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文檔簡介

1/1遙感圖像大氣校正第一部分大氣校正基礎(chǔ)理論 2第二部分大氣輻射傳輸模型 5第三部分大氣散射和吸收特征 8第四部分大氣分層校正方法 12第五部分圖像輻射校正技術(shù) 15第六部分大氣反射輻射影響 17第七部分噪聲去除與圖像增強(qiáng) 19第八部分大氣校正精度評價 21

第一部分大氣校正基礎(chǔ)理論關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點大氣散射理論

1.瑞利散射:大氣中微小顆粒對入射光的散射,散射強(qiáng)度與波長四次方成反比,導(dǎo)致短波(藍(lán)光)散射更強(qiáng)。

2.米氏散射:云、氣溶膠等大顆粒對光的散射,散射強(qiáng)度隨粒子大小變化而變化,導(dǎo)致云和氣溶膠在圖像中表現(xiàn)為亮色區(qū)域。

3.非均勻散射:大氣中不同高度的氣溶膠和云的濃度和類型差異導(dǎo)致散射特性不均勻,影響遙感圖像的輻射亮度分布。

大氣吸收理論

1.選擇性吸收:大氣中的水蒸氣、氧氣和其他氣體對特定波長的光具有選擇性吸收,導(dǎo)致圖像中特定波段的輻射亮度下降。

2.累積吸收:大氣中多種氣體的吸收疊加會導(dǎo)致入射輻射的累積損失,從而影響圖像的整體亮度。

3.吸收窗口:大氣中存在特定波長范圍的吸收較弱,稱為吸收窗口,這些波段對于遙感探測具有重要意義。

輻射傳輸方程

1.描述大氣中輻射傳輸:輻射傳輸方程是一個偏微分方程,描述了輻射在特定波長和方向上的傳輸過程。

2.輸入?yún)?shù):方程需要輸入大氣光學(xué)參數(shù)(如光學(xué)厚度和散射相函數(shù))、輻射源信息以及觀測幾何條件。

3.求解方法:輻射傳輸方程的求解需要數(shù)值方法,如蒙特卡羅模擬或徑向基函數(shù)法。

大氣校正模型

1.經(jīng)驗?zāi)P停夯诖髿鈪?shù)與圖像亮度之間的統(tǒng)計關(guān)系建立的模型,易于實現(xiàn),但準(zhǔn)確性受限于經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

2.物理模型:利用輻射傳輸方程描述大氣輻射傳輸過程,準(zhǔn)確性高,但計算復(fù)雜,需要詳細(xì)的大氣參數(shù)。

3.混合模型:結(jié)合經(jīng)驗?zāi)P秃臀锢砟P偷膬?yōu)點,既考慮到經(jīng)驗規(guī)律,又利用物理原理,平衡了準(zhǔn)確性和計算效率。

大氣校正方法

1.像素級校正:逐個像素應(yīng)用大氣校正模型,適用于空間分辨率較高、大氣條件相對均勻的影像。

2.波段級校正:對圖像中的不同波段分別進(jìn)行大氣校正,適用于多光譜和高光譜數(shù)據(jù)。

3.暗目標(biāo)場景校正:利用沒有地面反射信號的暗像素作為大氣影響的估計,適用于水體或森林等場景。

大氣校正前沿趨勢

1.深度學(xué)習(xí)方法:利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從遙感圖像中學(xué)習(xí)大氣參數(shù)和恢復(fù)地面反射率,提高了校正精度和效率。

2.超譜成像技術(shù):利用超譜成像數(shù)據(jù)提供更豐富的譜段信息,增強(qiáng)大氣校正模型的準(zhǔn)確性。

3.時變大氣建模:考慮大氣條件隨時間變化的影響,建立動態(tài)大氣校正模型,提高校正效果。大氣校正基礎(chǔ)理論

1.大氣散射效應(yīng)

大氣散射效應(yīng)是指太陽光線與大氣分子、氣溶膠粒子或云滴發(fā)生相互作用而改變方向的過程。散射效應(yīng)可以分為瑞利散射、米散射和非選擇性散射三種類型。

*瑞利散射:由比入射波長小的粒子引起的散射,散射強(qiáng)度與波長的四次方成反比。

*米散射:由與入射波長相近或更大的粒子引起的散射,散射強(qiáng)度與波長的平方成正比。

*非選擇性散射:由云滴或冰晶等大顆粒引起的散射,散射強(qiáng)度與波長無關(guān)。

2.大氣衰減效應(yīng)

大氣衰減效應(yīng)是指由于大氣分子和粒子吸收或散射,導(dǎo)致入射光強(qiáng)度沿傳播路徑減弱的現(xiàn)象。衰減效應(yīng)主要由水分、臭氧、氧氣、二氧化碳、甲烷和氣溶膠粒子引起。

