(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201510515021.1
(22)申请日 2015.08.20
G06T 5/00(2006.01)
G06T 7/00(2006.01)
(71)申请人中山大学
地址510275 广东省广州市新港西路135号
中山大学地理科学与规划学院
(72)发明人秦雁 韦小波 邓孺孺 梁业恒
熊龙海 刘旭拢 刘英飞 卢世军
刘永明 林梨
(74)专利代理机构广州新诺专利商标事务所有
限公司 44100
代理人
肖云
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种消除水域遥感数据镜面反
射影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：(A)
气透过率、和天空光辐照度；(B)对整幅图像进行
大气纠正；(C)消除天空光镜面反射光；(D)消除
太阳直射光镜面反射光。该方法有效地消除了光
学波段遥感数据中每个水域像元中的水面镜面反
射光的影响，为精确的水质遥感、水下地或形地物
遥感提供了必要的前提基础。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图3页CN 105205789 A 2015.12.30
C N 105205789
A
1.一种消除水域遥感数据镜面反射影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(A)从图像上提取山区植被阴影像元或清深水体像元，迭代计算大气散射系数、大气透过率和天空光辐照度；
(B)对图像中所有像元进行大气纠正；
(C)消除天空光镜面反射光；
(D)消除太阳直射光镜面反射光。
2.根据权利要求1所述的消除水域遥感数据镜面反射影响的方法，其特征在于，步骤
(A)中迭代计算大气散射系数、大气透过率和天空光辐照度的步骤包括：
(A1)读取山区植被阴影像元或清深水体像元的表观反射率R
vd
，根据山区植被阴影像
元或清深水体像元的表观反射率R
vd
的计算公式：
式中：ω为大气散射系数，T为大气透过率，R
v
为地物反射率，P(θ)为大气散射相函数，θ为散射角，
首先忽略等式(1)右边第一项的值，计算得到大气散射系数的初值
(A2)：根据大气透过率的初值的计算公式：T′＝e-ω′，计算出大气透过率的初值T′，将大气透过率的初值T′代入等式(1)右边第一项中的T，将大气散射系数的初值ω′代入等式(1)右边第一项中的ω，计算得到大气散射系数
(A3)：计算天空光幅照度：
将步骤(A2)中计算得到的大气散射系数ω
1
代入天空光幅照度计算公式计
算天空光幅照度E
sky1
，式中：c为大气纠正前后的大气散射系数比，为测量值；
(A4)：将步骤(A2)中计算得到的大气散射系数ω
1
代入大气透过率的计算公式T＝
e-ω，计算出大气透过率T
1
；
(A5)：将步骤(A2)中计算得到的大气散射系数ω
1
代入等式(1)右边第一项中的ω、
将步骤(A4)中计算得到的大气透过率T
1
代入等式(1)右边第一项中的T，计算出精度高于
大气散射系数ω
1的大气散射系数ω
2
；
根据步骤(A3)计算出精度更高的天空光幅照度E
sky2
；
根据步骤(A4)计算出精度高于大气透过率T
1的大气透过率T
2
；
依次办法，迭代计算出精度高于大气散射系数ω
2的大气散射系数ω
k
、精度高于大气
透过率T
2的大气透过率T
k
和精度高于天空光幅照度E
sky2
的天空光幅照度E
skyk
；其中，k>2。
3.根据权利要求2所述的消除水域遥感数据镜面反射影响的方法，其特征在于，所述步骤(B)的具体步骤为，对图像中所有像元，均进行以下计算：
式中：R
g 为大气纠正后得到的像元反射率，T″＝e-τ/cosθ，其中τ为大气光学厚度，R
1
为像元表观反射率：L为像元原始辐亮度，E
为太阳辐照度。
4.根据权利要求3所述的消除水域遥感数据镜面反射影响的方法，其特征在于，所述步骤(C)的具体步骤为：将像元各波段的原始辐亮度减去步骤(A5)得到的天空光辐照度
E skyk 与天空光水面镜面反射率R
m
之积，其公式为：L
1
＝L-E
skyk
R
m
，
式中：L
1
为像元消除天空光镜面反射后的辐亮度。
5.根据权利要求4所述的消除水域遥感数据镜面反射影响的方法，其特征在于，所述
步骤(D)的具体步骤为：将图像转化为反射率图像，像元所有波段的反射率均减去红外波
段的反射率，其中，像元所有的波段的反射率减去红外波段的反射率的公式为：R
2＝R
g
-R
ir
式中：R
2为像元消除光镜面反射后的反射率，R
ir
为红外波段的反射率。
一种消除水域遥感数据镜面反射影响的方法
技术领域
[0001] 本发明属于水质遥感数据处理方法技术领域，特别涉及一种消除水域遥感数据镜面反射影响的方法。
背景技术
