专利名称：月球表面反射率遥感反演方法
技术领域：
本发明涉及一种月球表面反射率遥感反演方法，属遥感技术和测绘学领域。
技术背景-
目标波谱特性(包括反射率)的研究是遥感器工作参数选择、遥感试验策划、目标特征 信息提取和遥感图像处理分析等工作的必要依据和基础。月球表面反射率也是进行月球表面 邻坡反射辐射计算必须的参数。利用月球遥感数据进行月球表面反射率逐点反演计算，由于 月球和地球环境的差异，本项技术与常规地面反射率遥感反演有明显的不同，对于人类无法 使用仪器进行逐点实测的天体(包括月球)遥感探测有重要意义。
本项发明是基于数字高程模型(DEM， digital elevation model)数据和月球表面遥感 图像，进行月球表面反射率逐点反演。本文的月球表面反射率遥感反演研究属原创性研究， 有关文献无相关报道。
发明内容
本发明的目的在于填补现有技术存在的空白，提供月球表面反射率遥感反演方法。 为达到上述发明目的，本发明的构思是
本发明是基于DEM数据和月球表面遥感图像，进行月球表面反射率的逐点反演首先利 用与遥感图像匹配的DEM和太阳方位参数(包括太阳高度角和方位角)进行遥感图像的阴影 判断，将月球表面遥感图像的像元分为两类，非阴影像元和阴影像元，并分别对其采用不同 的方法进行反射率反演。对于非阴影像元，通过反复迭代计算太阳直射光照度和邻坡反射辐 射照度来反演反射率，阴影像元利用邻坡反射辐射照度来反演反射率。 根据上述的发明构思，本发明采用的技术方案如下 一种月球表面反射率遥感反演方法，其特征在于具体操作步骤如下
1) 月球遥感数字图像与数字高程模型DEM数据的获取与匹配；
2) 月球遥感图像的阴影判断；
3) 非阴影像元的反射率反演；
4) 阴影像元的反射率反演。
上述步骤3)非阴影像元的反射率反演的步骤如下
在月球表面遥感图像中，非阴影像元的遥感值由两部分组成——太阳直射光辐射遥感分 量和邻坡反射辐射遥感分量，即"A^;PA^+DA^;非阴影像元的反射率采用迭代算法来反
4演计算，并逐步逼近其真值
(1) 假设月表遥感图像的非阴影像元仅获得直射光"A^;DA^.:由于非阴影像元上太
阳直射光照度大大的高于邻坡反射辐射照度，所以首先可以假设非阴影像元仅获得太阳直射 光照度，不考虑邻坡反射辐射。
(2) 计算直射光地形改正系数& ，求水平面上的遥感值DA^ = Z)A^. /& ;
直射光地形改正系数&根据公式^; =1-tg ctg《cos^.求得，其中 为像元坡角；《 为太阳高度角；％是像元坡向角4/与太阳方位角之差的绝对值，"y和4/可从相应的DEM 中获得；《和J;可根据遥感图像中星下点的信息计算得到；
(3) 根据水平面上的遥感值公式"A^ =《 & /tt ， 、《,)分别为水平面上的太
阳直射光遥感分量和水平面上的太阳直射光光照度分量，求得初始反射率i / ，
(4) 计算像元邻坡照度五 ，求得邻坡反射辐射遥感分量￡>7\、=《/为
第m次迭代后的反射率；
像元邻坡照度五 ,.与邻坡反射点P 的反射率A,之间的关系式为
& =丄￡￡丽《 .Scos《,cos A, /4 .《,2 ，其中册w为邻坡反射点的遥感值，S为像元面 尺"1 /=1
积，《,为入射光线与反射像元iV法向量的夹角，A,为邻坡反射点4的入射光线与目标坡面
像元A法向量的夹角，《为邻坡反射点4到坡面像元A的距离，M、 N是像元的行数和列数；
(5) 求太阳直射光辐射遥感分量DA^.-DA^-ZW .；
(6) 再次计算直射光地形改正系数&，求水平面上的遥感值DA^-DA^/^;
(7) 根据公式ZW;y = K. & 《y /t ，求得迭代m+l次的反射率i y ,
(8) 判断是否满足7 /+1-/ / <s， s为一个无限小的数，若满足则输出反射率《
m+l
否则将nFm+l，重复迭代执行步骤(4)至步骤(8)，直到满足条件(8)输出反射率。 上述步骤4)阴影像元的反射率反演的步骤如下
月球表面遥感图像的阴影像元，没有阳光照射，因此像元的遥感值只为邻坡反射辐射遥 感分量，即DA^;DA^;阴影像元的反射率^可由遥感公式i '广;ri)Ay^^得到，其中，￡,y是遥感图像上像元点&的邻坡反射辐射照度，DA^是&点的遥感值。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点 本发明是基于DEM数据和月球表面遥感图像，进行月球表面反射率的逐点反演，本反演 的计算方法属原创性的，与常规地面反射率遥感反演有明显的不同。本方法对于人类无法使 用仪器进行逐点实测的天体(包括月球)遥感探测有重要意义。本发明反演月球表面遥感图 像的像元反射率，在月球遥感信息中突出了月面物质的波谱特性，是自然界无法直接获取的 月面重要信息。本发明在月球探测的理论上和技术上，月球研究的方法论和认识论方面均有 重要价值。