3.大氣校正基本原理

遙感圖像大氣校正的基本原理是,通過減去或校正大氣散射和衰減效應(yīng),恢復(fù)地物真實的反射率或輻射亮度。大氣校正的流程通常包括大氣輻射校正、散射校正和吸收校正三個步驟。

3.1大氣輻射校正

大氣輻射校正旨在去除來自大氣自身發(fā)射的輻射,包括大氣上層的下行輻射和地物表面的上行輻射。大氣輻射校正通常使用RadiativeTransferEquation(RTE)模型或經(jīng)驗統(tǒng)計模型進(jìn)行計算。

3.2散射校正

散射校正旨在減去或校正由大氣散射引起的輻射。散射校正方法主要有:

*暗目標(biāo)法:假設(shè)圖像中存在黑暗目標(biāo),其反射率接近于零,然后利用暗目標(biāo)波段值計算大氣散射貢獻(xiàn)。

*亮目標(biāo)法:假設(shè)圖像中存在亮目標(biāo),其反射率接近于一,然后利用亮目標(biāo)波段值計算大氣散射貢獻(xiàn)。

*標(biāo)準(zhǔn)大氣模型法:利用標(biāo)準(zhǔn)大氣模型參數(shù)計算大氣散射貢獻(xiàn)。

*物理模型法:基于RTE模型計算大氣散射貢獻(xiàn)。

3.3吸收校正

吸收校正旨在減去或校正由大氣吸收引起的輻射。吸收校正方法主要有:

*波段比法:利用不同波段的反射率比值來消除大氣吸收影響。

*回歸法:建立大氣吸收與波長之間的關(guān)系模型,然后根據(jù)波長計算大氣吸收貢獻(xiàn)。

*物理模型法:基于RTE模型計算大氣吸收貢獻(xiàn)。

4.大氣校正常用算法

常用的大氣校正算法包括:

*FLAASH:使用MODTRAN輻射傳輸模型進(jìn)行大氣輻射校正,采用暗目標(biāo)法進(jìn)行散射校正,采用水汽含量反演和Look-UpTable方法進(jìn)行吸收校正。

*ATCOR:使用EmpiricalLineMethod進(jìn)行大氣輻射校正,采用亮目標(biāo)法進(jìn)行散射校正,采用波段比法和回歸法進(jìn)行吸收校正。

*6S:使用6SV輻射傳輸模型進(jìn)行大氣輻射校正,采用暗目標(biāo)法或亮目標(biāo)法進(jìn)行散射校正,采用波段比法或回歸法進(jìn)行吸收校正。第二部分大氣輻射傳輸模型關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點大氣散射

1.Rayleigh散射:波長較短的藍(lán)色光散射較多,導(dǎo)致天空呈現(xiàn)藍(lán)色。

2.Mie散射:較大氣分子體積大的氣溶膠和云滴散射所有波長的電磁輻射,造成霧霾和云層。

3.前向散射:散射角較小的散射,導(dǎo)致大氣光程增加,降低地面目標(biāo)的亮度。

大氣吸收

1.水蒸氣吸收:主要吸收近紅外和遠(yuǎn)紅外波段,導(dǎo)致大氣吸收窗和大氣水汽帶。

2.二氧化碳吸收:主要吸收近紅外波段,影響植被指數(shù)計算和碳循環(huán)監(jiān)測。

3.臭氧吸收:主要吸收紫外波段,保護(hù)地球免受有害輻射的影響。

路徑輻射

1.來源:來自太陽直射和大氣散射的光輻射。

2.影響:增加遙感圖像的背景輻射,降低目標(biāo)與背景的對比度。

3.影響程度:取決于大氣狀態(tài)、觀測角度和波段選擇。

大氣校正模型

1.類型:分為物理模型和經(jīng)驗?zāi)P?,前者基于輻射傳輸方程,后者基于統(tǒng)計回歸關(guān)系。

2.目的:減輕大氣影響,恢復(fù)地表目標(biāo)的真實反射率。

3.應(yīng)用:廣泛用于遙感圖像處理,如土地利用分類、植被監(jiān)測和資源勘探。

大氣校正算法

1.策略:分為光譜法、空間法和時空混合法。

2.優(yōu)勢:光譜法精度高,空間法效率高,時空混合法兼具精度和效率。

3.趨勢:機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)算法在提高大氣校正精度方面顯示出巨大潛力。

