[发明专利]一种亚米级卫星真彩色影像合成方法、系统及设备

说明书

一种亚米级卫星真彩色影像合成方法，包括以下步骤：输入亚米级卫星影像和对应的影像元数据；输入滑动窗口大小和滑动步长分块读取亚米级卫星影像；依次计算滑动窗口内亚米级卫星影像的大气顶反射率，红、绿、蓝三波段大气瑞利散射因子以及红、绿、蓝三波段的相对瑞利散射比例；输入亚米级卫星影像的红波段大气瑞利散射反射率，计算亚米级卫星影像的绿，蓝波段大气瑞利散射反射率；利用大气瑞利散射反射率对滑动窗口内亚米级卫星影像的大气顶反射率进行修正；计算修正后的红、绿、蓝三波段大气顶反射率映射的非线性sRGB值，输出为真彩色影像。该方法解决了现有技术无法得到满足色彩一致性、色彩准确性、信息完整性条件的问题。

【技术领域】

本发明属于高分辨率卫星遥感图像处理领域，具体涉及一种亚米级卫星真彩色影像合成方法及系统及设备。

【背景技术】

基于卫星的对地观测拥有大范围、多时相、获取简单的特点，亚米级空间分辨率光学卫星能够提供亚米级的全色波段与米级的多光谱波段，进行影像融合后可得到亚米级多光谱影像。融合后的影像提供了丰富的纹理信息，使植被冠层识别、小型建筑和道路提取等小尺度目标观测任务变得可能。因此，星载亚米级多光谱影像是大范围国土资源调查、自然资源监测以及灾害应急响应等任务中的重要数据基础。

融合后的亚米级多光谱影像以像元亮度值(DN值)提供，并可以在一系列处理后转换为各级遥感产品。各级遥感产品均可以合成为真彩色影像，且只有真彩色影像能够被人眼最直观的感知。真彩色影像是最适合人工目视判别和解译的产品，也是计算机视觉领域最常使用的产品。实际应用中普遍期望合成的真彩色影像需满足三个条件：1)色彩一致性，即反射特性相同的地物拥有相同的色彩；2)色彩准确性，即地物色彩应与人眼观测结果相似；3)信息完整性，即亮度范围覆盖人眼感知的亮度范围。

常见的真彩色影像合成方法可以分为以下3类：

(1)基于统计直方图的方法，主要包括百分比截断线性拉伸、ENVI最优化线性拉伸、极值拉伸、直方图均衡拉伸、高斯拉伸、平方根拉伸、对数拉伸、对称拉伸。

(2)基于经验估计的方法，主要包括基于引导滤波的暗通道先验法、Retinex法、灰度世界法、完美反射法、动态阈值法。

(3)基于物理模型的方法，主要包括大气顶反射率和地表反射率算法。

然而以上3类方法会存在如下问题：

(1)基于统计直方图的方法需要统计整景影像红、绿、蓝三波段灰度值的出现频率并得到各波段像元分布直方图，由于整景亚米级影像数据量较大，使用该方法会出现统计数据的计算较慢、占用硬件内存较大的问题。此外，不同影像对应的统计信息不同，合成的真彩色影像缺少色彩一致性，尤其在全局统计信息被破坏后(例如影像裁剪)色彩结果不稳定。

(2)基于经验估计的方法需要影像满足先验假设，例如基于引导滤波的暗通道先验方法假设整幅图像中三个通道中至少有一个通道中的某些像素值接近于0；灰度世界算法假设一幅有着大量色彩变化的图像RGB三个分量的平均值趋于同一个灰度；完美反射法假设图像上最亮点为白点等。当影像不满足先验算法时，合成的真彩色影像缺少色彩一致性和色彩准确性。

(3)基于物理模型的方法需要构建大气模型将像元亮度值先转换为具有物理意义反射率，由于目前亚米级多光谱影像均未包含构建大气模型中用于估计气溶胶的短波红外波段，建模精度较低。此外，由于大气校正的计算复杂，处理数据量较大的整景亚米级影像数据时会出现耗时较长的问题。

【发明内容】

针对上述真彩色影像合成方法处理亚米级卫星影像中存在的问题，本发明提供一种亚米级卫星真彩色影像合成方法，其综合考虑了光源条件、传感条件，合成的色彩效果稳定，解决了瑞利散射导致影像偏蓝的问题，合成的影像保留大部分地物对比度的同时兼顾亮部和暗部的细节，同时保证色彩过渡的平滑，具有计算速度较快、整套流程不依赖统计信息、可实现分块并行处理的优点，较好的解决了现有技术无法得到满足色彩一致性、色彩准确性、信息完整性条件的问题。