遥感图像辐射校正与几何校正_精品文档.ppt

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第三章第三章遥感图像辐遥感图像辐射校正与几何校正射校正与几何校正闫冬梅闫冬梅13.13.1辐射校正辐射校正辐射误差辐射误差（rediometricrediometricerror）error）：

利用传感器观测目标的利用传感器观测目标的反射与辐射能量时，传感器所得到的测量值与目标的反射与辐射能量时，传感器所得到的测量值与目标的光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量是不一致的。

其光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量是不一致的。

其中包含了太阳位置条件、薄雾等大气条件、或因传感中包含了太阳位置条件、薄雾等大气条件、或因传感器的性能不完备等条件所引起的失真。

器的性能不完备等条件所引起的失真。

辐射校正辐射校正（rediometricrediometriccalibration）calibration）：

为了正确评价目为了正确评价目标的反射和辐射特性，消除图像中依附在辐射亮度中标的反射和辐射特性，消除图像中依附在辐射亮度中的各种失真过程。

的各种失真过程。

2辐射误差产生的原因辐射误差产生的原因v因传感器的响应特性引起的辐射误差因传感器的响应特性引起的辐射误差v光学摄影机引起的辐射误差光学摄影机引起的辐射误差v光电扫描仪引起的辐射误差光电扫描仪引起的辐射误差v条带噪声、斑点噪声条带噪声、斑点噪声v因大气影响的辐射误差因大气影响的辐射误差v因太阳辐射引起的辐射误差因太阳辐射引起的辐射误差v太阳位置引起的辐射误差太阳位置引起的辐射误差v地形起伏引起的辐射误差地形起伏引起的辐射误差3辐射校正辐射校正v由遥感器的灵敏度特性引起的畸变校正由遥感器的灵敏度特性引起的畸变校正由光学系统的特性引起的畸变校正：

在使用透镜的光学系统由光学系统的特性引起的畸变校正：

在使用透镜的光学系统中，例如在摄像面中，存在着边缘部分比中心部分发暗的现中，例如在摄像面中，存在着边缘部分比中心部分发暗的现象（边缘减光）。

如果以光轴到摄象面边缘的视场角为象（边缘减光）。

如果以光轴到摄象面边缘的视场角为，则理想的光学系统中某点的光量与则理想的光学系统中某点的光量与coscosnn几乎成正比，利用这几乎成正比，利用这一性质可以进行校正一性质可以进行校正（coscosnn校正）。

校正）。

由光电变换系统的特性引起的畸变校正：

由于光电变换系统由光电变换系统的特性引起的畸变校正：

由于光电变换系统的灵敏度特性通常有很高的重复性，所以可以定期地在地面的灵敏度特性通常有很高的重复性，所以可以定期地在地面测定其特性，根据测定值进行校正。

测定其特性，根据测定值进行校正。

条带噪声和斑点噪声条带噪声和斑点噪声4例：

例：

LandsatLandsat卫星光电转换系统特性引起的辐射误差校正卫星光电转换系统特性引起的辐射误差校正其中：

其中：

分别是探测器的最小、最大辐射亮度；分别是探测器的最小、最大辐射亮度；对应对应MSS和和TM分别是分别是127和和255；绝对辐射亮度；绝对辐射亮度；数据值。

数据值。

5波段波段1234567Rmin/Rmax-0.0099/1.004-0.0227/2.404-0.0083/1.410-0.0194/2.660-0.00799/0.5873-0.00375/0.35950.1534/1.896波段宽度波段宽度0.0660.0810.0690.1290.2160.2501.239TM的最小、最大辐射亮度的最小、最大辐射亮度MSS的最小、最大辐射亮度的最小、最大辐射亮度波段波段Landsat2Landsat3Landsat4Landsat540.08/2.630.04/2.500.04/2.380.04/2.3850.06/1.760.03/2.000.04/1.640.04/1.6460.06/1.520.03/1.650.05/1.420.05/1.4270.11/3.910.03/4.500.12/3.490.12/3.496例：

