一种基于月球遥感影像的月球表面辐照度重构方法

技术领域

本发明属于月球辐照度观测值的计算技术领域，尤其涉及一种基于月球遥感影像的月球表面辐照度重构方法。

背景技术

月球正面大量分布着由暗色的火山喷出的玄武岩熔岩流充填的巨大撞击坑，形成了广阔的平原，称为“月海”，实际上“月海”中一滴水也没有。月海的外围和月海之间夹杂着明亮的、古老的斜长岩高地和显目的撞击坑。它是天空中除太阳之外最亮的天体，尽管它呈现非常明亮的白色，但其表面实际很暗，反射率仅略高于旧沥青；月球辐照度是指月球表面受到太阳辐射的强度。它是一个量化的概念，用来衡量月球表面受到太阳光的强度。月球辐照度值越高，表明月球表面受到的太阳辐射越强，反之亦然；然而，现有基于月球遥感影像的月球表面辐照度重构方法采集月球影像纹理特征不丰富、对比度不明显；同时，对月球表面太阳辐射分析结果精度较低。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有基于月球遥感影像的月球表面辐照度重构方法采集月球影像纹理特征不丰富、对比度不明显。

(2)对月球表面太阳辐射分析结果精度较低。

(3)不能对月球遥感影像质量进行准确检验。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于月球遥感影像的月球表面辐照度重构方法。

本发明是这样实现的，一种基于月球遥感影像的月球表面辐照度重构方法包括：

步骤一，配置线阵推扫式遥感成像仪参数，确定月球表面太阳照射区域，采集月球表面太阳照射区域遥感影像；

步骤二，对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像的进行处理；并对处理的月球遥感影像质量进行检验；获取影像亮度信息；对月球表面太阳辐射进行分析；

所述对处理的月球遥感影像质量进行检验方法：

获取原始月球遥感影像及其影像参数；

获取拍摄所述月球遥感影像的卫星和相机参数；

获取对原始月球遥感影像进行处理后的月球遥感影像及其影像参数；

获取拍摄所述月球遥感影像时的拍摄时空参数；计算月球遥感影像处理质量的检验指标；

建立处理质量检验模型，对遥感卫星影像处理质量进行检验；

步骤三，利用太阳辐射计测量月球表面的日照强度，通过探测器检测月球表面的辐射总量；根据影像亮度信息、分析数据、测量的数据，可以计算出月球表面的辐照度。

进一步，所述对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像的进行处理；并对处理的月球遥感影像质量进行检验方法如下：

(1)建立光照校正模型以对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像的光照几何进行归一化处理；计算所述光照校正模型中的各个参数；利用得到的光照校正模型，对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像进行光照归一化处理；

(2)将经过处理后的相邻轨影像数据按照实际月面地理位置进行镶嵌处理，得到镶嵌后的大区域影像数据。

进一步，所述光照校正模型表示为：

其中，i、e、α分别为光照几何参数的太阳入射角、相机观测角和相位角；μ0，μ分别为太阳入射角i和相机观测角e的余弦值；f(α)为相位函数：

b0，b1，a0，a1，a2，a3，a4为相位函数的校正参数。

进一步，所述计算所述光照校正模型中的各个参数包括对于光照几何参数的计算和对于校正参数的计算；

利用卫星轨道、卫星姿态和相机安装角解算得到线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像中所有像元的光照几何参数：所有像元的太阳入射角i、相机观测角e和相位角α；

对于校正参数的计算包括以下步骤：

首先，从月球赤道附近的影像中，选取成像时相位角较小的像元，计算指数项b0、b1和常数项a0；

然后，固定指数项和常数项，从月球中高纬度的影像中，选取成像时相位角较大的像元，计算参数项a1～a4；

采用最小二乘法拟合方法计算得到所述校正参数。

进一步，所述利用下式对待处理线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像中的所有像元逐一进行光照归一化：

