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] -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Rvd，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：
[0015] 式中：《为大气散射系数，T为大气透过率，&为地物反射率，P( 9 )为大气散射 相函数，9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^，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
代入等式（1)右边第一项中的《，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％代入天空光幅照度计算公式 =f_，计算天空光幅照度Eskyl，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％代入大气透过率的计算公式T =e'计算出大气透过率T1;
[0021] (A5):将步骤（A2)中计算得到的大气散射系数〇^代入等式（1)右边第一项中的 ?、将步骤（A4)中计算得到的大气透过率1\代入等式（1)右边第一项中的T，计算出精度 高于大气散射系数〇^的大气散射系数co2;
[0022] 根据步骤（A3)计算出精度更高的天空光幅照度Esky2;
[0023] 根据步骤（A4)计算出精度高于大气透过率的大气透过率T2;
[0024]依次办法，迭代计算出精度高于大气散射系数《2的大气散射系数cok、精度高于 大气透过率T2的大气透过率Tk和精度高于天空光幅照度E_2的天空光幅照度Eskyk;其中， k>2〇
[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：Rg为大气纠正后得到的像元反射率，T' =e~°se，其中t为大气光学厚 度，札为像元表观反射率：R'=「L\，L为像元原始辐亮度，E。为太阳辐照度。 ￡0cos^y
[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Eskyk与天空光水面镜面L之积，其公式为：LL-E咖久，
[0028]式中：Q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：R2=R_Rir;
[0030] 式中：私为像元消除光镜面反射后的反射率，R u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：
[0032] 本发明消除水域遥感数据镜面反射影响的方法首先通过从卫星图像上提取并读 取山区植被阴影像元或深清水体像元的表观反射率，通过迭代计算出计算大气散射系数、 大气透过率和天空光辐照度，然后根据计算出的结果，进行大气纠正，使卫星图像消除了大 气干扰因素。
[0033] 进一步地，通过将图像各波段的原始辐亮度减去天空光福照度与天空光水面镜面 反射率的积，以消除天空光镜面反射光。
[0034] 进一步地，通过将图像转化为反射率图像，再将像元所有波段的反射率均减去红 外波段的反射率，从而消除了太阳直射光的镜面反射光。
[0035] 本发明消除水域遥感数据镜面反射影响的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。
【附图说明】
[0036] 图1是本发明的消除水域遥感数据镜面反射影响的方法流程图。
[0037] 图2是原始卫星图像。
[0038] 图3是经大气纠正后的卫星图像。
[0039] 图4是各光学波段的水面镜面反射光的反射率图。
[0040] 图5是消除水面镜面反射光后的卫星图像。
【具体实施方式】
[0041] 下面将结合附图1-2以及具体实施方法来详细说明本发明，在本发明的示意性实 施及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0042] 如图1所示，本发明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：
[0043] 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。
[0044] 如图2所示，为原始卫星图像，首先，从图像上提取包括山区植被阴影或清深水体 像元等暗像元。根据提取的像元，计算获取大气散射系数、大气透过率和天空光辐照度。具 体步骤如下：
[0045] (A1)读取山区植被阴影像元或清深水体像元的表观反射率Rvd，计算大气散射系 数初值:根据暗像元的表观反射率R vd的计算公式：
[0046] 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& =
[0047] 式中：《为大气散射系数，T为大气透过率，&为地物反射率，P( 9 )为大气散射 相函数，9为散射角。
[0048] (A2):根据大气透过率的初值的计算公式：T' = e ^，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 代入等式（1)右边第一项中的《，计算得到大气散射系数<
[0049] (A3):计算天空光幅照度：
[0050] 将步骤（A2)中计算得到的大气散射系数％代入天空光幅照度计算公式 计算天空光幅照度E skyl，式中：c为大气纠正前后的大气散射系数比，通过测量得 C 至|J，为小于2的测量值。
[0051] (A4):将步骤（A2)中计算得到的大气散射系数％代