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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明提供一种成像仿真模型数据驱动的星载光学遥感图像云层检测方法，涉及光学遥感图像差异性检测及目标探测识别领域，首先根据光学传感器获取遥感图像的相关信息参数，采用基于物理机理的成像仿真模型生成相同观测场景的无云仿真图像，并根据实测场景的光照情况校准仿真图像亮度值。随后通过逐像素单元计算仿真与实测图像的局部结构相似度生成图像。最后设置相似度阈值，判定低于阈值的像素单元为云层，得到检测结果图。对风云4B和Aqua卫星图像的云层检测示例说明了本发明方法的有效性和适用性。

主权项：1.一种成像仿真模型数据驱动的星载光学遥感图像云层检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：提取星载光学传感器获取遥感图像的探测参数，所述探测参数包括时间、位置、视场、谱段；步骤2：利用地球背景高光谱成像仿真模型，设置模型参数为步骤1提取的探测参数，生成无云辐亮度图像，包括：星载光学传感器获取的遥感图像表示为二维矩阵，假设仿真图像为X与实测图像为Y，两幅图像的像素单元数均为M×N；对于仿真图像X中某一像素单元xij对应的传感器瞬时视场入瞳处辐亮度Lxij，表示为光谱离散求和的形式： 3式中，λ代表波长；λ1和λ2分别为光谱积分的起始及终止波长；Δλ为光谱采样间隔；Ep为传输路径辐射光谱辐出度；Eg为地表光谱辐出度，由简化的表达式计算： 4式中，E0为大气顶部太阳光谱辐照度；τs与τv分别为太阳辐射入射路径及观测路径的大气透过率；ρr为地表双向光谱反射率，与几何关系及地形起伏有关；εg为地表光谱发射率；Tg为地表温度；B为温度T物体的光谱辐出度数；步骤3：利用大气辐射传输代码计算仿真图像时采用的太阳光谱辐射照度，并与遥感卫星实测的谱段内太阳光谱辐射照度进行比较，校准仿真图像的谱段内平均太阳光谱辐射照度的值与实测一致；步骤4：计算仿真与实测图像各像素单元的结构相似度，生成SSIM图像，SSIM表示结构相似度，包括：以待评估像素单元为中心，提取像素尺寸11×11的二维矩阵；xij与yij均为以第i行、第j列像素单位为中心，从仿真与实测图像中提取的11×11二维矩阵，即： 8式中，x′uv与y′uv分别表示提取后仿真与实测二维矩阵中第u行、第v列个矩阵元素值；随后采用11×11的圆形对称权系数矩阵W11×11对所提取的二维子图矩阵加权，并计算其SSIM值： 9且有： 10 11 12式中，wuv表示权系数矩阵中第u行、第v列个元素；和分别为子图二维矩阵xij与yij的均值；和分别为子图二维矩阵xij与yij的方差；为子图二维矩阵xij与yij的互相关系数；K1和K2为常数，经验值分别为0.01与0.03；L为两幅图像的动态范围： 13式中，max·为取最大值运算；min·为取最小值运算；X为仿真图像，Y为实测图像；步骤5：设置结构相似度阈值，判定各像素单元为地表还是云层；步骤6：输出云层检测结果图。

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