CN102073038A - 基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法 - Google Patents

基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法 Download PDF

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CN102073038A CN 201010562825 CN201010562825A CN102073038A CN 102073038 A CN102073038 A CN 102073038A CN 201010562825 CN201010562825 CN 201010562825 CN 201010562825 A CN201010562825 A CN 201010562825A CN 102073038 A CN102073038 A CN 102073038A
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Abstract

本发明公开了一种基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，该方法首先将遥感影像与DEM数据进行配准，确定每个遥感影像像元中微小地形的个数；再通过DEM数据和太阳、传感器的方位，计算出每个微小地形的坡度坡向以及入射角和观测角，计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子和每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子；最后，根据每个微小地形在水平面上的投影辐射因子、每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子和每个遥感影像像元中微小地形的个数计算得到每个遥感影像像元总的投影辐射因子，进而对原始遥感影像进行地形校正。该方法利用微小地形的相邻微小地形对微小地形的遮蔽影响，提高遥感影像的地形校正精度。

Description

基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法
技术领域
本发明涉及一种基于微小地形的遥感影像的地形校正方法，属于遥感影像处理领域。
技术背景
遥感技术，在世界范围内得到了广泛的应用。遥感数据源向着更高光谱分辨率和更高空间分辨率发展的同时，遥感影像处理技术也更加成熟；在应用上，结合了地理信息***（GIS）和全球定位***（GPS），向着更***化，更定量化方向发展，使遥感数据的应用更广泛和深入。但是，遥感数据处理过程中，由于光学遥感影像中的山体的阴坡与阳坡的波段辐射亮度存在巨大反差，导致两个反射特性相同的地物在遥感影像中反映为不同的辐射亮度，严重影响定量遥感的校正精度。因此，消除地形引起的光照度变化是遥感影像定性、定量应用之前的重要处理手段。消除坡度坡向引起的辐射误差的过程被称为地形校正。目前基于DEM数据的遥感影像的地形校正方法主要有：余弦校正、C校正、Minneart校正。余弦校正和C校正是朗伯体校正模型，把地物的二向反射函数（BRDF）当作是常数，忽略了地物反射的二向性。Minneart校正，虽然引入了Minneart因子k来描述地物表面的各向异性，但是没有实际的物理意义。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的技术问题，提供一种基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，该方法能消除地形起伏引起的遥感影像的辐射误差，使校正后的遥感影像能更真实地反映地物的反射特性。
为达到上述发明的目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于：
首先将遥感影像与DEM数据进行配准，确定每个遥感影像像元中微小地形的个数；再通过DEM数据和太阳、传感器的方位，计算出每个微小地形的坡度坡向以及入射角和观测角，计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子和每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子；最后，根据每个微小地形在水平面上的投影辐射因子、每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子和每个遥感影像像元中微小地形的个数计算得到每个遥感影像像元总的投影辐射因子，进而对原始遥感影像进行地形校正，其具体步骤如下：
(1)、首先用遥感影像与DEM数据进行配准，使DEM空间分辨率是遥感影像分辨率的整数倍；
(2)、确定每个遥感影像像元中包含的微小地形的个数N ；
(3)、根据DEM数据以及太阳的方位和传感器的方位，分别计算每个微小地形的坡度、坡向、入射角和观测角；
(4)、根据计算出的坡度坡向数据计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子K；
(5)、计算每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF；
(6)、计算总辐射因子KT；
(7)、利用总辐射因子KT对遥感影像进行地形校正，得到校正后的遥感影像。
上述步骤(3)中所述的分别计算每个微小地形的坡度、坡向、入射角和观测角，其计算如下：
(3-1)、计算每个微小地形的坡度、坡向：设DEM数据中某一像元值                                                
Figure 31158DEST_PATH_IMAGE001
，下标
Figure 999114DEST_PATH_IMAGE002
为像元在数据中的行列号，微小地形的坡度
Figure 95246DEST_PATH_IMAGE003
和坡向
Figure 478954DEST_PATH_IMAGE004
计算式如下：
Figure 609721DEST_PATH_IMAGE005
  (1)
Figure 935529DEST_PATH_IMAGE006
  (2)
微小地形的坡度    
Figure 518957DEST_PATH_IMAGE007
               (3)
微小地形的坡向    
Figure 768672DEST_PATH_IMAGE008
                    (4)
其中，
Figure 691629DEST_PATH_IMAGE003
表示为每个微小地形的坡度，
Figure 1388DEST_PATH_IMAGE004
表示为每个微小地形的坡向。
(3-2)计算每个微小地形的入射角和观测角：设每个微小地形的入射角和观测角分别为
Figure 264922DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 318329DEST_PATH_IMAGE010
，其入射角
Figure 158109DEST_PATH_IMAGE009
和观测角
Figure 576452DEST_PATH_IMAGE010
的计算式如下：
入射角   
Figure 868893DEST_PATH_IMAGE011
  (5)
其中，和
Figure 607228DEST_PATH_IMAGE013
分别为太阳的天顶角和方位角。
观测角   
Figure 258789DEST_PATH_IMAGE014
  (6)
其中，
Figure 241788DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 636997DEST_PATH_IMAGE013
分别为传感器的天顶角和方位角。
上述步骤(4)中所述的计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子K，其具体计算式为：
       
