[发明专利]一种基于复合端元的月表高光谱图像阴影区域解混方法

说明书

一种新型的基于复合端元的月表高光谱图像阴影区域解混方法，利用提出的复合端元的概念从物理光学角度阐述高光谱图像阴影区域光谱混合原理，更加符合月表真实光照情况，从而达到月表高光谱图像阴影区域的精确解混。该方法步骤如下：(1)阴影区域检测与提取；(2)非阴影区域解混；(3)阴影区域复合端元提取，根据非阴影区域的解混结果，对复合端元进行分解，完成阴影区域的精确解混。本方法主要针对月表高光谱图像光照不均的现象，能够有效减少阴影区域带来的解混误差，弥补了传统线性光谱混合模型的不足，提高解混精度，同时相比于非线性混合模型提升了解混效率。

技术领域

本发明涉及一种新型的基于复合端元的月表高光谱图像阴影区域解混方法，能够通过技术手段有效分析月表阴影区域高光谱图像的矿物含量，属于遥感图像处理领域。

背景技术

目前对于月表矿物成分含量的研究是以月表高光谱遥感图像的分析为主要研究手段，即通过研究月球表面的矿物的光谱特征来分析月表的物质组成类型和含量。这种利用高光谱遥感图像进行地物分析的技术被称为高光谱解混技术。

高光谱遥感图像的光谱分辨率通常为纳米级别的光谱分辨率，范围包括紫外、可见光、近红外和中红外和热红外的光谱区域(0.4μm-2.5μm)。但是由于光谱仪的空间分辨率有限，月表高光谱图像中一个像元通常会包含多种矿物类型。在高光谱图像中，含有多种地物或矿物类型的像元被称为混合像元，只含有一种地物或矿物类型的像元被称为纯净像元，也称作端元。在混合像元中，每一种地物或矿物类型在该像元中所占的面积比例称作丰度。高光谱解混的主要目的就是通过适当的方法获取图像中纯净地物(端元)的特征光谱，并进一步求解出混合像元中各种端元的比例。所以，在月表矿物含量分布计算中，如何找到代表纯净矿物的端元成为解决问题的关键。

在月表光谱图像的成像过程中，受地形起伏和太阳光照角度影响，撞击坑内外光照不均情况普遍存在，导致撞击坑附近存在较多的阴影区域。在图像上，阴影区域部分的亮度值比正常区域低得多。在利用遥感图像进行矿物分析时，往往默认图像的亮度值与地物对光信号的反射率成正相关，因此阴影区域的存在将会使图像中相应区域的地物反射率偏低，如果在进行矿物含量分析之前，没有充分这种光照不均的影响，那么传统矿物含量分析方法将难以准确分析出月表的矿物分布；再加上月壤中的矿物元素成分和含量与地球上的同类矿物普遍具有差异性，导致月表的光谱吸收特征与同类矿物的光谱特征差别明显。因此，在月表矿物分析中，如果仅仅采用传统端元提取算法将难以适应月表高光谱图像特点，难以取得较好的矿物含量反演精度。

针对高光谱图像中阴影区域光谱反射率偏低，导致阴影区域的端元光谱与非阴影区域的端元光谱存在较大差异的现象，本发明提出复合端元的概念来解释阴影区域的光谱混合机理，并以非阴影区域的矿物分布特性作为依据，提出一种新型、高效的月表高光谱阴影区域解混算法来对月表高光谱图像阴影区域的矿物丰度分布情况进行有效分析。

发明内容

针对月表高光谱图像阴影区域出现的反射率偏低，导致阴影区域的端元光谱与非阴影区域的端元光谱存在较大差异的现象，本发明设计一种全新的高光谱解混算法，算法的核心在于阴影区域复合端元概念的提出、阴影区域复合端元与非阴影区域的矿物丰度特性的关联性分析，利用提出的复合端元的概念从物理光学角度阐述高光谱图像阴影区域光谱混合原理，在月表高光谱图像解混过程中区分阴影区域和非阴影区域的光谱成像差异，更加符合月表真实光照情况，对阴影区域的矿物进行有效分析，弥补了传统线性光谱混合模型无法合理解释月表阴影区域光谱混合情况的不足，同时相比于非线性混合模型又降低了算法的复杂性，提升了解混的效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于复合端元的月表高光谱图像阴影区域解混方法，主要包括：阴影区域检测与提取、非阴影区域解混、阴影区域复合端元提取与复合端元分解、阴影区域丰度反演。阴影区域检测与提取目的是为了区分图像中阴影区域与非阴影区域的位置信息，为下一步做准备。非阴影区域的解混是为下一步阴影区域复合端元的分析提供依据。复合端元概念的提出在于更加真实地反映月表阴影区域的光谱混合情况，提高解混的精度。