Атмосферная коррекция гиперспектральных изображений с использованием малого объёма верифицированных данных
Автор: Денисова Анна Юрьевна, Мясников Владислав Валерьевич
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Обработка изображений: Распознавание образов
Статья в выпуске: 4 т.40, 2016 года.
Бесплатный доступ
Предлагается метод атмосферной коррекции гиперспектральных изображений. Метод состоит из двух этапов. На первом этапе по зарегистрированному изображению определяются параметры атмосферных искажений в рамках известной модели переноса излучения. В отличие от других известных методов мы используем стандартное уравнение переноса излучения в полной (нелинейной) форме, а также линейную модель спектральной смеси как основу для описания неискажённого гиперспектрального изображения. Используя эти две математические модели одновременно, мы оцениваем параметры атмосферных искажений только по самому гиперспектральному изображению и верифицированным данным малого объёма. Последнее подразумевает набор спектральных сигнатур - неискажённых спектральных профилей определённых материалов, которые могут появляться в различных их линейных комбинациях на регистрируемом гиперспектральном изображении. Никакой прецедентной информации (множества отсчётов, содержащих известные спектральные профили) или «чистых» гиперспектральных отсчётов (содержащих только одну спектральную сигнатуру) в предлагаемом нами методе не требуется. Таким образом, метод может быть использован для идентификации модели атмосферных искажений и их последующего устранения. Представлены результаты экспериментальных исследований, демонстрирующие качественные характеристики предлагаемого метода.
Дистанционное зондирование земли, уравнение переноса излучения, гиперспектральные изображения, спектральные сигнатуры, спектральный профиль, линейная модель спектральной смеси
Короткий адрес: https://sciup.org/14059595
IDR: 14059595 | DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-4-526-534
Atmospheric correction of hyperspectral images using small volume of the verified data
In this article, we propose a novel method for atmospheric correction of hyperspectral imagery. At the first stage, the atmospheric correction parameters are derived from a scene image using a well-known radiation transfer model. In contrast to the other methods, we apply the standard equation of radiation transfer in a nonlinear form to describe atmospheric effects and a linear spectral mixture model to describe the unknown undistorted hyperspectral image. Applying both of these mathematical models simultaneously, we estimate the parameters of atmospheric correction using the hyperspectral image itself and the verified data about the registered scene. The verified data is taken to mean a set of (undistorted) spectral signatures, which can be presented in different linear combinations in the registered scene. Neither precedential information (a set of pixels containing predefined spectral signatures) nor pure hyperspectral pixels are required in our method. Therefore, the proposed method can be applied for the identification of a model of atmospheric distortions and their subsequent correction. The experimental results presented in the article demonstrate qualitative characteristics of the proposed method.
Список литературы Атмосферная коррекция гиперспектральных изображений с использованием малого объёма верифицированных данных
- Bioucas-Dias, J.M. Hyperspectral remote sensing data analysis and future challenges/J.M. Bioucas-Dias, A. Plaza, G. Camps-Valls, P. Scheunders, N.M. Nasrabadi, J. Chanussot//IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine. -2013. -Vol. 1(2). -P. 6-36. -DOI: 10.1109/MGRS.2013.2244672.
- Gao, B. A review of atmospheric correction techniques for hyperspectral remote sensing of land surfaces and ocean color/B. Gao, C.O. Davis, A.F.H. Goetz//2006 IEEE International Symposium on Geoscience and Remote Sensing. -2006. -P. 1979-1981. - DOI: 10.1109/IGARSS.2006.512
- Chavez, P.S. An improved dark-object subtraction technique for atmospheric scattering correction of multispectral data/P.S. Chavez//Remote Sensing of Environment. -1988. -Vol. 24. -P. 459-457. - DOI: 10.1016/0034-4257(88)90019-3
- Conel, J.E. AIS-2 radiometry and a comparison of methods for the recovery of ground reflectance/J.E. Conel, R.O. Green, G. Vane, C.J. Bruegge, R.E. Alley//Proceedings of the 3rd Airborne Imaging Spectrometer Data Analysis Workshop. Pasadena, CA: Jet Propulsion Laboratory, 1987. -P. 18-47.
- Bernstein, L.S. Quick atmospheric correction code: Algorithm description and recent upgrades/L.S. Bernstein, X. Jin, B. Gregor, S. Adler-Golden//Optical Engineering. -2012. -Vol. 51(11). -111719 (11 p). - DOI: 10.1117/1.OE.51.11.111719
- Kruse, F.A. Use of airborne imaging spectrometer data to map minerals associated with hydrothermally altered rocks in the northern Grapevine Mountains, Nevada and California/F.A. Kruse//Remote Sensing of Environment. -1988. -Vol. 24. -P. 31-35. -DOI: 10.1016/0034-4257(88)90004-1.
- Gao, B.-C. Derivation of scaled surface reflectances from AVIRIS data/B.-C. Gao, K.H. Heidebrecht, A.F.H. Goetz//Remote Sensing of Environment. -1993. -Vol. 44. -P. 165-178. - DOI: 10.1016/0034-4257(93)90014-O
- Gao, B.-C. Development of a line-by-line-based atmosphere removal algorithm for airborne and spaceborne imaging spectrometers/B.-C. Gao, C.O. Davis//SPIE Proceedings. -1997. -Vol. 3118. -P. 132-141. - DOI: 10.1117/12.283822
- Wu, J. Image-based atmospheric correction of QuickBird imagery of Minnesota cropland/J. Wu, D. Wang, M.E. Bauer//Remote Sensing of Environment. -2005. -Vol. 99. -P. 315-325. - DOI: 10.1016/j.rse.2005.09.006
- Goetz, A.F.H. Using ground spectral irradiance for model correction of AVIRIS data/A.F.H. Goetz, K.B. Heidebrecht, B. Kindel, J.W. Boardman//Summaries of the Seventh JPL Airborne Earth Science Workshop January 12-16, 1998. -1998. -Vol. 1. -P. 159-168.
- U.S. Patent 20,150,161,768 G06T 5/00, G06K 9/62, G06K 9/46, 382/113. Methods for in-scene atmospheric compensation by endmember matching/J.P. Ardouin, V. Ross, filed of December 11, 2013, published of June 11, 2015.
- Belov, A.M. Atmospheric correction of hyperspectral images based on approximate solution of transmittance equation/A.M. Belov, V.V. Myasnikovь/Proceedings of SPIE: Seventh International Conference on Machine Vision (ICMV 2014). -2015. -Vol. 9445. -94450S (5 pp). -DOI:10.1117/12.2181364.
- Белов, А.М. Атмосферная коррекция гиперспектральных изображений с помощью приближённого решения уравнения переноса MODTRAN/А.М. Белов, В.В. Мясников//Компьютерная оптика. -2014. -Т. 38, № 3. -C. 489-493.
- Xu, Y. Atmospheric correction of hyperspectral data using MODTRAN model/Y. Xu, R. Wang, S. Liu, S. Yang, B. Yan//Proceedings of SPIE. -2008. -Vol. 7123. -712306 (7 pp.). - DOI: 10.1117/12.815552
- Keshara, N. A survey of spectral unmixing algorithms/N.A. Keshara//Lincoln Laboratory Journal. -2003. -Vol. 14(1). -P. 55-78.
- Kruse, F.A. Comparison of airborne hyperspectral data and EO-1 Hyperion for mineral mapping/F.A. Kruse, J.W. Boardman, J.F. Huntington//IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. -2003. -Vol. 41(6). -P. 1388-1400. - DOI: 10.1109/TGRS.2003.812908
