[发明专利]基于改进时空融合模型的积雪日变化监测方法

权利要求书

1.基于改进时空融合模型的积雪日变化监测方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

步骤一、影像预处理：对时空融合初期T₀和末期T_k所对应的2幅Landsat8中多光谱数据进行辐射定标以及大气校正，对T₀～T_k之间每天不同条带号的MOD09GA光谱反射率数据进行多数据拼接，而后将处理好的Landsat8数据和MOD09GA数据配准，最后裁剪选取实验区；

步骤二、利用STDFA模型生成时空融合数据：以初期T₀和末期T_k的Landsat8数据和MOD09GA数据以及融合时期T_i(i＝1～k-1)的MOD09GA数据为STDFA模型输入数据生成时空融合数据；

步骤三、构建STDFA-Matching-Pix2pixGAN网络：通过构建可以改进STDFA时空模型的STDFA-Matching-Pix2pixGAN网络，经过迭代改善光谱失真，最终得到无失真的高时空分辨率的融合影像；

步骤四、利用NDSI指数监测积雪：本发明利用归一化差分积雪指数NDSI对实验区的积雪进行判识；

NDSI的计算公式如公式(5)；

其中b₄为绿色波段，b₆为短波红外波段；

步骤三中，STDFA-Matching-Pix2pixGAN网络组成分为三个部分：

(a)预匹配过程：将T₀或T_k所对应的Landsat8数据作为目标图像(y)和步骤二获得的STDFA模型输出的时空融合影像(x)作为输入源数据，预匹配模块首先使用直方图匹配算法得到初步改进结果(X)，使初步改进结果(X)具有Landsat8数据作为目标图像(y)的光谱特征；

(b)Pix2pixGAN过程：将步骤(a)预匹配模块输出的结果(X)与邻近日期的目标图像(y)组成成对的训练数据集，并送入Pix2pixGAN网络中进行训练；Pix2pixGAN首先构建了一个生成器(称为G)，用于生成所需的目标高分辨率图像G(X)；然后将G(X)和y一起输入到鉴别器D中，鉴别器D会连续比较G(X)和y之间的差异，判断G(X)是否仍然存在光谱失真；如果输出图像G(X)被判定为仍存在光谱失真，则将结果反馈给生成器，以继续优化生成的图像G(X)，直到得到无失真的最优生成结果Pix2pixGAN图像(P)；网络的损失函数如公式4；

其中，G^*是Pix2pixGAN的损失函数，G代表生成器，D代表鉴别器；通过Pix2pixGAN的循环机制，可改善STDFA时空融合结果的光谱失真，使融合影像具有高空间分辨率特征；

(c)后匹配过程：后匹配模块利用同一天MOD09GA数据(m)的光谱信息，通过直方图匹配使Pix2pixGAN图像(P)具有与m相似的光谱信息，进一步改善时空融合结果。

2.根据权利要求1所述的基于改进时空融合模型的积雪日变化监测方法，其特征在于，

步骤一、影像预处理包括如下处理步骤：

(a)辐射定标的方法：辐射定标就是将图像的数字量化值(DN)转化为辐射亮度值、反射率或者表面温度等物理量的处理过程；辐射定标参数一般放在元数据文件中，利用完整的遥感图像处理平台ENVI的辐射定标工具能自动从元数据文件中读取参数，从而完成辐射定标；

(b)大气校正的方法：利用完整的遥感图像处理平台ENVI的大气校正工具FLASSH来消除由于大气影响所造成的辐射误差，反演地物真实的表面反射率；

(c)MOD09GA数据拼接的方法：利用MODIS Reprojection Tool软件实现不同条带号数据的拼接，形成覆盖实验区的完整数据；

(d)图像配准的方法：从不同传感器和不同角度拍摄的图像会发生偏移，图像配准是将不同拍摄角度或不同传感器的两幅图像进行匹配、叠加实现图像统一的过程；选择Landsat8数据为基准影像，利用完整的遥感图像处理平台ENVI的图像配准工具，实现Landsat8卫星数据与MOD09GA光谱反射率数据的自动配准；

(e)图像剪裁用于获得感兴趣的研究区域ROI。

3.根据权利要求1所述的基于改进时空融合模型的积雪日变化监测方法，其特征在于，步骤二中所述STDFA模型由以下四个步骤组成：

(a)对初期(T₀)和末期(T_k)的两幅Landsat8数据进行分类，确定地物类别；

(b)利用式(1)计算MOD09GA数据每个低空间分辨率像素内各端元的丰度

是MOD09GA低空间分辨像素的位置，是c类地物在位置的丰度，为位置上的MOD09GA像素中属于c类的Landsat8像素个数，n为MOD09GA像素中包含的Landsat8像素总数；

(c)根据公式(2)，计算出每一类地物的时间序列平均反射率；

条件包括：和

其中，是MOD09GA低空间分辨像素的位置，是由公式(1)得到的c类地物在位置的丰度，是MOD09GA低空间分辨像素在T_i时刻的表面反射率，是c类地物在T_i时刻的平均反射率，M是总类别数，是残余项；

(d)根据公式(3)得到具有高空间高时间分辨率的融合影像；

其中，(x,y)是Landsat8高空间分辨率像素的位置，r(x,y,T₀)和r(x,y,T_i)分别是Landsat8高空间分辨率像素在位置(x,y)T₀时刻和T_i时刻的表面反射率，和是c类地物在T₀时刻和T_i时刻的平均反射率。