条带噪声去除例：

条带噪声去除成像时，由于检测系统某一扫描线上故障造成扫描线脱成像时，由于检测系统某一扫描线上故障造成扫描线脱落。

这时往往没有任何信息，在图像只显示一条黑线，有时落。

这时往往没有任何信息，在图像只显示一条黑线，有时也会出现分段黑线，这些均称条带噪声。

也会出现分段黑线，这些均称条带噪声。

对于遥感图像可以直接在图像上目视观察条带是否存在，对于遥感图像可以直接在图像上目视观察条带是否存在，但一般来说，则要设法让计算机自动查找条带了。

采用公式但一般来说，则要设法让计算机自动查找条带了。

采用公式式中：

式中：

gij：

某一像元被计算前的输入灰度值；某一像元被计算前的输入灰度值；M：

整个图：

整个图像所有像元灰值的平均值；像所有像元灰值的平均值；D：

整个图像所有像元数灰度：

整个图像所有像元数灰度值的标准偏差；值的标准偏差；mi：

每条扫描线上像元灰度平均值；：

每条扫描线上像元灰度平均值；di：

每条扫描线上像元灰度的标准偏差每条扫描线上像元灰度的标准偏差7按照上面查找条带公式。

如果第按照上面查找条带公式。

如果第ii行是一个条带，由行是一个条带，由于条带上所有像元都是零级灰值，故于条带上所有像元都是零级灰值，故mmii和和ddii计算出来也为计算出来也为零值，最后计算的零值，最后计算的GGijij的灰度值应该等于整个像幅灰度值的灰度值应该等于整个像幅灰度值的平均值的平均值MM，即计算出来第，即计算出来第ii行的所有像元的灰值都相行的所有像元的灰值都相等（也即等于某一常数时），说明第等（也即等于某一常数时），说明第ii行是一个条带，行是一个条带，需进行去条带处理。

需进行去条带处理。

（a）原始图像（b）纵向条带去除后结果图8辐射校正辐射校正v太阳高度及地形等引起的畸变校正太阳高度及地形等引起的畸变校正视场角和太阳角的关系引起的亮度变化的校正：

太阳光在地视场角和太阳角的关系引起的亮度变化的校正：

太阳光在地表反射、扩散时，其边缘更亮的现象叫太阳光点表反射、扩散时，其边缘更亮的现象叫太阳光点（sunsunspotspot），），太阳高度高时容易产生。

太阳光点与边缘减光等都太阳高度高时容易产生。

太阳光点与边缘减光等都可以用推算阴影曲面的方法进行校正。

阴影曲面是指在图像可以用推算阴影曲面的方法进行校正。

阴影曲面是指在图像的明暗范围内，由太阳光点及边缘减光引起的畸变部分。

的明暗范围内，由太阳光点及边缘减光引起的畸变部分。

地形倾斜的影响校正：

当地形倾斜时，经过地表扩散、反射地形倾斜的影响校正：

当地形倾斜时，经过地表扩散、反射再入射到遥感器的太阳光的辐射亮度就会依倾斜度而变化。

再入射到遥感器的太阳光的辐射亮度就会依倾斜度而变化。

可以采取用地表的法线矢量和太阳光入射矢量的夹角进行校可以采取用地表的法线矢量和太阳光入射矢量的夹角进行校正的方法，以及对消除了光路辐射成分的图像数据采用波段正的方法，以及对消除了光路辐射成分的图像数据采用波段间的比值进行校正的方法等。

间的比值进行校正的方法等。

9例：

太阳高度角辐射误差校正例：

太阳高度角辐射误差校正太阳高度角引起的畸变校正是将太阳光线倾斜时获取的太阳高度角引起的畸变校正是将太阳光线倾斜时获取的图像校正为太阳光线垂直照射时获取的图像。

太阳的高度角图像校正为太阳光线垂直照射时获取的图像。

太阳的高度角可根据成像时刻的时间、季节和地理位置来确定：

可根据成像时刻的时间、季节和地理位置来确定：

式中，式中，为图像对应地区的地理纬度，为图像对应地区的地理纬度，为太阳赤纬（成像为太阳赤纬（成像时太阳直射点的地理纬度），时太阳直射点的地理纬度），为时角（地区经度与成像时太阳直射点地区经度的为时角（地区经度与成像时太阳直射点地区经度的经差）。

经差）。

10太阳高度角的校正是通过调整一幅图像内的平均太阳高度角的校正是通过调整一幅图像内的平均灰度来实现的，在太阳高度求出后，太阳以高度角灰度来实现的，在太阳高度求出后，太阳以高度角斜射时得到的图像斜射时得到的图像与直射时得到的图像与直射时得到的图像有如下关系：