图1是本发明月球表面反射率遥感反演的流程图。 图2是月球表面非阴影像元放射率反演的流程图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例结合
如下与地球相比，月球表面没有大气，因此大 气影响可以忽略。因此月球表面遥感图像的像元光辐射照度主要由两部分组成太阳直射光 辐射照度和邻坡反射辐射光照度。即&;Ay+五 。其中，&、 ^和^分别为月球表面遥
感图像像元地面的光辐射照度，太阳直射光光照度分量和邻坡反射光照度分量。像元的遥感
值也有同样的关系式= iW对+ DA^.=〖 & & /;r =《 A (￡对+ ~ )/;r 。其中，ZWy.、 ￡Wiy. DA^分别为月球表面遥感图像像元遥感值，太阳直射光辐射遥感分量和邻坡反射辐射
遥感分量。A.为目标像元的反射率，^为传感器增益系数。
我们利用与遥感图像匹配的DEM和太阳位参数进行遥感图像的阴影判断，将月球表面遥 感图像的像元分为两类，非阴影像元和阴影像元，并分别对其采用不同的方法进行反射率反 演。对于非阴影像元，通过反复迭代计算太阳直射光照度和邻坡反射辐射照度来反演反射率,
阴影像元利用邻坡反射辐射照度来反演反射率。月球表面反射率遥感反演包括非阴影像元的 反射率反演和阴影像元的反射率反演。其具体操作步骤如下(参见图l):
1、 月球遥感数字图像与数字高程模型DEM数据的获取与匹配；
2、 月球遥感图像的阴影判断；
3、 非阴影像元的反射率反演；
4、 阴影像元的反射率反演。
6步骤1中的月球遥感数字图像与数字高程模型DEM数据的获取与匹配是遥感常规操作。 步骤2中的月球遥感图像的阴影判断不是本专利的主要保护内容，故阴影判断的方法从略。
步骤3中的非阴影像元的反射率反演的步骤如下(参见图2):
在月球表面遥感图像中，非阴影像元的遥感值由两部分组成，太阳直射光辐射遥感分量 和邻坡反射辐射遥感分量，即"A^-Z)A^.+"A^。非阴影像元的反射率采用迭代算法来反演
计算，并逐步逼近其真值。
(1) 假设月表遥感图像的非阴影像元仅获得直射光=￡Wsy:由于非阴影像元上太
阳直射光照度大大的高于邻坡反射辐射照度，所以首先可以假设非阴影像元仅获得太阳直射 光照度，不考虑邻坡反射辐射。
(2) 计算直射光地形改正系数& ，求水平面上的遥感值DA^. = Z)iVw / & 。
直射光地形改正系数&根据公式5 =1-tg ctg《cos,求得，其中 为像元坡角；《 为太阳高度角；^是像元坡向角4.与太阳方位角J^之差的绝对值。 和4/可以从相应的 DEM中获得《和Z^可以根据遥感图像中星下点的信息计算得到。
(3) 根据水平面上的遥感值公式"7\^ =尺.& .五^ /;r ( DA^ 、《分别为水平面上的太 阳直射光遥感分量和水平面上的太阳直射光光照度分量)，求得初始反射率i / 。
(4) 计算像元邻坡照度'求得邻坡反射辐射遥感分量DiV,广《.( 7 ,m为 第m次迭代后的反射率)。
像元邻坡照度i^与邻坡反射点尸w (非阴影像元)的反射率&之间的关系式为
& -丄￡1>^ .Scos&, cos A, . A2 。其中￡WW为邻坡反射点&的遥感值，S为像元面
积，《,为入射光线与反射像元^法向量的夹角，A,为邻坡反射点^的入射光线与目标坡面 像元iV法向量的夹角，《为邻坡反射点4到坡面像元^的距离，M、 N是像元的行数和列数。
(5) 求太阳直射光辐射遥感分量Z)iVfZ)iV 。
(6) 再次计算直射光地形改正系数巧,，求水平面上的遥感值= /。
7(7) 根据公式ZW;y =尺/;r，求得迭代m+l次的反射率。
(8) 判断是否满足7 /+1-《/ <e (s为一个无限小的数)，若满足则输出反射率"
否则将『m+l，重复迭代执行步骤(4)至步骤(8)，直到满足条件(8)输出反射率。
步骤4中的阴影像元的反射率反演的步骤如下 对于月球表面遥感图像的阴影像元，没有阳光照射，因此像元的遥感值只为邻坡反射辐射遥 感分量，即D =DA^。阴影像元的反射率^可由遥感公式i '^7TDiVy./&得到。其中，
