[发明专利]一种基于高光谱水体库的自适应波段选择方法

说明书

本发明提出一种基于高光谱水体库的自适应波段选择方法，解决了现有水体大气校正精度较低的问题。该方法通过对水体光谱库进行相关的处理，定义了一种针对水体波段选择的自适应函数，结合遗传算法，最终选取了水体校正所需的最优波段，这样的波段选择方法，能够面向不同分辨率的光谱仪、不同水体场景下，得到不同的最优波段选择，从而更好的提升水体大气校正的精度。

技术领域

本发明属于定量遥感中高光谱水体大气校正领域，具体涉及一种基于高光谱水体库的自适应波段选择方法，该方法为水体大气校正中选择离水辐亮度近似为0的波段。

背景技术

在定量遥感领域，高光谱传感器在大气层顶接收到的信号中有90％以上来自大气散射，使得获取的所需水体信息只占到10％，大气散射和气溶胶散射等严重影响了水体信息的获取。因此，要获得有关水体信息，就需要进行精确的水体大气校正。在水体大气校正中，主要目的就是得到剔除掉瑞利散射、气溶胶散射等影响的真实离水辐亮度Lw。目前较为精确的水体大气校正，都会先设定其离水辐亮度Lw近似为0的波段。现有的水体校正算法中，都是预先给予经验的波段，例如MODIS选用1240nm和1640nm进行波段组合完成大气校正；可见光三波段离水辐射经验关系迭代算法选择443nm、550nm、670nm进行迭代求解；Arnone选择765nm、671nm、865nm波段带入到SeaWiFS算法中迭代求得各波段的离水辐射。这些波段的选择都是基于之前学者研究经验总结得出，而且具有区域特性。对于某些特定的水体场景，波段的选择不一定有效，比如在高浑浊水域，Arnone的经验关系式则不一定成立，从而降低了水体大气校正的精度。然而高光谱数据具有高的光谱分辨率，对于光谱分辨率在1nm～5nm范围内的高光谱数据，有很多波段可以考虑。

发明内容

本发明的目的是解决现有水体大气校正精度较低的问题，提出一种基于高光谱水体库的自适应波段选择方法。该方法通过对水体光谱库进行相关的处理，定义了一种针对水体波段选择的自适应函数，结合遗传算法，最终选取了水体校正所需的最优波段，这样的波段选择方法，能够面向不同分辨率的光谱仪、不同水体场景下，得到不同的最优波段选择，从而更好的提升水体大气校正的精度。

为实现以上发明目的，本发明技术方案是：

一种基于高光谱水体库的自适应波段选择方法，包括以下步骤：

步骤一、导入水体光谱库，获取水体光谱库中水体光谱曲线；

步骤二、根据光谱仪的光谱分辨率对水体光谱曲线进行光谱等效；

根据光谱仪的分辨率，使用高斯函数模拟光谱响应函数，通过以下公式对水体光谱曲线进行光谱波段等效，得到与光谱仪相对应的光谱曲线X_i；

其中，g_i(λ)为使用高斯函数模拟的光谱响应函数；X_λ为在λ波长下的水体离水辐亮度值；c_b为每个通道的中心波长；FWHM为半波宽；X_i为等效后的i波长下的离水辐亮度值；λ₁为当前i波长下使用高斯函数模拟的光谱响应函数的最小波段；λ₂为当前i波长下使用高斯函数模拟的光谱响应函数的最大波段；

步骤三、对水体光谱数据进行数据增强；

对步骤二得到的光谱曲线X_i使用三次样条差值进行光谱波段的数据增强，得到增强后的n个光谱数据；

步骤四、剔除氧气水汽吸收波段；

在步骤三得到的光谱数据中剔除受水汽氧气二氧化碳吸收影响的波段；

步骤五、计算水体光谱的相关系数矩阵；

通过公式(3)计算光谱数据的相关系数矩阵R；