[发明专利]一种航空热红外高光谱影像温度和发射率反演方法

权利要求书

1.一种航空热红外高光谱影像温度和发射率反演方法，其特征在于，包括：

步骤1，对输入影像的进行定量分析与波段选择；

输入Hyper-Cam航空热红外高光谱影像，根据拍摄的机载黑体的辐射定标数据进行辐射定标精度、NESR噪声大小分析，然后通过MODTRAN模型模拟的大气透过率波谱对大气强吸收线位置定位和分析，根据以上三个方面的分析结果选择最佳的波段，剔除由于辐射定标、噪音因素而受影响较大的波段；

所述步骤1的实现方式如下，

步骤1.1，计算影像各波段噪声量级大小；使用连续拍摄的机载辐射定标数据计算像元尺度的标准均方差，然后平均影像每个波段的均方差值，从而获得每个波段噪声量级，计算如下：

NESR＝STD(BB1,BB2,BB3,BB4…

其中，NESR是像素尺度噪声等效光谱辐亮度，STD是标准均方差，BB1,BB2…表示不同时刻获得的黑体的辐亮度影像；

步骤1.2，计算影像各波段辐射定标误差大小；通过计算定标黑体温度下的普朗克辐射理论值与真实影像辐射值的残差，从而获得各波段辐射定标误差，理论值的计算公式如下：

其中，c₁和c₂分别为第一、第二辐射常数，λ是各波段的波长(μm)，T是地物表面温度；

步骤1.3，分析数据各波段所在位置大气吸收线的强度；基于MODTRAN模型和NCEP再分析数据的插值廓线生成的大气透过率波谱，通过影像波段位置与大气强吸收线的重合度判断航空数据各波段受大气干扰强度，通过中心波段匹配将透过率低于一定阈值的波段去除；

最终基于以上三个分析指标对存在明显问题的波段进行剔除，首先将NESR通过恒等变换转换成噪声等效温度值NEDT，其次对NEDT大于某一数值的波段，辐射定标残差大于另一数值的波段，以及处于大气强吸收线的波段进行剔除，选出质量较好的波段数据输入到后面的处理流程；

步骤2，对大气廓线进行时空分析与融合；

根据三类全球大气观测数据，即俄明大学探空数据UWYO、NCEP和ERA5再分析大气廓线，以及地面测量气象数据进行不同来源大气廓线的时空精度分析和精度对比，从而获得更加精确的大气廓线数据；其次，根据空间垂直采样精度，对ERA5最近邻节点廓线，NECP时空插值廓线，以及地面测量的单层气象数据进行融合，从而提高廓线的垂直分辨率，最终获得时空上更符合实际大气状况的，且具有较高垂直空间分辨率的高精度大气廓线；

步骤3，基于模拟高斯函数将高分辨率大气补偿参数与Hyper-Cam航空数据进行波段等效，并进行航空数据大气补偿；

步骤4，通过指数方程拟合构建发射率波谱对比度与其最小值之间的经验约束关系，并基于此约束关系进行温度和发射率反演的求解。

2.如权利要求1所述的一种航空热红外高光谱影像温度和发射率反演方法，其特征在于：所述步骤2的实现方式如下，

步骤2.1，将ERA5和NCEP数据时空插值到附近的俄明探空数据的位置，然后对比两者与UWYO探空数据的一致性从而判断大气廓线的精度；

步骤2.2，选择其中精度较高的ERA5廓线为主廓线，根据ERA5与NCEP每层大气数据的垂直高度，将ERA5间距较大的大气层之间插入NCEP的插值廓线数据，从而提高空间垂直分辨率；由于ERA5底层大气廓线海拔较高，通过地面测量的单层气象数据修改ERA5大气底层数据，获得最终的大气廓线。