I(i＝30°，e＝0°，α＝30°)＝Cp(i，e，α)×I(i，e，α)

其中，I(i＝30°，e＝0°，α＝30°)为标准光照几何下的辐亮度值，即某一像元经过光照归一化的辐亮度值，I(i，e，α)为该像元的实测辐亮度值，Cp(i，e，α)为校正系数；r(i＝30°，e＝0°，α＝30°)为标准光照几何下的反射率，r(i，e，α)为光照几何参数(i，e，α)下的反射率。

进一步，所述待处理的线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像为已经经过数据预处理的线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像。

进一步，所述数据预处理为辐射校正处理，具体包括暗电流校正、相对定标、噪声去除、反射率反演处理和工作模式归一化处理。

进一步，所述对月球表面太阳辐射进行分析方法如下：

1)根据获取的月球辐照表面区域内的待分析光照月球辐照表面点Y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月球辐照表面点Y的太阳入射角z；根据获取的月球辐照表面区域内的待分析光照月球辐照表面点Y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月球辐照表面点Y的太阳辐照度E(t)；

2)根据所述太阳入射角z和所述太阳辐照度E(t)，利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月球辐照表面点Y的有效太阳辐照度I(t)；

所述第一公式为：

I(t)＝E(t)·cos(z)。

进一步，所述利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月球辐照表面点Y的有效太阳辐照度I(t)之前，还包括：

根据获取的月球辐照表面区域内的待观测月球辐照表面点X的经纬度数据和高程数据，确定观测时刻r下待观测月球辐照表面点X是否处于光照区内，其中，所述观测时刻r是以时间分辨率为间隔在预先设定的观测时段内选取的；

若在单独的一个观测时刻下或至少两个相邻的观测时刻下，所述待观测月球辐照表面点X均处于光照区内，则确定所述待观测月球辐照表面点X为待分析光照月球辐照表面点Y；及确定所述单独的一个观测时刻或所述至少两个相邻的观测时刻为光照时刻。

进一步，所述分析还包括：

根据获取的预先设定的光照分析时段，确定所述光照分析时段内所述待分析光照月球辐照表面点Y的全部光照时刻ti，其中，1≤i≤m；及

将所述光照分析时段划分为至少一个连续光照时段Tj，其中，1≤j≤n，n≤m，每个所述连续光照时段Tj内包括单独的一个光照时刻或至少两个相邻的光照时刻；

针对每一个连续光照时段Tj，记所述连续光照时段Tj内的光照时刻的数目为k，k≥1：

获取所述连续光照时段Tj内每一个光照时刻ti下所述待分析光照月球辐照表面点Y对应的有效太阳辐照度I(ti)；

利用第二公式确定所述光照时段Tj内待分析光照月球辐照表面点Y的有效太阳辐射能Wj，所述第二公式为，

其中，S为所述待分析光照月球辐照表面点Y的月球辐照表面面积；ts、te分别为所述连续光照时段Tj的开始时刻和结束时刻；

根据所述连续光照时段Tj内待分析光照月球辐照表面点Y的有效太阳辐射能Wj，利用第三公式确定所述预先设定的光照分析时段内所述待分析光照月球辐照表面点Y的总有效太阳辐射能W，所述第三公式为：

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本发明通过对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像的进行处理；并对处理的月球遥感影像质量进行检验方法能够提高线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像数据的质量；同时，通过对月球表面太阳辐射进行分析方法在更真实的月面点光照时间计算的数据基础上，进一步考虑月球辐照表面坡度对太阳辐照度的影响，得到的有效太阳辐照度的数据精度更高、可用性更强。

