遙感數(shù)據(jù)輻射校正

遙感數(shù)據(jù)輻射校正的原理及方法遙感1班彭睿20123225摘要 由于傳感器響應(yīng)特性和大氣的吸收、散射以及其它隨機(jī)因素影響，導(dǎo)致圖像模糊失真，造成圖像的分辨率和對(duì)比度相對(duì)下降，這些都需要通過輻射校正復(fù)原。輻射校正包括三部分的內(nèi)容：傳感器端的輻射校正，大氣校正，地表輻射校正。關(guān)鍵字輻射校正大氣校正照度校正輻射傳輸過程ERDAS引言 近年來，隨著航天技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)和地理信息技術(shù)的發(fā)展，攝影測(cè)量與遙感已成為地球空間信息科學(xué)的基礎(chǔ)技術(shù)，遙感圖像在人類生活的諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。然而，在遙感成像時(shí)，由于各種因素的影響，遙感圖像會(huì)存在一定的輻射量失真現(xiàn)象，這些失真影響了圖像的質(zhì)量和應(yīng)用，必須對(duì)其做消除或減弱處理，遙感圖像輻射校正就是針對(duì)遙感圖像的這一缺陷而發(fā)展起來的。在遙感影像輻射校正中，大氣輻射校正是最重要的一部分，本文主要討論大氣輻射校正的方法和過程。消除遙感圖像數(shù)據(jù)中依附在輻亮度中的各種失真的過程稱為輻射量校正( RadiometricCalibration),簡(jiǎn)稱輻射校正。.輻射校正概述輻射校正的目的：盡可能消除因傳感器自身?xiàng)l件、大氣條件、太陽位置和角度條件及某些不可避免的噪聲引起的傳感器所得到的目標(biāo)測(cè)量值與目標(biāo)的光譜反射率或光譜輻亮度等物理量之間的差異，盡可能恢復(fù)遙感圖像本來的面目，為遙感圖像的分割、分類、解譯等后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。輻射誤差來源1.1傳感器端1.1.1光學(xué)攝影機(jī)引起的輻射誤差1.1.2光電掃描儀引起的輻射誤差1.2外部因素1.2.1大氣1.2.2太陽輻射.輻射校正包括三部分的內(nèi)容：傳感器端的輻射校正大氣校正地表輻射校正3.輻射傳輸過程:如圖-1

圖-1基本的輻射傳輸過程輻射傳輸方程：從輻射源經(jīng)過大氣層到達(dá)傳感器的過程中電磁波能量變化的數(shù)學(xué)模型。地物光譜反射率太陽天頂角Z^」Z2區(qū)段大氣層的光學(xué)厚度與地物同溫度的黑體光譜輻射通大氣散射和輻射的地物光譜反射率太陽天頂角Z^」Z2區(qū)段大氣層的光學(xué)厚度與地物同溫度的黑體光譜輻射通大氣散射和輻射的量密度 能量+與,吧々）任當(dāng)+穌傳感器光譜 太陽輻射照地物的光譜 平臺(tái)高度響應(yīng)系數(shù) 度 發(fā)射率

4.輻射校正方法：4.1.系統(tǒng)輻射誤差校正4.2大氣校正4.3.地面輻射校正4.4.傳感器端的輻射校正4.4.1光學(xué)鏡頭的非均勻性引起的邊緣減光現(xiàn)象的校正機(jī)載成像光譜圖像的邊緣輻射畸變與儀器大視場(chǎng)角有關(guān)，主要由大氣效應(yīng)、地物反射非朗伯體特性、太陽-儀器-目標(biāo)相對(duì)幾何關(guān)系等因素綜合作用所引起的。1.1.光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的特性引起的輻射誤差校正由于轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的靈敏度特性有很高的重復(fù)性，可以定期在地面上測(cè)量其特性，根據(jù)測(cè)量值對(duì)其進(jìn)行輻射畸變校正。以Landsat的MSS、TM圖像為例，對(duì)傳感器的輸出R進(jìn)行校正的公式校正過的輻射亮度/已校正數(shù)據(jù)的最大值校正過的輻射亮度傳感器輸出輻射亮DRR max R—RR—R碩傳感器輸出輻射亮1.2因大氣影響引起的輻射誤差校正三種方法：野外波譜測(cè)試回歸分析法輻射傳遞方程計(jì)算法波段對(duì)比法下面著重介紹野外波譜測(cè)試回歸分析法：野外波譜測(cè)試需要與衛(wèi)星同步在野外進(jìn)行光譜測(cè)量。通常選用同類儀器測(cè)量，將地面測(cè)量結(jié)果與衛(wèi)星影像對(duì)應(yīng)像元亮度值進(jìn)行回歸分析。如：對(duì)于一個(gè)8位量化的圖像，轉(zhuǎn)換方程為：,L -LL=maxminXDN+L255 min地面測(cè)量值設(shè)回歸方程為：L=a+bR將圖像中的每個(gè)像素值減去a，獲取某區(qū)域經(jīng)過大氣改正后的圖像。在獲取地面目標(biāo)圖像時(shí)，可以預(yù)先在地面設(shè)置反射率已知的標(biāo)志，或事先測(cè)出若干地面目標(biāo)的反射率，把由此得到的地面實(shí)況數(shù)據(jù)和傳感器的輸出值進(jìn)行比較，以消除大氣的影響。注意：在地面特定地區(qū)、特定條件、一定時(shí)間段內(nèi)測(cè)定的地面目標(biāo)反射率不具有普遍性，因此該方法僅適用于包含地面實(shí)況數(shù)據(jù)的圖像。3地形起伏引起的輻射校正對(duì)于地形起伏引起的輻射誤差，可以利用地表法線矢量與太陽入射矢量?jī)烧叩膴A角來校正。

