遙感圖像處理中大氣校正方法綜述

1、遙感圖像處理中大氣校正方法綜述 摘要：本文就遙感圖像處理中大氣校正的一些方法進(jìn)行論述，綜合總結(jié)了遙感圖像處理大氣校正方法。大氣校正的方法主要有輻射傳輸模型、黑暗像元法、不變目標(biāo)法、參考值大氣校正法和大氣阻抗植被指數(shù)法等。 關(guān)鍵詞：遙感圖像 大氣校正 方法 衛(wèi)星遙感圖像的大氣校正，一直是遙感定量化研究的主難點(diǎn)之一。近些年來，隨著定量遙感技術(shù)迅速發(fā)展，特別利用多傳感器、多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行土地利用和土地覆蓋化監(jiān)測(cè)、全球資源環(huán)境分析、氣候變化監(jiān)測(cè)等的需要，使得感圖像大氣校正方法的研究越來越受到重視。 一、 輻射傳輸模型 在諸多的大氣校正方法中校正精度高的方法是輻射傳輸模型法（radiative tra

2、nsfer models）。輻射傳輸模型法是利用電磁波在大氣中的輻射傳輸原理建立起來的模型對(duì)遙感 圖像進(jìn)行大氣校正的方法。 國(guó)內(nèi)很多研究者對(duì)輻射傳輸模型大氣校正方法也作了很多研究工作。秦益等人提出了基于輻射傳輸模型理論的avhrr圖像大氣校正方案，并研制了軟件系統(tǒng)。李先華等人在討論逐點(diǎn)計(jì)算遙感圖像像元的大氣程輻射值和大氣透過率的方法和原理的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)適合非均勻大氣的、包括大氣程輻射和大氣透過率等修正內(nèi)容的遙感圖像廣義大氣校正模型。張玉貴對(duì)turner模型進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)tm 圖像進(jìn)行了大氣校正。胡寶新等人提出了brdf一大氣訂正環(huán)的大氣校正方法。這種方法首先用6s模型作基于朗伯體的大氣校

3、正，并通過一系列在不同成像幾何條件的訂正結(jié)果，在brdf模型庫中找到一種最能描述這些數(shù)據(jù)的模型，最后根據(jù)反演的模型參數(shù)進(jìn)行基于brdf的大氣校正。龍飛等人利用連續(xù)數(shù)天的多角度noaa衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采用rahman地表二向反射模型和基于地面brdf反射率的大氣校正方法反復(fù)迭代提出了多個(gè)角度大氣校正后的圖像。 二 、黑暗像元法 最理想的大氣輻射校正和反射率反演方法應(yīng)該是僅通過遙感影像信息，而不需要野外場(chǎng)地測(cè)量等輔助數(shù)據(jù)，并且能夠適用于歷史數(shù)據(jù)和很偏遠(yuǎn)的研究區(qū)域。因此，研究者提出了一些不需要大氣的和地面的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，尤其不需要衛(wèi)星同步觀測(cè)數(shù)據(jù)的大氣校正方法，其中被廣泛應(yīng)用的就是黑暗像元法（dark-obj

4、ect methods）。用黑暗像元法進(jìn)行大氣校正主要是依靠圖像本身的信息，一些不能直接在圖像上獲得的信息，可在相應(yīng)的前人研究成果的文獻(xiàn)資料中找到。這種方法直接、簡(jiǎn)易，其校正精度可以滿足一般遙感的研究和應(yīng)用，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。該方法的基本原理就是在假定待校正的遙感圖像上存在黑暗像元區(qū)域、地表朗伯面反射、大氣性質(zhì)均一，忽略大氣多次散射輻照作用和鄰近像元漫反射作用的前提下，反射率很小的黑暗像元由于大氣的影響，而使得這些像元的反射率相對(duì)增加?？梢哉J(rèn)為這部分增加的反射率是由于大氣程輻射的影響產(chǎn)生的。利用黑暗像元值計(jì)算出程輻射，并代入適當(dāng)?shù)拇髿庑ＵＰ?。獲得相應(yīng)的參數(shù)后，通過計(jì)算就得到了地物真實(shí)的反射率

5、。 三、不變目標(biāo)法 不變目標(biāo)法（invariable一0bject methods）假定圖像上存在具有較穩(wěn)定反射輻射特性的像元，并且可確定這些像元的地理意義。那么就稱這些像元為不變目標(biāo)，這些不變目標(biāo)在不同時(shí)相的遙感圖像上的反射率將存在一種線性關(guān)系。當(dāng)確定了不變目標(biāo)以及它們?cè)诓煌瑫r(shí)相遙感圖像中反射率的這種線性關(guān)系，就可以對(duì)遙感圖像進(jìn)行大氣校正。 schott利用不變目標(biāo)dn的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差提出了一種估算這種線性關(guān)系的斜率和截距的方法。halll提出利用k-t變換中的亮度分量和綠度分量來確定不變目標(biāo)的方法。他們成功地應(yīng)用了這種方法對(duì)tm 圖像進(jìn)行了大氣校正。cop-pin等人利用該方法進(jìn)行大氣校正

