基于可見光信息的紅外紋理溫度場調制方法與流程

技術特征：

1.基于可見光信息的紅外紋理溫度場調制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)對可見光遙感圖像的地物區域進行K均值圖像分割，得到不同種類標簽的二維局部區域塊；

(2)根據二維局部區域塊的形狀和顏色特征，找出遙感圖像中對應的區域，確定二維局部區域塊所屬的地物材質類型；

(3)將可見光遙感圖像的每個像素灰度值逐一映射到二維局部區域塊上，并為其所對應的材質類型依次編號，生成地物材質區域分布圖；

(4)根據地物材質區域分布圖，利用各地物材質區域的熱物理特征預測模型，計算各地物材質區域的宏觀溫度，根據得到的各地物材質的溫度對材質分布區域進行設置，生成綜合各種地物材質于一體的溫度二維分布圖紋理；

(5)根據得到的地物材質區域分布圖和小尺度下地物材質表面與太陽輻射相互綜合作用不同的特點，得到光滑地物材質和粗糙地物材質；

(6)根據得到的光滑地物材質、粗糙地物材質和溫度二維分布圖紋理，用光滑材質調制模型調制光滑地物材質類型的溫度分布，用粗糙材質調制模型調制粗糙地物材質類型的溫度分布；

(7)將調制后的光滑地物材質溫度分布與粗糙地物材質溫度分布進行合成，得到一張具有各類地物材質的溫度場紋理，即基于可見光信息的紅外紋理溫度場。

2.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(4)中計算各地物材質區域的宏觀溫度，按如步驟進行：

4a)利用能量熱平衡方程求出滿足熱傳導方程上邊界條件地表平均溫度T₀：

${\mathrm{\α}}_s{E}_{sun}={\mathrm{\ϵ}}_g{{\mathrm{\σT}}_0}^4+{\mathrm{\ρ}}_a{C}_P\frac{T_0-T_a}{r_a}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_a{C}_P}{\mathrm{\γ}}\·\frac{e_s\left(T_0\right)-e_a}{r_a}+{\mathrm{\λ}}_g\frac{\∂T}{\∂z}{|}_{z=0}-{\mathrm{\ϵ}}_l{E}_{sky}$

其中，α_sE_sun項為吸收的太陽短波輻射，M_g為地表熱輻射，α_s為地表短波吸收率，σ為斯蒂芬-玻爾茲曼常數，ε_g為物體表面全波段發射率，λ_g為介質導熱率，ε_lE_sky項是吸收的大氣長波輻射，ε_l是地表長波發射率，ρ_a為近地面空氣密度，C_P為空氣定壓比熱，r_a為空氣動力學阻力；T_a為大氣溫度，γ為干濕表常數，e_s(T₀)為地表溫度為T₀時的飽和水汽壓，e_a為近地面空氣水汽壓；

4b)通過測量得到滿足熱傳導方程的下邊界條件溫度T_h；

4c)利用上邊界條件地表平均溫度T₀和下邊界溫度T_h，求解熱傳導方程得到各地物材質區域隨時間變化的宏觀溫度T(t)，熱傳導方程的公式為：

$\frac{\∂T}{\∂t}=\frac{{\mathrm{\λ}}_g}{{\mathrm{\ρ}}_{m}C}\frac{{\∂}^{2}T}{\∂Z^2}$

其中，T為絕對溫度，t為時間，C為介質熱容量，ρ_m為材料密度；Z為深度坐標。

3.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(5)中根據小尺度下地物材質表面與太陽輻射相互綜合作用不同的特點，得到光滑地物材質和粗糙地物材質，按如下步驟進行：

首先，根據小尺度下地物材質表面與太陽輻射相互綜合作用的不同特點，得到光滑地物材質和粗糙地物材質對應關系表，表中的光滑材質包括道路、跑道、殷實的土壤、平坦的沙灘、玻璃；粗糙材質有林冠，草地，農田，崎嶇的山體，森林；

然后，通過關系表中光滑地物材質和粗糙地物材質的對應關系，得到光滑材質和粗糙材質。

4.根據權利要求1所述方法，其中步驟(6)中用光滑材質調制模型調制光滑地物材質類型，利用如下公式進行：

$T_1\left(t\right)={T_0}^{\′}\left(t\right)+k_1\left(t\right)k_2\·({\mathrm{\α}}_{\mathrm{\ν}}-\stackrel{\‾}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{\ν}}})$

其中，T₀'(t)為光滑材質宏觀溫度值；T₁(t)為調制后光滑材質溫度值；k₁(t)是光滑材質溫度隨短波吸收率變化的梯度參數；α_ν是光滑材質可見光波段的吸收率；是光滑材質可見光波段的平均吸收率；k₂為將光滑材質可見光波段吸收率延拓為短波波段材質吸收率的比例因子，范圍為[-10,10]。

5.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(6)中用粗糙材質調制模型調制粗糙地物材質類型，按如下公式進行：

$T_2\left(t\right)={T_0}^{\′\′}\left(t\right)+k_3\left(t\right)\·k_g(\frac{G_c-G_{total\_out}}{G_{total\_in}-G_{total\_out}}-\frac{1}{2})$

其中，T₀"(t)為粗糙材質宏觀溫度值；T₂(t)為調制后粗糙材質溫度值；k₃(t)為材質溫度隨直射比例變化的梯度參數；灰度值G_c為分割后的遙感圖像中的粗糙材質區域進行灰度化和模糊處理，得到粗糙地物類型每一個像素點灰度值；h_ν為每個像素點接收太陽輻射能量與太陽完全直射像素點的太陽輻射能量的直射比例；G_{total_in}為太陽完全直射像素點時h_ν為1時像素點的灰度值，它是某一種粗糙材質的最大灰度值；G_{total_out}為像素點全部處于陰影時h_ν為0時像素點的灰度值，它是某一種粗糙材質的最小灰度值；式中是將粗糙材質的像素點的值壓縮到0～1，式中的范圍將在[-1/2,1/2]內，則粗糙材質地物類型的直射比例的擾動值在之間，可以通過調節k_g來改變直射比例的擾動細節，k_g為調制比例系數，范圍為[-10,10]。