[发明专利]一种Landsat TM/ETM+图像中山体阴影区的光谱信息恢复方法

摘要

一种Landsat TM/ETM+图像中山体阴影区的光谱信息恢复方法，所述方法包括对阴影区进行识别和提取、非阴影相似像元搜寻以及阴影区光谱信息恢复步骤。本发明所提供的一种Landsat TM/ETM+图像中山体阴影区的光谱信息恢复方法，用于进行遥感图像阴影区的光谱信息恢复，该方法充分结合了阴影像元本身的弱光谱信息及其邻近相似像元的光谱信息，摆脱了传统地形纠正算法对DEM数据的依赖，当DEM数据的分辨率和精度不能满足地形纠正算法得要求时，该算法可以提供一种行之有效的阴影处理方法。

主权项

一种Landsat TM/ETM+图像中山体阴影区的光谱信息恢复方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤，A、对阴影区进行识别和提取：该步骤利用Landsat TM/ETM+图像中阴影区和非阴影区在表观亮度上的差异来对二者进行识别区分，从而对山体阴影区进行提取；首先，对需要进行处理的图像进行缨帽变换，并将变换后所得的图像的各个像元的亮度波段数值作为每个像元的亮度值，然后根据所述的每个像元的亮度值对所述变换后所得的图像进行分割，将所述变换后所得的图像划分为多个对象区域，所述对象区域内部的像元具有相似的空间性质和光谱性质；计算出每个所述对象区域内部像元的亮度平均值，将所述亮度平均值作为该对象区域的亮度值，然后利用自适应阈值算法得到阈值，根据所述阈值对阴影区进行提取；B、非阴影相似像元搜寻：该步骤根据图像分割以及阴影区提取的结果，进行相似像元的寻找，对阴影区的每一个阴影像元，利用用于光谱吸收特征分析的亮度标准化技术“连续统去除”，根据像元光谱曲线的形状特点信息，在其邻近空间范围内搜索出一定数量的与所述阴影像元具有相似的光谱曲线形状特点的非阴影相似像元，以便后继用于对阴影像元光谱信息的恢复；在图像分割后，阴影区以对象区域的形式被提取出来，对于每一个阴影对象区域，首先在其周围建立至少两个像元宽度的缓冲区，然后在此缓冲区范围内，对应所述对象区域中每个目标阴影像元选出与所述目标阴影像元光谱相似度最高的至少N个非阴影像元，作为所述目标阴影像元的非阴影相似像元，此处，相似度由像元间光谱曲线的标准偏差RMSD来衡量： RMS D i = Σ b = 1 n ( CR ( x i , y i , b ) - CR ( x , y , b ) ) 2 n 其中CR(xi，yi，b)是位于(xi，yi)少处的像元在第b波段的连续统去除信息CR值，CR(x，y，b)则是目标阴影像元在第b波段的连续统去除信息CR值，n为总的波段数。RMSD越小，则像元间的相似度越高，反之则越低；被选择作为所述目标阴影像元的所述非阴影相似像元满足下列条件： RMSD i ≤ [ Σ b = 1 n σ ( b ) × 2 / m ] / n 其中σ(b)表示整个图像在第b波段的连续统去除信息CR值的标准差，m表示图像中的地物类别数；如果在两个像元宽度的缓冲区范围内，满足条件的所述非阴影相似像元数量个数N无法满足大于等于20的要求，则以两个像元为步长扩充所述缓冲区的宽度，直到此要求被满足为止；C、阴影区光谱信息恢复：该步骤通过利用所述非阴影相似像元提供的平均亮度信息替换所述阴影像元的亮度信息，从而实现对所述阴影像元的光谱信息进行反演，所述阴影像元的亮度信息来自所述非阴影相似像元连续统去除后得到的连续统信息CI，经此处理后，所述阴影像元的光谱特征得到恢复，其表观亮度也将被提高到与其周围非阴影像元相近的水平，从而使得所述阴影区的形状特征得以表现；对于每个非阴影相似像元，根据该像元与对应的所述阴影像元的空间距离以及光谱相似度，将二者分别标准化后相结合，即可得出表示所述非阴影相似像元对用于进行光谱恢复的平均亮度值的贡献程度的权重值W，根据所述非阴影相似像元的所述权重值W，即可计算出所述阴影像元的对应的非阴影相似像元亮度的加权平均值CIwavg(b)，所述加权平均值CIwavg(b)的计算公式如下： CI wavg ( b ) = Σ j = 1 N W j × CI j ( b ) 其中权重值Wj表示第j个非阴影相似像元对平均亮度值的贡献程度，CIj(b)表示第j个非阴影相似像元在第b波段的连续统信息，根据所述加权平均值CIwavg(b)即可得到所述阴影像元在第b波段的经过恢复后的DN值，计算公式如下，OIre(b)＝CIwavg(b)×CR(b)其中OIre(b)表示目标阴影像元在第b波段的经过恢复后的DN值，CR(b)是该像元在第b波段的CR值。