专利名称：农业田间成像高光谱仪场地反射率定标方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及遥感器场地标定方法及高光谱图像数据处理技术领域，特别涉及一种农业田间成像高光谱仪(Agircultural ImagingHperspectral Spectrometer, AIHS)场地反射率定标方法及系统。
背景技术：
遥感器定标是指建立遥感器每个探测元件所输出信号的数字量化值(Digital Number, DN)与该探测器对应像元内的实际地物辐射亮度值之间的定量关系。传统的遥感器定标主要针对卫星和航空传感器进行的。由于卫星或航空飞行器运行时所获取的遥感信息受到诸多因素影响，如遥感器系统的畸变、大气传播的干扰、地形影响等都会造成遥感器采集到的辐射能量与目标地物实际的辐射能量之间存在较大偏差，因此需要对遥感器进行定标。遥感器定标是遥感数据定量化处理中的基本环节，它的定标结果直接影响到遥感数据的可靠性及遥感定量化研究的精度。遥感器定标包括实验室定标、 星上定标和场地定标三部分内容。每个遥感器在运行前都会经过严格的实验室定标，主要完成传感器的波长位置、辐射精度、空间定位等的标定；星上定标，主要解决卫星探测器元件老化或不同量级温度造成的仪器辐射性能差异；场地定标主要用于传感器反射率转换的定标。前两个定标是遥感器开发者研究的范围，本发明主要关注遥感器的场地定标研究。目前，传统的场地定标分为两种，一种是航空成像遥感器场地定标。这种定标一般是选择相对白体(如水泥地、黄土操场、白棉布)和相对黑体(如水体、煤堆、黑棉布)进行。另一种是近地非成像传感器场地定标，如地物光谱仪(ASD)，这种定标一般是基于标准白板或标准灰板进行场地定标。近年来，随着材料科学的飞速发展和精细农业研究的需要，低成本、高性能的近地成像高光谱仪逐步得到开发与应用。这种成像传感器在田间绿色植被信息诊断时，有巨大的应用潜力。一方面可以利用其纳米级的光谱分辨率去寻找作物理化参数的敏感波段，为农田尺度的定量化遥感分析提供新的研究手段；另一方面可利用其毫米级的空间分辨率精确到每个叶片进行图像与光谱信息分析，为研究不同层位间叶片的养分转化机理提供数据支持，上述两方面使有别于传统光谱分析技术的作物养分分层模型的构建成为可能，并最终为田间作物的精准变量施肥提供服务。农业田间成像高光谱仪通常在近地表(10cm-300cm)进行观测，所受大气传播干扰极小(大气散射是影响航天、航空遥感器应用精度的重要因素)，所以大气影响可以忽略不计。因此，限制其近地田间应用精度的主要因素是场地反射率的定标。而现有技术中，针对农业田间成像高光谱仪场地反射率定标方法的研究鲜有报道，因此，有必要专门开展场地定标方法的探索研究。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是专门为AIHS这一类遥感器在农业田间应用提供一种快捷、准确和可靠的场地定标方法及系统。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种农业田间成像高光谱仪场地反射率定标方法，所述方法包括以下步骤Sl 获取由所述地物光谱仪所采集五种参照地物的数字量化值，并获取由所述农业田间成像高光谱仪所采集五种参照地物的遥感影像并提取其数字量化值；S2:建立农业田间成像高光谱仪所采集数字量化值和地物光谱仪所采集的数字量化值之间的转换关系，并依据步骤Sl中两种仪器所采集的数字量化值，计算农业田间成像高光谱仪的场地反射率定标系数；S3 建立农业田间成像高光谱仪所观测的目标地物反射率与其获得的数字量化值之间的转换关系；S4 根据步骤S2计算的场地反射率定标系数和步骤S3建立的转换关系，计算农业田间成像高光谱仪获取目标地物影像的反射率值。优选地，所述五种参照物为蓝布、绿布、灰布、黑布和标准灰板。优选地，步骤S2中所述农业田间成像高光谱仪所采集的数字量化值和地物光谱仪所采集的数字量化值之间的关系为DN-S=DNasd+B(1)
A其中，D&hs为农业田间成像高光谱仪的数字量化值，DNasd为地物光谱仪的数字量化值，A、B为所求的转换系数。本发明公开了一种农业田间成像高光谱仪场地反射率定标系统，包括量化值获取模块，用于获取由所述地物光谱仪所采集五种参照地物的数字量化值，并获取由所述农业田间成像高光谱仪所采集五种参照地物的遥感影像并提取其数字量化值；转换关系建立模块，用于建立农业田间成像高光谱仪所采集数字量化值和地物光谱仪所采集的数字量化值之间的转换关系，并依据步骤Sl中两种仪器所采集的数字量化值，计算农业田间成像高光谱仪的场地反射率定标系数；目标转换模块，用于建立农业田间成像高光谱仪所观测的目标地物反射率与其获得的数字量化值之间的转换关系；计算模块，用于根据所述转换关系建立模块计算的场地反射率定标系数和所述目标反射率模块建立的转换关系，计算农业田间成像高光谱仪获取目标地物影像的反射率值。(三)有益效果本发明通过建立成像传感器AIHS的数字量化值与非成像传感器ASD的数字量化值之间的数学模型，将非成像传感器ASD所获取的标准白板的数字量化值转换为成像传感器AIHS的数字量化值，为AIHS在农业田间应用提供了一种快捷、准确和可靠的场地定标方法及系统。
