[发明专利]一种端到端的航空热红外高光谱影像温度与发射率反演方法

说明书

本发明公开了一种端到端的航空热红外高光谱影像温度与发射率反演方法，包括：建立一种无需大气廓线的航空热红外高光谱图像地表温度与发射率检索算法框架；针对航空热红外高光谱图像数据，融合劈窗算法与温度/发射率分离算法，确定精确的波段分组和波段选择方法；提出了从Hyper‑Cam机载航空热红外高光谱影像数据中检索地表温度与发射率的实用算法模型。本发明主要解决了航空热红外高光谱影像温度发射率反演时不易获得时空同步的大气廓线进行大气校正的问题，并克服了热红外高光谱数据信息冗余、信息无效与噪声大的问题，以Hyper‑Cam航空数据为实验对象，并获得精确的反演结果，为航空热红外高光谱影像的发射率和温度反演提供了参考。

技术领域

本发明属于遥感影像信息提取技术领域，特别涉及一种端到端无需大气廓线的航空热红外高光谱影像温度/发射率反演方法。

背景技术

地表温度是模拟地球表面能量交换和平衡过程的重要输入，而热红外遥感被认为是在区域和全球范围内获得准确地表温度的最有效方法。热红外遥感影像包含了地表的温度和发射率两个重要物理量，相对于星载的热红外多光谱影像，航空热红外高光谱影像能够获得更加精细的地物波谱信息和空间信息，从而有利于从影像中提取更加准确的地表温度和发射率信息。然而，从航空热红外高光谱影像中提取温度发射率面临以下问题：(1)现有的热红外高光谱影像反演温度与发射率算法框架大多需要先经过大气校正阶段，而数据拍摄同时的大气廓线参数很难获得，故不精确的大气校正会给最后的反演结果带来累计误差；(2)高光谱数据中存在的冗余变量与无关变量，将会增加模型运算的复杂度，甚至导致模型的反演精度降低；(3)目前的大部分地表温度/发射率反演算法只基于特定和少数传感器数据特点上进行了验证，对于例如傅立叶变换热红外高光谱数据，其本身具有不同的光谱成像参数，比如波段位置，采样间隔，光谱相应方式等差异，因此不同算法在在特定的热红外高光谱成像仪上的性能结果并没有科学的验证和给出相应结论。

发明内容

本发明以航空热红外傅立叶变换成像光谱仪采集的热红外高光谱影像为数据源，提出了一种端到端的无需大气廓线输入的航空热红外高光谱影像地表温度与发射率反演算法，该方法具有以下三个显著特征：(i)建立一种新的高光谱图像地表温度(LandSurface Temperature，LST)和地表发射率(Land Surface Emissivity，LSE)检索算法框架，联合算法结合了劈窗(Split-Window，SW)算法和温度-发射率分离(Temperature andEmissivity Separation，TES)算法的优势；(ii)基于高光谱图像数据，确定更精确的波段分组和波段选择方法；(iii)提出了从Hyper-Cam机载TIR高光谱图像检索LST和LSE的实用波段选择结果。

本发明的技术方案为一种端到端的航空热红外高光谱影像温度与发射率反演方法，包括以下步骤：

步骤1，构建结合劈窗算法SW和温度/发射率分离算法TES的联合算法SW-TES，实现无需大气参数输入的地表温度与发射率反演；

步骤2，分析劈窗算法与温度/发射率算法特点，设定基于穷举法的波段选择原则；

步骤3，基于Hyper-Cam航空数据，建立一种无需大气数据输入的地表温度/发射率反演模型；

针对Hyper-Cam航空高光谱热红外影像数据的波段特征，根据波段选择原则用穷举法得到最佳波段组合，将最佳波段组合输入到SW-TES联合算法中进行温度与发射率的反演求解。

进一步的，温度/发射率分离算法中包括归一化比辐射率法(NormalizedEmissivity Method Model，NEM)、光谱比值法(the Ratio Model，RAT)和最大最小比辐射率差值法(Maximum-Minimum Relative Emissivity Difference，MMD)三个模块。

进一步的，所述步骤1的实现方式如下；