專利名稱：一種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射糾正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于衛(wèi)星遙感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射糾正方法。
背景技術(shù)：
遙感衛(wèi)星發(fā)射上天后，由于溫度、壓力等環(huán)境因素發(fā)生了改變等原因，傳感器的響應(yīng) 函數(shù)發(fā)行變化，造成了衛(wèi)星遙感得到的輻射值與實(shí)際輻射值之間的誤差。目前解決該問題 的方法有兩個(gè)， 一是在衛(wèi)星上測(cè)量太陽直射光和標(biāo)準(zhǔn)光源作為定標(biāo)參數(shù)來對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行 輻射糾正。二是通過在地面與衛(wèi)星同步測(cè)量地物光譜，然后根據(jù)測(cè)得的地物光譜對(duì)遙感數(shù) 據(jù)進(jìn)行輻射糾正。但由于多種原因，星上標(biāo)準(zhǔn)燈的輻射能量不可避免地存在一定的波動(dòng)， 造成輻射糾正后仍然存在一定誤差。上述地面定標(biāo)方法由于大氣氣溶膠的變化，也存在明 顯的誤差。目前，國外衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)提供的定標(biāo)參數(shù)進(jìn)行輻射糾正后，反射率誤 差仍達(dá)1% 2%;國產(chǎn)衛(wèi)星的輻射誤差更達(dá)2% 4%。該誤差對(duì)水質(zhì)遙感等方面的定量計(jì) 算產(chǎn)生了極嚴(yán)重的影響，成為水質(zhì)定量遙感的一大障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過利用大氣影響較小，而且影響作用穩(wěn)定的山區(qū)陰影和/或清潔水 體光譜進(jìn)行輻射糾正，可以將衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，且該種輻射 糾正方法可適用于任何光學(xué)傳感器。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案 一種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射糾正方法，所述輻射糾正方法是 以山區(qū)陰影和/或清潔水體光譜對(duì)原始圖像進(jìn)行輻射糾正。 上述輻射糾正方法包括以下步驟
(1) 通過衛(wèi)星測(cè)量并計(jì)算獲得山區(qū)陰影和/或清潔水體的像元輻亮度；
(2) 計(jì)算獲得山區(qū)陰影和/或清潔水體的定標(biāo)參數(shù)；
(3 )以山區(qū)陰影和/或清潔水體的定標(biāo)參數(shù)對(duì)原始圖像輻亮度進(jìn)行輻射糾正。 上述步驟(l)中的山區(qū)陰影的像元輻亮度^的計(jì)算公式為A 式中
Z^和^分別為地面反射對(duì)天空光的反射、大氣的路徑散射輻亮度和周圍環(huán)境反射光。
上述步驟(i)中的清潔水體的像元輻亮度^的計(jì)算公式為￡w=z:w+^+、+i^，
式中z:w, ^p分別為水體的反射光和大氣的路徑散射輻亮度，丄g為水面太陽耀光，丄*為
3水面對(duì)天空光的鏡面反射輻亮度。
上述步驟(2)中的山區(qū)陰影的定標(biāo)參數(shù)&的計(jì)算公式為6A=^A—i:A，式中i^為
相應(yīng)波段的山區(qū)陰影的像元輻亮度，i^為原始圖像輻亮度。
上述步驟(2)中的清潔水體的定標(biāo)參數(shù)^的計(jì)算公式為6A=i^—￡A，式中i^為
相應(yīng)波段的清潔水體的像元輻亮度，^為原始圖像輻亮度。 上述山區(qū)陰影和/或清潔水體的定標(biāo)參數(shù)的誤差《0.2%。
本發(fā)明所述衛(wèi)星數(shù)據(jù)的輻射糾正方法可以將衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射精度提高一個(gè)數(shù)量 級(jí)以上，而且該種輻射糾正方法可適用于任何光學(xué)傳感器。試驗(yàn)結(jié)果表明該方法具有較高 的精度，達(dá)到實(shí)用化的要求。


