)儀器參數(shù)和定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行儀器輻射定標(biāo)處理；產(chǎn)品生成模塊，用于將輻射定標(biāo)后生成的數(shù)據(jù)以及儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)一起生成1級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
3.如權(quán)利要求2所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)處理模塊進(jìn)一步還包括大氣校正模塊，用于對(duì)經(jīng)輻射定標(biāo)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正；幾何校正模塊，根據(jù)姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行幾何校正，并根據(jù)地面定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建；產(chǎn)品生成模塊，利用經(jīng)過(guò)上述處理后的數(shù)據(jù)而生成2級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述產(chǎn)品處理模塊還包括精校正模塊及鑲嵌模塊。
5.一種如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述輔助處理模塊進(jìn)一步包括查看模塊和圖像模塊。
6.一種成像光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于該方法包括以下步驟將原始數(shù)據(jù)輸入到成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中；對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換處理；利用格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以及儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)，從而生成0級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
7.一種如權(quán)利要求6所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理方法，進(jìn)一步還包括對(duì)于格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，根據(jù)儀器參數(shù)進(jìn)行輻射定標(biāo)；利用輻射定標(biāo)后生成的數(shù)據(jù)以及儀器參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)和地面定標(biāo)數(shù)據(jù)，從而生成1級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
8.一種如權(quán)利要求7所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理方法，進(jìn)一步還包括對(duì)輻射定標(biāo)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正；根據(jù)姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行幾何校正；根據(jù)地面定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建；利用經(jīng)過(guò)上述處理后的數(shù)據(jù)而生成2級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
9.一種如權(quán)利要求8所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述幾何校正包含姿態(tài)校正及GPS校正，分別用于根據(jù)姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行幾何校正，即利用儀器提供的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像幾何特性的恢復(fù)性處理，以及利用儀器提供的GPS數(shù)據(jù)對(duì)圖像進(jìn)行幾何校正。
10.一種如權(quán)利要求8所述的成像光譜數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述光譜重建是利用飛行時(shí)同步實(shí)測(cè)的地面波譜數(shù)據(jù)，通過(guò)回歸分析，建立圖像亮度與地面反射率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系ρ＝a*N+b，其中，ρ為反射率，N為亮度，a、b為回歸系數(shù)，并利用該建立好的關(guān)系，對(duì)成像光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建，得到地面反射率圖。
全文摘要
鑒于目前在成像光譜數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域還沒有一個(gè)成熟的系統(tǒng)，可以承擔(dān)成像光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理任務(wù)，因此本發(fā)明提出了一種成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及成像光譜數(shù)據(jù)處理方法，企圖通過(guò)對(duì)輸入到成像光譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換處理、根據(jù)儀器參數(shù)進(jìn)行輻射定標(biāo)、對(duì)輻射定標(biāo)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正、根據(jù)姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行幾何校正、根據(jù)地面定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜重建等處理而實(shí)現(xiàn)對(duì)成像光譜數(shù)據(jù)的處理，從而實(shí)現(xiàn)了利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)成像光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化的預(yù)處理，提高了成像光譜數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用效率及效果，促進(jìn)了機(jī)載成像光譜技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
文檔編號(hào)G06K9/54GK1664851SQ200510064328
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月14日
發(fā)明者郭大海, 張宗貴, 姚國(guó)清, 宋才良, 紀(jì)曉璇, 黨福星, 郭小方, 秦緒文 申請(qǐng)人:中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心, 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)