(19)中华 人民共和国 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 202111674703.9 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 中国科学院紫金山天文台 地址 210008 江苏省南京市 鼓楼区北京西 路2号 (72)发明人 秦楠楠　吴昀昭　徐天弈　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 代理人 王磊 (51)Int.Cl. G06V 20/00(2022.01) G06T 5/00(2006.01) G06T 5/40(2006.01) G01N 21/25(2006.01) (54)发明名称 一种无大气天体表面水或羟基的精检测方 法 (57)摘要 本发明提出一种无大气天体表面水或羟基 的精检测方法， 包括： 遍历高光谱图像， 屏蔽信号 微弱、 噪声过大或包含异常反射率的像素光谱， 得到噪声屏蔽区域图； 计算原始光谱图像未屏蔽 区域各像素光谱在3微米附近波长区域的吸收波 段深度， 若吸收波段深度大于设定阈值， 则将对 应的像素位置标记为含水/羟基， 得到原始光谱 图的水/羟基分布区域； 利用直方图均衡化方法 对原始高光谱图像的各通道分别进行平滑， 并对 平滑后的高光谱图像采用上述方法处理得到平 滑光谱图的水/羟基分布区域； 将原始光谱图的 水/羟基分布区域和平滑光谱图的水/羟基分布 区域的交集作为最终精确的水/羟基分布区域。 本发明采用由粗到精策略， 能够稳健获取精确的 水/羟基检测结果。 权利要求书1页 说明书4页 附图6页 CN 114332589 A 2022.04.12 CN 114332589 A 1.一种无 大气天体表面水或羟基的精检测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 遍历高光谱图像各像素， 屏蔽信号微弱、 噪声过大或包含异常反射率的像素光 谱， 得到原 始光谱图的噪声屏蔽区域图； 步骤2： 遍历原始高光谱图像未屏蔽区域各像素， 计算各像素光谱在3μm附近波长区域 的吸收波段深度， 若吸收波段深度大于设定阈值， 则将对应的像素位置标记为含水/羟基， 从而得到原 始光谱图的水/羟基分布区域； 步骤3： 利用直方图均衡化方法对原始高光谱图像的各通道分别进行平滑， 并依次采用 步骤1和2的方法对平滑后光谱图像各像素光谱进行处理， 得到平滑光谱图的水/羟基分布 区域； 步骤4： 将原始光谱图的水/羟基分布区域和平滑光谱图的水/羟基分布区域的交集区 域作为最终精确的水/羟基分布区域。 2.如权利要求1所述的一种无大气 天体表面水或羟基的精检测方法， 其特征在于， 所述 步骤1包括以下步骤： S1.1、 遍历原始高光谱图像像素， 若某像素光谱包含的任一波段反射率小于0或大于1， 则屏蔽该像素， 得到带有屏蔽标记的光谱图img1； S1.2、 遍历光谱图img1中未被屏蔽的像素， 计算各像素光谱去除最大反射率和最小反 射率后的各波段反射率均值， 若反射率均值小于设定阈值， 则将对应的像素屏蔽， 得到带有 屏蔽标记的光谱图像img2； S1.3、 遍历光谱图像img2中未被屏蔽的像素， 计算各像素光谱在2.5 ‑3 μm波长区间各波 段反射率与其前后波 段反射率均值e的差值， 并进一步计算该差值与反射率均值e的比值r； 若在2.5‑3 μm波长区间存在任一波段计算的比值r大于设定阈值， 则屏 蔽该像素， 得到带有 屏蔽标记的光谱图像img3； S1.4、 遍历光谱图像img3中未被屏蔽的像素， 利用三次样条拟合法对各像素光谱进行 平滑， 并计算相应的光谱信噪比指数， 若信噪比指数大于设定阈值， 则将对应的像素屏蔽， 得到噪声屏蔽区域图。 3.