遥感制图第三章遥感影像图的辐射校正与修复PPT资料.ppt

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因太阳光照条件引起的辐射误差；

因地形影响引起的辐射误差。

辐射校正概述,绝对辐射校正：

对目标做定量描述，要得到目标的辐射绝对值。

相对辐射校正：

只得到目标中某一点（波段）辐射亮度与其它点（波段）的相对值。

相对辐射定标,辐射校正概述,完整的辐射校正过程,大气辐射传输理论,辐射能量:

以电磁波形式向外传播的能量，单位为焦（J）。

辐射通量：

辐射功率，单位时间通过某一表面的辐射能量，单位位焦耳/秒，瓦（J/s）辐射出射度：

辐射通量密度，单位时间单位面积辐射的辐射能量，单位瓦/米辐射照度：

单位时间单位面积接收的辐射能量，单位瓦/米辐射强度：

点辐射源在单位立体角、单位时间，向某一方向发射的辐射能量，单位：

瓦/球面度辐射亮度：

简称辐亮度，辐射源在单位立体角、单位时间内向垂直于辐射方向单位面积上辐射的辐射能量，单位：

瓦/球面度*米,大气辐射传输理论,可见光及近红外谱段（0.42.5um）,大气辐射传输理论,式中：

卫星遥感器入瞳处接收的辐射亮度；

地面接收到的辐射亮度；

大气透过率和由于大气散射造成的相上大气光谱辐射亮度，即路程总辐射地物表面反射率大气层外相应波长的太阳光谱辐射照度太阳天顶角遥感器观测角大气向地面散射相应波长的太阳光谱辐照度入射方向的大气辐射总透过率。

观测方向的大气辐射总透过率。

大气辐射传输理论,热红外波段：

35um和814um两个大气窗口,大气辐射传输理论,为遥感器接收到的辐射亮度；

为地表物理温度时的普朗克黑体辐射亮度；

为地表比辐射率；

为观测方向的大气辐射总透过率；

为大气上行辐射和下行辐射。

提纲,遥感传感器辐射校正,遥感影像大气辐射校正,航空影像的不均匀校正,影像条带去除与修复,2,3,5,6,遥感影像辐射校正概念,1,太阳、地形辐射校正,4,遥感影像去云处理,7,传感器的辐射定标,传感器定标是遥感信息定量化的前提，遥感数据的可靠性及应用的深度和广度在很大程度上取决于遥感器的定标精度。

所谓遥感器定标就是指建立遥感器每个探测元所输出信号的数值量化值与该探测器对应象元内的实际地物辐射亮度值之间的定量关系。

波段i的入瞳辐射能量；

波段i感器输出的亮度值；

波段i的定标增益系数；

波段i的定标偏置量。

传感器的辐射定标,传感器定标容包括发射前的实验室定标、星上定标和辐射校正场定标。

发射前的实验室定标是原始定标,准确度最高，随后各阶段的定标应在此原始数据上对比、修正；

星上绝对定标也很重要,因为它直接反映了遥感器随卫星发射入轨运行的实际情况；

辐射校正场是综合性定标,是在地面用多种方法对比的真实性检验,对前两项定标进行修正,它是卫星上天后重要的定标方法。

实验室定标,卫星在发射前都要经过实验室定标，为了得到增益和偏置，一般方法是使传感器对着n档已知辐亮度的辐射源进行测量，从而得到n个量测方程，对方程进行求解得到增益系数和偏置量，如最小二乘求解的公式如下：

实验室定标,另外，如果知道传感器输出及对应光源辐射值的上下限，可以直接用以下公式得到增益和偏置：

传感器能够输出的最大值传感器能够输出的最小值对应的光源辐射值对应的光源辐射值,实验室定标,积分球：

在实验室定标过程中，要得到已知辐射能量的辐射源，其中积分球辐射源是各类光学辐射测量仪器辐射定标的主要设备。

积分球是一个内壁均匀喷涂高反射率漫射材料（如聚四氟乙烯、硫酸钡等）并内置多个小体积光源的球形腔体。

在利用积分球辐射源进行辐射定标工作时，可通过改变内部点亮的灯的个数来调节其辐射输出。

由于积分球内壁漫反射涂层的“积分”作用，理论上可以在积分球出光面任一位置获得均匀的朗伯辐射，且通过点亮灯个数来调节亮阶，并能保持色温不变。

实验室定标,实验室定标,星上定标,当卫星发射入轨后，由于发射的影响和空间工作的环境温度变化，发射前的定标关系可能发生变化，这要采用新的定标源，得出新的定标系数，即进行星上定标。

