确定波谱特征曲线遥感反演构建的最佳光谱分辨率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于遥感技术与信息科学技术领域。
【背景技术】
[0002] 目标波谱特征曲线是：在入射光和反射光方向确定条件下表示目标反射率随着波 长λ发生变化r = F(A)(r，λ，F:分别为反射率，波长和隐函数）的表证目标固有特性 (性质、结构构造及其组分）的曲线。目标波谱特征曲线的遥感反演构建是遥感中地物信息 获取的重要内容之一。目标波谱特征曲线的无失真遥感反演构建方法是遥感技术研究前沿 和热点。
[0003] 传感器的光谱分辨率从根本上制约着目标波谱特征曲线的遥感反演构建精度。不 同目标波谱特征曲线，不同光谱分辨率遥感遥感数据的反演精度和效率是不同的。为了尽 可能真实的遥感反演构建目标波谱特征曲线，目前一般的方法是使用尽可能高的光谱分辨 率遥感数据来保证。这往往造成光谱资源的浪费和信息处理量的无谓增加。使用什么样的 光谱分辨率遥感数据可以取得最大化的反演构建精度和效率，目前尚未定量的解决方法。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有的波谱特征曲线遥感反演构建技术中，过高的光谱分辨率造成光 谱资源的浪费和信息处理量的增加，而提出一种确定波谱特征曲线遥感反演构建的最佳光 谱分辨率的方法。
[0005] 本发明的主要原理是：根据采样定律确定无失真构建特征波谱曲线的最小采样频 率fs及其对应的最大采样光谱分辨率△ λ。利用该最大采样光谱分辨率△ λ对目标光特 征谱曲线进行采样所获得的数据进行无失真构建该目标的特征波谱曲线的技术。因此，定 义曲线r = FU)的曲率半径最小值minR处有最大变化频率fmax。根据采样定律，当采样 频率fs > 2fmax时，可满足特征波谱曲线的无失真构建的充分必要条件：即使用光谱分辨 率Λ λ < l/2fmax的遥感数据可以充分必要的保证无失真构建该目标的特征波谱曲线。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] Sl :通过光谱仪实测获得目标原始特征光谱曲线；
[0008] S2:建立目标特征光谱曲线函数r = F(λ)λ=1.2···.n，其中r为反射率，λ为 波长，F为隐函数；
[0009] S3 :逐点计算其曲率半径，求得该曲线最小曲率半径Rmin及位置；
[0010] 所述逐点是对i = 2,3···η-1各点，以i点及前后（i-1, I, i+Ι)三点拟合一个二 次函数并分别计算各点曲率半径；
[0011] 二次函数可以是圆、椭圆或抛物线；
[0012] S4 :获取目标特征光谱曲线的最大变化频率：
[0013] 计算光谱特征曲线在最小曲率半径Rmin点变化频率，即该曲线的最大变化频率 fmax ；
[0014] S5 :求目标特征光谱曲线无失真构建的最佳光谱分辨率，根据采样定律，当遥感数 据光谱分辨率△ λ = l/2fmax为无失真构建该目标特征波谱曲线的最佳光谱分辨率。
[0015] 本发明的有益效果是，利用信息科学的基础理论，定量地无失真构建目标特征波 谱曲线最佳光谱分辨率确定和无失真构建该目标特征波谱曲线的技术。利用本发明获得的 最佳光谱分辨率△ λ对目标原始特征光谱曲线进行重采样，获得目标新的特征光谱曲线 数据，可以构建出无失真的目标光谱曲线。
【附图说明】
[0016] 图1，为实施例的原始光谱曲线；
[0017] 图2,利用本发明的方法结合实施例得出的曲率半径变化；
[0018] 图3,实施例中利用本发明得到的最佳光谱分辨率构建的无失真目标光谱特征曲 线曲线。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合具体实施例，对本发明的一种确定波谱特征曲线遥感反演构建的最佳光 谱分辨率的方法进行详细说明。所用数据为由童庆禧编等编著，科学出版社1990年出版的 中国典型地物波普及其特征分析一书中，1981年1月5日使用302型野外光谱仪测量的天 津市刘园黄垆土光谱数据。
[0020] Sl :通过光谱仪实测获得目标原始特征光谱曲线；