Figure 372741DEST_PATH_IMAGE016
                  (7)
其中，
Figure 460783DEST_PATH_IMAGE009
是太阳入射角，
Figure 727816DEST_PATH_IMAGE010
传感器观测角，
Figure 598820DEST_PATH_IMAGE017
是每个微小地形的坡度，
Figure 267699DEST_PATH_IMAGE015
是传感器的天顶角。
上述步骤(5)中所述的计算每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF，定义遮蔽因子GAF为既能被照射到又能被观测的坡面面积与坡面总面积的比值，其具体步骤如下：
（5-1）、将太阳入射光线方向和传感器观测方向分别为
Figure 713593DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 202343DEST_PATH_IMAGE019
两个方向。设DEM数据中某一像元，在
Figure 204934DEST_PATH_IMAGE018
方向上的入射角和观测角分别和，在方向上的入射角和观测角分别
Figure 799546DEST_PATH_IMAGE022
和。
（5-2）、确定
Figure 715867DEST_PATH_IMAGE018
方向上的非阴影区域的比例
Figure 179209DEST_PATH_IMAGE024
：令DEM数据中象元的大小是
Figure 710553DEST_PATH_IMAGE025
，那么象元的边长是。令任意DEM数据象元在沿太阳入射方向的方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是
Figure 868499DEST_PATH_IMAGE027
。根据象元的边长、象元被相邻象元遮蔽的边长
Figure 290439DEST_PATH_IMAGE027
与方向上太阳光线入射角
Figure 405343DEST_PATH_IMAGE020
之间的几何关系，确定
Figure 29222DEST_PATH_IMAGE018
方向上的非阴影区域的比例
Figure 236213DEST_PATH_IMAGE028
，其计算式为：
             
Figure 536613DEST_PATH_IMAGE029
             (8)
其中，
Figure 461844DEST_PATH_IMAGE026
是象元的边长，
Figure 686152DEST_PATH_IMAGE027
是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，是方向上DEM数据中某一像元在方向上的入射角，
Figure 591299DEST_PATH_IMAGE031
是DEM数据中某一像元在
Figure 772882DEST_PATH_IMAGE018
方向上的坡度，
Figure 165817DEST_PATH_IMAGE032
是
Figure 65640DEST_PATH_IMAGE018
方向上DEM数据中某一像元的沿太阳入射方向的方向上的相邻DEM数据象元在
Figure 854790DEST_PATH_IMAGE018
方向上的坡度。
（5-3）、确定
Figure 480944DEST_PATH_IMAGE018
方向上的可视区域的比例：令DEM数据中，象元的大小是
Figure 540167DEST_PATH_IMAGE025
，那么象元的边长是
Figure 909968DEST_PATH_IMAGE026
。令某DEM数据象元在沿传感器观测方向的
Figure 253094DEST_PATH_IMAGE018
方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是
Figure 50148DEST_PATH_IMAGE033
。根据象元的边长
Figure 658984DEST_PATH_IMAGE026
、象元被相邻象元遮蔽的边长与
Figure 515262DEST_PATH_IMAGE018
方向上传感器观测角
Figure 670169DEST_PATH_IMAGE021
之间的几何关系，确定
Figure 766300DEST_PATH_IMAGE018
方向上的可视区域的比例
Figure 477905DEST_PATH_IMAGE034
，其计算式为：
      
Figure 546355DEST_PATH_IMAGE035
            (9)
其中，是象元的边长，
Figure 190012DEST_PATH_IMAGE033
是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，
Figure 705307DEST_PATH_IMAGE021
是
Figure 690580DEST_PATH_IMAGE018
方向上DEM数据中某一像元在方向上的入射角，
Figure 743167DEST_PATH_IMAGE031
是
Figure 983524DEST_PATH_IMAGE018
方向上DEM数据中某一像元在
Figure 823304DEST_PATH_IMAGE018
方向上的坡度，
Figure 241647DEST_PATH_IMAGE036
是DEM数据中某一像元的沿传感器观测方向的
Figure 799667DEST_PATH_IMAGE018
方向上的相邻DEM数据象元在方向上的坡度。
（5-4）、确定
Figure 538002DEST_PATH_IMAGE019
方向上的非阴影区域的比例：令DEM数据中，象元的大小是
Figure 906984DEST_PATH_IMAGE025
，那么象元的边长是
Figure 302193DEST_PATH_IMAGE026
。令某DEM数据象元在沿太阳入射方向的
Figure 303516DEST_PATH_IMAGE019
方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是。根据象元的边长、象元被相邻象元遮蔽的边长
Figure 529595DEST_PATH_IMAGE038
与
Figure 198474DEST_PATH_IMAGE019
方向上太阳光线入射角
Figure 384647DEST_PATH_IMAGE039
之间的几何关系，确定
Figure 138977DEST_PATH_IMAGE019
方向上的非阴影区域的比例
Figure 79251DEST_PATH_IMAGE037
，其计算式为：
        
