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1、2 0 1 2年第 4期 2 01 2， N o 4 电子对抗 E U C T RONI C WARF ARE 总第 1 4 5 期 S e r i e s No 1 4 5 双波段遥感图像云检测与轮廓提取方法 张 曦邓新 蒲安玮 ( 国防科 学技术大学， 长沙 4 1 0 0 7 3 ) 摘 要利用地标特征 点对遥感卫星图像进行几何校正是 目前遥感卫星图像几何校正领 域中最常用的一种方法， 但是卫星图像 中云的遮挡效应极 大地干扰 了地标特征点的高精 度提取 、 匹配。文章提 出了一种云轮廓提取方法 ， 首先利用云在不同波段 的辐射特性识别 出云 ； 然后基于面积的阈值分割方法滤除图像 中无
2、明显遮挡效应的云 ； 并采用基 于侧抑制 竞争原理的方法提取云轮廓。文章选取 内陆和 东南沿海真 实卫星遥感 图像进行验证 ， 仿 真结果表明， 此方法模 型简单且有较好的轮廓提取效果。 关键词 云识别 轮廓提取双波段MO D I S A M e t h o d o f Du a l - Ba n d Re m o t e S e n s i n g I ma g e Cl o ud De t e c t i o n a n d Co n t o ur Ex t r a c t i o n Zh a ng Xi De n g Xi n p u An W e i ( N a t i o n a
3、l U n i v e r s i t y o f D e f e n s e T e c h n o l o g y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 7 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Us i n g t h e l a n d ma r k p o i n t o n the s a t e l l i t e r e mo t e s e n s i n g i ma g e g e o me t ric c o r r e c t i o n i s t h e mo s t c o mmo n me t h o d i n t h
4、 e fie l d o f r e mo t e s e n s i n g s a t e l l i t e i ma g e s g e o me t r i c c o r r e c t i o n a t p r e s e n t Bu t t h e c l o u d i n t h e s a t e l l i t e i mage s i n t e r f e r e s t h e h i g h p r e c i s i o n e x t r a c t i o n a n d ma t c h i n g o f t h e l a n d ma r k
5、p o i n t s A c l o u d c o n t o u r e x t r a c t i o n me t h o d i s p r o p o s e d i n t h i s p a p e r At first ，t h e r a d i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s i n d i f f e r e n t b a n ds a r e u s e d t o i d e nt i f y c l o u d，t h e n t h e t h r e s h o l d s e g me n t a t i
6、o n me t h o d a c c o r d i n g t o v o l u me i s u s e d t o t a k e o u t the c l o u d wh i c h d o e s n o t s h i e l d t h e l an d ma r k p o i n t s ，an d t h e c l o u d c o n t o u r i s e x t r a c t e d b a s e d o n s i d e r e s t r a i n c o mp e t e me t h o dT h e S o u t h e a s
7、t Co a s t a l o f Ch i n a a n d an i n l an d r e a l s a t e l l i t e r e mo t e s e n s i n g i ma g e h a s b e e n s e l e c t e d t o p rov e the a l g o rit h m i s e f f e c t i v eTh e s i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w t h i s me t h o d i S e f f e c t i v e Ke y wo r d s：c l o u
8、d i d e n t i fic a t i o n； c o n t o u r e x t r a c t i o n； d u al b an d； MODI S 0 前言 随着航空航天技术 的发展 ， 卫 星在军 事对抗 领域的作用越来越受到人们 的重视。使用卫星等 天基平 台对地实施侦察 、 对军事 目标实施识别和 收稿 日期 ： 2 0 1 2年 3月 9日 定位具有视场范围广 、 抗干扰能力强 、 不受地域 的 限制等特点 ， 具有重要 的应用前景 。实 际卫星 的 光学成像过程中， 由于受到系统 内各种光学 、 电子 和机械因素的影 响， 使最终记录或采集到的数据 产生偏 差