圖1是珠江三角洲地區(qū)的原始中巴衛(wèi)星的圖像；
圖2是經(jīng)過本發(fā)明輻射糾正后的珠江三角洲地區(qū)的中巴衛(wèi)星的圖像。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的描述。 1.方法的原理
1.1山區(qū)陰影與清潔水體光譜特點(diǎn)
u.i山區(qū)陰影的光譜特點(diǎn)
大氣層中，正常大氣分子的成分是穩(wěn)定的，但其濃度隨高程增加而呈負(fù)指數(shù)減小，其 散射性質(zhì)為瑞利散射。與正常大氣分子相似，氣溶膠數(shù)濃度也隨高程增加而呈負(fù)指數(shù)減小，
而且隨高度而減小的速度更快。據(jù)我們測(cè)量結(jié)果， 一般地區(qū)600米以上，氣溶膠的濃度就 極低，且主要為水平分布穩(wěn)定的背景氣溶膠，其散射性質(zhì)也為瑞利散射。在山區(qū)陰影中， 森林陰影是遙感圖像上最常見的陰影區(qū)。陰影區(qū)太陽直射光為O，像元的輻亮度為
W丄e
丄g, Z^和^分別為地面反射對(duì)天空光的反射、大氣的路徑散射輻亮度和周圍環(huán)境反射光。
s 斗;r ;r五。為太陽輻照度；0; = 0^+0;。整層大氣散射系數(shù)，等于氣體分了散射系數(shù)和氣溶膠分散
射系數(shù)之和；/^)為瑞利用射相函數(shù)，對(duì)于海拔高于600米的山區(qū)氣溶膠顆粒極細(xì)，也為
瑞利散射，有尸(。=|(1 + 00320;五^為天空光輻照度，且￡^=￡。，； A為山區(qū)森林
植被反射率，可以通過測(cè)量得到。^為周圍環(huán)境反射輻照度，取決于同圍地型和地物反射
率，7 = ^"為大氣透過率，海拔較高時(shí)T較小，有r-l-co。
對(duì)于可見光波段，森林陰影的A極小，可以忽略不計(jì)。
五o戶(。
com =0.0088X4()5eXp(-+)
//附
A為波長(zhǎng)；/^=8.44細(xì)，為大氣折簡(jiǎn)高度；z為像元的海拔高度。
oj。 = - exp(隱f)
A、 /^分別背景氣溶膠混濁度系數(shù)和折簡(jiǎn)高度，二者對(duì)一定的地理位置和季節(jié)均為較 穩(wěn)定參數(shù)，可通過測(cè)量得到。
l丄2山區(qū)清潔水體光譜特點(diǎn)
山區(qū)清潔水體像元的輻亮度為
z^分別為水體的反射光和大氣的路徑散射輻亮度，i^為水面太陽耀光。
丄* = f及，為水面對(duì)天空光的鏡面反射輻亮度，= 0.025為水面對(duì)天空光的鏡面反射 率。對(duì)于平靜水面，太陽耀光可忽略
w o w2 4 r
ic為清潔水體反射率，可通過測(cè)量得到。其它參數(shù)的計(jì)算同上。
51.2基于山區(qū)陰影與清潔水體光譜的輻射糾正 1.2.1基于山區(qū)陰影的可見光波段輻射糾正方法
用以上公式，可較精確地計(jì)算出可見光波段森林陰影像元的各波段輻亮度i^。然后
可得到各波段定標(biāo)參數(shù)6, H八 丄,為原始圖像輻亮度。
1.2.1基于山區(qū)清潔水體的輻射糾正方法
基于山區(qū)陰影的可見光波段輻射糾正方法由于植被在近紅外波段的反射率極高，周圍
環(huán)境反射光較強(qiáng)而不能適用于近紅外波段。近紅外波段的糾正可用以下基于山區(qū)清潔水體
的輻射糾正方法。對(duì)于清潔水體，近紅外波段為強(qiáng)吸收，其反射率為0，故水體的像元輻
亮度僅為大氣路徑散射 z _五o，
定標(biāo)參數(shù)為6A = zwA—i:A
在水域廣泛的地區(qū)，可以^對(duì)所有掃描線進(jìn)行糾正。 2.方法的誤差估計(jì)
2.1基于山區(qū)陰影的可見光波段輻射糾正誤差估計(jì)
該方法主要來自陰影區(qū)植被反射率測(cè)量值與實(shí)際反射率的誤差。不同森林陰影區(qū)由于 植被種類或覆蓋率有差異，其反射率有一定誤差，但在可見光波段由于其本射反射率很低， 加上測(cè)量反射率在實(shí)際陰影區(qū)測(cè)量得到，周圍地物的反射光也地一定程度上得到考慮，故 可見光波段反射率的誤差在2%以內(nèi)，加上合格的圖像均在晴朗的天氣條件下獲得，天空 光僅為太陽直射光的1/10，故定標(biāo)參數(shù)的誤差《0.2%。
2.2基于山區(qū)清潔水體的近紅外波段輻射糾正誤差估計(jì)
該方法主要來自水體之上水汽的影響。水汽散射光會(huì)對(duì)本方法定標(biāo)參數(shù)的計(jì)算造成一