Figure 602636DEST_PATH_IMAGE040
               (10)
其中，是象元的边长，
Figure 195478DEST_PATH_IMAGE038
是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，
Figure 736180DEST_PATH_IMAGE039
是
Figure 51755DEST_PATH_IMAGE019
方向上DEM数据中某一像元在
Figure 652501DEST_PATH_IMAGE019
方向上的入射角，
Figure 302794DEST_PATH_IMAGE041
是DEM数据中某一像元在
Figure 647187DEST_PATH_IMAGE019
方向上的坡度，
Figure 879586DEST_PATH_IMAGE042
是
Figure 588916DEST_PATH_IMAGE019
方向上DEM数据中某一像元的沿太阳入射方向的
Figure 539554DEST_PATH_IMAGE019
方向上的相邻DEM数据象元在
Figure 609010DEST_PATH_IMAGE019
方向上的坡度。
（5-5）、确定
Figure 961494DEST_PATH_IMAGE019
方向上的可视区域的比例：令DEM数据中，象元的大小是
Figure 279660DEST_PATH_IMAGE025
，那么象元的边长是。令某DEM数据象元在沿传感器观测方向的
Figure 359797DEST_PATH_IMAGE019
方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是
Figure 473247DEST_PATH_IMAGE044
。根据象元的边长、象元被相邻象元遮蔽的边长
Figure 560469DEST_PATH_IMAGE044
与
Figure 887545DEST_PATH_IMAGE019
方向上传感器观测角
Figure 93267DEST_PATH_IMAGE045
之间的几何关系，确定
Figure 505794DEST_PATH_IMAGE019
方向上的可视区域的比例
Figure 471476DEST_PATH_IMAGE043
，其计算式为：
            
Figure 653058DEST_PATH_IMAGE046
             (11)
其中，
Figure 108311DEST_PATH_IMAGE026
是象元的边长，
Figure 929505DEST_PATH_IMAGE044
是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，
Figure 495615DEST_PATH_IMAGE045
是
Figure 734967DEST_PATH_IMAGE018
方向上DEM数据中某一像元在方向上的入射角，
Figure 482660DEST_PATH_IMAGE047
是
Figure 39412DEST_PATH_IMAGE019
方向上DEM数据中某一像元在方向上的坡度，
Figure 930325DEST_PATH_IMAGE048
是DEM数据中某一像元的沿传感器观测方向的
Figure 539161DEST_PATH_IMAGE019
方向上的相邻DEM数据象元在
Figure 447074DEST_PATH_IMAGE019
方向上的坡度。
（5-6）、计算微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF：令DEM数据某一象元的非阴影区域面积与象元总面积的比值为
Figure 662284DEST_PATH_IMAGE049
，其计算式为：
               
Figure 630240DEST_PATH_IMAGE050
                      (12)
令DEM数据某一象元的可视区域面积与象元总面积的比值为
Figure 726372DEST_PATH_IMAGE051
，其计算式为：    
               
Figure 375659DEST_PATH_IMAGE052
                       (13)
微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF，其计算式为：
Figure 240847DEST_PATH_IMAGE053
   (14)
上述步骤(6)中所述的计算总辐射因子KT，总辐射因子KT定义为每个遥感影像中包含的所有微小地形的投影辐射因子K与遮蔽因子GAF乘积的均值，其计算式为：
           