6、時(shí)假定了5種不變目標(biāo)，清澈且深的貧營(yíng)養(yǎng)化的湖泊、茂密的老紅松樹林、平廣的瀝青屋頂、無雜質(zhì)的沙礫覆蓋區(qū)、混凝土的路面或大型停泊場(chǎng)。pax lermey等人通過該方法利用10景tm 圖像監(jiān)測(cè)了埃及的土地利用變化。他們選擇圖像中黑暗水體和明亮沙地作為不變目。michener等人用相似的方法監(jiān)測(cè)了由于洪水導(dǎo)致的森林生態(tài)系統(tǒng)的變化狀況。我國(guó)對(duì)該方法也有研究，池宏康等人提出了利用裸沙土壤線對(duì)遙感圖像進(jìn)行大氣校正的方法。該方法選擇具有較穩(wěn)定光譜反射特征的裸沙作為不變目標(biāo)。并且找到裸沙在相同的紅光和近紅外波段組合的二維平面直角坐標(biāo)中，該裸沙不斷變化的反射率存在一種線性關(guān)系。該方法可應(yīng)用于干旱、半干旱地區(qū)衛(wèi)星遙

7、感數(shù)據(jù)的大氣校正。 四、參考值大氣校正法 曾志遠(yuǎn)提出了參考值大氣校正法。這種大氣校正方法。不需要大氣觀測(cè)數(shù)據(jù)。不需要考慮衛(wèi)星圖像接收時(shí)的大氣狀況。它使用間接的判斷標(biāo)準(zhǔn)，尋找正確的大氣校正值。該方法可以很好地解決植被和土壤侵蝕等的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)問題。這種方法的思路可以概括為：以某種正確參考值為依據(jù)，推演出應(yīng)有的大氣校正參數(shù)值，然后校正tm 圖像，計(jì)算各像元應(yīng)有植被指數(shù)值和應(yīng)有植被亮度值，從而實(shí)現(xiàn)植被和土壤侵蝕動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方法；其中的正確參考數(shù)據(jù)。可以是由遙感圖像本身通過分類或動(dòng)態(tài)彩色合成求得的研究區(qū)平均植被蓋度值（一個(gè)值），或通過實(shí)地調(diào)查或查閱歷史資料獲得的與研究區(qū)有關(guān)地區(qū)的某種普通地理數(shù)據(jù)（一個(gè)值）。

8、 五、 大氣阻抗植被指數(shù)法 植被指數(shù)在生態(tài)環(huán)境變遷。作物估產(chǎn)等重大課題中具有非常重要的作用。但是在植被指數(shù)的計(jì)算中由于大氣的影響使得植被指數(shù)本身不能滿足定量遙感的要求。研究者發(fā)現(xiàn)在監(jiān)測(cè)植被變化時(shí)，相鄰2天的ndvi（歸一化植被指數(shù)）可能相差很大。而這與植被生長(zhǎng)和分布不可能在短時(shí)間發(fā)生如此大的變化相矛盾。造成這種情況的主要原因之一就是大氣氣溶膠日際變化較大。使ndvi產(chǎn)生很大的影響。為了減少大氣對(duì)植被指數(shù)的影響。kaufman等人利用藍(lán)光波段和紅光波段大氣程輻射的相關(guān)特性，提出了一種大氣阻力植被指arvi，他把a(bǔ)rvi應(yīng)用到modis遙感圖像大氣校正中，對(duì)ndvi進(jìn)行了修正。 本文介紹了很多大氣

9、校正方法，每種方法都各有優(yōu)缺點(diǎn)，每種方法的使用也都有一定的限制條件。研究者在選用大氣校正方法時(shí)要根據(jù)研究的目的、要求以及本身的研究條件選擇適當(dāng)?shù)拇髿庑Ｕ椒?。相信隨著研究者對(duì)現(xiàn)有遙感圖像大氣校正方法不斷改進(jìn)、完善，對(duì)新的大氣校正方法的不斷探索，必將會(huì)加快遙感定量化的步伐。 參考文獻(xiàn) 1鄭偉，曾志遠(yuǎn).遙感圖像大氣校正方法綜述j.遙感信息，2004（4）65-69. 2秦益，田國(guó)良.noaa-avhrr圖像大氣影響校正方法研究及軟件研制j.環(huán)境遙感。1994（1）：11-22. 3李先華，蘭立波。等.衛(wèi)星遙感數(shù)字圖像的非均勻大氣修正研究j.遙感技術(shù)與應(yīng)用。1994（2）：17. 4張玉貴.以氣象記錄為輔助數(shù)據(jù)的tm影響大氣校正方法j.國(guó)土資源遙感.1994（4）：54-63. 5胡寶新，李小文，朱重光.一種大氣訂正的方法：brdf.大氣訂正環(huán)j環(huán)境遙感，1