MODIS數(shù)據(jù)云檢測(cè)算法及云補(bǔ)償方法研究.pdf

1、云遮擋問(wèn)題是遙感數(shù)據(jù)普遍存在的現(xiàn)象，云的存在使得影像數(shù)據(jù)的利用率降低，導(dǎo)致影像識(shí)別、分類(lèi)精度難以保證，有時(shí)甚至無(wú)法進(jìn)行。因此，為了從影像上有效地提取地表特征，必須對(duì)遙感影像上的有云像元進(jìn)行剔除，然后再利用已有的其他影像數(shù)據(jù)對(duì)云下像元進(jìn)行信息補(bǔ)償，從而提高影像數(shù)據(jù)的利用率及精度。 本文共分為五個(gè)部分：緒論；第一章研究思路與研究方案；第二章基于MODIS影像的云檢測(cè)；第三章云檢測(cè)后MODIS影像修復(fù)；第四章結(jié)果與展望。以下為本文主要

2、內(nèi)容的簡(jiǎn)要概括： 緒論。主要闡述了有關(guān)云檢測(cè)和云補(bǔ)償?shù)难芯恳饬x、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、研究目標(biāo)及本文主要研究?jī)?nèi)容。由于不同云相對(duì)于植被、土壤、雪和水域等下墊面在可見(jiàn)光和近紅外波段上具有較高的反射率，而在熱紅外波段上具有較低的輻射亮溫，因此，可以利用對(duì)衛(wèi)星觀測(cè)到的目標(biāo)物的輻射值進(jìn)行區(qū)分，從而區(qū)分像元是晴空像元還是有云像元。此外，由于云區(qū)的遮擋，會(huì)導(dǎo)致云下像元信息被削弱甚至缺失，因此，很有必要對(duì)云覆蓋地區(qū)進(jìn)行像元補(bǔ)償研究。 第一章

3、研究思路與研究方案。本文的主要研究?jī)?nèi)容為MODIS影像的云檢測(cè)及云補(bǔ)償，并使用IDL語(yǔ)言進(jìn)行算法模塊的實(shí)現(xiàn)。因此有必要了解清楚云的特性、MODIS數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及IDL語(yǔ)言的相關(guān)用法。 本文的研究方案：首先需要了解高、中、低云的不同組成成分，及云在可見(jiàn)光和紅外影像上的光譜特性，弄清本文研究的理論依據(jù)；其次了解MODIS數(shù)據(jù)的特征及不同波段的相關(guān)特性，為后面云檢測(cè)時(shí)方法的選擇打下良好的基礎(chǔ)；最后介紹IDL如何與ENVI進(jìn)行集成，為后面

4、各個(gè)算法模塊的集成提供實(shí)踐基礎(chǔ)。 第二章基于MODIS影像的云檢測(cè)。不同云相對(duì)于下墊面介質(zhì)在可見(jiàn)光部分有較高的反射率，而在熱紅外部分其亮溫值較低，這就給云識(shí)別帶來(lái)了有利的條件。 本文云檢測(cè)反演涉及到的步驟有：幾何校正、輻射校正、確定下墊面類(lèi)型、確定影像成像時(shí)間及云檢測(cè)。每個(gè)步驟都是云檢測(cè)算法的關(guān)鍵，直接關(guān)系著檢測(cè)結(jié)果的正確與否。 幾何校正借助MODIS其自帶的地理位置數(shù)據(jù)集MODIS03對(duì)LIB數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正。

5、校正的過(guò)程就是將MOD03每個(gè)像元的經(jīng)緯度坐標(biāo)值賦給MOD02影像中對(duì)應(yīng)的像元，并采用WGS-84橢球體為基礎(chǔ)的地理坐標(biāo)投影，使LIB數(shù)據(jù)中的像元對(duì)應(yīng)到標(biāo)準(zhǔn)地理空間的相應(yīng)位兄上，從而達(dá)到幾何校正的目的。輻射校正主要采用MODIS數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)波段的定標(biāo)系數(shù)，計(jì)算反射通道的反射率值、發(fā)射通道的輻亮度，最后進(jìn)行亮度溫度轉(zhuǎn)換。下墊面類(lèi)型的確定是通過(guò)坐標(biāo)匹配，確定影像在土地覆蓋分類(lèi)圖上各個(gè)像元所處的下墊面類(lèi)型。影像的成像時(shí)間可從LIB數(shù)據(jù)集中的屬性

