基于目标空谱信息嵌入的高光谱遥感数据仿真方法

摘要

基于目标空谱信息嵌入的高光谱遥感数据仿真方法，属于遥感光谱数据仿真技术领域。它解决了现有遥感仿真技术中的高光谱遥感数据中缺乏目标的问题。它包括以下四个步骤：步骤一：生成目标空间信息；步骤二：生成目标光谱信息；步骤三：将步骤一和步骤二生成的信息进行合成生成目标空谱信息；步骤四：将该目标空谱信息嵌入到高光谱背景信息中，形成包含目标的高光谱遥感数据。本发明适用于仿真高光谱遥感数据。

权利要求

1.一种基于目标空谱信息嵌入的高光谱遥感数据仿真方法，它包括以下步骤：步骤一：生成目标空间信息；

步骤二：生成目标光谱信息；

步骤三：将步骤一和步骤二生成的信息进行合成生成目标空谱信息；

步骤四：将该目标空谱信息嵌入到高光谱背景信息中，形成包含目标的高光谱遥感数据；其特征在于：所述步骤一中生成目标空间信息的具体方法为：

在目标形状模板库中选择目标空间形状模板，该模板的空间信息是通过拍照的方式来生成的；然后以高光谱背景信息的空间分辨率为基准，对目标空间形状模板进行空间采样，以达到二者空间分辨率的一致，从而生成目标空间信息。

2.根据权利要求1所述的基于目标空谱信息嵌入的高光谱遥感数据仿真方法，其特征在于：所述步骤二中生成目标光谱信息的具体方法为：根据步骤一中所述目标空间信息对应的目标的材质，在光谱库中选取对应的归一化后的反射率光谱，生成目标光谱信息。

3.根据权利要求2所述的基于目标空谱信息嵌入的高光谱遥感数据仿真方法，其特征在于：所述步骤三中将步骤一和步骤二生成的信息进行合成生成目标空谱信息的具体方法为：逐一把空间形状模板中的每一个像素对应的归一化的灰度值乘以该像素对应的的归一化后的反射率光谱，形成归一化的目标空谱信息，将归一化的目标空谱信息乘以高光谱背景信息中的最大灰度值，生成目标空谱信息。

4.根据权利要求3所述的基于目标空谱信息嵌入的高光谱遥感数据仿真方法，其特征在于：所述步骤四中将该目标空谱信息嵌入到高光谱背景信息中，形成包含目标的高光谱遥感数据的具体方法为：确定目标空谱信息在高光谱背景信息中的待嵌入位置，将该待嵌入位置处的相应像素替换为目标空谱信息，并将该目标空谱信息的边缘进行均值滤波，形成包含目标的高光谱遥感数据。

说明书

基于目标空谱信息嵌入的高光谱遥感数据仿真方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于目标空谱信息嵌入的高光谱遥感数据仿真方法，属于遥感光谱数据仿真技术领域。

背景技术

[0002] 遥感一般指运用传感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术。遥感资源一般是指采用航空、航天运载工具，通过传感器获得的不同数据类型，比如可见光、多光谱、高光谱、SAR及红外等，不同时相及不同分辨率，比如包括时间分辨率、空间分辨率和光谱分辨率的数据。遥感资源现已广泛应用于国民经济各个领域，具有广泛的应用前景。

[0003] 遥感技术飞速发展，其系统越来越复杂、种类越来越繁多，这些给系统设计带来了诸多困难。高光谱遥感是一种新型的遥感技术，它是光谱技术和成像技术的有机结合，也是遥感技术发展的重要新方向。目前缺少含有目标的高光谱遥感数据，如果能够获得添加目标后的仿真数据，对于系统指标的设计及系统的应用范围的确定将具有重要意义。

发明内容

[0004] 本发明是为了解决现有遥感仿真技术中的高光谱遥感数据中缺乏目标的问题，提供一种基于目标空谱信息嵌入的高光谱遥感数据仿真方法。

[0005] 本发明所述基于目标空谱信息嵌入的高光谱遥感数据仿真方法，它包括以下步骤：

[0006] 步骤一：生成目标空间信息；

[0007] 步骤二：生成目标光谱信息；

[0008] 步骤三：将步骤一和步骤二生成的信息进行合成生成目标空谱信息；

[0009] 步骤四：将该目标空谱信息嵌入到高光谱背景信息中，形成包含目标的高光谱遥感数据。

[0010] 所述步骤一中生成目标空间信息的具体方法为：

[0011] 在目标形状模板库中选择目标空间形状模板，该模板的空间信息是通过拍照的方式来生成的；然后以高光谱背景信息的空间分辨率为基准，对目标空间形状模板进行空间采样，以达到二者空间分辨率的一致，从而生成目标空间信息。