有如下关系：

如果不考虑天空光的影响，各波段图像可采用如果不考虑天空光的影响，各波段图像可采用相同的相同的角进行校正。

角进行校正。

太阳方位角的变化也会改变光照条件，它也随成像太阳方位角的变化也会改变光照条件，它也随成像季节、地理纬度的变化而变化。

太阳方位角引起的图季节、地理纬度的变化而变化。

太阳方位角引起的图像辐射值误差通常只对图像细部特征产生影响，它可像辐射值误差通常只对图像细部特征产生影响，它可以采用与太阳高度角校正相类似的方法进行处理。

以采用与太阳高度角校正相类似的方法进行处理。

11（a）原始影像（b）太阳高度角辐射校正后影像利用卫星影像头文件中提供的太阳高度角参数进利用卫星影像头文件中提供的太阳高度角参数进行辐射校正。

输出文件为行辐射校正。

输出文件为32位浮点影像数据。

位浮点影像数据。

12例：

地形坡度引起的辐射误差校正例：

地形坡度引起的辐射误差校正太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐射亮度和地面倾斜度有关。

如果光线垂直入射时水平地表射亮度和地面倾斜度有关。

如果光线垂直入射时水平地表受到的光照强度为受到的光照强度为，则光线垂直入射时倾斜角为，则光线垂直入射时倾斜角为的坡面上入射点处的光强度的坡面上入射点处的光强度为：

为：

因此若处在坡度为因此若处在坡度为的倾斜面上的地物影像为的倾斜面上的地物影像为则校正后的图像则校正后的图像为为13由上式看出，地形地坡度引起的辐射校正方法需要有由上式看出，地形地坡度引起的辐射校正方法需要有图像对应地区的图像对应地区的DEM数据。

另外，此项校正也可采用比值数据。

另外，此项校正也可采用比值图像来消除地形坡度所产生的辐射量误差。

图像来消除地形坡度所产生的辐射量误差。

利用同地区同分辨率利用同地区同分辨率DEM数据，建立影像区地形坡度数据，建立影像区地形坡度模型；而后利用像点地形坡度角进行影像辐射校正。

模型；而后利用像点地形坡度角进行影像辐射校正。

（a）原始影像（b）同分辨DEM数据（c）地形坡度角影像辐射校正结果影像14辐射校正辐射校正由遥感器引起的误差或由太阳高度引起的误差，一由遥感器引起的误差或由太阳高度引起的误差，一般在数据生产过程中由生产单位根据遥感器参数进行校般在数据生产过程中由生产单位根据遥感器参数进行校正，而不需要用户进行自行处理。

用户应该考虑大气影正，而不需要用户进行自行处理。

用户应该考虑大气影响引起的辐射畸变。

响引起的辐射畸变。

15大气影响的定量分析大气影响的定量分析进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收、散射进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收、散射和透射。

其中对传感器接收影响较大的是吸收和散射。

和透射。

其中对传感器接收影响较大的是吸收和散射。

16大气影响的定量分析大气影响的定量分析v无大气：

无大气：

在没有大气存在时，传感器在没有大气存在时，传感器接收的辐照度，只与太阳辐射到接收的辐照度，只与太阳辐射到地面的辐照度和地物反射率有关。

地面的辐照度和地物反射率有关。

设设E0为波长为波长的入射辐照度的入射辐照度，为入射方向的天顶角，当无大为入射方向的天顶角，当无大气存在时，地面上单位面积的辐气存在时，地面上单位面积的辐照度为照度为：

17大气影响的定量分析大气影响的定量分析v假定地表面是朗伯体，假定地表面是朗伯体，其表面为漫反射，则某方向物体的亮度为：

其表面为漫反射，则某方向物体的亮度为：

是地物反射率；是地物反射率；是球面度（半球反射是球面度（半球反射）18大气影响的定量分析大气影响的定量分析v传感器接收信号时传感器接收信号时受仪器的影响还有一个系统增益因子受仪器的影响还有一个系统增益因子，这时进入传，这时进入传感器的亮度值为：

感器的亮度值为：

19大气影响的定量分析大气影响的定量分析v由于大气的存在，辐射经过大气吸收和散射，透过率小于由于大气的存在，辐射经过大气吸收和散射，透过率小于11，从而减弱，从而减弱了原信号的强度。

同时大气的散射光也有一部分直接或经过地物反射进了原信号