大氣校正應(yīng)用

1.遙感影像解釋:增強(qiáng)目標(biāo)特征,提高分類和監(jiān)測精度。

2.輻射定標(biāo):建立地表輻射定量關(guān)系,提供準(zhǔn)確的輻射信息。

3.環(huán)境監(jiān)測:減輕大氣影響,實現(xiàn)對空氣質(zhì)量、氣候變化和自然災(zāi)害的精準(zhǔn)監(jiān)測。大氣輻射傳輸模型

大氣輻射傳輸模型描述了大氣中電磁輻射的傳輸過程,為遙感圖像大氣校正提供了理論基礎(chǔ)。這些模型將大氣視為分層介質(zhì),計算各層中輻射的相互作用,包括散射、吸收和發(fā)射。

輻射傳遞方程

輻射傳遞方程是描述大氣中輻射傳輸?shù)暮诵臄?shù)學(xué)方程,它表示某一特定方向(Ω)上某波長(λ)的輻射亮度(L)的變化率與輻射的散射、吸收和發(fā)射有關(guān):

```

dL(λ,Ω)/ds=κ(λ,Ω)L(λ,Ω)+S(λ,Ω)

```

其中:

*κ(λ,Ω)是消光系數(shù),表示輻射因散射和吸收而損失的速率

*S(λ,Ω)是大氣中輻射的源項,包括大氣自發(fā)發(fā)射和散射輻射

輻射傳輸模型的類型

有各種大氣輻射傳輸模型,主要分為兩類:

6S(6S模型)

*蒙特卡羅方法

*全波長范圍(0.25-4.0μm)

*高精度,但計算量大

DISORT(DIScreteOrdinatesRadiativeTransfer)

*數(shù)值法

*有限波長范圍(通常為可見光和近紅外)

*計算量相對較小,精度較低

MODTRAN(MODerateresolutionatmosphericTRANsmission)

*分布式大氣輻射傳輸代碼

*全波長范圍(0.2-30μm)

*介于6S和DISORT之間的精度和計算量

大氣參數(shù)的影響

大氣輻射傳輸模型需要考慮大氣參數(shù)對輻射傳輸?shù)挠绊?,包括?/p>

*氣溶膠:氣溶膠顆粒散射和吸收輻射,影響大氣傳輸效率。

*水汽:水汽分子吸收和發(fā)射輻射,尤其是在紅外波段。

*臭氧:臭氧分子吸收特定波長的紫外輻射。

*二氧化碳:二氧化碳分子在紅外波段具有強(qiáng)吸收帶。

*溫度和壓力:溫度和壓力梯度會導(dǎo)致大氣折射和光路彎曲。

模型應(yīng)用

大氣輻射傳輸模型廣泛應(yīng)用于遙感圖像大氣校正中:

*輻射校正:計算大氣頂部的輻射亮度,消除大氣衰減和散射的影響。

*大氣參數(shù)反演:從遙感圖像中反演氣溶膠、水汽、臭氧等大氣參數(shù)。

*目標(biāo)識別:通過去除大氣影響,提高遙感圖像中目標(biāo)的識別和分類能力。

*環(huán)境監(jiān)測:用于監(jiān)測大氣污染、氣候變化和自然災(zāi)害。

結(jié)論

大氣輻射傳輸模型為遙感圖像大氣校正提供了重要的理論基礎(chǔ)。通過考慮大氣中輻射的相互作用,這些模型能夠計算出大氣頂部的輻射亮度,反演大氣參數(shù),并改善遙感圖像的質(zhì)量。隨著計算能力的提高,大氣輻射傳輸模型不斷得到改進(jìn),為遙感技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了有力支撐。第三部分大氣散射和吸收特征關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點瑞利散射

