一种卫星相机谱段设置的确定方法技术

本发明专利技术一种卫星相机谱段设置的确定方法，包括：输入光学遥感卫星获取的多光谱图像，进行图像预处理；利用eCognition软件对多光谱影像进行分类样本和评价样本的选择；对多光谱影像进行相同分类样本、相同分类算法、不同谱段特征的监督分类；利用混淆矩阵计算相同评价样本、不同波段特征得到分类结果的精度，给出该光学遥感卫星多光谱相机波段设置的确定结果。本发明专利技术能有效的评价和确定光学遥感卫星多光谱相机对不同地面应用的波段设置是否合理，以及针对不同地面应用的最优波段选择，为空间相机波段设置指标的设计和优化提供参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星相机指标体系设计领域，主要涉及卫星相机谱段设置的确定方法，具体涉及一种基于土地覆盖分类的光学遥感卫星多光谱相机谱段参数设置的确定方法。
技术介绍
我国目前的对地观测小卫星主要搭载以光学成像为遥感手段的全色多光谱相机，卫星相机的指标设计是整个卫星设计中的重点和难点，卫星相机的总体技术指标主要包括：工作谱段、分辨率(空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率、时间分辨率等)、指向性能要求、测量精度、MTF、动态范围、信噪比等。目前相机的指标主要是在分析用户的观测任务的基础上提出的，如发现、识别和确认何种的目标和目标的位置精度等，转换为空间相机的总体技术指标，再根据技术发展的水平，选择相机研制的技术路径；根据继承性和进度要求，确定相机所用的方案和元器件，最终完成空间相机的生产、测试和交付。按照这种模式研制出来的遥感卫星可以很好的满足用户的对地观测需求，尤其是空间分辨率、重访周期、幅宽等指标的不断优化和提升，使得遥感数据无论是军用侦查还是民用普查领域，都起到了举足轻重的作用。但是，随着定量遥感和遥感图像信息提取技术的发展，地面应用已经不仅仅局限于目视观测，从地面信息提取的角度来设计和确定空间相机的指标更能满足未来遥感卫星星地一体化的设计理念和遥感数据的应用需求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对如何从遥感地面应用角度对卫星相机的设计指标确定和优化的问题，提供一种基于土地覆盖分类的卫星相机谱段设置的确定方法，能够给出卫星设计中应该优先保证的谱段，为卫星指标设计的优化提供参考。本专利技术的技术方案：一种卫星相机谱段设置的确定方法，包含以下步骤：1)对卫星空间相机获得的多光谱图像进行数据预处理；所述多光谱图像包括蓝谱段、绿谱段、红谱段和近红外谱段；2)对经过所述步骤1)处理后的多光谱影像进行多尺度分割；3)对经过所述步骤2)分割处理后的影像，根据事先设定好的类别体系进行分类样本和评价样本的选择；4)对经过所述步骤2)分割处理后的影像，利用步骤3)选取的分类样本，进行相同分类样本、相同分类算法、不同谱段光谱特征的监督分类；5)对经过所述步骤4)处理后的分类结果，利用步骤3)选取的评价样本，进行相同评价样本、相同评价算法的分类结果精度评价；6)根据步骤5)处理后的精度评价结果，对比分析出卫星空间相机对于土地覆盖分类应用的谱段设置优劣排序，从而确定光学遥感卫星多光谱相机对不同地面应用的波段设置是否合理，以及针对不同地面应用的最优谱段，为空间相机波段设置指标的设计和优化提供参考。所述步骤1)中的数据预处理指对卫星空间相机获得的多光谱影像进行系统几何校正、系统辐射校正操作。所述步骤2)中的多尺度分割是指利用eCognition软件的多尺度分割工具，通过设置尺度参数、形状参数和紧凑度参数进行多尺度分割。