6、數(shù)據(jù)讀取。 本章選取了覆蓋長(zhǎng)江三角洲周邊沿海地區(qū)的MODIS白天影像，針對(duì)影像上存在的云進(jìn)行檢測(cè)，以消除云的干擾和影響。根據(jù)不同通道對(duì)云的敏感特性，結(jié)合其下墊面類(lèi)型，選取了MODIS云檢測(cè)方法中的六種檢測(cè)方法，分別為：BTll亮溫閾值檢測(cè)、CO2薄片法BT13.9檢測(cè)、近紅外通道R1.38檢測(cè)、可見(jiàn)光單通道R0.66反射率檢測(cè)、可見(jiàn)光反射率比值法R0.87 /R0.66檢測(cè)及亮溫差BT11-BT13.9檢測(cè)法。針對(duì)研究區(qū)進(jìn)行云檢

7、測(cè)，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，最終選取BT11亮溫閾值檢測(cè)、可見(jiàn)光單通道R0.66反射率檢測(cè)及亮溫差BT11-BT13.9檢測(cè)三種方法對(duì)影像進(jìn)行綜合云檢測(cè)。對(duì)檢測(cè)結(jié)果中出現(xiàn)的海岸帶誤判的現(xiàn)象通過(guò)引入NDVI判別指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，綜合云檢測(cè)算法檢測(cè)效果良好，且海岸帶誤判的現(xiàn)象也得到一定的修復(fù)，但仍需要通過(guò)更多的實(shí)驗(yàn)，來(lái)確定云檢測(cè)中的檢測(cè)閾值，及海岸帶修復(fù)中NDVI的判別閾值。 第三章云檢測(cè)后MODIS影像修復(fù)

8、。主要為針對(duì)檢測(cè)出來(lái)的云區(qū)進(jìn)行云下像元信息補(bǔ)償。作為業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用，云檢測(cè)結(jié)果是作為掩碼輸入到其他產(chǎn)品的生產(chǎn)當(dāng)中，而掩碼處理會(huì)造成原始影像有云地區(qū)的像元信息缺失。因此，本文借助與有云影像同一地區(qū)相鄰時(shí)相的MODIS影像對(duì)云遮擋區(qū)域的遙感影像進(jìn)行云下像元補(bǔ)償。 云補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵步驟如下： (1)對(duì)兩景影像進(jìn)行影像配準(zhǔn)，由于本次研究的有云無(wú)云影像均采用MODIS影像，所以影像配準(zhǔn)如第二章中所述，仍然采用MODIS03對(duì)影像進(jìn)行經(jīng)緯

9、度賦值，并定義投影類(lèi)型； (2)介紹云補(bǔ)償方法，本文所采用的補(bǔ)償方法分別為替換法、像元相對(duì)變化率云補(bǔ)償方法，并引入了一種改進(jìn)后的云補(bǔ)償算法： (3)對(duì)補(bǔ)償之后的影像進(jìn)行灰度直方圖匹配，以消除影像的輻射差異，使云補(bǔ)償前后的兩幅影像亮度變化規(guī)律盡可能一致，在視覺(jué)上達(dá)到更好的效果，從而有利于結(jié)果的目視對(duì)比分析； (4)對(duì)三種補(bǔ)償方法分別采用目視評(píng)價(jià)及統(tǒng)計(jì)分析，引入均值和標(biāo)準(zhǔn)差兩種評(píng)價(jià)指標(biāo)。理想的預(yù)期結(jié)果是云補(bǔ)償之后的影