[0021] S2:建立目标特征光谱曲线函数r = F(λ)λ=1.2···.n，其中r为反射率，λ为 波长，F为隐函数；
[0022] S3 :逐点计算其曲率半径，求得该曲线最小曲率半径Rmin及位置；
[0023] 所述逐点是对i = 2,3···η_1各点，以i点及前后（i-1, I, i+Ι)三点拟合一个二 次函数并分别计算各点曲率半径，二次函数可以是圆、椭圆或抛物线；
[0024] -阶导数与二阶导数采用以下公式计算：
[0027] 式中，λ i为每个波段的波长，R' ( λ i)和R" ( λ i)分别为波长λ i的一阶和二 阶导数，Λ λ为波长λ i-Ι到λ i的间隔。计算结果如图2所示，数据见表1 ;
[0028] 计算各点曲率半径得最小半径处为640nm处，大小为40. 499
[0029] S4 :获取目标特征光谱曲线的最大变化频率：
[0030] 计算光谱特征曲线在最小曲率半径Rmin点变化频率，即该曲线的最大变化频率 fmax ；
[0031] S5 :求目标特征光谱曲线无失真构建的最佳光谱分辨率，根据采样定律，当遥感数 据光谱分辨率△ λ = l/2fmax为无失真构建该目标特征波谱曲线的最佳光谱分辨率。
[0032] 曲率半径的大小决定了曲线变化频率的大小，曲率半径越小意味着相邻三个点构 成的圆越小，曲线的变化频率也就越大，要无失真重构该曲线，则需要较小的采样间隔，曲 率半径变大时则刚好相反。
[0033] ①当Rmin > 10时，曲线最大变化频率较大，无失真重构曲线所需的分辨率也较 高，此时，fmax在数值上等于Rmin,故无失真遥感反演构建该目标特征波谱曲线的最佳光 谱分辨率
[0034] ②当Rmin < 1时，曲线最大变化频率较小，无失真重构曲线所需的分辨率也较低， 此时，fmax在数值上等于
故无失真遥感反演构建该目标特征波谱曲线的最佳光谱 分辨_
[0035] 根据采样定律，当遥感数据光谱分辨率Δ λ = l/2fmax为无失真遥感反演构建该 目标特征波谱曲线的最佳光谱分辨率，Δ λ = l/2fmax = 20. 249nm，取Δ λ = 20nm为光 谱分辨率，重构后曲线如图3所示；。
[0036] 表1重采样后的目标光谱特征曲线数据
[0037]
【主权项】
1. 一种确定波谱特征曲线遥感反演构建的最佳光谱分辨率的方法，包括的步骤有： 51 :通过光谱仪实测获得目标原始特征光谱曲线； 52 :建立目标特征光谱曲线函数r=F(λ)λ= 1. 2···.η,其中r为反射率，λ为波长， F为隐函数； 53 :逐点计算其曲率半径，求得该曲线最小曲率半径Rmin及位置； 所述逐点是对i= 2,3···η-1各点，以i点及前后（i-1,I,i+Ι)三点拟合一个二次函 数并分别计算各点曲率半径； 54 :获取目标特征光谱曲线的最大变化频率，计算光谱特征曲线在最小曲率半径Rmin 点变化频率，即该曲线的最大变化频率fmax; 55 :求目标特征光谱曲线无失真构建的最佳光谱分辨率，根据采样定律，当遥感数据光 谱分辨率△λ=l/2fmax为无失真构建该目标特征波谱曲线的最佳光谱分辨率。
【专利摘要】本发明针对现有的波谱特征曲线遥感反演构建技术中，过高的光谱分辨率造成光谱资源的浪费和信息处理量的增加，而提出一种确定波谱特征曲线遥感反演构建的最佳光谱分辨率的方法。根据采样定律确定无失真构建特征波谱曲线的最小采样频率fs及其对应的最大采样光谱分辨率Δλ。定义曲线r＝F(λ)的曲率半径最小值minR处有最大变化频率fmax。根据采样定律，当采样频率fs≥2fmax时，可满足特征波谱曲线的无失真构建的充分必要条件：即使用光谱分辨率Δλ≤1/2fmax的遥感数据可以充分必要的保证无失真构建该目标的特征波谱曲线。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105320833
【申请号】CN201410379530
【发明人】李先华, 刘顺喜, 申广荣, 尤淑撑, 王忠武
【申请人】中国土地勘测规划院, 上海大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年8月1日