基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量方法及系统，其中，方法的实现包括：通过逐步扩大目标区域，并判断扩大目标区域前后的目标红外辐射总能量的变化情况来进行红外辐射能量的提取，并由此计算待测量目标物方的红外辐射亮度，解决了目前红外辐射特性测量方法不能有效解决基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量的技术难题。

【技术实现步骤摘要】
基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量方法及系统
本专利技术属于电磁辐射理论、目标红外辐射特性测量、遥感红外成像交叉
，更具体地，涉及一种基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量方法及系统。
技术介绍
目前国内外目标红外辐射特性测量与反演方法的应用场景是红外测量系统和目标均位于大气层内，然而该方法已经不能满足基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量与反演。基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量与反演的难点在于，遥感卫星一般位于距离地球表面几百公里甚至几万公里的轨道上，接收到的目标辐射能量微弱，成像分辨率低，且目标红外辐射能量会被分散到多个像素，使得目标红外辐射能量与背景红外辐射能量难以区分；在目标的辐射能量传播到遥感卫星的过程中，既经过了一段的大气路径也经过了一段真空路径，辐射能量传播过程复杂。现有的目标红外辐射特性测量方法所假定的场景为红外测量系统和目标均位于大气层内，不适用于基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量方法及系统，通过逐步扩大目标区域，并判断扩大目标区域前后的目标区域红外辐射总能量的变化情况来进行红外辐射能量的提取，然后根据提取出的红外辐射能量计算最终目标区域的红外辐射特性。由此解决现有技术中红外辐射特性测量方法不能有效解决基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量的技术难题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量方法，包括：(1)将待测量目标的红外图像的灰度值转化为红外辐射亮度分布；(2)估计所述红外图像的背景；(3)将所述红外图像与背景估计后的图像进行比对得到初始目标区域；(4)取所述初始目标区域的最小矩形包络确定的区域作为第i次标定的目标区域，其中，i初始化值为1；(5)取所述第i次标定的目标区域四周跨度为σ像素的环形区域作为第i次标定的局部背景区域；(6)由公式：计算所述第i次标定的目标区域的总能量Wi，其中，表示所述第i次标定的目标区域的平均辐射亮度，表示所述第i次标定的局部背景区域的平均辐射亮度，R表示所述待测量目标到遥感卫星的距离，Ni表示所述第i次标定的目标区域的像素个数，θ1表示相机行方向瞬时视场，θ2表示相机列方向瞬时视场；(7)判断Wi-Wi-1＜ε是否成立，若成立则执行步骤(9)，否则执行步骤(8)，其中，Wi表示当前第i次标定的目标区域的总能量，Wi-1表示上一次标定的目标区域的总能量，ε为预设值；(8)将所述第i次标定的局部背景区域并入所述第i次标定的目标区域，将i值加1，得到新的第i次标定的目标区域，并执行步骤(5)(9)获取最终第i次标定的目标区域的总能量Wlast以及最终的局部背景区域的平均辐射亮度Lblast；(10)计算所述待测量目标到遥感卫星之间大气路径的透过率τa以及大气路径的程辐射Lr；(11)根据遥感卫星相机的视线方向与所述待测量目标的相对位置关系计算所述待测量目标在遥感卫星相机视线方向的投影面积At；(12)由公式：计算所述待测量目标物方的红外辐射亮度，由公式：I＝LAt计算所述待测量目标物方的红外辐射强度。优选地，步骤(1)具体包括以下子步骤：(1-1)确定波长下限λ1，波长上限λ2；(1-2)根据遥感卫星相机的温度定标参数将待测量目标的红外图像的灰度值转化为温度值；(1-3)根据普朗克定律计算像方温度分布在特定波段λ1～λ2上的像方辐射亮度分布。优选地，在步骤(6)中的计算方式为：其中，表示所述第i次标定的局部背景区域的像素个数，表示所述第i次标定的局部背景区域在像平面上的坐标集合，Lb(x，y)表示中与坐标(x,y)对应坐标点处的辐射亮度。优选地，在步骤(6)中的计算方式为：其中，表示所述第i次标定的目标区域的像素个数，表示所述第i次标定的目标区域在像平面上的坐标集合，Lt(x,y)表示中与坐标(x,y)对应坐标点处的辐射亮度。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量系统，包括：第一确定模块，用于将待测量目标的红外图像的灰度值转化为红外辐射亮度分布；第二确定模块，用于估计所述红外图像的背景；第三确定模块，用于将所述红外图像与背景估计后的图像进行比对得到初始目标区域；第四确定模块，用于取所述初始目标区域的最小矩形包络确定的区域作为第i次标定的目标区域，其中，i初始化值为1；第五确定模块，用于取所述第i次标定的目标区域四周跨度为σ像素的环形区域作为第i次标定的局部背景区域；第一计算模块，用于由公式：计算所述第i次标定的目标区域的总能量Wi，其中，表示所述第i次标定的目标区域的平均辐射亮度，表示所述第i次标定的局部背景区域的平均辐射亮度，R表示所述待测量目标到遥感卫星的距离，Ni表示所述第i次标定的目标区域的像素个数，θ1表示相机行方向瞬时视场，θ2表示相机列方向瞬时视场；判断模块，用于判断Wi-Wi-1＜ε是否成立，其中，Wi表示当前第i次标定的目标区域的总能量，Wi-1表示上一个目标区域的总能量，ε为预设值；第六确定模块，用于在Wi-Wi-1＜ε成立时，获取最终第i次标定的目标区域的总能量Wlast以及最终的局部背景区域的平均辐射亮度Lblast；第七确定模块，用于在Wi-Wi-1＜ε不成立时，将所述第i次标定的局部背景区域并入所述第i次标定的目标区域，将i值加1，得到新的第i次标定的目标区域，并驱动所述第五确定模块执行所述取所述第i次标定的目标区域四周跨度为σ像素的环形区域作为第i次标定的局部背景区域；第二计算模块，用于计算所述待测量目标到遥感卫星之间大气路径的透过率τa以及大气路径的程辐射Lr；第三计算模块，用于根据遥感卫星相机的视线方向与所述待测量目标的相对位置关系计算所述待测量目标在遥感卫星相机视线方向的投影面积At；第四计算模块，用于由公式：计算所述待测量目标物方的红外辐射亮度，由公式：I＝LAt计算所述待测量目标物方的红外辐射强度。