星上定标既可以检测卫星内部变化，又能提供实时定标数据。

实标系数直接用于传感器计数值向辐亮度和等效亮温转换。

根据定标源的不同又分为星上定标灯定标、太阳定标、月亮定标等。

辐射校正场定标,基于地面辐射较正场的定标，特指在遥感辐射定标场地选择的基础上，在遥感器处在正常运行和外界环境条件下，通过同步测量来对遥感器定标的一种方法。

即在遥感器飞越辐射定标场上空，在定标扬选择若干像元区，测量遥感器对应的各波段地物的光谱反射率和大气光谱参量，并利用大气辐射传输模型给出遥感器入瞳处各光谱带的辐射亮度，最后确定它与遥感器对应输出的数字量化的数量关系，求解定标系数，并进行误差分析。

辐射校正场定标,其重要性在于该定标方法实现了对遥感器运行状态下与获取地面图像完全相同条件的绝对校正，可以从卫星发射到遥感器失效整个过程提供校正，可对遥感器进行真实性检验和对一些模型的正确性进行检验。

辐射较正场校正方法有反射基法、改进的反射基法（又称辐照度基法）和辐亮度基法，其中反射基法和改进的反射基法因其比较易于实现而常被人们作为场地辐射校正的首选方法。

辐射校正场定标,反射基法:

此方法在卫星过顶时，通过同步测量获取地表反射比、大气总光学厚度、气溶胶光学厚度等参量，然后利用大气辐射传输模型计算出传感器入瞳处的辐射度，再与卫星遥感图象上对应区域象元的灰度值相比，得到卫星传感器的绝对辐射标定系数。

辐射校正场定标,辐照度基法:

又称为改进的反射基法，主要是在同步观测中增加了漫射辐照度与总辐照度的测量，从而在解大气辐射传输方程中对大气气溶胶模型的依赖性，这种方法使用解析近似方法来计算反射率,从而可大大缩减计算时间和计算复杂性。

辐射校正场定标,辐亮度基法:

辐亮度基法主要采用经过严格光谱与辐射度标定的辐射计，通过航空平台实现与卫星传感器观测几何相似的同步测量，把机载辐射计测量的辐射度作为己知量，去标定飞行中卫星传感器的辐射量，从而实现卫星传感器的标定。

这种方法要求对机载辐射计要进行精确标定，星、机、地同步观测，机、地观测几何一致。

并且要对飞机与卫星之间路径的大气影响进行订正。

辐射校正场定标,上述测量原理决定了辐亮度法具有以下特点：

（1）测量所采用的辐射计必须进行绝对辐射定标，且最终辐射校正系数的误差以辐射计的定标误差为主；

（2）由于仅需对飞行高度以上的大气进行订正，回避了低层大气的订正误差，有利于提高校正精度；

（3）由于搭载于飞机上的辐射计地面视场较大，可在瞬间连续获取大量数据，所以对场地表面均匀性的要求较低。

辐射校正场定标,美国国家航空和宇宙航行局NASA和亚利桑那（Arizona）大学在美国新墨西哥州的白沙（WSMR）和加利福尼亚州的爱德华空军基地的干湖床（EAFB）建立了辐射校正场,并已对多颗卫星进行了场地标定工作。

法国在马塞市附近也建立了Lacrau辐射校正场,并开展了多次辐射校正工作。

欧空局在非洲撒哈拉沙漠日本与澳大利亚合作在澳大利亚北部沙漠地区建立了地面辐射校正场。

根据美、法公布的资料,目前用辐射校正场的方法对可见光和近红外波段的标正精度可达63%左右。

辐射校正场定标,我国根据美、法等国家多年开展遥感卫星探测器绝对辐射校正的经验和辐射校正场的选址条件,在国家计委、原国防科工委和原航天总公司领导的支持下,于1993年和1994年先后组织有关专家通过现场考察,确定甘肃省敦煌市西部党和洪积扇区为可见光和近红外波段的绝对辐射校正场,青海省的青海湖为热红外波段的绝对辐射校正场武汉大学：

