(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 114187229 A(43)申请公布日 2022.03.15
(21)申请号 202111183315.0(22)申请日 2021.10.11
(66)本国优先权数据
202110718688.7 2021.06.28 CN
(71)申请人 兰州大学地址 730000 甘肃省兰州市城关区天水南
路222号兰州大学(72)发明人 吴小丹 闻建光 肖青
(74)专利代理机构 山东易佰捷知识产权代理事
务所(普通合伙) 37326
代理人 臧冰(51)Int.Cl.
G06T 7/00(2017.01)G06T 5/00(2006.01)G06T 3/00(2006.01)
(54)发明名称
一种针对几何匹配误差引起的不确定性进行定量估计的方法(57)摘要
本发明公开了一种定量估算几何匹配误差引起不确定性的方法，其特征在于包括步骤：1)选择经过几何校正的高分辨率遥感数据，并对其进行投影转换，转至待验证产品的投影信息；2)提取待验证像元的空间范围，作为模板的初始位置；3)将模板在跨轨道方向和沿轨道方向以高分辨率数据的空间分辨率为步长模拟几何偏差，设置最大偏移为半个待验证像元；4)每模拟一次，提取模板内包含的高分辨率像元，计算其平均值，作为待验证像元尺度的模拟值Ai，所有模拟情况对应的待验证像元尺度模拟值的平均值记CN 114187229 A为
得出模拟值的标准差εgm1，该方法能对几
权利要求书1页 说明书4页 附图5页
何匹配误差引起的不确定性进行定量估计。
CN 114187229 A
权 利 要 求 书
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1.一种针对遥感影像几何匹配误差引起的不确定性进行定量估计的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)选择经过几何校正的高分辨率遥感数据，并对其进行投影转换，转至待验证产品的投影信息；
2)提取待验证像元的空间范围，作为模板的初始位置；
3)将模板在跨轨道方向和沿轨道方向以高分辨率数据的空间分辨率为步长模拟几何偏差，设置最大偏移为半个待验证像元；
4)每模拟一次，提取模板内包含的高分辨率像元，计算其平均值，作为待验证像元尺度的模拟值Ai，所有模拟情况对应的待验证像元尺度模拟值的平均值记为
这些模拟值的
标准差记为ε该标准差即为待验证像元几何匹配误差引起的不确定性定量估计的大小；gm1，为了进行区分，这里把待验证像元的分辨率称为低分辨率Scoarse，把机载数据的分辨率称为高分辨率Shigh，几何匹配误差引起的不确定性εgm1定量表示为
式中，N表示模拟的几何偏差情况数目，与低分辨率像元分辨率Scoarse和模拟的步长Sstep有关：
式中，模拟的步长Sstep在数值上等于机载数据的空间分辨率Shigh。
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说 明 书
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一种针对几何匹配误差引起的不确定性进行定量估计的方法
技术领域
[0001]本发明涉及定量估算几何匹配误差引起的不确定性的技术领域，更为具体地，涉及一种针对几何匹配误差引起的不确定性进行定量估计的方法。
背景技术
[0002]对地观测技术在近年来迅速发展，定量遥感产品已经广泛应用于大气、海洋、生态环境、农业、林业、矿业等研究领域。但是，受传感器性能及工作状态、对辐射传输的认识，反演水平以及算法的合理性和效能等因素的影响，定量遥感产品存在不确定性。这种不确定性将直接影响后续应用的专题产品研发及遥感监测。因此需要对定量遥感产品进行真实性检验。
[0003]定量遥感产品真实性检验是指通过和像元尺度参考值(相对真值)的比较，独立地评价定量遥感产品的精度和不确定性的过程。地面观测是真实性检验中参考数据的主要来源，但由于地表广泛分布的空间异质性和地面观测‑卫星像元之间的尺度不匹配问题，地面观测不能直接代表像元尺度相对真值。大尺度定量遥感产品的验证方法主题思路相似：地面观测数据跟小尺度遥感影像建立一定的关系得到小尺度上的参考值；将待检验像元内的小尺度像元参考值聚合到待验证像元相当的空间尺度，得到待检验产品像元尺度参考值，这是典型的“多尺度验证”的思路。[0004]事实上，我们在真实性检验工作中所采用的大多是待检验像元对应的名义上的空间范围，而忽略了多尺度数据之间的几何匹配固有误差。由于遥感影像在产品生产中经过多次重采样，因此遥感产品像元在亚像元尺度上的配准难以完全精确。遥感产品中像元信息实际对应的地表位置和我们认为其对应的空间位置之间存在无法避免的偏移。几何匹配的不确定性很难消除，且直接传递到最终的待验证像元尺度参考真值。进而影响最终的真实性检验结果的准确性。待检验产品像元的真正空间响应范围是很难确定的，因为虽然遥感数据的几何精度一般都在0.5个像元以内，但不同位置的像元几何精度不同，往往受卫星观测角度、地形等因素的影响。这就造成了基于像元的几何匹配精度很难刻画。发明内容
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决几何配准误差引起的不确定性问题。为此，本发明的一个目的在于定量估算几何匹配误差引起的不确定性，以此提高真实性检验结果的可信度，并且有利于对真实性检验结果的不确定性进行溯源。
[0006]本发明提出的一种定量估算几何匹配误差引起的不确定性的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]1)选择经过几何校正的高分辨率遥感数据，并对其进行投影转换，转至待验证产品的投影信息；
