遥感成像仿真中混合像元模型研究

发布时间：2020-03-30 20:15

【摘要】：对地遥感卫星的极速发展,为遥感数据用户提供了大量的信息源。遥感成像仿真是卫星发射前效果评估的主要方式,混合像元模拟是遥感成像仿真的基础环节。随着空间分辨率的提高,地面辨识度更高,使得由异质异构造成的混合像元普遍存在;并且在高分辨率影像中,大气散射、邻近效应等因素也会导致混合像元的出现。在卫星成像系统仿真研究中,混合像元的模拟建模是研究的重点之一。本文基于以上背景对混合像元问题开展相应的研究。首先,针对零视距下异质异构混合像元问题展开相关研究。分别考虑三维目标几何特征、光照时阴影、背景辐射等因素对混合像元的影响,改进传统的线性模型。实验表明,各端元物质对混合像元的贡献不只是与面积比例相关,而且与端元在视场内位置距离视场中心远近有关。设计实验获取物质处于视场中不同区域所得混合反射率,利用最小二乘法拟合不同区域的权重系数,对混合像元进行建模。通过实验证明改进后按区域权重系数不同建立的改进模型,对混合像元的模拟精度更高。其次,针对大气传输过程中的混合问题进行理论分析,主要分为大气传输和大气交叉辐射的影响。大气传输中的衰减和程辐射影响可通过辐射传输软件计算相应的透过率和程辐射所得;可采用蒙特卡罗法计算像元内端元中交叉辐射所占权重。最后,获取零视距反射率图像,针对地面分辨率分米级的零视距反射率图像,选择六块不同区域,分别利用混合像元线性模型和改进模型计算10m分辨率下混合区域的综合辐亮度值。然后加入大气传输效应,得到卫星入瞳处辐亮度值,并与卫星实拍图结果进行比较,结果表明传统的线性模型模拟误差均在15%内,而改进模型模拟误差在10%以内,改进模型模拟精度更高。本文提出的改进型线性混合像元模型,可计算像元视场内三维地物和异质背景的综合辐亮度,对大气造成的入瞳处二次混合效应进行了探讨,为高分辨率卫星成像全链路仿真技术提供一定基础。并且通过本文提出的获取方法得到的零视距反射率图像在误差和不确定度允许的范围内,能作为零视距标准图使用,在高分辨率卫星成像仿真中具有参考价值。
【图文】：

示意图,成像仿真,光辐射,传输过程

和光学机械扫描成像。如法国ＳＰＯＴ系列卫星采取的线阵ＣＣＤ推扫式扫描成像，，逡逑而美国Ｌａｎｄｓａｔ卫星则是采取光学机械扫描成像。这种传感器成像方式可采用矩逡逑形模型表示，如图１．２（ａ）所示把地面的瞬时视场看成矩形，利用平行及垂直方向逡逑的半视场角，明确传感器在目标区域内的位置，对其进行成像模拟。雷达传感器逡逑是采用主动式的微波遥感，利用探测器向目标发射电磁波信号，根据目标反馈的逡逑电磁波信息完成对目标信息的采集过程。一般通过侧视成像的方式对感兴趣区域逡逑进行扫描。如加拿大的Ｒａｄａｒｓａｌ－２卫星，搭载的就是雷达传感器。此外，还有国逡逑内的ＨＭＣ卫星［７］等均是采用此类传感器。逡逑磁本体逡逑太0逦Ｓ９逡逑ＩＭＳ逡逑图１．２：邋（ａ）矩形模型示意图逦［ｂ）成像仿真链路的光辐射传输过程逡逑遥感系统涉及光学、机械制造、计算机等多个科学范畴，是一项复杂的工程。逡逑遥感成像过程［８＿９］作为遥感系统的一部分，其光辐射传输过程大致如图１．２（ｂ）所逡逑示，从太阳光源透过大气层，下行传输到达地球表面，反射的信号经过上行传输逡逑到达传感器，最后被传感器接收，包含一系列的传输过程。因此对地卫星获取图逡逑像质量受各个环节的影响

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逡逑图１．４邋ＳＥＮＳＯＲ的仿真模拟流程图逡逑近年来，德国的ＭＰ公司研制并发布了邋Ｖｅｇａ系列软件，该仿真工具有Ｖｅｇａ、逡逑ＳｅｎｓｏｒＷｏｒｋｓ和ＳｅｎｓｏｒＶｉｓｉｏｎ三个主要模块。该仿真模块是目前功能较齐全、应逡逑用较广泛的商业化遥感系统成像仿真工具包。Ｖｅｇａ模块主要进行实时渲染和管逡逑６逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP751

【参考文献】