若處在坡度為a的傾斜面上的地物影像為g(x,y),則校正后的圖像f(x,y)為:地形坡度引起的輻射校正方法需要有圖像對(duì)應(yīng)地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)，校正較為麻煩，一般情況下對(duì)地形坡度引起的誤差不做校正。對(duì)于多波段圖像，可用波段比值來進(jìn)行校正，消除地表坡度的影響。4.傳感器輻射校正的基本原理與方法在遙感器飛越輻射定標(biāo)場(chǎng)地上空時(shí)，在定標(biāo)場(chǎng)地選擇若干個(gè)像元區(qū)，測(cè)量傳感器對(duì)應(yīng)波段內(nèi)的地物光譜反射率，同時(shí)測(cè)出大氣環(huán)境參量(大氣氣溶膠光學(xué)厚度，大氣中水、臭氧含量等)等。再根據(jù)衛(wèi)星過頂時(shí)太陽幾何位置、儀器視場(chǎng)角、探測(cè)器光譜響應(yīng)函數(shù)等，通過大氣輻射傳輸模型求解出傳感器入瞳處各光譜通道的輻射亮度Lt，最后確定它與傳感器輸出的數(shù)字量化值之間的數(shù)量關(guān)系，求解定標(biāo)系數(shù)，并估算定標(biāo)不確定性。對(duì)于朗伯體:大氣透過率，輻射定標(biāo)時(shí)可假設(shè)為1,即大氣是透明的L=PL=PXEXT/K地物反射率大氣散射產(chǎn)生的程輻射太陽直射光與天空散射光在地面上的輻亮度對(duì)于非朗伯體： 大氣散射產(chǎn)生的程輻射/L=ExBRFxt/k+LI—大氣直射光與天空光 大氣透過率，定標(biāo)時(shí)可假設(shè)為1在地面上的輻亮度V雙向反射比因子Lt與探測(cè)器對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的數(shù)字量C之間的定量關(guān)系按線性校正模型處理，則有：L=A-CA----可見光和近紅外波段輻射校正系數(shù)2）紅外波段選擇清潔水面作為目標(biāo)，，則探測(cè)器的輻射值I=JI松取牌 人 /△人 /A人--探測(cè)器光譜響應(yīng)帶寬^（xJ---探器光譜響應(yīng)函數(shù)A*—--紅外波段輻射校正系數(shù)5.總結(jié)與展望復(fù)雜地表?xiàng)l件下的大氣校正。在復(fù)雜地表?xiàng)l件下，地形對(duì)大氣校正有著重要影響，但是由于進(jìn)行地形校正會(huì)改變太陽一地面一傳感器的幾何關(guān)系，從而改變像元接收的太陽輻射，因此，一些學(xué)者建議在地形校正前進(jìn)行大氣校正，也有學(xué)者提出將大氣校正與地形校正同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)大氣校正與地形校正的耦合。Richter提出的ATCOR(AtmosphericandTopographicCorrectionforAirborneScannerData)模型就代表了未來的一個(gè)發(fā)展方向。隨著高光譜遙感的發(fā)展，海量數(shù)據(jù)的獲取與處理對(duì)大氣校正提出了新的挑戰(zhàn)，促使大氣校正向著工程化的方向發(fā)展，以滿足快速批量對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正的要求。盡管光學(xué)遙感大氣校正方面的成果很多，各種模型層出不窮，但沒有一個(gè)是可普遍應(yīng)用的。因此，在對(duì)遙感影像進(jìn)行大氣校正時(shí)，要根據(jù)研究目的、要求以及研究區(qū)的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)拇髿庑Ｕ椒?。?duì)于熱紅外遙感，由于熱紅外輻射與大氣的相互作用與可見光、近紅外不一樣，因而其大氣校正方法也不相同。大氣校正方法正向自動(dòng)化、模塊化、實(shí)用化及工程化的方向發(fā)展，相信隨著對(duì)大氣校正方法的不斷探索和改進(jìn)，必將會(huì)加快遙感信息定量化的發(fā)展步伐?；谟跋褡陨淼拇?/p>