-瑞利散射是由波長小于粒子尺寸的粒子(如大氣分子)散射電磁輻射所致。

-散射波長與粒子尺寸成反比,波長越短,散射越強(qiáng),藍(lán)光受散射的影響比紅光更大,導(dǎo)致天空呈藍(lán)色。

-瑞利散射對遙感圖像中較短波長的波段(如藍(lán)光和紫光)影響較大,導(dǎo)致大氣頂部的反射率低于地面反射率。

米散射

-米散射是由波長大于粒子尺寸的粒子(如大氣顆粒)散射電磁輻射所致。

-散射強(qiáng)度與波長無關(guān),導(dǎo)致不同波長的輻射均勻散射。

-米散射對遙感圖像中所有波段的影響都較大,導(dǎo)致大氣頂部的反射率低于地面反射率,并造成圖像的灰霾現(xiàn)象。

氣溶膠散射

-氣溶膠散射是由懸浮在大氣中的氣溶膠粒子(如煙霧、灰塵)散射電磁輻射所致。

-氣溶膠散射的強(qiáng)度和波長分布與氣溶膠粒子的性質(zhì)(如尺寸、形狀、折射率)有關(guān)。

-氣溶膠散射對遙感圖像的影響因氣溶膠類型和濃度而異,可導(dǎo)致圖像失真和目標(biāo)檢測困難。

吸收

-吸收是指電磁輻射被介質(zhì)吸收并轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過程。

-大氣中主要吸收電磁輻射的成分包括水汽、二氧化碳和臭氧。

-吸收對遙感圖像的影響取決于吸收物質(zhì)的濃度和波段,可導(dǎo)致某些波段反射率下降和目標(biāo)檢測困難。

多重散射

-多重散射是指電磁輻射在穿過大氣層時被多次散射的過程。

-多重散射會增加大氣路徑長度,導(dǎo)致圖像模糊和目標(biāo)信噪比下降。

-多重散射對遙感圖像的影響程度取決于大氣層厚度和散射介質(zhì)的性質(zhì)。

傳輸輻射

-大氣傳輸輻射是指電磁輻射在穿過大氣層時的傳播過程。

-大氣傳輸輻射受到散射和吸收的影響,導(dǎo)致圖像亮度和波段特征發(fā)生變化。

-通過大氣輻射傳輸模型,可以模擬和校正大氣對遙感圖像的影響,提高圖像質(zhì)量和目標(biāo)識別精度。大氣散射的類型

大氣散射是指電磁輻射與大氣中分子和顆粒物質(zhì)相互作用而偏離其原有傳播路徑的現(xiàn)象。根據(jù)散射體的性質(zhì),大氣散射可分為以下類型:

*瑞利散射(Mie散射):由大氣中的分子和空氣中的微小懸浮顆粒(直徑遠(yuǎn)小于入射波長)引起。散射強(qiáng)度與波長的四次方成反比(λ^-4),即波長越短,散射強(qiáng)度越大。藍(lán)光比紅光散射得更多,因此天空呈藍(lán)色。

*米氏散射:由大氣中較大顆粒(直徑與入射波長相當(dāng))引起。散射強(qiáng)度與波長的負(fù)二次方成反比(λ^-2),即波長越短,散射強(qiáng)度越弱。因此,米氏散射主要影響紅外波段。

*非對稱散射:由大氣中不規(guī)則或非球形顆粒引起。其散射相函數(shù)不具對稱性,與入射和散射角有關(guān)。

大氣吸收的類型

大氣吸收是指電磁輻射與大氣中氣體分子和顆粒物質(zhì)相互作用而被吸收的現(xiàn)象。根據(jù)吸收體的性質(zhì),大氣吸收可分為以下類型:

*氣體分子吸收:由大氣中某些氣體分子的振動、轉(zhuǎn)動和電子躍遷引起。吸收譜線較窄,位于特定的波長區(qū)域。水蒸氣、二氧化碳、甲烷和臭氧是主要的氣體吸收體。

*氣溶膠吸收:由大氣中懸浮的固體或液體顆粒引起。吸收譜線較寬,呈連續(xù)分布。煙霧、塵埃和沙塵是主要的氣溶膠吸收體。

*云吸收:由云中的水滴或冰晶引起。吸收譜線較寬,呈連續(xù)分布。云吸收對不同波段圖像的影響較大。

懸浮粒子對遙感圖像的影響

大氣中的懸浮粒子,如氣溶膠和云,對遙感圖像的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

1.散射效應(yīng):懸浮粒子對電磁輻射的散射會導(dǎo)致圖像失真,如邊緣模糊和色彩失真。

2.吸收效應(yīng):懸浮粒子對某些波段電磁輻射的吸收會導(dǎo)致圖像亮度降低和對比度下降。

3.多重散射效應(yīng):電磁輻射在懸浮粒子中經(jīng)過多次散射后,會導(dǎo)致圖像中出現(xiàn)條紋狀或模糊不清的區(qū)域。

4.遮擋效應(yīng):云層和其他厚重的懸浮物會遮擋地物信息,導(dǎo)致圖像中出現(xiàn)缺失或不清晰的區(qū)域。

水汽對遙感圖像的影響

大氣中的水汽對遙感圖像的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

1.吸收效應(yīng):水汽對近紅外(NIR)和熱紅外(TIR)波段電磁輻射具有強(qiáng)烈的吸收作用,導(dǎo)致圖像中這些波段的亮度降低和對比度下降。

