基于地形改正的卫星影像虚假地形感知现象改正方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测绘产品之一的正射影像产品自动化生产技术领域，尤其涉及一种基 于地形改正的卫星影像虚假地形感知现象改正方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着数字地球的发展，众多国际国内公司、企业及政府部门相继推出了各 具特色的地理信息服务平台。此类平台中使用的底图数据大部分来源于可见光遥感影像， 如LANDSAT系列、SPOT系列、IK0N0S、QuickBird等。可见光遥感卫星一般使用太阳同步 回归轨道，成像时间一般为过境地方时的上午，此时太阳位于东南方向，高大山脊等地物产 生的阴影会出现在它的西北方向[1_4]。由于地图通常采用上北、下南、左西、右东的方式表达 地理方位，在可见光遥感影像地图上，阴影就出现在了山脊的左上方。人类日常生活中，太 阳光线永远位于物体的上方，并在物体的下方产生阴影，导致人类在大脑中形成阴影永远 位于物体下方的定势思维 [5'6]。因此在对遥感影像地图进行判读时，人们认为阴影来源于地 图上阴影上方的物体，并由此判断阴影上方区域为高程突出区域，实际情况却是高程突出 区域位于阴影的下方，导致人们把山谷误认为山脊，反之亦然，这就是可见光遥感影像的虚 假地形感知现象（FalseTopographicPerceptionPhenomenon,FTPP)。虚假地形感知现象 会造成人对影像中真实地形的错误理解，若不进行恰当处理，会导致公众对影像产品的真 实性和可靠性产生质疑，甚至导致在重大决策中出现错误。因此，对虚假地形感知现象进行 改正是非常有必要的。
[0003] 形成虚假地形感知现象的原因大致可归为观察者视角、地表特征、光照方向3类。 据此，可将现有改正方法分为以下几类：1)基于观察者视角的改正方法。以Sarafm将影像 旋转180°的方法为代表，通过变换观察者视角来改正虚假地形感知现象。2)基于地表特 征的改正方法。通过将原始地形反转或添加正向地形信息来获得正确的立体视觉效果，如 灰度反转法 [7]、亮度分量反转法[1]、阴影模型替代法[2]、小波变换融合法[8]、阴影模型叠加 法 [9]等。3)基于光照方向的改正方法。章皖秋等[1°]引入地形改正中的cosine模型，将 光照由东南方改为竖直方向，再由竖直方向改为西北方向，达到改正反立体的目的。4)其它 改正方法。以人工处理法为代表，主要依靠图像处理软件对影像进行处理，如Patters〇n[11] 使用的Photoshop中仿制图章工具等。
[0004] 文中涉及的参考文献如下：
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[0006] [2]Saraf,A.K. ,Ghosh,P. ,Sarma,B. , &Choudhury,S. (2005).Cover:Development ofanewimagecorrectiontechniquetoremovefalsetopographicperception phenomena.Internationaljournalofremotesensing, 26(8),1523-1529.
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[0015] [11]Patterson,T. ,Kelso,N.V. (2004).HalSheltonrevisited:Designing andproducingnatural-colormapswithsatellitelandcoverdata.Cartographic Perspectives, (47) ,28-55.
【发明内容】
[0016] 针对现有的FTPP改正技术中存在的影像信息损失问题，本发明提供了一种基于 地形改正的卫星影像虚假地形感知现象改正方法，该方法在获得正确的立体视觉效果的同 时，还能最大程度保持原始影像的空间信息与光谱特性。
[0017] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
[0018] 一、基于地形改正的卫星影像虚假地形感知现象改正方法，包括步骤：
[0019] 步骤1，基于原始影像对应的太阳方位角及与数字高程模型，获得原始影像中各像 素在东南光照方向与西北光照方向的太阳入射角；
[0020] 步骤2,基于地形改正中的C模型，根据原始影像各像素的起伏地面辐射值与东南 光照方向的太阳入射角，获得原始影像的C校正参数；
[0021] 步骤3,基于地形改正原理获得虚假地形感知现象改正后影像（以下简称"改正后 影像"）的C校正参数，本步骤进一步包括：
[0022] 3. 1基于原始影像和改正后影像的地形改正结果相同的原则，依据C模型获得原 始影像和改正后影像的起伏地面辐射值关系；