图1是按照本发明一种实施方式的农业田间成像高光谱仪场地反射率定标方法的流程图；图2是传统的辐亮度法和本发明提出的方法在提取小麦相对反射率后的对比图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。参照图1，本实施方式的AIHS场地反射率定标方法包括以下步骤Sl 获取由ASD(非成像传感器)所采集五种参照地物的数字量化值，并获取由 AIHS (成像传感器)所采集五种参照地物的遥感影像并提取其数字量化值(当用所述AIHS 对目标地物进行成像数据获取时，放置所述ASD在目标地物附近的空旷处，一直采集标准白板数据，保证两仪器有相同的太阳辐照度)；S2 建立AIHS所采集数字量化值和ASD所采集的数字量化值之间的转换关系，并依据步骤Sl中两种仪器所采集的数字量化值，计算AIHS的场地反射率定标系数；S3 建立AIHS所观测的目标地物反射率与其获得的数字量化值之间的转换关系；S4 根据步骤S2计算的场地反射率定标系数和步骤S3建立的转换关系，计算农业田间成像高光谱仪获取目标地物影像的反射率值。为除去暗电流噪声，以提高精度，优选地，步骤S4之前还包括以下步骤在所述AIHS工作预定时间后，获取所述AIHS的暗电流噪声Noise ；本实施方式中，暗电流噪声的测量方法为在所述AIHS工作30分钟后，盖上镜头盖并用黑棉布包裹，再用遮光材料布覆盖，在绝对暗室获取的数字量化值即为其暗电流噪声值；步骤S4中通过下式计算所述目标地物影像的反射率值Reftoget,
权利要求
1.一种农业田间成像高光谱仪场地反射率定标方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤51获取由所述地物光谱仪所采集五种参照地物的数字量化值，并获取由所述农业田间成像高光谱仪所采集五种参照地物的遥感影像并提取其数字量化值；52建立农业田间成像高光谱仪所采集数字量化值和地物光谱仪所采集的数字量化值之间的转换关系，并依据步骤Sl中两种仪器所采集的数字量化值，计算农业田间成像高光谱仪的场地反射率定标系数；53建立农业田间成像高光谱仪所观测的目标地物反射率与其获得的数字量化值之间的转换关系；54根据步骤S2计算的场地反射率定标系数和步骤S3建立的转换关系，计算农业田间成像高光谱仪获取目标地物影像的反射率值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述五种参照物为蓝布、绿布、灰布、黑布和标准灰板。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述农业田间成像高光谱仪所采集的数字量化值和地物光谱仪所采集的数字量化值之间的关系为DNa1hs=+b(1)A其中，DNaihs为农业田间成像高光谱仪的数字量化值，DNasd为地物光谱仪的数字量化值，A、B为所求的转换系数。
4.一种农业田间成像高光谱仪场地反射率定标系统，其特征在于，包括量化值获取模块，用于获取由所述地物光谱仪所采集五种参照地物的数字量化值， 并获取由所述农业田间成像高光谱仪所采集五种参照地物的遥感影像并提取其数字量化值；转换关系建立模块，用于建立农业田间成像高光谱仪所采集数字量化值和地物光谱仪所采集的数字量化值之间的转换关系，并依据步骤Sl中两种仪器所采集的数字量化值，计算农业田间成像高光谱仪的场地反射率定标系数；目标转换模块，用于建立农业田间成像高光谱仪所观测的目标地物反射率与其获得的数字量化值之间的转换关系；计算模块，用于根据所述转换关系建立模块计算的场地反射率定标系数和所述目标反射率模块建立的转换关系，计算农业田间成像高光谱仪获取目标地物影像的反射率值。
全文摘要
本发明公开了一种农业田间成像高光谱仪场地反射率定标方法及系统，主要涉及遥感器场地标定方法及高光谱图像数据处理技术领域。本发明通过建立成像传感器AIHS的数字量化值与非成像传感器ASD的数字量化值之间的数学模型，将非成像传感器ASD所获取的标准白板的数字量化值转换为成像传感器AIHS的数字量化值，为AIHS在农业田间应用提供一种快捷、准确和可靠的场地定标方法及系统。
文档编号G01J3/28GK102435309SQ201110279699
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者张东彦, 李伟国, 杨小冬, 杨浩, 杨贵军, 王之杰, 王纪华, 赵晋陵, 黄文江, 黄林生 申请人:北京农业信息技术研究中心