Figure 566655DEST_PATH_IMAGE054
              (14)
其中，N为每个遥感像元中微小地形的个数。
上述步骤(7)中所述的利用总辐射因子KT对遥感影像进行地形校正，得到校正后的遥感影像，其具体计算如下： 
当微小地形的坡度
Figure 150083DEST_PATH_IMAGE017
为0时，总辐射因子KT变为KH，其中KH是平坦区域的辐射因子。
地形校正计算式如下：   
                               (15)
其中，
Figure 322756DEST_PATH_IMAGE056
表示校正前遥感影像的辐射亮度值，
Figure 632514DEST_PATH_IMAGE057
表示校正后遥感影像的辐射亮度值。
本发明的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法与现有技术相比具有的优点是：该方法从几何角度分析每个遥感影像像元中的微小地形与相邻微小地形的之间的相互影响，反映地物的二向反射特性，有实际的物理意义；该方法采用每个微小地形在水平面上的投影辐射因子，能反映出任意微小地形对传感器记录下来的辐射亮度的影响；该方法利用微小地形的相邻微小地形对微小地形的遮蔽影响，提高遥感影像的地形校正精度。
附图说明
图1 为本发明的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法的流程图；
图2 为中国湖北省三峡地区的数字高程（DEM数据）图像；
图3 为中国湖北省三峡地区的遥感影像；
图4 为中国湖北省三峡地区校正后的遥感影像；
图5为仿真试验一所得数据；
图6为仿真试验二所得数据。
具体实施方式
本发明的一个优选实施例结合附图详细说明如下：本发明的实施例选用LandSat影像的第四波段采集了本实施例所要的研究区域，如图2、3所示的中国湖北省三峡地区的数字高程（DEM数据）图像、湖北省三峡地区的遥感影像。
参见图1，本发明的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其具体步骤如下： 
(1)、首先用原始遥感影像与DEM数据进行配准，使DEM空间分辨率是遥感影像分辨率的整数倍，如图2、3所示； 
(2)、确定每个遥感影像像元中包含的微小地形的个数N； 
(3)、根据DEM数据以及太阳的方位和传感器的方位，分别计算每个微小地形的坡度、坡向、入射角和观测角；分别计算每个微小地形的坡度、坡向、入射角和观测角，其计算如下：
(3-1)、计算每个微小地形的坡度、坡向：设DEM数据中某一像元值，下标
Figure 943596DEST_PATH_IMAGE002
为像元在数据中的行列号，微小地形的坡度
Figure 721059DEST_PATH_IMAGE003
和坡向
Figure 201719DEST_PATH_IMAGE004
，其计算式如下：
Figure 759739DEST_PATH_IMAGE058
   (1)
Figure 538208DEST_PATH_IMAGE006
   (2)
微小地形的坡度    
Figure 232495DEST_PATH_IMAGE007
                (3)
微小地形的坡向    
Figure 87318DEST_PATH_IMAGE008
                     (4)
其中，
Figure 867055DEST_PATH_IMAGE003
表示为每个微小地形的坡度，
Figure 262264DEST_PATH_IMAGE004
表示为每个微小地形的坡向。
(3-2)计算每个微小地形的入射角和观测角：设每个微小地形的入射角和观测角分别为和
Figure 86050DEST_PATH_IMAGE010
，其入射角
Figure 290766DEST_PATH_IMAGE009
和观测角的计算式如下：
入射角    
Figure 158545DEST_PATH_IMAGE011
    (5)
其中，
Figure 338860DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 93189DEST_PATH_IMAGE013
分别为太阳的天顶角和方位角。
观测角    
Figure 767884DEST_PATH_IMAGE014
    (6)
其中，
Figure 291269DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 721114DEST_PATH_IMAGE013
分别为传感器的天顶角和方位角。
(4)、根据计算出的坡度坡向数据计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子K；
计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子K，其具体计算式为：
   
Figure 149690DEST_PATH_IMAGE016
                        (7)
其中，
Figure 424813DEST_PATH_IMAGE009
是太阳入射角，
Figure 5967DEST_PATH_IMAGE010
传感器观测角，
Figure 341134DEST_PATH_IMAGE017
是每个微小地形的坡度，
Figure 70055DEST_PATH_IMAGE015
是传感器的天顶角；
(5)、计算每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF：计算每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF，定义遮蔽因子GAF为既能被照射到又能被观测的坡面面积与坡面总面积的比值，其具体步骤如下：
（5-1）、将太阳入射光线方向和传感器观测方向分别为
Figure 335820DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 833798DEST_PATH_IMAGE019
两个方向。设DEM数据中某一像元，在方向上的入射角和观测角分别
Figure 493766DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 376272DEST_PATH_IMAGE021
，在
Figure 921566DEST_PATH_IMAGE019
方向上的入射角和观测角分别
Figure 864114DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 239732DEST_PATH_IMAGE023
。
（5-2）、确定
Figure 660349DEST_PATH_IMAGE018
方向上的非阴影区域的比例
Figure 132918DEST_PATH_IMAGE020
：令DEM数据中象元的大小是
Figure 433318DEST_PATH_IMAGE025
，那么象元的边长是
Figure 358549DEST_PATH_IMAGE026
。令任意DEM数据象元在沿太阳入射方向的
Figure 520540DEST_PATH_IMAGE018
方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是
Figure 582037DEST_PATH_IMAGE027
。根据象元的边长、象元被相邻象元遮蔽的边长
Figure 465865DEST_PATH_IMAGE027
与
Figure 493864DEST_PATH_IMAGE018
方向上太阳光线入射角
Figure 613130DEST_PATH_IMAGE020
之间的几何关系，确定
Figure 802803DEST_PATH_IMAGE018
方向上的非阴影区域的比例
Figure 702626DEST_PATH_IMAGE028
，其计算式为：
        