本发明通过对处理的月球遥感影像质量进行检验方法真正从应用的角度出发建立了遥感卫星影像的检验方法，而不仅仅是对比不同影像之间的指标的差异，说明影像质量的好坏；除了在建模时或综合结论时需要有经验的专家参与，其余部分不需要外来人为因素的介入；选取了月球遥感影像处理质量检验的适宜指标，并对指标的表述进行创造性的更新和补充，提供了完备、准确、客观的检验标准。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明有效解决了现有基于月球遥感影像的月球表面辐照度重构方法采集月球影像纹理特征不丰富、对比度不明显；对月球表面太阳辐射分析结果精度较低的技术问题，提高线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像数据的质量，考虑月球辐照表面坡度对太阳辐照度的影响，得到的有效太阳辐照度的数据精度更高、可用性更强。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于月球遥感影像的月球表面辐照度重构方法流程图。

图2是本发明实施例提供的对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像的进行处理；并对处理的月球遥感影像质量进行检验方法流程图。

图3是本发明实施例提供的对月球表面太阳辐射进行分析方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明提供一种基于月球遥感影像的月球表面辐照度重构方法包括以下步骤：

S101，配置线阵推扫式遥感成像仪参数，确定月球表面太阳照射区域，采集月球表面太阳照射区域遥感影像；

S102，对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像的进行处理；并对处理的月球遥感影像质量进行检验；获取影像亮度信息；对月球表面太阳辐射进行分析；

所述对处理的月球遥感影像质量进行检验方法：

获取原始月球遥感影像及其影像参数；

获取拍摄所述月球遥感影像的卫星和相机参数；

获取对原始月球遥感影像进行处理后的月球遥感影像及其影像参数；

获取拍摄所述月球遥感影像时的拍摄时空参数；计算月球遥感影像处理质量的检验指标；

建立处理质量检验模型，对遥感卫星影像处理质量进行检验；

S103，利用太阳辐射计测量月球表面的日照强度，通过探测器检测月球表面的辐射总量；根据影像亮度信息、分析数据、测量的数据，可以计算出月球表面的辐照度。

如图2所示，本发明提供的对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像的进行处理；并对处理的月球遥感影像质量进行检验方法如下：

S201，建立光照校正模型以对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像的光照几何进行归一化处理；计算所述光照校正模型中的各个参数；利用得到的光照校正模型，对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像进行光照归一化处理；

S202，将经过处理后的相邻轨影像数据按照实际月面地理位置进行镶嵌处理，得到镶嵌后的大区域影像数据。

本发明提供的光照校正模型表示为：

其中，i、e、α分别为光照几何参数的太阳入射角、相机观测角和相位角；μ0，μ分别为太阳入射角i和相机观测角e的余弦值；f(α)为相位函数：

b0，b1，a0，a1，a2，a3，a4为相位函数的校正参数。

本发明提供的计算所述光照校正模型中的各个参数包括对于光照几何参数的计算和对于校正参数的计算；

利用卫星轨道、卫星姿态和相机安装角解算得到线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像中所有像元的光照几何参数：所有像元的太阳入射角i、相机观测角e和相位角α；

对于校正参数的计算包括以下步骤：

首先，从月球赤道附近的影像中，选取成像时相位角较小的像元，计算指数项b0、b1和常数项a0；

然后，固定指数项和常数项，从月球中高纬度的影像中，选取成像时相位角较大的像元，计算参数项a1～a4；

采用最小二乘法拟合方法计算得到所述校正参数。

本发明提供的利用下式对待处理线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像中的所有像元逐一进行光照归一化：

I(i＝30°，e＝0°，α＝30°)＝Cp(i，e，α)×I(i，e，α)

其中，I(i＝30°，e＝0°，α＝30°)为标准光照几何下的辐亮度值，即某一像元经过光照归一化的辐亮度值，I(i，e，α)为该像元的实测辐亮度值，Cp(i，e，α)为校正系数；r(i＝30°，e＝0°，α＝30°)为标准光照几何下的反射率，r(i，e，α)为光照几何参数(i，e，α)下的反射率。

本发明提供的待处理的线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像为已经经过数据预处理的线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像。

