基于地面参数的遥感图像并行仿真算法研究

摘要

在未来国际上和我国的对地观测计划中，先进的多光谱、高光谱、多角度和微波遥感器层出不穷，它们将在人类认识地球甚至宇宙空间中扮演十分重要的角色。但是航天技术和遥感器技术的发展最终还是要落实在遥感应用上，因此以应用为导向的遥感器设计和应用模型的发展是真正体现航天遥感价值的关键。而对这些遥感器进行前期技术论证以及遥感应用模型开发的一个关键环节就是遥感图像的前期模拟，而在遥感图像模拟过程中，速度慢是制约其应用的一个很重要方面。因此本文在传统图像模拟的基础上，对传统串行的模拟方法进行并行化改进并提出一种以地面物理参数为输入的图像到图像的模拟仿真，提高了遥感图像模拟的速度。此模拟方法以航空图像为基础，结合合理物理模型与方法，对地面物理参数进行反演，研究在生成的可见光波段的地面反射率光谱的基础上，借助于大气辐射传输软件6S对地面反射率图像进行大气修正，得到传感器入瞳处的图像。再结合载荷指标、地球环境背景等参数的影响，得到最终的灰度值图像。实际应用表明，通过模拟出的真实图像和任意波段组合的多波段图像可以有效的检验传感器设计的合理性。
　　 本文的主要工作和贡献如下：
　　 1)由于传统的地表反射率计算方法采用顺序的执行过程，造成了高空间分辨率影像的地表反射率计算用时较长，效率较低，严重制约了遥感实时应用的需求。因此本文对传统的串行地表反射率计算过程进行改造，建立LAI和地表反射率之间对应关系的查找表，并在此基础上对高分辨率遥感图像进行切割成不同的数据块，利用计算机集群的方法，多台机器同时运算，大大的提高了计算效率。
　　 2)由于传统的大气辐射传输模拟算法采用顺序的执行过程，造成了大尺度分辨率遥感影像的大气效应模拟用时较长，效率较低。因此本文采用MPI并行技术，利用计算机集群的方式，把传统的串行TOA反射率生成方式，改进为并行处理的方式，多台计算机同时进行并行运算，另外结合一个数据缓冲区，以加快图像大气模拟的速度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要内容及组织结构

第2章 图像到图像仿真技术概述

2.1基于LAI(叶面积指数)的地面反射率生成

2.1.1 LAI页面积指数

2.1.2地物反射光谱

2.1.3植被的光谱特征以及与植被指数的关系

2.1.4贝叶斯理论

2.2大气辐射传输模拟

2.2.1大气辐射传输特性

2.2.2大气的吸收作用

2.2.3大气的散射作用

2.2.4辐射传输方程

2.3并行计算技术

第3章LAI-地表反射率查找表生成研究

3.1利用遥感技术反演LAI的方法

3.1.1利用统计模型反演LAI的方法

3.1.2利用物理模型反演LAI的方法

3.2辐射传输模型研究

3.3目标函数优化分析

3.4 LAI地表反射率查找表构建

3.4.1 LAI反演

3.4.2 LAI-地表反射率查找表生成串行算法研究

3.4.3 LAI-地表反射率查找表生成并行算法研究

3.5实验对比

第4章大气辐射传输模拟并行算法研究

4.1大气辐射传输的能量衰减

4.2大气辐射传输模型

4.3大气辐射传输模拟

4.3.1光学遥感成像机理

4.3.2大气辐射模拟过程

4.4实验对比

第5章应用实例—国家航天局遥感论证中心基于地面参数的全链路图像仿真系统

5.1项目背景

5.2系统功能设计

5.4系统展示

结束语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果