Figure 455687DEST_PATH_IMAGE029
               (8)
其中，
Figure 757355DEST_PATH_IMAGE026
是象元的边长，
Figure 55613DEST_PATH_IMAGE027
是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，
Figure 442732DEST_PATH_IMAGE020
是
Figure 999484DEST_PATH_IMAGE030
方向上DEM数据中某一像元在
Figure 890079DEST_PATH_IMAGE018
方向上的入射角，
Figure 687134DEST_PATH_IMAGE031
是DEM数据中某一像元在
Figure 233653DEST_PATH_IMAGE018
方向上的坡度，
Figure 407146DEST_PATH_IMAGE032
是
Figure 542461DEST_PATH_IMAGE018
方向上DEM数据中某一像元的沿太阳入射方向的
Figure 510417DEST_PATH_IMAGE018
方向上的相邻DEM数据象元在方向上的坡度。
（ 5-3）、确定
Figure 505103DEST_PATH_IMAGE018
方向上的可视区域的比例
Figure 307974DEST_PATH_IMAGE034
：令DEM数据中，象元的大小是
Figure 446832DEST_PATH_IMAGE025
，那么象元的边长是
Figure 30260DEST_PATH_IMAGE026
。令某DEM数据象元在沿传感器观测方向的
Figure 466926DEST_PATH_IMAGE018
方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是
Figure 452200DEST_PATH_IMAGE059
。根据象元的边长
Figure 699641DEST_PATH_IMAGE026
、象元被相邻象元遮蔽的边长
Figure 770366DEST_PATH_IMAGE060
与
Figure 823772DEST_PATH_IMAGE018
方向上传感器观测角
Figure 844644DEST_PATH_IMAGE061
之间的几何关系，确定
Figure 325303DEST_PATH_IMAGE018
方向上的可视区域的比例
Figure 555428DEST_PATH_IMAGE034
，其计算式为：
     
Figure 412525DEST_PATH_IMAGE035
        (9)
其中，
Figure 293762DEST_PATH_IMAGE026
是象元的边长，是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，
Figure 990640DEST_PATH_IMAGE061
是方向上DEM数据中某一像元在方向上的入射角，
Figure 147318DEST_PATH_IMAGE063
是
Figure 414351DEST_PATH_IMAGE018
方向上DEM数据中某一像元在
Figure 613251DEST_PATH_IMAGE018
方向上的坡度，
Figure 954234DEST_PATH_IMAGE036
是DEM数据中某一像元的沿传感器观测方向的
Figure 213177DEST_PATH_IMAGE018
方向上的相邻DEM数据象元在
Figure 154457DEST_PATH_IMAGE018
方向上的坡度。
（ 5-4）、确定
Figure 891469DEST_PATH_IMAGE019
方向上的非阴影区域的比例
Figure 414854DEST_PATH_IMAGE037
：令DEM数据中，象元的大小是
Figure 782381DEST_PATH_IMAGE025
，那么象元的边长是
Figure 758428DEST_PATH_IMAGE026
。令某DEM数据象元在沿太阳入射方向的
Figure 486081DEST_PATH_IMAGE019
方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是
Figure 129552DEST_PATH_IMAGE038
。根据象元的边长
Figure 464718DEST_PATH_IMAGE026
、象元被相邻象元遮蔽的边长
Figure 131323DEST_PATH_IMAGE038
与方向上太阳光线入射角之间的几何关系，确定
Figure 401133DEST_PATH_IMAGE019
方向上的非阴影区域的比例
Figure 617351DEST_PATH_IMAGE037
，其计算式为：
    
Figure 437540DEST_PATH_IMAGE040
                (10)
其中，
Figure 790024DEST_PATH_IMAGE026
是象元的边长，
Figure 919522DEST_PATH_IMAGE038
是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，
Figure 357457DEST_PATH_IMAGE039
是
Figure 778074DEST_PATH_IMAGE019
方向上DEM数据中某一像元在
Figure 188327DEST_PATH_IMAGE019
方向上的入射角，
Figure 36197DEST_PATH_IMAGE041
是DEM数据中某一像元在
Figure 148378DEST_PATH_IMAGE019
方向上的坡度，
Figure 372686DEST_PATH_IMAGE042
是
Figure 699763DEST_PATH_IMAGE019
方向上DEM数据中某一像元的沿太阳入射方向的
Figure 921796DEST_PATH_IMAGE019
方向上的相邻DEM数据象元在方向上的坡度。
（5-5）、确定
Figure 289553DEST_PATH_IMAGE019
方向上的可视区域的比例
Figure 471136DEST_PATH_IMAGE043
：令DEM数据中，象元的大小是
Figure 926388DEST_PATH_IMAGE025
，那么象元的边长是
Figure 763894DEST_PATH_IMAGE026
。令某DEM数据象元在沿传感器观测方向的
Figure 330004DEST_PATH_IMAGE019
方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是
Figure 366093DEST_PATH_IMAGE044
。根据象元的边长
Figure 179197DEST_PATH_IMAGE026
、象元被相邻象元遮蔽的边长
Figure 566316DEST_PATH_IMAGE044
与
Figure 608222DEST_PATH_IMAGE019
方向上传感器观测角
Figure 764397DEST_PATH_IMAGE045
之间的几何关系，确定
Figure 561451DEST_PATH_IMAGE019
方向上的可视区域的比例
Figure 357238DEST_PATH_IMAGE043
，其计算式为：
Figure 530730DEST_PATH_IMAGE046
             (11)
其中，
Figure 479095DEST_PATH_IMAGE026
是象元的边长，
Figure 447051DEST_PATH_IMAGE044
是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，
Figure 543183DEST_PATH_IMAGE045
是
Figure 176158DEST_PATH_IMAGE018
方向上DEM数据中某一像元在
Figure 306925DEST_PATH_IMAGE019
方向上的入射角，
Figure 383466DEST_PATH_IMAGE047
是
Figure 966894DEST_PATH_IMAGE019
方向上DEM数据中某一像元在方向上的坡度，
Figure 388834DEST_PATH_IMAGE048
是DEM数据中某一像元的沿传感器观测方向的
Figure 698592DEST_PATH_IMAGE019
方向上的相邻DEM数据象元在
Figure 707000DEST_PATH_IMAGE019
方向上的坡度。
（5-6）、计算微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF：令DEM数据某一象元的非阴影区域面积与象元总面积的比值为
Figure 760406DEST_PATH_IMAGE049
，其计算式为：
      
