申请/专利权人：武汉大学

申请日：2022-08-26

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN115439642B

主分类号：G06V10/10

分类号：G06V10/10;G06V10/62;G06V20/13;G06T5/50

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2022.12.23#实质审查的生效;2022.12.06#公开

摘要：一种夜光遥感能量影像合成方法、装置及设备，包括获取研究区域夜光影像数据，对下载获取到的夜光影像数据进行预处理，获取强制性质量标志、传感器观测天顶角、夜光辐亮度、陆地水体掩膜数据图层，得到观测时无云的夜光辐亮度和对应的传感器观测天顶角，构建夜光辐亮度与对应的传感器观测天顶角时间序列，建立每一像素夜光辐亮度与传感器观测天顶角之间的量化关系，计算每一像素在地面上对应的实际面积，计算每一像素的辐射强度值和辐射功率值，得到研究区域的整幅影像，进行背景值剔除，获取合成的夜光遥感辐射强度影像和辐射功率影像，能够消除夜光辐亮度的角度效应对观测值的影响，让合成的夜光影像能够反映人造灯光的能量信息。

主权项：1.一种夜光遥感能量影像合成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取研究区域夜光影像数据；步骤2、对下载获取到的夜光影像数据进行预处理，获取强制性质量标志、传感器观测天顶角、夜光辐亮度、陆地水体掩膜数据图层；步骤3、将强制性质量标志作为每个像素夜光辐亮度的筛选条件，得到观测时无云的夜光辐亮度和对应的传感器观测天顶角；步骤4、以像素为单位，构建夜光辐亮度与对应的传感器观测天顶角时间序列；步骤5、根据每一像素夜光辐亮度与传感器观测天顶角时间序列，建立每一像素夜光辐亮度与传感器观测天顶角之间的量化关系；步骤5.1，若步骤4构建的夜光辐亮度与传感器观测天顶角时间序列长度n20，则对该时间序列构建传感器观测天顶角和夜光辐亮度二次ZRQ模型，并计算ZRQ模型的二次函数系数，以传感器观测天顶角作为自变量，夜光辐亮度作为因变量，建立传感器观测天顶角和夜光辐亮度二次拟合函数：Lθ＝aθ2+bθ+c4其中，L为夜光辐亮度，Lθ是以卫星观测天顶角θ为自变量的函数，a、b、c分别为二次拟合函数系数；假设夜光辐亮度时间序列为{L1,L2,…,Ln}，传感器观测天顶角时间序列为{θ1,θ2,…,θn}，在确定传感器观测天顶角和夜光辐亮度二次拟合函数时，二次拟合函数需满足拟合偏差最小，利用了最小二乘准则，公式如下： 其中，δi为第i天原始与拟合的夜光辐亮度之差，为最小拟合偏差，θi与Li分别为时间序列当中第i天的传感器观测天顶角与夜光辐亮度，n为时间序列长度，为了求解参数a、b、c，对式5右侧依次求偏导得到如下等式： 对上述公式6-8进一步整理，表示成矩阵形式： 此时，公式9可以简写成A×B＝C，求解矩阵B即可得到二次拟合函数的系数a、b、c；步骤5.2，若步骤4构建的夜光辐亮度与传感器观测天顶角时间序列长度n≤20，或步骤5.1中二次拟合函数的显著性检验p值大于0.05，认为显著性检验不合格，则取该时间序列夜光辐亮度的平均值，此时传感器观测天顶角与夜光辐亮度之间关系为夜光辐亮度的平均值的常值函数： 其中，L′为夜光辐亮度，是以卫星观测天顶角θ为自变量的函数，Li表示时间序列中的夜光辐亮度，n为时间序列长度；步骤6、计算每一像素在地面上对应的实际面积；步骤7、基于步骤4构建的时间序列，步骤5建立的每一像素夜光辐亮度与传感器观测天顶角之间的量化关系，以及步骤6求出的每一像素在地面上对应的实际面积，计算每一像素的辐射强度值和辐射功率值；步骤7.1，采用取平均的方法计算每一像素辐射强度值，对每一像素夜光辐亮度与传感器观测天顶角时间序列，计算每天的辐射强度，再对该辐射强度序列取平均得到像素辐射强度值I，具体公式如下： 其中，n表示步骤4构建的夜光辐亮度与传感器观测天顶角时间序列长度，S表示每一像素实际面积，Li与θi分别表示时间序列第i天的夜光辐亮度和传感器观测天顶角；步骤7.2，采用定积分方法计算每一像素辐射功率值，对于一个小面元ds，它在传感器观测天顶角θ方向上的夜光辐亮度为lθ，lθ是一个以θ为自变量的函数，则该面元在θ方向上的辐射功率P计算式如下：P＝lθ*ds*cosθ*dΩ13其中，P是小面元ds在θ方向上的辐射功率,dΩ是立体角的微分；根据立体角的定义，立体角dΩ能够由下式表示： 其中，θ和分别为传感器观测天顶角和方位角，将公式14带入公式13，能够得到小面元ds在θ方向上辐射功率P的计算式： 然后，通过积分能够得到面元s在范围内的辐射功率P计算公式，其中S为面元的实际面积: 若步骤5中每一像素夜光辐亮度和传感器观测天顶角之间是二次函数关系，该像素辐射功率P计算公式如下： 其中，S表示每一像素实际面积，Lθ表示步骤5中每一像素夜光辐亮度关于传感器观测天顶角拟合的二次函数；若步骤5中每一像素夜光辐亮度和传感器观测天顶角之间是常值函数关系，该像素辐射功率P计算公式如下： 其中，S表示每一像素实际面积，L′θ表示步骤5中每一像素夜光辐亮度关于传感器观测天顶角的常值函数；步骤8、得到研究区域的整幅影像，通过陆地水体掩膜图层进行背景值剔除，获取合成的夜光遥感辐射强度影像和辐射功率影像。

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