基于6S模型TM遥感影像大气校正Word文档下载推荐.docx

1、成目标地物反射辐射能量到达遥感器时被衰减。给计算地表反照率、反射率和地表温度等关键参数带来较大的误差。本文以张掖地区 Landsat TM热红外波的遥感图像数据为例，通过利用 6S大气辐射传输模型进行大气校正，并在窄波段反照率与宽波段反照率之间存在线性关系的前提下，反演该地 区的地表反照率。关键词：6S模型；大气校正；地表反照率6S Model Based Atmos pheric Correction of Remote SensingImage in zhangyeQIN LinAbstract : Due to the distorti ons and no ises caused by

2、 the p rese nee of the atmos phere on theSun-target-Se nsor p ath, the sp ace-based and airbor ne remote sensing in formatio n in the solar sp ectral range do n ot directly characterize the surface objects. It becomes serious imp edime nts for the quantitative analysis and measurement of resources a

3、nd environment. This paper discussed the atmos pheric correcti on with 6S model （Sec ond Simulatio n of Satellite Signal in the Solar Sp ectrum）, revers ing surface albedos un der the lin ear relati onship betwee n n arrow band albedos and broadba nd albedos in the remote sensing image in zha ngye c

4、ity.Key words: 6S model; atmos pheric correcti on; surface albedo.1引言地表反照率是指地表反射太阳辐射与入射太阳辐射之比，是地-气间辐射能量收支 的重要参数之一。地表反照率作为整个太阳光谱的半球反射积分值，随时空变化而变化， 在一般情况下变化较为缓慢，但在气候环境突然改变（暴风雪、沙尘暴等）的情况下其值 变化非常显著。地表反照率是研究气候模型、天气预报、资源和灾害监测 （干旱、火灾、大气污染及洪水等）和水资源管理的一个重要参数。因此，准确获得大范围的地表反照 率具有重要意义。早在20世纪50年代初，Houghton利用气象观测数

5、据对北半球全年能量平衡作了全 面计算，求出全球年平均反照率为 0.34。后来的研究工作利用实测资料和地表覆盖类型 结合的传统方法，推算地表反照率，为反照率遥感反演奠定了基础。伴随遥感技术的发 展，反照率遥感反演逐渐取代传统的实测资料结合地表覆盖类型推算反照率的方法，在 区域和全球尺度上，针对不同的地表覆盖类型及其反射特征，对反照率及其季节变化特 征进行了研究。近20年来，定量遥感技术迅速发展，特别是利用多遥感器、多时相遥 感数据进行监测和分析全球资源环境、气候变化等的需要，使得遥感数据的定标、大气 辐射校正和地表物理量反演方法的研究越来越受到重视。 就太阳反射光谱区的遥感数据而言，大气辐射校正

6、和反射率反演方法研究的目的就是将这些卫星遥感定标后的表观辐 亮度转换为反映地物真实信息的地表反射率。最理想的大气辐射校正和反射率反演方法 应该是仅通过遥感影像信息，而不需要野外场地测量等辅助数据，并且能够适用于历史 数据和很偏远的研究区域。2研究区域概况张掖市地处西北内陆的河西走廊中部， 39 5N之间。东临金昌市，西连酒泉市， 内蒙古自治区阿拉善右旗及额济纳旗交界，黑河中游，介于97 20102 20,与3728 南靠祁连山，与青海省接壤，北依合黎山与 东西长 210km，南北宽5080km。本区属青藏高原的过渡地带，大地形由南部祁连山区，北部合黎山，龙首山区，中部走廊平原 区组成。北部合黎

7、山为海拔 14001900m的低山丘陵，龙首山为海拔 20003000m微 显陡峻的中低山区，南部的祁连山，山势雄伟高峻，山体宽厚，终年积雪，冰川广部， 为典型的高寒山地。在南北两山之间，形成一条南高北低由东南向西北倾斜的狭长盆地， 海拔在12001700m之间。境内属温带大陆性干旱气候，多年平均气温 77C，年降水量113.30342.70mm,蒸发量1453.002351.00mm。行政上区划上包括高台县、临泽 县、民乐县、山丹县和甘州区，总面积 18813km2。3研究方法3.1数据来源本研究所选用的数据为张掖市 2003年9月23日Landsat-5卫星影像（轨道号为 133/33）的

8、热红外波段数据如图1o Landsat-5卫星是美国于1984年发射的第二代试验型 地球资源卫星。卫星在技术上有了较大改进，平台采用新设计的多任务模块，增加了新 型的专题图绘图仪TM，可通过中继卫星传送数据。Band1为蓝绿波段（0.45-0.52 nj），B-and2为绿色波段（0.52-0.60卩金，Band3为红色波段（0.63-0.69卩血，Band4为近红外 波段（0.76-0.96 , Band5为中红外波段（1.55-1.75卩讪,Band6为热红外波段（10.40-12.50 m, Band7为中红外波段（2.08-2.35卩1）空间分辨率为30m。图1张掖地区Landsat-