Figure 600186DEST_PATH_IMAGE050
                  (12)
令DEM数据某一象元的可视区域面积与象元总面积的比值为
Figure 267797DEST_PATH_IMAGE051
，其计算式为：
   
Figure 560238DEST_PATH_IMAGE052
                  (13)
微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF的计算式为：
                 (14)
(6)、计算总辐射因子KT：计算总辐射因子KT，总辐射因子KT定义为每个遥感影像中包含的所有微小地形的投影辐射因子K与遮蔽因子GAF乘积的均值，其计算式为：
Figure 49305DEST_PATH_IMAGE054
   (14)
其中，N为每个遥感像元中微小地形的个数。
(7)、利用总辐射因子KT对遥感影像进行地形校正，得到校正后的遥感影像。
利用总辐射因子KT对遥感影像进行地形校正，得到校正遥感影像，其具体计算方法如下：当微小地形的坡度
Figure 700866DEST_PATH_IMAGE064
为0时，总辐射因子KT变为KH，其中KH是平坦区域的辐射因子。
地形校正计算式如下：   
Figure 933133DEST_PATH_IMAGE065
   (15)
其中，
Figure 328343DEST_PATH_IMAGE056
表示校正前遥感影像的辐射亮度值，
Figure 814819DEST_PATH_IMAGE057
表示校正后遥感影像的辐射亮度值。
为了说明本发明的方法的有效性，本发明进行如下仿真试验。一组仿真实验如图5所示：仿真实验中选用LandSat影像的第四波段，影像获取时，太阳的方位角和天顶角分别为2.26和0.54，传感器观测方向垂直于水平地面。利用本发明中的方法，得到水平地面的辐射亮度值。从表一可以看出，位于阴坡和阳坡的同类象元经过地形校正后接近一致，说明本发明的方法能消除地形起伏引起的遥感影像的辐射误差，使校正后的遥感影像能更真实地反映地物的反射特性。
一组仿真实验如图6所示：仿真实验分别利用C校正和本发明的校正方法分别对LandSat影像进行地形校正。利用本发明校正方法得到的校正后的影像的各个波段的方差比C校正后的影像的各个波段的方差要小，说明利用本发明校正方法进行校正后，影像辐射亮度值更接近于均值，提高了遥感影像的校正精度。

Claims (6)