2.散射效應(yīng):水汽對紅外波段電磁輻射具有散射作用,導(dǎo)致圖像中紅外波段的亮度降低和對比度下降。

3.云的形成:大氣中過飽和的水汽會凝結(jié)成云層,導(dǎo)致圖像中出現(xiàn)缺失或不清晰的區(qū)域。

大氣散射和吸收的量化方法

1.能見度(VIS):表征大氣中懸浮粒子的數(shù)量,與大氣散射強(qiáng)度呈反比。

2.水汽含量(PWV):表征大氣中水汽的總量,與大氣水汽吸收強(qiáng)度呈正比。

3.大氣光學(xué)厚度(AOT):表征懸浮粒子對電磁輻射的散射和吸收強(qiáng)度,與懸浮粒子濃度和光學(xué)性質(zhì)有關(guān)。

4.臭氧層總量(TOC):表征臭氧層對短波紫外輻射的吸收強(qiáng)度。

5.大氣校正算法:用于消除大氣散射和吸收對遙感圖像的影響,以得到真實的地物反射率或溫度等信息。第四部分大氣分層校正方法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【大氣層劃分校正】:

1.根據(jù)大氣層結(jié)構(gòu)和特性,將大氣層劃分為不同的區(qū)域,如對流層、平流層、中氣層等。

2.對每個大氣層區(qū)域進(jìn)行獨立的校正,考慮其獨特的光學(xué)特性和影響。

3.通過分層校正,可以更準(zhǔn)確地去除不同大氣層引起的光學(xué)畸變和輻射傳輸效應(yīng)。

【大氣模擬輻射傳輸校正】:

大氣分層校正方法

大氣分層校正方法是一種基于大氣層模型的圖像校正技術(shù),它將大氣分層為多個層次,并針對每個層次進(jìn)行校正。該方法的優(yōu)點在于能夠有效去除不同高度大氣層對圖像的影響,從而提高圖像的精度。

原理

大氣分層校正方法假設(shè)大氣層可以分為多個均勻的層次,每個層次的大氣光學(xué)特性保持不變。通過獲取每個層次的大氣參數(shù),如氣溶膠光學(xué)厚度、能見度和水汽含量等,可以建立大氣傳輸模型?;谠撃P?,可以計算每個像素在每個層次的大氣散射和吸收效應(yīng),從而恢復(fù)地表反射率。

步驟

大氣分層校正方法通常包括以下步驟:

1.大氣層劃分:將大氣劃分為多個層次,每個層次的高度、厚度和大氣參數(shù)保持相對穩(wěn)定。

2.大氣參數(shù)獲?。菏褂玫孛嬗^測站、氣象數(shù)據(jù)或遙感圖像等手段獲取每個層次的大氣參數(shù),包括氣溶膠光學(xué)厚度、能見度、水汽含量等。

3.大氣傳輸模型建立:根據(jù)大氣層劃分和大氣參數(shù),建立大氣傳輸模型,計算每個層次對輻射傳輸?shù)挠绊憽?/p>

4.分層校正:針對每個層次,計算該層次對圖像的影響,并將其校正移除。

5.恢復(fù)地表反射率:通過移除所有層次的大氣影響,恢復(fù)地表反射率。

方法類型

大氣分層校正方法有多種,每種方法都有其特定的優(yōu)點和缺點。常見的方法包括:

*6S大氣校正法:基于6S模型建立的大氣傳輸模型,適用于清澈大氣條件。

*MODTRAN大氣校正法:基于MODTRAN模型建立的大氣傳輸模型,適用于復(fù)雜大氣條件。

*LOWTRAN大氣校正法:基于LOWTRAN模型建立的大氣傳輸模型,適用于可見光和近紅外波段。

*SMAC大氣校正法:基于簡化的Mie散射模型建立的大氣傳輸模型,適用于氣溶膠濃度較高的條件。

應(yīng)用

大氣分層校正方法廣泛應(yīng)用于遙感圖像處理中,包括:

*地表土地覆蓋分類

*植被指數(shù)提取

*海洋顏色遙感

*大氣環(huán)境監(jiān)測

*氣候變化研究

優(yōu)勢

*精度高:分層校正能夠準(zhǔn)確估計不同高度大氣層的影響,從而提高圖像校正的精度。

*適應(yīng)性強(qiáng):該方法可以適用于不同類型的大氣條件,無論是清澈大氣還是復(fù)雜大氣。

*靈活性:用戶可以根據(jù)圖像特點和目標(biāo)應(yīng)用選擇合適的大氣傳輸模型和校正參數(shù)。

局限性

*數(shù)據(jù)需求高:需要獲取準(zhǔn)確的大氣參數(shù),這可能需要額外的觀測數(shù)據(jù)或建模。

*計算復(fù)雜:分層校正涉及復(fù)雜的計算,可能需要高性能計算資源。

*模型依賴性:校正結(jié)果的精度受大氣傳輸模型的準(zhǔn)確性影響。第五部分圖像輻射校正技術(shù)關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【輻射定標(biāo)與大氣散射校正】