所述步骤3)中的类别体系是指土地覆盖分类的类别体系，包括建设用地、耕地、园林地、水体、未利用地。所述步骤3)中的分类样本选择是指利用eCognition软件的样本选择工具，针对类别体系中的每一类进行训练样本的选择，训练样本用于后续的监督分类。所述步骤3)中的评价样本选择是指利用eCognition软件的样本选择工具，针对类别体系中的每一类进行评价样本的选择，评价样本用于后续的分类结果精度评价。所述步骤4)中的监督分类是指利用最邻近分类器，分别以蓝谱段、绿谱段、红谱段、近红外谱段的光谱均值作为特征进行四次监督分类。所述步骤5)中的精度评价是指针对步骤4)得到的四个分类结果，利用步骤3)所选的评价样本，计算不同类别基于混淆矩阵的生产者精度、用户精度、总体精度和Kappa系数。所述步骤6)中的谱段设置优劣排序是指根据步骤5)不同谱段光谱均值得到的4组分类结果的总体精度和Kappa系数，对卫星相机谱段在土地覆盖分类中的优劣进行由高到低排序，确定卫星相机的谱段设置以及相机制造中优先保证的谱段；所述步骤6)中的谱段设置优劣排序是指对步骤5)不同谱段光谱均值得到的4组分类结果中某类别的用户精度和生产者精度进行由高到低排序，确定针对某种地类信息提取的卫星相机的谱段设置以及相机制造中优先保证的谱段。本专利技术与现有技术相比的优点在于：提出了一种基于土地覆盖分类的卫星相机谱段设置的确定方法，从应用精度的角度反推相机指标，填补了从地面应用角度评价和确定卫星相机指标设计的方法空白，解决了卫星数据地面应用与卫星指标设计相脱节的问题。本方法中如果分析得到某个谱段对分类精度贡献小，相机谱段设置的时候可以考虑取消；如果某个谱段对分类精度贡献大，相机谱段设置的时候要坚决予以保证和提高辐射定标的精度。本专利技术与现有的从光学设计的角度确定谱段设置的方法相比，具有应用目标明确、原理清晰、操作步骤简单、成本小的优点，不需要大型的外场测量和试验，为后续空间相机指标的设计和优化提供了可行的方法，也为天地一体化设计分析提供一种方法借鉴。附图说明图1是本专利技术实施例的一种卫星相机谱段设置评价方法的流程图；图2是监督分类的流程图；图3是本专利技术所用实例GF-1卫星2m/8m相机多光谱影像；图4是本专利技术所用实例土地覆盖分类所建立的类别体系；图5是本专利技术所用实例中分类结果精度评价的对比图；具体实施方式本专利技术以高分一号(GF-1)卫星2m/8m相机多光谱影像例，说明一种卫星相机谱段设置确定方法的具体实施方式。实验影像的拍摄时间为2013年8月，试验区缩略图如图3所示。下面结合附图对本专利技术进一步说明。如图1所示，是本专利技术实施卫星相机谱段设置确定方法的流程图，本实施例包括如下步骤：步骤1、对卫星空间相机获得的多光谱图像进行数据预处理；对获取到的高分一号多光谱数据进行系统的几何校正和辐射校正，预处理完成后的结果如图3所示；步骤2、对经过所述步骤1处理后的多光谱影像进行多尺度分割；所述步骤2中的多尺度分割是一种从单像素对象开始的自下而上的区域合并技术。在自下而上的步骤中，小的影像对象合并为大的对象，在两两聚类过程中，包含的优化过程将影像对象的异质性权重最小化。在每一步中，相邻影像对象如果符合规定的异质性的最小生长条件，则被合并。如果最小生长超过了由尺度参数定义的阈值时，该过程就停止。多尺度分割实质就是一个局部最优化的过程。具体步骤如下：(1)设置分割参数，包括设定一个尺度阈值即停止像素合并条件。影像分割的重要参数有图层权重、尺度参数、参数颜色、光滑度和紧凑度等。