1.一种基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于：首先将遥感影像与DEM数据进行配准，确定每个遥感影像像元中微小地形的个数；再通过DEM数据和太阳、传感器的方位，计算出每个微小地形的坡度坡向以及入射角和观测角，计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子和每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子；最后，根据每个微小地形在水平面上的投影辐射因子、每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子和每个遥感影像像元中微小地形的个数计算得到每个遥感影像像元总的投影辐射因子，进而对原始遥感影像进行地形校正，其具体步骤如下：
(1)、首先用遥感影像与DEM数据进行配准，使DEM空间分辨率是遥感影像分辨率的整数倍；
(2)、确定每个遥感影像像元中包含的微小地形的个数N ；
(3)、根据DEM数据以及太阳的方位和传感器的方位，分别计算每个微小地形的坡度、坡向、入射角和观测角；
(4)、根据计算出的坡度坡向数据计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子K；
(5)、计算每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF；
(6)、计算总辐射因子KT；
(7)、利用总辐射因子KT对遥感影像进行地形校正，得到校正后的遥感影像。
2.根据权利要求1所述的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于，上述步骤(3)中所述的分别计算每个微小地形的坡度、坡向、入射角和观测角，其计算如下：
(3-1)、计算每个微小地形的坡度、坡向：设DEM数据中某一像元值                                                
Figure 960111DEST_PATH_IMAGE001
，下标
Figure 227145DEST_PATH_IMAGE002
为像元在数据中的行列号，微小地形的坡度
Figure 160466DEST_PATH_IMAGE003
和坡向
Figure 22155DEST_PATH_IMAGE004
的计算式如下：
Figure 281098DEST_PATH_IMAGE005
  (1)
  (2)
微小地形的坡度   
Figure 710122DEST_PATH_IMAGE007
               (3)
微小地形的坡向   
Figure 233507DEST_PATH_IMAGE008
                    (4)
其中，
Figure 584723DEST_PATH_IMAGE003
表示为每个微小地形的坡度，
Figure 826348DEST_PATH_IMAGE004
表示为每个微小地形的坡向；
(3-2)计算每个微小地形的入射角和观测角：设每个微小地形的入射角和观测角分别为
Figure 304734DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 682626DEST_PATH_IMAGE010
，其入射角和观测角
Figure 933665DEST_PATH_IMAGE010
的计算式如下：
入射角  
Figure 278058DEST_PATH_IMAGE011
  (5)
其中，
Figure 713719DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 219787DEST_PATH_IMAGE013
分别为太阳的天顶角和方位角，
观测角  
Figure 436004DEST_PATH_IMAGE014
  (6)
其中，
Figure 505460DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 857944DEST_PATH_IMAGE013
分别为传感器的天顶角和方位角。
3.根据权利要求2所述的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于，上述步骤(4)中所述的计算每个微小地形在水平面上的投影辐射因子K，其具体计算式为：
                          (7)
其中，是太阳入射角，
Figure 783678DEST_PATH_IMAGE010
传感器观测角，
Figure 928351DEST_PATH_IMAGE017
是每个微小地形的坡度，是传感器的天顶角。
4.根据权利要求3所述的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于，上述步骤(5)中所述的计算每个微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF，定义遮蔽因子GAF为既能被照射到又能被观测的坡面面积与坡面总面积的比值，其具体步骤如下：
（5-1）、将太阳入射光线方向和传感器观测方向分别为
Figure 153982DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 378290DEST_PATH_IMAGE019
两个方向，设DEM数据中某一像元，在方向上的入射角和观测角分别
Figure 927400DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 74348DEST_PATH_IMAGE021
，在
Figure 289297DEST_PATH_IMAGE019
方向上的入射角和观测角分别
Figure 470880DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 926132DEST_PATH_IMAGE023
；
（5-2）、确定
Figure 763638DEST_PATH_IMAGE018
方向上的非阴影区域的比例
Figure 329749DEST_PATH_IMAGE024
：令DEM数据中象元的大小是
Figure 552788DEST_PATH_IMAGE025
，那么象元的边长是
Figure 178942DEST_PATH_IMAGE026
，令任意DEM数据象元在沿太阳入射方向的
Figure 300482DEST_PATH_IMAGE018
方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是
Figure 607966DEST_PATH_IMAGE027
，根据象元的边长、象元被相邻象元遮蔽的边长
Figure 742287DEST_PATH_IMAGE027
与
Figure 351123DEST_PATH_IMAGE018
方向上太阳光线入射角
Figure 259036DEST_PATH_IMAGE020
之间的几何关系，确定
Figure 207401DEST_PATH_IMAGE018
方向上的非阴影区域的比例
Figure 175357DEST_PATH_IMAGE024
，其计算式为：
                          (8)
其中，
Figure 170043DEST_PATH_IMAGE026
是象元的边长，
Figure 300810DEST_PATH_IMAGE027
是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，
Figure 377351DEST_PATH_IMAGE020
是
Figure 695200DEST_PATH_IMAGE029
方向上DEM数据中某一像元在
Figure 397445DEST_PATH_IMAGE018
方向上的入射角，
Figure 382719DEST_PATH_IMAGE030
是DEM数据中某一像元在
Figure 692477DEST_PATH_IMAGE018
方向上的坡度，
Figure 435305DEST_PATH_IMAGE031
是
Figure 488712DEST_PATH_IMAGE018
方向上DEM数据中某一像元的沿太阳入射方向的
Figure 515443DEST_PATH_IMAGE018
方向上的相邻DEM数据象元在
Figure 996103DEST_PATH_IMAGE018
方向上的坡度；
（5-3）、确定
Figure 491806DEST_PATH_IMAGE018
方向上的可视区域的比例
Figure 83324DEST_PATH_IMAGE032
：令DEM数据中，象元的大小是
Figure 230141DEST_PATH_IMAGE025
，那么象元的边长是，令某DEM数据象元在沿传感器观测方向的
Figure 661439DEST_PATH_IMAGE018
方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是
Figure 994332DEST_PATH_IMAGE033
，根据象元的边长
Figure 808704DEST_PATH_IMAGE026
、象元被相邻象元遮蔽的边长
Figure 818117DEST_PATH_IMAGE033
与方向上传感器观测角之间的几何关系，确定
Figure 890612DEST_PATH_IMAGE018
方向上的可视区域的比例
Figure 70927DEST_PATH_IMAGE032
，其计算式为：
       
Figure 825256DEST_PATH_IMAGE032
Figure 827847DEST_PATH_IMAGE034
            (9)
其中，是象元的边长，
Figure 453181DEST_PATH_IMAGE033
是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，
Figure 881757DEST_PATH_IMAGE021
是
Figure 422460DEST_PATH_IMAGE018
方向上DEM数据中某一像元在方向上的入射角，
Figure 338780DEST_PATH_IMAGE030
是
Figure 802122DEST_PATH_IMAGE018
方向上DEM数据中某一像元在
Figure 339326DEST_PATH_IMAGE018
方向上的坡度，
Figure 571724DEST_PATH_IMAGE035
是DEM数据中某一像元的沿传感器观测方向的
Figure 281054DEST_PATH_IMAGE018
方向上的相邻DEM数据象元在
Figure 231693DEST_PATH_IMAGE018
方向上的坡度；
（5-4）、确定
Figure 114198DEST_PATH_IMAGE019
方向上的非阴影区域的比例
Figure 653633DEST_PATH_IMAGE036
：令DEM数据中，象元的大小是，那么象元的边长是
Figure 971799DEST_PATH_IMAGE026
，令某DEM数据象元在沿太阳入射方向的
Figure 782629DEST_PATH_IMAGE019
方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是
Figure 989619DEST_PATH_IMAGE037
，根据象元的边长、象元被相邻象元遮蔽的边长
Figure 215250DEST_PATH_IMAGE037
与
Figure 377241DEST_PATH_IMAGE019
方向上太阳光线入射角之间的几何关系，确定
Figure 723089DEST_PATH_IMAGE019
方向上的非阴影区域的比例
Figure 322566DEST_PATH_IMAGE036
，其计算式为：
         