[0008]2)提取待验证像元的空间范围，作为模板的初始位置；
[0009]3)将模板在跨轨道方向和沿轨道方向以高分辨率数据的空间分辨率为步长模拟
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几何偏差，设置最大偏移为半个待验证像元；[0010]4)每模拟一次，提取模板内包含的高分辨率像元，计算其平均值，作为待验证像元尺度的模拟值Ai，所有模拟情况对应的待验证像元尺度模拟值的平均值记为
这些模拟
值的标准差记为ε该标准差即为待验证像元几何匹配误差引起的不确定性定量估计的gm1，大小；
[0011]为了进行区分，这里把待验证像元的分辨率称为低分辨率Scoarse，把机载数据的分辨率称为高分辨率Shigh，几何匹配误差引起的不确定性εgm1定量表示为
[0012][0013]
式中，N表示模拟的几何偏差情况，与低分辨率像元分辨率Scoarse和模拟的步长Sstep有关：
[0014]
式中，模拟的步长Sstep在数值上等于机载数据的空间分辨率Shigh。
[0016]综上所述，本发明具有以下有益效果：[0017]1、首次在像元尺度上对几何配准误差引起的不确定性进行定量估计；[0018]2、方法本身不受混合像元的影响，也不局限于地面的特定地标，使不确定性评价结果更准确也更全面。[0019]3、该方法可应用于不同的中低分辨遥感数据产品的验证，推动了真实性检验过程中不确定性的定量化进程。
附图说明
[0020]图1为本发明一种定量估算几何匹配误差引起不确定性的方法流程框图。[0021]图2待验证像元在研究区的分布情况。
[0022]图3像元尺度反照率值随不同模拟几何偏差的分布情况。
[0023]图4像元尺度反照率值在不同模拟情况下的直方图分布及标准差。[0024]图5几何不确定性估计方法示意图。
具体实施方式
[0025]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0026]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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[0015]
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此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。[0028]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0029]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0030]本发明提出的一种定量估算几何匹配误差引起的不确定性的方法，结合附图进一步说明如下：该方法包括如下步骤：
[0031]本发明提出的一种定量估算几何匹配误差引起不确定性进行定量估计的方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
[0032]1)选择经过几何校正的高分辨率遥感数据，并对其进行投影转换，转至待验证产品的投影信息；
[0033]2)提取待验证像元的空间范围，作为模板的初始位置；
[0034]3)将模板在跨轨道方向和沿轨道方向以高分辨率数据的空间分辨率为步长模拟几何偏差，设置最大偏移为半个待验证像元；[0035]4)每模拟一次，提取模板内包含的高分辨率像元，计算其平均值，作为待验证像元尺度的模拟值Ai，所有模拟情况对应的待验证像元尺度模拟值的平均值记为
这些模拟
值的标准差ε该标准差即为待验证像元几何匹配误差引起的不确定性定量估计的大小；gm1，
[0036]为了进行区分，这里把待验证像元的分辨率称为低分辨率Scoarse把机载数据的分辨率称为高分辨率Shigh，几何匹配误差引起的不确定性εgm1定量表示为
[0037]
[0038]
式中，N表示模拟的几何偏差情况，与低分辨率像元分辨率Scoarse和模拟的步长Sstep有关：
[0039][0040]
式中，模拟的步长Sstep在数值上等于机载数据的空间分辨率Shigh。
[0041]本发明一种定量估算几何匹配误差引起不确定性的方法在验证1公里分辨率反照率产品中的应用，以黑河5.5公里×5.5公里的核心试验区为例，
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图2待验证像元在研究区的分布情况。遥感影像是CASI反照率(投影为WGS_1984_
UTM_Zone_47N)。黑点表示地面站点所在位置，黑框表示待验证的1km像元。
[0043]图3展示了该区域16个1km像元尺度反照率值随不同几何偏移情况下的分布特点。图中Y表示沿轨道方向，X表示跨轨道方向。+Y表示向北偏，‑Y表示向南偏，+X表示向东偏，‑X表示向西偏。从图3上可以看出，不同几何偏移情况对应的反照率值不同。像元名义位置对应的反照率值(中心点)可能高度或者低估真实的反照率值。
[0044]图4展示了像元尺度反照率值随不同模拟情况的直方图分布及几何匹配误差引起的不确定性大小。
[0045]图5红框表示待验证像元的名义位置和空间覆盖范围；黑色方框表示在四个方向模拟几何偏差(以半个像元为例)。[0046]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0047]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型均应包含在本发明的保护范围之内。
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