(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211039353.3 (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 街道八一路2 99号 (72)发明人 曹丽琴　冉咏璇　杜煜豪　聂昙馨　 高绿洲　钟燕飞　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 王琪 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06V 20/10(2022.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种端到端的航空热红外高光谱影像温度 与发射率反演方法 (57)摘要 本发明公开了一种端到端的航空热红外高 光谱影像温度与发射率反演方法， 包括： 建立一 种无需大气廓线的航空热红外高光谱图像地表 温度与发射率检索算法框架； 针对航空热红外高 光谱图像数据， 融合劈窗算法与温度/发射率分 离算法， 确定精确的波段分组和波段选择方法； 提出了从Hyper ‑Cam机载航空热红外高光谱影像 数据中检索地表温度与发射率的实用算法模型。 本发明主要解决了航空热红外高光谱影像温度 发射率反演时不易获得时空同步的大气廓线进 行大气校正的问题， 并克服了热红外高光谱数据 信息冗余、 信息无效与噪声大的问题， 以Hyper ‑ Cam航空数据为实验对象， 并获得精确的反演结 果， 为航空热红外高光谱影像的发射率和温度反 演提供了参 考。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115455674 A 2022.12.09 CN 115455674 A 1.一种端到端的航空热红外高光谱影像温度与发射率反演方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 步骤1， 构建结合劈窗算法SW和温度/发射率分离算法TES的联合算法SW ‑TES， 实现无需 大气参数输入的地表温度与发射 率反演； 步骤2， 分析劈窗算法与温度/发射 率算法特点， 设定基于 穷举法的波段选择原则； 步骤3， 基于Hyp er‑Cam航空数据， 建立一种无需大气数据输入的地表温度/发射率反演 模型； 针对Hyper ‑Cam航空高光谱热红外影像数据的波段特征， 根据波段选择原则用穷举法 得到最佳波段组合， 将最佳波段 组合输入到SW ‑TES联合算法中进 行温度与发射率的反演求 解。 2.如权利要求1所述的一种端到端的航空热红外高光谱影像温度与发射率反演方法， 其特征在于： 温度/发射率分离算法中包括归一化比辐射率法(Normalized  Emissivity   Method Model， NEM)、 光谱比值法( the Ratio Model,RAT)和最大最小比辐射率差值法 (Maximum ‑Minimum Relative  Emissivity Difference,M MD)三个模块。 3.如权利要求1所述的一种端到端的航空热红外高光谱影像温度与发射率反演方法， 其特征在于： 所述 步骤1的实现方式如下； 步骤1.1， 借鉴SW方法， 推导出获得准确地面亮温的计算过程， TIR遥感的一般辐射传输 方程可以表述如下： 其中下标i是影像波 段号， Ti和Tgi分别为波 段i的亮度温度和地面亮度温度， B()代表普 朗克函数， εi和Ts是地表发射率和地表温度， τi表示波段i的大气透过率， 和 分别为波段 i的大气下 行和上行辐射， 当采用均值定理时 可以表示 为 其中Tai为有效平均大气温度， 将以上 表达式带入本步骤第一个等式， 可以得到以下 等式 B(Ti)＝ τiB(Tgi)+(1‑τi)B(Tai) 以上波段i的等式同样也 适用于波段j： B(Tj)＝ τjB(Tgj)+(1‑τj)B(Taj) 其中下标j为影像波段号； 假设地面亮温、 有效平均大气温度和波段i和j的亮温彼此接近， 将以上带入 表达式 后的B(Ti)与B(Tj)表达式中的普朗克函数以一阶泰勒级数展开， 可以得到以下式子： Ti‑Tai＝ τi(Tgi‑Tai) Tj‑Taj＝ τj(Tgj‑Taj) 同时， Tai可以表示 为Taj的线性函数 Tai＝mTaj+n权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115455674 A 2其中m和n是与波段相关的常数， 通过结合以上Ti‑Tai、 Tj‑Taj和Tai三个等式， 消去Tai和 Taj， Tgi可以类似劈窗算法地写成Ti和Tj的函数： Tgi＝k+pTi+q(Ti‑Tj)+Δ k、 p和q是常数， 如果i和j的波段组合至少满足不同大气和陆地表面的这些条件之一： (1)Δ接近于零， (2)Δ是Ti的线性函数， (3)Δ是线性的或(Ti‑Tj)的二次函数； 那么Tgi就可 以像劈窗算法中一样直接从卫星测量中得到： Tgi＝b0+b1Ti+b2(Ti‑Tj)+b3(Ti‑Tj)2 其中b0、 b1、 b2、 b3是常数， 而二次项b3(Ti‑Tj)2的引入进一 步提高了Tgi的检索精度； 得到i波段的地表亮度温度Tgi后， 即可根据下式求 解离地辐射亮度值 Lg， i Lg， i＝B(Tgi) 其中B()代 表普朗克函数； 步骤1.2， 将原始温度/发射率分离算法扩展为多波段算法， 根据步骤1.1得到的地表的 辐射能量Lg,i， 通过迭代 运行发射率归一化模块NEM， 尽可能消除大气下行辐射， 初步估算目 标表面温度； NE M模块首先计算影 像辐亮度对应的亮度温度公式如下： 其中， Ti是i波段辐 射亮度温度， λi为影像i波段的中心波长， Lg,i是离地辐亮度i波段的 值， εi为i波段的初始发射 率， c1， c2为辐射常数； 其次， 根据步骤1.1中求取得到的波段影像辐射亮度温度， 从每个像元所有波段的辐射 亮度温度向量中选取各波段最大亮度温度， 并利用最大亮度温度重新计算影像像元各波段 发射率， 公式如下： TNEM＝max(Tb) 其中， TNEM为全波段最大亮温， Tb是所有波段的辐射亮度温度向量， B()为普朗克公式， Lg,i代表离地辐亮度i波段的值； 最后， 使用新计算的发射 率波谱 εj更新计算离地辐射亮度值， 公式如下： Lg， i， n＝Lg， i‑(1‑εi)Di Dj是大气下行辐射在影像j波段的辐亮度， Lg,i,n是更新的离地辐亮度j波段的值； 迭代 步骤1.2中在此之上的所有步骤直到相邻两次离地辐亮度值Lg,i与Lg,i,n的差值小于设定阈 值时迭代结束； 通过以上迭代， 尽可能的从离地辐亮度中除去 大气下行辐射， 获得较为真实 的温度 和发射率 ε； 步骤1.3， 计算NEM模块获得的初始发射率波谱的β 波谱， 也就是比值波谱RAT， β 波谱的 计算公式如下： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115455674 A 3