[0012] 所述步骤二中生成目标光谱信息的具体方法为：

[0013] 根据步骤一中所述目标空间信息对应的目标的材质，在光谱库中选取对应的归一化后的反射率光谱，生成目标光谱信息。

[0014] 所述步骤三中将步骤一和步骤二生成的信息进行合成生成目标空谱信息的具体方法为：

[0015] 逐一把空间形状模板中的每一个像素对应的归一化的灰度值乘以该像素对应的的归一化后的反射率光谱，形成归一化的目标空谱信息，将归一化的目标空谱信息乘以高光谱背景信息中的最大灰度值，生成目标空谱信息。

[0016] 所述步骤四中将该目标空谱信息嵌入到高光谱背景信息中，形成包含目标的高光谱遥感数据的具体方法为：

[0017] 确定目标空谱信息在高光谱背景信息中的待嵌入位置，将该待嵌入位置处的相应像素替换为目标空谱信息，并将该目标空谱信息的边缘进行均值滤波，形成包含目标的高光谱遥感数据。

[0018] 本发明的优点是：本发明针对高光谱数据中缺乏目标的情况，把包含目标空间特性和光谱特性的信息嵌入到高光谱背景数据中，形成包含目标信息的高光谱仿真数据，有利于在后续遥感系统指标的设计及系统的应用范围的确定上满足应用的需要。

[0019] 本发明方法达到了仿真结果的有效、合理。在使用中根据建立的光谱库改变场景的光谱特性，可以仿真生成多种材质下目标的光谱特性，为高光谱遥感器的研制提供参考。

附图说明

[0020] 图1为将目标空谱信息嵌入到高光谱背景信息中的原理示意图；

[0021] 图2为包含目标的高光谱遥感数据的生成框图。

具体实施方式

[0022] 具体实施方式一：下面结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式基于目标空谱信息嵌入的高光谱遥感数据仿真方法，其特征在于：它包括以下步骤：

[0023] 步骤一：生成目标空间信息；

[0024] 步骤二：生成目标光谱信息；

[0025] 步骤三：将步骤一和步骤二生成的信息进行合成生成目标空谱信息；

[0026] 步骤四：将该目标空谱信息嵌入到高光谱背景信息中，形成包含目标的高光谱遥感数据。

[0027] 具体实施方式二：本实施方式为对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述步骤一中生成目标空间信息的具体方法为：

[0028] 在目标形状模板库中选择目标空间形状模板，该模板的空间信息是通过拍照的方式来生成的；然后以高光谱背景信息的空间分辨率为基准，对目标空间形状模板进行空间采样，以达到二者空间分辨率的一致，从而生成目标空间信息。

[0029] 本实施方式中目标空间信息的生成：高光谱背景信息中既包含空间信息也包含光谱信息，因此嵌入的目标也要包含这两类信息。首先需要生成的是目标的空间信息，在目标空间信息的生成过程中又包含两个部分：空间形状模板的选择和灰度信息的生成。

[0030] 可在前期调研的基础上，选择具有代表意义的典型目标，并生成感兴趣目标的模板库及该模板各个目标像素所对应的灰度值。灰度信息的获取可以根据不同目标在全色波段范围内通常的反射能量，通常可以通过拍照的方式来生成。在模板库中的目标到高光谱数据中的目标需要一个空间分辨率的转变，在这个过程中可以根据模板库中的目标空间分辨率和高光谱背景数据的空间分辨率进行合理的采样，以达到空间分辨率的一致。在嵌入过程中需要从模板库中选取待加入目标的空间模板并把对应的灰度信息进行归一化处理。