定誤差。但晴朗天氣下，水汽主要以氣體型式存在，精度細(xì)，以瑞利用射為主，紅外波段
的散射強(qiáng)度極小，其變化幅度更小，故定標(biāo)參數(shù)的誤差也《0.2%。3.應(yīng)用實(shí)例
我們利用對(duì)廣東省TM和中巴衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)的輻射定標(biāo)，結(jié)果表明該方法具有較高的 精度，達(dá)到實(shí)用化的要求。圖l是珠江三角洲地區(qū)的原始中巴衛(wèi)星的圖像，圖2是利用糾 正方法對(duì)上述珠江三角洲中巴衛(wèi)星影像進(jìn)行輻射糾正之后的實(shí)例。
從圖中可明顯看出，原始圖像存地明顯的條帶，同一圖像上，波段1和波段4誤差均 超過3%，經(jīng)用本方法的進(jìn)行的輻射糾正后，反射率的輻射誤差減少到0.2%內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射糾正方法，其特征在于，所述輻射糾正方法是以山區(qū)陰影和/或清潔水體光譜對(duì)原始圖像進(jìn)行輻射糾正。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射糾正方法，其特征在于，包括以下步驟(1) 通過衛(wèi)星測(cè)量并計(jì)算獲得山區(qū)陰影和/或清潔水體的像元輻亮度；(2) 計(jì)算獲得山區(qū)陰影和/或清潔水體的定標(biāo)參數(shù)；(3 )以山區(qū)陰影和/或清潔水體的定標(biāo)參數(shù)對(duì)原始圖像輻亮度進(jìn)行輻射糾正。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射糾正方法，其特征在于，所述步驟(1)中的山區(qū)陰影的像元輻亮度^的計(jì)算公式為Z, = Zg +、 +4式中、，Z^和^分別為地面反射對(duì)天空光的反射、大氣的路徑散射輻亮度和周圍環(huán) 境反射光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射糾正方法，其特征在于，所述步驟(1)中的 清潔水體的像元輻亮度的計(jì)算公式為Zv = 4 + 、 + ^ +式中Z'w, Z^分別為水體的反射光和大氣的路徑散射輻亮度，Zg為水面太陽耀光， 為水面對(duì)天空光的鏡面反射輻亮度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射糾正方法，其特征在于，所述步驟(2)中的山區(qū)陰影的定標(biāo)參數(shù)^的計(jì)算公式為6A=^A—ZA式中Z^為相應(yīng)波段的山區(qū)陰影的像元輻亮度，^為原始圖像輻亮度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射糾正方法，其特征在于，所述步驟(2)中的清潔水體的定標(biāo)參數(shù)^的計(jì)算公式為6A = zwA—i:A式中Zw為相應(yīng)波段的清潔水體的像元輻亮度，^為原始圖像輻亮度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射糾正方法，其特征在于，所述山區(qū)陰影 和/或清潔水體的定標(biāo)參數(shù)的誤差《0.2%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射糾正方法，所述輻射糾正方法是以山區(qū)陰影和/或清潔水體光譜對(duì)原始圖像進(jìn)行輻射糾正。本發(fā)明所述衛(wèi)星數(shù)據(jù)的輻射糾正方法可以將衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的輻射精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，而且該種輻射糾正方法可適用于任何光學(xué)傳感器。試驗(yàn)結(jié)果表明該方法具有較高的精度，達(dá)到實(shí)用化的要求。
文檔編號(hào)G01S17/89GK101493525SQ20081021984
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者鄧孺孺 申請(qǐng)人:中山大學(xué)