9、 ， 导致 得到的卫星 图像产 生几何畸变 。 为了消除畸变对遥感卫星系统性能 的影响， 一般 使用地标特征点对 图像进行几何校正。在卫星图 3 8 电子对抗 2 0 1 2年第 4期 像中，云是重要的干扰因素， 在含云区域 ， 传感器 接收到的信息被云遮蔽 ， 地标特征点信息丢失 ， 影 响遥感卫星 图像 的高精度几何校正 ， 使得得到的 卫星图像 的无法应用 于相关领域 。另外 ， 快速有 效 的对具有 明显遮挡效应的云进行轮廓提取 ， 剔 除云遮蔽范围大的图像 、 放弃对图像 中云遮蔽部 分的处理 ， 可 以有效地提高数据传输通道和数据 存储器件的利用率 ， 减小几何校正算法运算量 ，
10、为 进一步卫星图像 的应用奠定基础 ， 并可用于卫星 图像 的预处理环节 中。 1 基于双波段阈值判定的云识别 关于云识别 国内外 已经进行 了大量 的工作。 早 在 1 9 8 2年建 立 的国际卫星 云气候计 划 ( I S C C P ) 这一全球性的研究计划将云识别作 为世 界气候研究计划 的重要组成部分E 1 J 。A H G o o d m an等E 总结 3种基本 的云识别方法 ： 阈值法、 统 计学方程 以及辐射传输技术。 目前常用卫星测值 进行云识别的方法可以分为利用 图像纹理信息和 利用光谱信息两大类。纹理信息分析根据物体的 整体或局部有着一定的相似性 ，通过获得物体 的
11、统计特性 ， 将各类 目标进行分类。光谱信息分析 根据在可见光波段和红外波段云和大多数地面 目 标物体的反射率的光谱辐射特性不 同， 通过光谱 阈值判别将云和地面物体大致分开。实际应用中 需要根据应用 的特点以及数据源特点综合决定选 择使用哪种检测算法。 本文采用双波段光谱阈值法完成遥感图像 中 的云识别 ， 避免 了对大量样本 图像 的纹理信息进 行运算分析 。另外 ， 使用双波段图像能够在保证 算法准确性的前提下尽量减小运算量 ， 同时降低 了对卫星传感器光谱范围的要求 ， 从而满足卫星 侦察准确性 、 实时性 的要求。 云识别通常是指根据云在可见光或红外波段 与植被 、 土壤 、 雪和水
12、域等下垫面在反射率和辐射 亮温值存在的差异对于图像 中的每个像素进行判 断。随着卫星传感器技术 的发展 ， 使用多光谱传 感器能够获得更丰富的图像信息 ， 利用云和下垫 面在不同波段 的所 表现 的特征差别 ， 能够更加精 确的进行云检测 。 M O D I S以其高光谱分辨率、 高时间分辨率 、 适 中空间分辨率 、 高灵敏度以及数据免费接收 的特 点 ， 在 国际上被广泛使用。鉴于以上优点 ， 本文使 用 MO D I S数 据作 为算 法研 究 数 据 源。在使 用 MO D I S图像 数 据 之前 ， 必 须 经 过 数 据 预 处 理 。 MO D I S 1 B产品将探测得到的数
13、据按一定 比例 缩 放为 1 6 位整数( S I ) 保存 ， 同时保存反射率和辐射 率两套缩放 比( k s c a l e ) 和截距 ( k o f f s e t s ) 参数 ， 根据这些参数可 以算出反射率和辐射率【 。 对于反射波段数据 ， 从各波段 图像数据 的计 数值得到相应的反射率的公式如下 ： R=r e f s c a l e( S I r ef o ff s e t s ) ( 1 ) 其中 ， s ，为待处理波段图像数据 的计数值 ， r e 厂 一 s c a l e和 一 o ffse t s分别是本波段的反射率缩放 比 和截距 ， R是本波段的反射率。 对于
14、热辐射波段数据 ， 从各波段 图像数据 的 计数值得到相应 的辐射率的公式如下 ： L=r a d s c a l e X( S I r a d o ffse t s ) ( 2 ) 其中， s ， 为待处理波段 图像数据 的计数值 ， r a d s c a l e 和 r a d o ffse t s分别是本波段的辐射率缩放 比 和截距 ， 是本波段的辐射率 。 由于大部分云检测算法是通过辐射波段 的亮 温进行阈值判断 ， 运用普 朗克黑体辐射定律解出 辐射率与对应波段亮温 的关系如下 ： 南 其中， h =6 6 2 61 0 一 J s ， C =2 9 9 81 0 m s ， k=
15、 1 3 8 0X 1 0 J K， 为相应波段的中心波长 ， ， J 为 该波段的辐射率 ， 为该波段的亮温 。 在 M O D I S第 1波段 ( 中心 波长 为 0 6 5 9 t m) 中， 晴空数据具 有较低 的反射率 ， 一般低 于 0 3 ， 而云的反射率一般高于 0 3 ； 同时该波 段能够增 强云和陆地之间的对 比， 能够有效地区分水体 、 植 被和云， 是云检测 的首选波段 E 。雪 和云在可见 光波段具有相似的反射特性 ， 在 MO D I S 第 6波段 ( 中心波长为 1 6 2 t x m的近红外波段) 中， 雪因吸收 太阳辐射强而导致反射率低 ，云则相对 吸收太阳 辐射少而反射率高 ， 且植被和沙漠 的反射率一般 小于 0 6 5 9 t m波段 ， 采用 0 6 5 9 t m波段和 1 6 2 t L m 波段归一化处理后的数据 Rd v i =( R o 6 5 9一 R16 2 ) ( R o 6 5 9 +R1 6 2) ， 当 R d v i 0可以有效地区分云 、 冰 总第 1 4 5期 阮潇琳 ， 等 ： 信息化战争条件下电子对抗情报战研究 4 9 艰辛。情报分