[0031] 具体实施方式三：本实施方式为对实施方式二的进一步说明，本实施方式所述步骤二中生成目标光谱信息的具体方法为：

[0032] 根据步骤一中所述目标空间信息对应的目标的材质，在光谱库中选取对应的归一化后的反射率光谱，生成目标光谱信息。

[0033] 本实施方式中，在确定目标模板和灰度信息的基础上，生成目标区域所对应的光谱特征。

[0034] 首先需要建立目标的光谱库，光谱库的建立可以通过实测各种目标的光谱来实现，也可以通过获取获得广泛应用的成熟光谱库的方式实现。光谱信息的生成需要根据目标实际的材质在光谱库中选取对应的光谱，需要注意的是要选取归一化后的反射率光谱。

[0035] 具体实施方式四：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式三的进一步说明，本实施方式所述步骤三中将步骤一和步骤二生成的信息进行合成生成目标空谱信息的具体方法为：

[0036] 逐一把空间形状模板中的每一个像素对应的归一化的灰度值乘以该像素对应的的归一化后的反射率光谱，形成归一化的目标空谱信息，将归一化的目标空谱信息乘以高光谱背景信息中的最大灰度值，生成目标空谱信息。

[0037] 本实施方式中，把前两步的信息进行合成并嵌入到高光谱背景数据中。

[0038] 目标空谱信息的生成是在目标所在空间位置根据光谱信息生成的，其实现过程是把每一个像素对应的归一化的灰度值乘以归一化的反射率光谱，形成归一化的目标空谱信息。然后将归一化的空谱信息乘以高光谱背景数据中最大灰度值，该最大灰度值如果量化12
位数为12，则为4095，即2 -1，生成目标空谱信息。

[0039] 具体实施方式五：下面结合图1和图2说明本实施方式，下面结合本实施方式为对实施方式四的进一步说明，本实施方式所述步骤四中将该目标空谱信息嵌入到高光谱背景信息中，形成包含目标的高光谱遥感数据的具体方法为：

[0040] 确定目标空谱信息在高光谱背景信息中的待嵌入位置，将该待嵌入位置处的相应像素替换为目标空谱信息，并将该目标空谱信息的边缘进行均值滤波，形成包含目标的高光谱遥感数据。

[0041] 本实施方式中，遥感数据的成像过程可以表示为：

[0042]

[0043] 其中r(x,y,λ)为待成像地物的反射强度，v(λ)为某一波长下的相对效率函数。λ0和λ1为传感器所能接收到的波长，其中λ0为起始波长，λ1为截止波长。如果目标的空间数据是在可见光范围内成像，则λ0为0.4μm，λ1为0.7μm；x为空间横轴坐标，y为空间纵轴坐标，λ为波长，I(x,y)为传感器接收到的能量。

[0044] 而对于高光谱成像而言，有上百个分量：

[0045]

[0046] 对于场景仿真而言，需要处理的是r(x,y,λ)。在目标嵌入的过程中，最关键的是需要处理好背景rB(x,y,λ)和待嵌入目标rT(x,y,λ)之间的关系。对于高光谱数据，不仅需要考虑空间信息，还需考虑光谱信息；Ii(x,y)为第i个波段传感器接收到的能量，λi为第i个波段传感器的起始波长，Δλi为第i个波段传感器的波段宽度。把目标的空间光谱信息嵌入到高光谱背景数据中去的原理图如图1所示。

[0047] 在目标空谱信息嵌入过程中，首先需要明确背景的空间及光谱分辨率，以此为根据分别处理待嵌入目标的空间信息及光谱信息，完成目标、背景的空谱信息的统一，然后把目标空谱信息嵌入到高光谱背景信息中，最终形成包含目标的高光谱数据。

[0048] 对于高光谱数据的目标嵌入而言，分为三部分：目标空间信息的生成、目标光谱信息的生成及空谱信息联合嵌入，嵌入过程如图2所示。

[0049] 本实施方式实现了目标空谱信息的联合嵌入：

[0050] 在高光谱背景信息中选定待嵌入目标的位置，然后把相应像素的高光谱背景数据替换为目标的空谱数据。为了减少目标灰度与背景灰度的不一致性，把嵌入目标的边缘进行均值滤波，使所生成的数据更接近实际获得的数据的效果。

[0051] 经过以上四个步骤，便可以把相应的目标加入到高光谱背景数据中去，形成包含目标的高光谱数据。这些数据可以进行相应的实验，来确定高光谱遥感相关指标的合理性，为高光谱遥感器的研制及指标论证提供参考。