[发明专利]基于高光谱数据校正的内陆水体FUI水色指数提取方法

说明书

本发明公开了一种基于高光谱数据校正的内陆水体FUI水色指数提取方法，使用基于R，G，B波段的色度角提取方法，利用CIE色度系统的RGB与XYZ之间的转换关系计算得到R，G，B波段图像对应的颜色三刺激值。此外，使用GF‑5高光谱影像与实测高光谱数据代替IOCCG数据库来进行色度角α的校正，使之更适合内陆Ⅱ类水体的水色提取。

技术领域

本发明涉及水质监测技术领域，具体涉及一种基于高光谱数据校正的内陆水体FUI水色指数提取方法。

背景技术

FUI水色指数在利用遥感技术进行长时间序列的水质监测上具有很好的研究前景和优势，并且可以与历史水色数据结合起来进一步研究更大时间尺度的水质状况变化。计算FUI的关键在于获取水体离水反射率光谱Rrs(λ)，并对离水反射率光谱与CIE色度系统的颜色匹配函数的乘积分别进行积分，从而获得CIE系统中的X、Y、Z三刺激值并计算色度角α和FUI水色指数。FUI水色的提取精度取决于色度角α的计算精度。然而目前多数卫星遥感传感器只能获取部分离散光谱范围的电磁辐射，在可见光范围内只有少数几个离散波段，如Landsat系列影像，这些影像在色度角α的计算上由于波段过少而不可避免地有较大偏差。

Wored，Wernand等人采用波段线性插值方法对不同波段进行插值，通过插值的方法获取多光谱数据不具有的几个波段，插值后再通过积分计算色度角α，并基于IOCCG光谱数据库利用多项式模型消除插值带来的偏差。然而，这种方法对于内陆水体的FUI提取有两个问题：(1)波段线性插值方法用于中高光谱分辨率的MERIS，SentinelOLCI图像尚可，但是对于可见光内只有R、G、B等少数几个波段的低光谱分辨率的Landsat8、GF-1/2等图像却会有很大的误差。因为这些图像波段稀疏，且第一个波段和最后一个波段距离400nm和710nm都比较远，这两个区间内的积分不可忽略，在这种情况下使用波段线性插值会造成颜色坐标偏差，进而对色度角α和FUI的计算带来较大误差；(2)IOCCG数据库主要是大洋Ⅰ类水体的模拟数据，内陆水体光学成分复杂，使用IOCCG数据库来校正色度角α，提取内陆水体FUI不可避免地会有误差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于高光谱数据校正的内陆水体FUI水色指数提取方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于高光谱数据校正的内陆水体FUI水色指数提取方法，包括如下步骤：

S1、通过CIE-XYZ色度系统中三原色RGB与三刺激值XYZ之间的转换关系，计算得内陆水体遥感影像的R,G,B波段对应的三刺激值X,Y,Z；

S2、根据步骤S1计算得到的R,G,B波段对应的三刺激值X,Y,Z，按照下式计算得到其在二维色度空间上对应的色度坐标(x,y)：

S3、根据色度坐标计算色度角α；

在二维色度空间中，将等能白光点作为原点，计算等能白光点与步骤S2中计算得到的点(x,y)间的向量和X轴正方向之间的角度α，即α为色度角；

S4、使用高光谱数据建立误差多项式拟合公式：

S4.1、利用实测高光谱数据测量仪器获得内陆水体实测高光谱数据，使用获得的内陆水体实测高光谱数据模拟多光谱影像的R,G,B波段，并据此计算得到基于实测高光谱数据模拟的多光谱影像色度角；另外，计算和内陆水体实测高光谱数据同一时间段的多光谱影像数据的色度角；

S4.2、利用GF-5影像数据模拟出多光谱影像波段R，G，B的反射率值，并根据模拟出的多光谱影像波段R，G，B的反射率值计算得到基于GF-5影像数据模拟的多光谱影像色度角；另外，计算和GF-5影像数据同一时间段的多光谱影像数据的色度角；