[0023] 3. 2基于原始影像和改正后影像的起伏地面辐射值的关系，以原始影像和改正后 影像所有像素的起伏地面辐射值均值相等为约束，利用原始影像像素在东南光照方向与西 北光照方向的太阳入射角、以及原始影像C校正参数，获得改正后影像的C校正参数；
[0024] 步骤4,基于原始影像和改正后影像的地形改正结果相同的原则，利用改正后影像 的C校正参数获得改正后影像像素的灰度值。
[0025] 步骤2进一步包括子步骤：
[0026] 2. 1依据C模型，根据原始影像各像素的起伏地面辐射值LT与东南方向光照的太 阳入射角i进行直线拟合，获得线性回归方程LT=mcos(i) +b的截距b及斜率m;
[0027] 2. 2根据
【主权项】
1. 基于地形改正的卫星影像虚假地形感知现象改正方法，其特征在于，包括步骤： 步骤1，基于原始影像对应的太阳方位角及与数字高程模型，获得原始影像中各像素在 东南光照方向与西北光照方向的太阳入射角； 步骤2,基于地形改正中的C模型，根据原始影像各像素的起伏地面辐射值与东南光照 方向的太阳入射角，获得原始影像的C校正参数； 步骤3,基于地形改正原理获得改正后影像的C校正参数，本步骤进一步包括： 3. 1基于原始影像和改正后影像的地形改正结果相同的原则，依据C模型获得原始影 像和改正后影像的起伏地面辐射值关系； 3. 2基于原始影像和改正后影像的起伏地面辐射值的关系，以原始影像和改正后影像 所有像素的起伏地面辐射值均值相等为约束，利用原始影像像素在东南光照方向与西北光 照方向的太阳入射角、以及原始影像C校正参数，获得改正后影像的C校正参数； 步骤4,基于原始影像和改正后影像的地形改正结果相同的原则，利用改正后影像的C校正参数获得改正后影像像素的灰度值。
2. 如权利要求1所述的基于地形改正的卫星影像虚假地形感知现象改正方法，其特征 在于： 步骤2进一步包括子步骤： 2. 1依据C模型，根据原始影像各像素的起伏地面辐射值LT与东南方向光照的太阳入 射角i进行直线拟合，获得线性回归方程LT=mcos(i)+b的截距b及斜率m; 2. 2根据c=l获得原始影像的C校正参数c〇 m
3. 如权利要求1所述的基于地形改正的卫星影像虚假地形感知现象改正方法，其特征 在于： 步骤3中所述的改正后影像的C校正参数c2为：
其中，n为影像像素总数，k表示像素编号，k= 0, 1，. . .，n-1 ; &和分别为原始影像 像素k在东南方向光照和西北方向光照的太阳入射角；为原始影像像素k的起伏地面 辐射值；sz为太阳天顶角；Cl为原始影像的C校正参数。
4. 如权利要求1所述的基于地形改正的卫星影像虚假地形感知现象改正方法，其特征 在于： 步骤4进一步包括： 4. 1基于原始影像和改正后影像的地形改正结果相同的原则获得改正后影像像素k的 起伏地面辐射彳]
《中，尽ls为原始影像像素k的起伏 地面辐射值，sz为太阳天顶角，Cl、c2分别为原始影像和改正后影像的C校正参数，&和 分别为原始影像像素k在东南方向光照和西北方向光照的太阳入射角； 4. 2根据改正后影像像素起伏地面辐射值获得像素灰度值。
5. 基于地形改正的卫星影像虚假地形感知现象改正系统，其特征在于，包括： 第一模块，用来基于原始影像对应的太阳方位角及与数字高程模型，获得原始影像中 各像素在东南光照方向与西北光照方向的太阳入射角； 第二模块，用来基于地形改正中的C模型，根据原始影像各像素的起伏地面辐射值与 东南光照方向的太阳入射角，获得原始影像的C校正参数； 第三模块，用来基于地形改正原理获得改正后影像的C校正参数，本模块进一步包括： 第一子模块，用来基于原始影像和改正后影像的地形改正结果相同的原则，依据C模 型获得原始影像和改正后影像的起伏地面辐射值关系； 第二子模块，用来基于原始影像和改正后影像的起伏地面辐射值的关系，以原始影像 和改正后影像所有像素的起伏地面辐射值均值相等为约束，利用原始影像像素在东南光照 方向与西北光照方向的太阳入射角、以及原始影像C校正参数，获得改正后影像的C校正参 数； 第四模块，用来基于原始影像和改正后影像的地形改正结果相同的原则，利用改正后 影像的C校正参数获得改正后影像像素的灰度值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于地形改正的卫星影像虚假地形感知现象改正方法，从改变光照方向的角度出发，引入地形改正中的C校正模型，通过建立原始影像与虚假地形感知现象改正后影像经过地形改正后的辐射关系，获得虚假地形感知现象改正前后影像辐射值的对应关系，进而推导出改正后影像灰度值。本发明方法能够在改正虚假地形感知现象的同时，较好地保持原始影像的空间细节及光谱特性，可显著提高影像解译准确度。
【IPC分类】G06T5-00
【公开号】CN104809704
【申请号】CN201510201021
【发明人】孙明伟, 朱昕宇
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月24日