所述数据预处理为辐射校正处理，具体包括暗电流校正、相对定标、噪声去除、反射率反演处理和工作模式归一化处理。

如图3所示，本发明提供的对月球表面太阳辐射进行分析方法如下：

S301，根据获取的月球辐照表面区域内的待分析光照月球辐照表面点Y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月球辐照表面点Y的太阳入射角z；根据获取的月球辐照表面区域内的待分析光照月球辐照表面点Y的经纬度数据及高程数据，确定光照时刻t下所述待分析光照月球辐照表面点Y的太阳辐照度E(t)；

S302，根据所述太阳入射角z和所述太阳辐照度E(t)，利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月球辐照表面点Y的有效太阳辐照度I(t)；

所述第一公式为：

I(t)＝E(t)·cos(z)。

本发明提供的利用第一公式确定光照时刻t下所述待分析光照月球辐照表面点Y的有效太阳辐照度I(t)之前，还包括：

根据获取的月球辐照表面区域内的待观测月球辐照表面点X的经纬度数据和高程数据，确定观测时刻r下待观测月球辐照表面点X是否处于光照区内，其中，所述观测时刻r是以时间分辨率为间隔在预先设定的观测时段内选取的；

若在单独的一个观测时刻下或至少两个相邻的观测时刻下，所述待观测月球辐照表面点X均处于光照区内，则确定所述待观测月球辐照表面点X为待分析光照月球辐照表面点Y；及确定所述单独的一个观测时刻或所述至少两个相邻的观测时刻为光照时刻。

本发明提供的分析还包括：

根据获取的预先设定的光照分析时段，确定所述光照分析时段内所述待分析光照月球辐照表面点Y的全部光照时刻ti，其中，1≤i≤m；及

将所述光照分析时段划分为至少一个连续光照时段Tj，其中，1≤j≤n，n≤m，每个所述连续光照时段Tj内包括单独的一个光照时刻或至少两个相邻的光照时刻；

针对每一个连续光照时段Tj，记所述连续光照时段Tj内的光照时刻的数目为k，k≥1：

获取所述连续光照时段Tj内每一个光照时刻ti下所述待分析光照月球辐照表面点Y对应的有效太阳辐照度I(ti)；

利用第二公式确定所述光照时段Tj内待分析光照月球辐照表面点Y的有效太阳辐射能Wj，所述第二公式为，

其中，S为所述待分析光照月球辐照表面点Y的月球辐照表面面积；ts、te分别为所述连续光照时段Tj的开始时刻和结束时刻；

根据所述连续光照时段Tj内待分析光照月球辐照表面点Y的有效太阳辐射能Wj，利用第三公式确定所述预先设定的光照分析时段内所述待分析光照月球辐照表面点Y的总有效太阳辐射能W，所述第三公式为：

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本发明通过对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像的进行处理；并对处理的月球遥感影像质量进行检验方法能够提高线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像数据的质量，解决相邻影像色调上的不统一和纹理上的不连续的问题，从而实现在全球影像进行镶嵌时，不再出现明显的拼接痕迹的技术效果；同时，通过对月球表面太阳辐射进行分析方法在更真实的月面点光照时间计算的数据基础上，进一步考虑月球辐照表面坡度对太阳辐照度的影响，得到的有效太阳辐照度的数据精度更高、可用性更强。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

本发明通过对线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像的进行处理；并对处理的月球遥感影像质量进行检验方法能够提高线阵推扫式遥感成像仪采集的月球遥感影像数据的质量，解决相邻影像色调上的不统一和纹理上的不连续的问题，从而实现在全球影像进行镶嵌时，不再出现明显的拼接痕迹的技术效果；同时，通过对月球表面太阳辐射进行分析方法在更真实的月面点光照时间计算的数据基础上，进一步考虑月球辐照表面坡度对太阳辐照度的影响，得到的有效太阳辐照度的数据精度更高、可用性更强。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。