河南登封验校场,提纲,遥感传感器辐射校正,遥感影像大气辐射校正,航空影像的不均匀校正,影像条带去除与修复,2,3,5,6,遥感影像辐射校正概念,1,太阳、地形辐射校正,4,遥感影像去云处理,7,大气校正,成像光谱仪所获取的数据不能正确反映地物的真实信息，极大地影响着遥感信息的提取和参数反演的精度，如大气的散射作用降低遥感影像的反差比。

反差比公式定义为,在实际遥感影像成像过程中散射使影像的反差比降低，反差比降低则使影像的分辨率降低。

散射作用所增加的亮度值不含有任何地面信息，但却降低了反差比，因而进行大气校正是十分必要的。

大气校正,基于影像特征模型地面线性回归经验模型利用波段特性进行大气校正大气辐射传输理论模型方法,基于影像特征模型,暗目标法：

此方法假设整幅图像的大气散射影响均一，在图像上选取暗目标如“清水”，直接把暗目标的亮度值来取代大气程辐射。

平面场模型：

这种模型要求在处理的影像数据中,存在分布均匀、一定面积的非吸收特征的纯净地物。

处理时在其中选择某一高反照比区域，并求出样区中像元的亮度平均值。

然后对图像中每一个像元都除以该光谱灰度值，计算公式,基于影像特征模型,内部平均相对反射模型：

对整个影像的光谱值进行平均,得到整幅图像的平均参考光谱,对图像中每一像元的光谱都除以该平均参考光谱,便得到了定标后的成像光谱遥感图像。

计算公式：

基于影像特征的模型,对数残差模型：

该模型是假设辐射值入瞳与在波长处的像元i的反射率具有以下关系：

式中,是地形因子,对一给定的像元,相对所有的光谱段它是一常数,由它可以说明辐射亮度的变化是由于探测角度及坡向的差异带来的；

是照度因子,它描述了太阳的辐射亮度曲线,在给定的光谱段,对所有的像元它都保持恒定。

基于影像特征模型,对上式进行对数运算,可得：

是像元i在光谱段处信号值的对数；

是对所有光谱段（每像元一个值）上,像元i的对数平均；

是对一给定的光谱段（每一个通道一个值）上,所有像元对数的平均。

基于影像特征模型,利用上式,对成像光谱遥感数据进行处理,便可对图像数据进行定标。

在实际应用中,所有波长上所有像元的对数平均（每幅图像一个值）值也加在上式中参加运算。

地面线性回归经验模型,这种方法要求野外测试与卫星扫描同时进行，通常选用同类仪器测量，将地面测量结果与卫星影像对应的亮度值进行回归分析，回归方程为：

式中：

a为常数；

b为回归系数R为地面反射率L为影像辐射值,地面线性回归经验模型,在获取地面目标图像的同时，也可预先在地面设置反射率已知的标志，或事先测出若干地面目标的反射率。

由于遥感过程是动态的，在地面特定地区、特定条件和一定时间段内测定的地面目标反射率不具有普遍性，因此该方法仅适用于包含特定地面实况数据的图像。

利用波段特性进行校正,波段间的回归分析法：

该方法理论依据在于大气散射的选择性，即大气散射对短波影响大，对长波影响小。

因此对遥感卫星来说有些波段受散射影响较重，有些波段受散射影响较小。

为处理问题方便，可以把受散射影响最小的波段所成影像当做无散射影响的标准影像，通过对不同波段的对比分析计算出大气干扰值。

利用波段特性进行校正,在不受大气影响的波段和待校正的波段影像中，选择从最亮到最暗的一系列目标，对每一个目标两个波段进行回归分析。

例如我们要用第m波段的数据，校正第n波段的数据，其亮度值分别是,回归方程为：

利用波段特性进行校正,直方图法：

如果影像中存在亮度为零的目标，如深海水体、阴影等，则其对应影像的的亮度值应该为零，实际上只有在没有大气影响的情况下，其亮度