如权利要求1所述的一种无大气 天体表面水或羟基的精检测方法， 其特征在于， 步骤 2中像素光谱在3 μm附近波长区域的吸 收波段深度表示 为： BD＝1‑Rb/Rc， 其中， BD表示吸收波段深度， Rb表示像素光谱在2.9 μm附近波段的反射率均值， Rc表示像 素光谱在2.6 μm附近波段的反射 率均值。 4.如权利要求2所述的一种无大气 天体表面水或羟基的精检测方法， 其特征在于， 所述 光谱信噪比指数的计算公式为： 其中， SNRI表示信噪比指数， N为光谱图像总的波段数， ri和r′i分别代表像素光谱在第i 个波段的原 始反射率和平滑后的反射 率。 5.如权利要求2所述的一种无大气 天体表面水或羟基的精检测方法， 其特征在于， 步骤 2中吸收波段深度的设定阈值为0.02， S1.2中反射率均值的设定阈值为0.05， S1.3中比值r 的设定阈值 为0.1， S1.4中信噪比指数的设定阈值 为0.07。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114332589 A 2一种无大气天 体表面水或羟基的精检测方 法 技术领域 [0001]本发明属于行星科学技术领域， 具体涉及 一种无大气天体表面水或羟基的精检测 方法。 背景技术 [0002]月球、 小行星等无大气天体中的水冰记录了有关太阳风注入、 挥发分撞击传递以 及太阳星云吸积和演化过程中挥发分掺入 保留等重要信息， 水冰资源也是月球基地选址及 小行星资源采矿的核心 考量因素之一。 当前多个国际任务都在计划探测月球南极以及小 行 星， 科研人员已基于可见 ‑红外光谱等数据对月球、 小行星等无大气天体的水冰分布、 时序 变化以及来源开展了研究并取 得了大量成果。 [0003]Pieters等人首 次利用M3光谱数据对月球表面水/羟基的全球分布进行了研究， 发 现月表水/羟基存在纬度效应。 Li等人则基于一种新的热校正模型构建了月球表面水/羟基 的全球定量图， 发现月表水/羟基的含量不但随纬度升高而增加， 还随空间风化程度增加， 并存在日间变化。 Klima等人通过M3光谱数据发现Bullialdus撞击坑的中央峰存在水/羟 基， 认为其可能来自于月球岩浆洋。 Milliken等人通过采用新的M3光谱温度校正模型， 发现 月球火山碎屑沉积物中也存在水/羟基。 Kramer等人利用M3光谱数据的水/羟基吸收特征识 别月球旋涡。 Wang等人基于M3光谱数据 研究月球处于地球磁场内外表面水/羟基的变化， 进 而推断有地球风的存在。 此外， Simon等人利用可见 ‑红外光谱仪绘制了贝努小行星水合矿 物的全球分布图。 [0004]由于光照条件较差， 月球南极区域的光谱数据中普遍存在 较为严重的噪声。 然而， 现有研究在检测月球水/羟基时很少全面考虑原始光谱图像数据中的各种噪声， 导致检测 结果存在噪声引起的不确定性。 为此， 亟需提出一种由粗到精的检测方法， 进一步提升月球 南极区域以及其它类似无 大气天体表面水/羟基的检测精度。 发明内容 [0005]本发明针对现有技术中的不足， 提供一种无大气天体表面水或羟基的精检测方 法， 采用的技 术方案如下： [0006]一种无大气天体表面水或羟基的精检测方法， 包括以下步骤： [0007]步骤1： 遍历高光谱图像各像素， 屏蔽信号微弱、 噪声过大或包含异常反射率的像 素光谱， 得到原 始光谱图的噪声屏蔽区域图； [0008]步骤2： 遍历原始高光谱图像未屏蔽区域各像素， 计算各像素光谱在3μm附近波长 区域的吸收波段深度， 若吸收波段深度大于 设定阈值， 则将对应的像素位置标记为含水/羟 基， 从而得到原 始光谱图的水/羟基分布区域； [0009]步骤3： 利用直方图均衡化方法对原始高光谱图像的各通道分别进行平滑， 并依次 采用步骤1和2的方法对平滑后光谱图像各像素光谱进行处理， 得到平滑光谱图的水/羟基 分布区域；说　明　书 1/4 页 3 CN 114332589 A 3