五w是遥感图像上像元点A的邻坡反射辐射照度，DA^.是^点的遥感值。
权利要求
1. 一种月球表面反射率遥感反演方法，其特征在于基于DEM数据和月球表面遥感图像，进行月球表面反射率的逐点反演首先利用与遥感图像匹配的DEM和太阳方位参数，包括太阳高度角和方位角，进行遥感图像的阴影判断，将月球表面遥感图像的像元分为两类，即非阴影像元和阴影像元，并分别对其采用不同的方法进行反射率反演；对于非阴影像元，通过反复迭代计算太阳直射光照度和邻坡反射辐射照度来反演反射率，对于阴影像元利用邻坡反射辐射照度来反演反射率；具体操作步骤如下1)月球遥感数字图像与数字高程模型DEM数据的获取与匹配；2)月球遥感图像的阴影判断；3)非阴影像元的反射率反演；4)阴影像元的反射率反演。
2. 根据权利要求l所述的月球表面反射率遥感反演方法，其特征在于所述的步骤3)非阴影 像元的反射率反演的步骤如下在月球表面遥感图像中，非阴影像元的遥感值由两部分组 成——太阳直射光辐射遥感分量和邻坡反射辐射遥感分量，即ZM^, = DiV.w. + DiV ；非阴影像元的反射率采用迭代算法来反演计算，并逐步逼近其真值-(1) 假设月表遥感图像的非阴影像元仅获得直射光DA^-DA^.:由于非阴影像元上太阳直射光照度大大的高于邻坡反射辐射照度，所以首先可以假设非阴影像元仅获得太阳直 射光照度，不考虑邻坡反射辐射。(2) 计算直射光地形改正系数& ，求水平面上的遥感值Z)A^. = DA^. / & ;直射光地形改正系数巧根据公式巧=1-tg Ctg《COS 求得，其中,为像元坡角；《为太阳高度角；是像元坡向角4与太阳方位角」^,之差的绝对值，"々和4可从相应的DEM 中获得；《和乂^可根据遥感图像中星下点的信息计算得到；(3) 根据水平面上的遥感值公式DiV^ =〖 & .五^ /;r ， DA^. 、 分别为水平面上的太阳 直射光遥感分量和水平面上的太阳直射光光照度分量，求得初始反射率&g ;(4) 计算像元邻坡照度五w，求得邻坡反射辐射遥感分量DJV,f《， W/为第m 次迭代后的反射率；像元邻坡照度与邻坡反射点尸《的反射率i w之间的关系式为 五 =丄li丽w《cos《,cos/ w .《,2 ，其中册w为邻坡反射点Pw的遥感值，S为像元面《A=1 /=1积，《,为入射光线与反射像元iv法向量的夹角，A,为邻坡反射点^的入射光线与目标坡面像元A法向量的夹角，《为邻坡反射点A到坡面像元《.的距离，M、 N是像元的行数和列数;(5) 求太阳直射光辐射遥感分量DA^= DA^-"A^ ;(6) 再次计算直射光地形改正系数&，求水平面上的遥感值IM^ =DJV,y//^(7) 根据公式iW;广乙A.《/7r，求得迭代ra+l次的反射率&";(8) 判断是否满足liV"+'-i /l〈s， s为一个无限小的数，若满足则输出反射率/ ;"+1,否则将iiRn+l，重复迭代执行步骤(4)至步骤(8)，直到满足条件(8)输出反射率。
3.根据权利要求l所述的月球表面反射率遥感反演方法，其特征在于所述的步骤4)阴影像 元的反射率反演的步骤如下月球表面遥感图像的阴影像元，没有阳光照射，因此像元的 遥感值只为邻坡反射辐射遥感分量，即ZW", 阴影像元的反射率/^,可由遥感公式i^-;rf)A^/K.A,得到，其中，五^是遥感图像上像元点A的邻坡反射辐射照度，DA^.是g,点的遥感值。
全文摘要
本发明涉及一种月球表面反射率遥感反演方法。它是基于DEM数据和月球表面遥感图像，进行月球表面反射率的逐点反演首先利用与遥感图像匹配的DEM和太阳方位参数，包括太阳高度角，进行遥感图像的阴影判断，将月球表面遥感图像的像元分为非阴影像元和阴影像元两类，并分别对其采用不同的方法进行反射率反演。对于非阴影像元，通过反复迭代计算太阳直射光照度和邻坡反射辐射照度来反演反射率；对于阴影像元利用邻坡反射辐射照度来反演反射率。本反演的计算方法属原创性的，对于人类无法使用仪器进行逐点实测的天体(包括月球)遥感探测有重要意义。本发明在月球探测到理论上和技术上，月球研究的方法论和认识论方面均有重要价值。
文档编号G01S7/48GK101458328SQ200910044830
公开日2009年6月17日 申请日期2009年1月4日 优先权日2009年1月4日
发明者静 常, 曾齐红, 李先华, 罗庆洲, 微 黄, 睿 黄 申请人:上海大学