优选地，所述第一确定模块包括：第一确定子模块，用于确定波长下限λ1，波长上限λ2；温度值转化模块，用于根据遥感卫星相机的温度定标参数将待测量目标的红外图像的灰度值转化为温度值；第五计算模块，用于根据普朗克定律计算像方温度分布在特定波段λ1～λ2上的像方辐射亮度分布。优选地，的计算方式为：其中，表示所述第i次标定的局部背景区域的像素个数，表示所述第i次标定的局部背景区域在像平面上的坐标集合，Lb(x，y)表示中与坐标(x,y)对应坐标点处的辐射亮度。优选地，的计算方式为：其中，表示所述第i次标定的目标区域的像素个数，表示所述第i次标定的目标区域在像平面上的坐标集合，Lt(x，y)表示中与坐标(x,y)对应坐标点处的辐射亮度。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要有以下的技术优点：(1)解决了基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量难题；(2)填补了国内基于遥感卫星图像进行红外辐射特性测量的技术空白。附图说明图1为本专利技术实施例公开的一种基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量方法的流程示意图；图2为目标区域估计示意图；图3为遥感卫星对大气层内待测量目标进行测量的示意图；图4为本专利技术实施例公开的一种基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量方法，其特征在于，包括：(1)将待测量目标的红外图像的灰度值转化为红外辐射亮度分布；(2)估计所述红外图像的背景；(3)将所述红外图像与背景估计后的图像进行比对得到初始目标区域；(4)取所述初始目标区域的最小矩形包络确定的区域作为第i次标定的目标区域，其中，i初始化值为1；(5)取所述第i次标定的目标区域四周跨度为σ像素的环形区域作为第i次标定的局部背景区域；(6)由公式：

【技术特征摘要】
1.一种基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量方法，其特征在于，包括：(1)将待测量目标的红外图像的灰度值转化为红外辐射亮度分布；(2)估计所述红外图像的背景；(3)将所述红外图像与背景估计后的图像进行比对得到初始目标区域；(4)取所述初始目标区域的最小矩形包络确定的区域作为第i次标定的目标区域，其中，i初始化值为1；(5)取所述第i次标定的目标区域四周跨度为σ像素的环形区域作为第i次标定的局部背景区域；(6)由公式：计算所述第i次标定的目标区域的总能量Wi，其中，表示所述第i次标定的目标区域的平均辐射亮度，表示所述第i次标定的局部背景区域的平均辐射亮度，R表示所述待测量目标到遥感卫星的距离，Ni表示所述第i次标定的目标区域的像素个数，表示相机行方向瞬时视场，表示相机列方向瞬时视场；(7)判断Wi-Wi-1＜ε是否成立，若成立则执行步骤(9)，否则执行步骤(8)，其中，Wi表示当前第i次标定的目标区域的总能量，Wi-1表示上一次标定的目标区域的总能量，ε为预设值；(8)将所述第i次标定的局部背景区域并入所述第i次标定的目标区域，将i值加1，得到新的第i次标定的目标区域，并执行步骤(5)(9)获取最终第i次标定的目标区域的总能量Wlast以及最终的局部背景区域的平均辐射亮度Lblast；(10)计算所述待测量目标到遥感卫星之间大气路径的透过率τa以及大气路径的程辐射Lr；(11)根据遥感卫星相机的视线方向与所述待测量目标的相对位置关系计算所述待测量目标在遥感卫星相机视线方向的投影面积At；(12)由公式：计算所述待测量目标物方的红外辐射亮度，由公式：I＝LAt计算所述待测量目标物方的红外辐射强度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)具体包括以下子步骤：(1-1)确定波长下限λ1，波长上限λ2；(1-2)根据遥感卫星相机的温度定标参数将待测量目标的红外图像的灰度值转化为温度值；(1-3)根据普朗克定律计算像方温度分布在特定波段λ1～λ2上的像方辐射亮度分布。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中的计算方式为：其中，表示所述第i次标定的局部背景区域的像素个数，表示所述第i次标定的局部背景区域在像平面上的坐标集合，Lb(x,y)表示中与坐标(x,y)对应坐标点处的辐射亮度。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中的计算方式为：其中，表示所述第i次标定的目标区域的像素个数，表示所述第i次标定的目标区域在像平面上的坐标集合，Lt(x,y)表示中与坐标(x,y)对应坐标点处的辐射亮度。5.一种基于遥感卫星成像的目标红外辐射特性测量系统，其特征在于，包括：第一确定模块，用于将待测量目标的红外图像的灰度值...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天序，姚守悝，姚连兴，王凤林，侯秋萍，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42