[0002] 平静的水面可以被近似地看作一面镜子，当太阳光入射时，在与入射方向关于法线对称的反射方向上形成强烈的反射辐射，形成太阳耀光。当水面存在波浪时，水面形成倾角，在海浪的顶端形成闪光
点，形成更大范围的太阳耀光区。太阳耀光具有很大的辐射强度，当遥感器直接观测太阳耀光区时，容易出现饱和现象，也即水域遥感数据的镜面反射。[0003] 水面镜面反射光基本不含水质和水下地物信息。由于水体反射率低，这部分镜面反射光的信号强度常高于其它水质信息，成为水质遥感或水下信息提取的强的干扰因素。[0004] 目前，国内外并无有效的消除水面镜面反射的方法，主要采取“回避”策略，所谓“回避”，就是在传感器探测时尽可能回避存在严重太阳耀光的区域。也即在进行对地观测时，通过设计合理的飞行路线和选择合适的时间，避开水面镜面反射方向，也即强太阳耀斑方向。
[0005] 但是，由于波浪的作用，水面并非为一平面，镜面反射光在各方向均有分布，无论从哪一方向进行观测，无法完全避开。并且，进入传感器镜头的镜面反射光与水面粗糙度有关，每个像元均不相同，即与水面风浪大小正成相关，在开阔海域尤为严重。因此，这种方法并不能有效消除镜面反射的影响。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种消除水域遥感数据镜面反射影响的方法，该方法有效地消除了光学波段遥感数据中每个水域像元中的水面镜面反射光的影响，为精确的水质遥感、水下地或形地物遥感提供了必要的前提基础。
[0007] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种消除水域遥感数据镜面反射影响的方法，包括以下步骤：
[0009] (A)从图像上提取山区植被阴影像元或清深水体像元，迭代计算大气散射系数、大气透过率和天空光辐照度；
[0010] (B)对图像中所有像元进行大气纠正；
[0011] (C)消除天空光镜面反射光；
[0012] (D)消除太阳直射光镜面反射光。
[0013] 作为一种具体的实施例，步骤(A)中迭代计算大气散射系数、大气透过率和天空光辐照度的步骤包括：
[0014] (A1)读取山区植被阴影像元或清深水体像元的表观反射率R vd，根据山区植被阴
的计算公式：
影像元或清深水体像元的表观反射率R
vd
[0015] 式中：ω为大气散射系数，T为大气透过率，R v为地物反射率，P(θ)为大气散射相函数，θ为散射
角，
[0016] 首先忽略等式(1)右边第一项的值，计算得到大气散射系数的初值
[0017] (A2)：根据大气透过率的初值的计算公式：T′＝e-ω′，计算出大气透过率的初值T′，并将大气透过率的初值T′代入等式(1)右边第一项中的T，将大气散射系数的初值
ω′代入等式(1)右边第一项中的ω，计算得到大气散射系数
[0018] (A3)：计算天空光幅照度：
[0019] 将步骤(A2)中计算得到的大气散射系数ω1代入天空光幅照度计算公式
计算天空光幅照度E
sky1
，式中：c为大气纠正前后的大气散射系数比，为小于2的测量值；
[0020] (A4)：将步骤(A2)中计算得到的大气散射系数ω1代入大气透过率的计算公式T
＝e-ω，计算出大气透过率T
1
；
[0021] (A5)：将步骤(A2)中计算得到的大气散射系数ω1代入等式(1)右边第一项中的
ω、将步骤(A4)中计算得到的大气透过率T
1
代入等式(1)右边第一项中的T，计算出精度
高于大气散射系数ω
1的大气散射系数ω
2
；
[0022] 根据步骤(A3)计算出精度更高的天空光幅照度E sky2；
[0023] 根据步骤(A4)计算出精度高于大气透过率T1的大气透过率T2；
[0024] 依次办法，迭代计算出精度高于大气散射系数ω2的大气散射系数ωk、精度高于
大气透过率T
2的大气透过率T k和精度高于天空光幅照度E
sky2
的天空光幅照度E
skyk
；其中，
k>2。
[0025] 进一步地，所述步骤(B)的具体步骤为，对图像中所有像元，均进行以下计算：
[0026] 式中：R g为大气纠正后得到的像元反射率，T′＝e-τ/cosθ，其中τ为大气光学厚
度，R
1为像元表观反射率：L为像元原始辐亮度，E
为太阳辐照度。
[0027] 进一步地，所述步骤(C)的具体步骤为：将像元各波段的原始辐亮度减去步骤
(A5)得到的天空光辐照度E
skyk 与天空光水面镜面R
m
之积，其公式为：L
1
＝L-E
skyk
R
m
，
[0028] 式中：L1为像元消除天空光镜面反射后的辐亮度。
[0029] 进一步地，所述步骤(D)的具体步骤为：将图像转化为反射率图像，像元所有波段的反射率均减去红外波段的反射率，其中，像元所有的波段的反射率减去红外波段的反射
率的公式为：R
2＝R-R
ir
；
[0030] 式中：R2为像元消除光镜面反射后的反射率，R ir为红外波段的反射率。[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
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