Figure 350565DEST_PATH_IMAGE039
               (10)
其中，
Figure 532148DEST_PATH_IMAGE026
是象元的边长，
Figure 925083DEST_PATH_IMAGE037
是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，是
Figure 312388DEST_PATH_IMAGE019
方向上DEM数据中某一像元在
Figure 614056DEST_PATH_IMAGE019
方向上的入射角，
Figure 177893DEST_PATH_IMAGE040
是DEM数据中某一像元在
Figure 299433DEST_PATH_IMAGE019
方向上的坡度，是
Figure 12360DEST_PATH_IMAGE019
方向上DEM数据中某一像元的沿太阳入射方向的
Figure 809414DEST_PATH_IMAGE019
方向上的相邻DEM数据象元在方向上的坡度；
（5-5）、确定
Figure 263846DEST_PATH_IMAGE019
方向上的可视区域的比例
Figure 274528DEST_PATH_IMAGE042
：令DEM数据中，象元的大小是
Figure 429434DEST_PATH_IMAGE025
，那么象元的边长是
Figure 525566DEST_PATH_IMAGE026
，令某DEM数据象元在沿传感器观测方向的
Figure 237170DEST_PATH_IMAGE019
方向上被相邻DEM数据象元遮蔽的边长是
Figure 40041DEST_PATH_IMAGE043
，根据象元的边长
Figure 178899DEST_PATH_IMAGE026
、象元被相邻象元遮蔽的边长与
Figure 482151DEST_PATH_IMAGE019
方向上传感器观测角
Figure 201845DEST_PATH_IMAGE023
之间的几何关系，确定方向上的可视区域的比例
Figure 520011DEST_PATH_IMAGE042
，其计算式为：
            
Figure 760368DEST_PATH_IMAGE044
             (11)
其中，
Figure 600148DEST_PATH_IMAGE026
是象元的边长，
Figure 80808DEST_PATH_IMAGE043
是DEM数据某一象元被相邻DEM数据象元遮蔽的边长，是
Figure 168030DEST_PATH_IMAGE018
方向上DEM数据中某一像元在
Figure 49267DEST_PATH_IMAGE019
方向上的入射角，
Figure 966407DEST_PATH_IMAGE045
是
Figure 746145DEST_PATH_IMAGE019
方向上DEM数据中某一像元在
Figure 79037DEST_PATH_IMAGE019
方向上的坡度，
Figure 893409DEST_PATH_IMAGE046
是DEM数据中某一像元的沿传感器观测方向的
Figure 902822DEST_PATH_IMAGE019
方向上的相邻DEM数据象元在
Figure 169856DEST_PATH_IMAGE019
方向上的坡度；
（5-6）、计算微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF：令DEM数据某一象元的非阴影区域面积与象元总面积的比值为
Figure 368756DEST_PATH_IMAGE047
，其计算式为：
               
Figure 975318DEST_PATH_IMAGE048
                      (12)
令DEM数据某一象元的可视区域面积与象元总面积的比值为，其计算式为：    
                                      (13)
微小地形的相邻微小地形对其的遮蔽因子GAF，其计算式为：
           
Figure 646973DEST_PATH_IMAGE051
                     (14)。
5.根据权利要求4所述的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于，上述步骤(6)中所述的计算总辐射因子KT，总辐射因子KT定义为每个遥感影像中包含的所有微小地形的投影辐射因子K与遮蔽因子GAF乘积的均值，其计算式为：
                           (14)
其中，N为每个遥感像元中微小地形的个数。
6.根据权利要求5所述的基于微小地形的遥感影像的地形校正的方法，其特征在于，上述步骤(7)中所述的利用总辐射因子KT对遥感影像进行地形校正，得到校正后的遥感影像，其具体计算如下： 当微小地形的坡度
Figure 537886DEST_PATH_IMAGE017
为0时，总辐射因子KT变为KH，其中KH是平坦区域的辐射因子，地形校正计算式如下：   
              
Figure 779512DEST_PATH_IMAGE053
                 (15)
其中，
Figure 241586DEST_PATH_IMAGE054
表示校正前遥感影像的辐射亮度值，
Figure 885057DEST_PATH_IMAGE055
表示校正后遥感影像的辐射亮度值。
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