根据不同图层对分割结果的重要性和适宜性，给每个图层赋予不同的权重；根据分类任务和感兴趣的目标来确定尺度参数；根据影像信息纹理特征及所提取专题信息要求确定光谱因子与形状因子的权重；在形状因子中，根据大多数地物类的结构属性确定光谱因子与形状因子的权重。(2)执行分割。影像的分割以任意影像中一个像素为中心开始分割，第一次分割时单个像素被看作一个最小的多边形对象参与异质性值的计算；第一次分割完成后，以生成的多边形对象为基础进行第二次分割，同样计算异质性值，若其小于给定的阈值，则继续进行多次的分割，相反则停止影像的分割工作，形成一个固定尺度值的影像对象层。本实例利用eCognition软件的多尺度分割工具，设置尺度参数为110、形状参数为0.1、紧凑度参数为0.5进行多尺度分割。步骤3、对经过所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星相机谱段设置的确定方法，其特征在于包含以下步骤：1)对卫星空间相机获得的多光谱图像进行数据预处理；所述多光谱图像包括蓝谱段、绿谱段、红谱段和近红外谱段；2)对经过所述步骤1)处理后的多光谱影像进行多尺度分割；3)对经过所述步骤2)分割处理后的影像，根据事先设定好的类别体系进行分类样本和评价样本的选择；4)对经过所述步骤2)分割处理后的影像，利用步骤3)选取的分类样本，进行相同分类样本、相同分类算法、不同谱段光谱特征的监督分类；5)对经过所述步骤4)处理后的分类结果，利用步骤3)选取的评价样本，进行相同评价样本、相同评价算法的分类结果精度评价；6)根据步骤5)处理后的精度评价结果，对比分析出卫星空间相机对于土地覆盖分类应用的谱段设置优劣排序，从而确定光学遥感卫星多光谱相机对不同地面应用的波段设置是否合理，以及针对不同地面应用的最优谱段，为空间相机波段设置指标的设计和优化提供参考。

【技术特征摘要】
1.一种卫星相机谱段设置的确定方法，其特征在于包含以下步骤：1)对卫星空间相机获得的多光谱图像进行数据预处理；所述多光谱图像包括蓝谱段、绿谱段、红谱段和近红外谱段；2)对经过所述步骤1)处理后的多光谱影像进行多尺度分割；3)对经过所述步骤2)分割处理后的影像，根据事先设定好的类别体系进行分类样本和评价样本的选择；4)对经过所述步骤2)分割处理后的影像，利用步骤3)选取的分类样本，进行相同分类样本、相同分类算法、不同谱段光谱特征的监督分类；5)对经过所述步骤4)处理后的分类结果，利用步骤3)选取的评价样本，进行相同评价样本、相同评价算法的分类结果精度评价；6)根据步骤5)处理后的精度评价结果，对比分析出卫星空间相机对于土地覆盖分类应用的谱段设置优劣排序，从而确定光学遥感卫星多光谱相机对不同地面应用的波段设置是否合理，以及针对不同地面应用的最优谱段，为空间相机波段设置指标的设计和优化提供参考。2.如权利要求1所述的一种卫星相机谱段设置的确定方法，其特征在于，所述步骤1)中的数据预处理指对卫星空间相机获得的多光谱影像进行系统几何校正、系统辐射校正操作。3.如权利要求1所述的一种卫星相机谱段设置的确定方法，其特征在于，所述步骤2)中的多尺度分割是指利用eCognition软件的多尺度分割工具，通过设置尺度参数、形状参数和紧凑度参数进行多尺度分割。4.如权利要求1所述的一种卫星相机谱段设置的确定方法，其特征在于，所述步骤3)中的类别体系是指土地覆盖分类的类别体系，包括建设用地、耕地、园林地、水体、未利用地。5.如权利要求1所述的一种卫星相机谱段设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：武斌，刘玉泉，岳安志，尹欢，朱军，陆春玲，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11