1.輻射定標(biāo):將遙感圖像的數(shù)字編號(DN)轉(zhuǎn)換為反映目標(biāo)物真實輻射亮度的物理量,如輻射亮度值(Rad)或反射率值。

2.大氣散射校正:大氣散射會使遙感圖像失真,需通過大氣輻射傳輸模型或統(tǒng)計方法校正,例如暗目標(biāo)法、輻射傳輸模型法。

【大氣吸收校正】

圖像輻射校正技術(shù)

圖像輻射校正技術(shù)旨在消除遙感圖像中由大氣散射和吸收引起的輻射失真,恢復(fù)地表反射率或發(fā)射率。主要技術(shù)包括:

1.暗像減法法

從獲取的圖像中移除暗像(未經(jīng)校正的圖像),其原理是假設(shè)暗像是由大氣散射和吸收引起的背景噪聲。通過減去暗像,可以消除大氣對地表反射率或發(fā)射率的影響。

2.標(biāo)準(zhǔn)大氣校正法

使用標(biāo)準(zhǔn)大氣輻射傳輸模型來估計大氣輻射的影響,然后將其從圖像中減去。這種方法需要有關(guān)大氣狀況(如能見度、氣溶膠類型和數(shù)量)的信息。

3.物理大氣校正法

利用大氣輻射傳輸方程的逆向求解,直接從圖像中估計大氣輻射參數(shù),并進(jìn)行校正。這種方法需要同時獲取多波段圖像。

4.經(jīng)驗大氣校正法

基于統(tǒng)計分析和經(jīng)驗關(guān)系,建立大氣輻射影響與圖像灰度值或波段比之間的關(guān)系。通過應(yīng)用這些關(guān)系,可以對圖像進(jìn)行校正。

5.混合法

將幾種大氣校正方法相結(jié)合,以提高校正精度。例如,先使用暗像減法法消除背景噪聲,再使用標(biāo)準(zhǔn)大氣校正法或物理大氣校正法估計大氣輻射的影響。

6.多時相大氣校正法

利用多時相遙感圖像,通過分析不同時間圖像間的變化,估計大氣輻射影響并進(jìn)行校正。這種方法適用于具有時間重疊性的圖像序列。

7.深度學(xué)習(xí)方法

利用深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)大氣輻射的影響,并直接從圖像中恢復(fù)地表反射率或發(fā)射率。這種方法可以實現(xiàn)端到端大氣校正,精度較高。

圖像輻射校正的評估

圖像輻射校正的精度可以通過以下指標(biāo)評估:

*地表反射率或發(fā)射率的絕對誤差:與地面測量值或模擬值之間的差異

*地表反射率或發(fā)射率的相對誤差:與校正前圖像之間的差異

*地表光譜特征的保持:校正后圖像中地表光譜特征是否保持不變

*圖像質(zhì)量的改善:校正后圖像是否更清晰、更有助于解釋

圖像輻射校正的應(yīng)用

圖像輻射校正廣泛應(yīng)用于遙感影像處理中,包括:

*地表分類:提供準(zhǔn)確的地表反射率或發(fā)射率,提高分類精度

*地表制圖:生成定量的遙感產(chǎn)品,如地表溫度圖和植被指數(shù)圖

*變化檢測:比較校正后的多時相圖像,檢測地表變化

*大氣研究:反演大氣氣溶膠和氣體濃度信息

*遙感成像光譜技術(shù):校正成像光譜數(shù)據(jù),提取準(zhǔn)確的地表光譜特征第六部分大氣反射輻射影響大氣反射輻射影響

1.原理

大氣反射輻射是指大氣分子和氣溶膠粒子散射太陽輻射,向傳感器方向傳播的輻射。該輻射影響遙感圖像的光譜響應(yīng),導(dǎo)致圖像失真和目標(biāo)特征信息的缺失。

2.影響因素

大氣反射輻射的影響程度受以下因素影響:

*大氣成分:包括分子(主要為氮氣和氧氣)和氣溶膠(懸浮在空氣中的顆粒)。

*觀測幾何:太陽天頂角、傳感器天頂角和相對方位角決定了散射輻射的路徑長度和方向。

*表面特性:地表反射率和方向性特性影響大氣反射輻射的強(qiáng)度和分布。

3.影響表現(xiàn)

大氣反射輻射對遙感圖像的影響主要表現(xiàn)為:

*亮度增加:大氣反射輻射會增加圖像的總體亮度,特別是近紅外波段。

*對比度降低:大氣反射輻射會均勻地分布在整個圖像中,使目標(biāo)與背景之間的對比度降低。

*光譜失真:大氣反射輻射在不同波段具有不同的強(qiáng)度,導(dǎo)致圖像的光譜特征失真。

*紋理丟失:由于大氣反射輻射的空間分布不均勻,可以掩蓋目標(biāo)的細(xì)節(jié)和紋理信息。

4.校正方法

大氣反射輻射校正旨在去除大氣反射輻射的影響,恢復(fù)圖像的真實輻射信息。常見的校正方法包括:

*暗像素減法(DS):使用圖像中的暗像素(不包含目標(biāo)信息,僅包含大氣輻射)來估計大氣反射輻射并進(jìn)行減法。

*基于輻射傳輸模型的校正(RTM):使用輻射傳輸模型模擬大氣反射輻射,然后從圖像中減去。

*基于經(jīng)驗?zāi)P偷男U‥SM):利用已知的經(jīng)驗關(guān)系或統(tǒng)計模型來估計大氣反射輻射。

*多光譜輻射計(MSR):使用多個光譜波段同時測量地表和大氣反射輻射,通過解算反演模型進(jìn)行校正。

5.校正效果

大氣反射輻射校正可顯著提高遙感圖像質(zhì)量,改善目標(biāo)特征的可辨別性,并增強(qiáng)光譜信息含量。校正效果取決于所選校正方法、輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和大氣條件的復(fù)雜性。

6.實例

(1)植被分類

大氣反射輻射會影響植被指數(shù)(如NDVI)的計算,導(dǎo)致分類精度下降。大氣反射輻射校正可消除誤差,提高植被分類的準(zhǔn)確性。

(2)水質(zhì)監(jiān)測

大氣反射輻射會干擾水體中懸浮物體的檢測,影響水質(zhì)參數(shù)的估算。大氣反射輻射校正可消除干擾,提高水質(zhì)監(jiān)測的精度。

(3)地表溫度反演

大氣反射輻射會增加地表溫度的估算值,導(dǎo)致誤差。大氣反射輻射校正可降低誤差,提高地表溫度反演的準(zhǔn)確性。第七部分噪聲去除與圖像增強(qiáng)噪聲去除

1.噪聲類型

遙感圖像常見的噪聲類型包括:

*高斯噪聲:具有正態(tài)分布,由傳感器電子噪聲和光子噪聲引起。

*椒鹽噪聲:隨機(jī)出現(xiàn)的孤立像素,值為極高或極低。

*條帶噪聲:圖像中出現(xiàn)條紋狀的噪聲,由傳感器掃描機(jī)制或電子故障引起。

2.降噪方法

噪聲去除方法可分為兩類:

*空間域濾波:直接對像素進(jìn)行操作,例如:均值濾波、中值濾波、高斯濾波。

*頻域濾波:將圖像轉(zhuǎn)換為頻域,對特定頻帶進(jìn)行處理,例如:傅里葉變換、小波變換。

圖像增強(qiáng)

1.對比度增強(qiáng)

對比度增強(qiáng)旨在提高圖像中不同特征之間的差異度,常用的方法有:

*直方圖均衡化:調(diào)整圖像的直方圖,使其更接近均勻分布。

*拉伸:調(diào)整圖像亮度范圍,增強(qiáng)特定特征的對比度。

*自適應(yīng)直方圖均衡化:將圖像分塊處理,提高局部對比度。

2.空間濾波

空間濾波通過對圖像中相鄰像素進(jìn)行操作來增強(qiáng)或抑制某些特征:

*銳化:使用高通濾波器,突出圖像中的邊緣和紋理。

*平滑:使用低通濾波器,去除圖像中的噪聲和細(xì)節(jié)。

*形態(tài)學(xué)濾波:基于集合論和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué),用于提取特定形狀或大小的特征。

3.輻射校正

輻射校正旨在消除由傳感器和大氣條件引起的輻射失真,常用的方法有:

*大氣校正:去除大氣散射和吸收對圖像輻射值的影響。

*傳感器校準(zhǔn):校正傳感器靈敏度和增益的差異。

*輻射定標(biāo):將圖像轉(zhuǎn)換為絕對輻射單位,便于定量分析。

綜合考慮

噪聲去除和圖像增強(qiáng)是相互關(guān)聯(lián)的,在實際應(yīng)用中需要綜合考慮。噪聲去除有助于提高圖像質(zhì)量,而圖像增強(qiáng)有助于突出感興趣的特征并便于后續(xù)分析。

具體實現(xiàn)

噪聲去除和圖像增強(qiáng)算法通常使用圖像處理軟件實現(xiàn),例如:MATLAB、ENVI、ArcGIS。選擇合適的方法和參數(shù)取決于圖像噪聲和增強(qiáng)目標(biāo)的具體情況。

應(yīng)用場景

噪聲去除和圖像增強(qiáng)廣泛應(yīng)用于遙感數(shù)據(jù)的處理和分析,如:

*土地利用分類

*地物提取

*環(huán)境監(jiān)測

*遙感制圖

*空間建模

通過有效去除噪聲和增強(qiáng)圖像,可以提高遙感數(shù)據(jù)的信息量和可解釋性,為后續(xù)分析和決策提供高質(zhì)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。第八部分大氣校正精度評價關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點絕對精度評價

1.定量評估大氣校正后圖像的絕對輻射精度。

2.使用基準(zhǔn)數(shù)據(jù)(如現(xiàn)場測量結(jié)果、準(zhǔn)確大氣模型)作為參考。

3.常用方法包括:均方根誤差(RMSE)、平均絕對誤差(MAE)、相對誤差(RE)。

相對精度評價

1.評估不同大氣校正算法或參數(shù)設(shè)置之間的相對性能。

2.基于同一輸入圖像進(jìn)行校正,并比較校正后的圖像質(zhì)量。

3.常用指標(biāo)包括:圖像增強(qiáng)因子(IEF)、圖像相關(guān)系數(shù)(ICC)、瑞利準(zhǔn)則。

特異性精度評價

1.評估大氣校正方法處理特定特征的能力,如:水體、植被、建筑物。

2.涉及特定場景或目標(biāo)物體的校正精度。

3.通常采用定性或?qū)<以u審的方法進(jìn)行評估。

定性精度評價

1.基于視覺或經(jīng)驗判斷來評估校正效果。

2.涉及對校正后圖像與參考圖像的對比和分析。

3.評估標(biāo)準(zhǔn)包括:圖像清晰度、對比度、顏色真實性。

趨勢和前沿

1.人工智能(AI)技術(shù)在自動化和提高大氣校正精度方面的發(fā)展。

2.多源數(shù)據(jù)融合(如:遙感圖像、氣象數(shù)據(jù))以改善大氣信息的精度。

3.地理空間分辨率和時間分辨率更高的遙感圖像對大氣校正的需求增加。

前沿展望

1.機(jī)器學(xué)習(xí)算法在自適應(yīng)和定制化大氣校正模型中的應(yīng)用。

2.地球觀測衛(wèi)星任務(wù)的持續(xù)發(fā)展,提供更全面的大氣數(shù)據(jù)。

3.跨學(xué)科合作,將遙感技術(shù)與氣象學(xué)、大氣科學(xué)相結(jié)合,提高大氣校正的精度和適用性。大氣校正精度評價

1.光譜一致性

光譜一致性度量大氣校正后圖像與目標(biāo)地物光譜反射率之間的一致程度。它通常通過計算參考光譜(已知地物反射率)與估計光譜(大氣校正后的圖像)之間的均方根誤差(RMSE)或相關(guān)系數(shù)來評估。

RMSE低或相關(guān)系數(shù)高表示更好的光譜一致性,表明大氣校正有效地移除了大氣影響,恢復(fù)了地物固有光譜信息。

2.幾何精度

幾何精度評價大氣校正后圖像與參考圖像之間的幾何一致性。它通常通過計算控制點(已知目標(biāo)位置)在校正前后的圖像中的坐標(biāo)差來評估。

校正后的圖像與參考圖像之間的控制點坐標(biāo)差越小,幾何精度越高。這表明大氣校正過程沒有引入顯著的幾何失真。

3.定量準(zhǔn)確性

定量準(zhǔn)確性評價大氣校正后圖像中地物反射率估計值的準(zhǔn)確性。它通常通過與參考數(shù)據(jù)(如現(xiàn)場測量或其他遙感產(chǎn)品)進(jìn)行比較來評估。

誤差越小,定量準(zhǔn)確性越高。這表明大氣校正技術(shù)有效地恢復(fù)了地物的光譜反射率,為進(jìn)一步的定量遙感應(yīng)用提供了可靠的基礎(chǔ)。

4.空間一致性

空間一致性度量校正后的圖像中不同區(qū)域之間地物反射率估計值的一致性。它通常通過計算圖像中不同樣本的光譜反射率之間的變異系數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)差來評估。

變異系數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)差越小,空間一致性越高。這表明大氣校正過程沒有引入明顯的空間斑點或條紋,恢復(fù)的反射率在圖像空間范圍內(nèi)保持一致。

5.時序一致性

時序一致性評價在不同時間獲取的大氣校正圖像之間地物反射率估計值的一致性。它對于監(jiān)測地物變化至關(guān)重要。

通過比較不同時間圖像中相同位置的地物反射率,可以評估時序一致性。估計值之間的差異越小,時序一致性越高。這表明大氣校正技術(shù)能夠在不同的成像時間保持穩(wěn)定的性能,便于長時間序列遙感分析。

6.魯棒性

魯棒性評價大氣校正技術(shù)對

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