9、5标准假彩色合成影像3.3辐射定标、大气顶部反射率的计算定量遥感反演研究必须从遥感器所接受到的大气 -陆地混合信号中提取出陆表目标。定量遥感首先要解决的核心问题是物体的贡献部分，消除所观察目标非相关的信息辐射定标和大气校正。科学家们试图通过大气校正方法提取目标物的真实反射率，提出6S模了直方图均衡化、黑暗目标法、固定目标法、对比减少法、 LUT方法、6S模型等不少方法。上述方法大部分建立在某种特殊的理想条件下，其实用性受到一定限制。型建立在辐射传输理论基础之上，模型应用范围广，不受研究区特点及目标类型等的影 响。实现辐射订正后，采用公式1把图像灰度值转换成具有辐射意义的亮度值 。（1）Lx =

10、 gain -DN +offest其中，LA是某个波段光谱辐射亮度（单位：W m-2 m sr-1）, gain和offest是偏差参数（单位：Wm-Jumsr-1）, DN是经辐射订正的图像灰度值。各参数如表 1所示：表1灰度值转换亮度值参数BandgainoffestDN10.762824-1.5262.8421.44251-2.8462.3831.03988-1.1758.2840.872588-1.5152.9850.119882-0.3710.9370.065294-0.153.24利用公式2可以计算地物在大气外的顶部光谱反射率5:P _ d2 n TOExCoSO式中，d为日地天文

11、单位距离，在这里取 0.9925; E入为波段 入处的平均大气外太阳辐 照度仲位:Wm- 2 i） ; Q为太阳天顶角，取值为42各参数的数值如表2所示:表2计算地物在大气外的顶部光谱反射率参数PtoaEaL A0.1421957670.1511826660.1661554620.2271036560.226215110.18880.673.2几何纠正在利用遥感图像提取信息的过程中， 要求把所提取的信息表达在某一个规定的图像 投影参照系统中，以便进行图像的几何量测、相互比较以及图像复合分析等处理。当原 始图像上各地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参照系统中的表达要求不一 致时，就产生了

12、图像几何变形问题，需要对图像进行几何纠正 2。本文采用多项式纠正法，其基本思想是回避成像的空间几何过程，而直接对影像变形的本身进行数学模拟，认为图像变形规律可以看做为平移、缩放、旋转、仿射、偏扭和弯曲以及更高次的基本 变形的综合作用结果。其基本过程是利用有限个地面控制点的已知坐标，解求多项式的 系数，然后将各像元的坐标代入多项式进行计算，从而求得纠正后的坐标。该方法对各 种类型传感器的纠正都是普遍适用的，尽管它存在着不同程度的近似性；同时该方法不 仅用于影像对地面系统的纠正，还常用于不同类型影像之间的几何配准，以满足计算机 分类、地物变化监测等处理的需要。首先，在ERDAS软件中，输入需要纠正

13、的张掖地区Landsat-5卫星影像；其次是采 集地面控制点，地面控制点是几何纠正中用来建立纠正方程的基础，是最关键的数据。 本次纠正，一共选取了 24个控制点，大多在容易分辨、相对稳定、特征明显的位置， 且在图像中均匀分布；最后是图像重采样，检验校正结果，像元属性值的重采样是依据 未校正图像的灰度值，采用某种方法估算校正后图像像元灰度值。通常有三种算法：最 邻近插值、双线性插值和三次卷积插值 。最后，在校正后的图像与参考图像之间建立 连接，移动查询光标，观测其在两屏幕中的位置及匹配程度，并注意光标对话框中数据 的变化，检验校正结果，校正后的图像如图 2所示：张播曲凰LmndBSt-SL何Jd

14、 it K偉1M 叩审岸 iMMfifCr*1 一整直a,匚图2张掖地区Landsat-5几何纠正影像3.4 6S模型的基本原理和计算6S 模型（the Seco nd Simulation of the Satellite Sig nal in the Solar Sp ectrum是由 Vermote和Tanre等人用FORTRAN编写的适用于太阳反射波（0.25-4卩m的大气辐射传 输模型，是精度较高的一种模型 。这种模型是在假定无云大气的情况下考虑了水汽、C02、03,和02的吸收，分子和气溶胶的散射以及非均一地面和双向反射率的问题，对不同情况下（不同的遥感器、不同地面状况）太阳光在太阳 -地面目标-遥感器整个传输路径中所受到的大气影响进行了描述，包括大气点扩散函数效应和表面方向反射率 的模拟，其中气体的吸收以10cm-1的光谱间隔计算，且光谱积分的步长达到了 2.5 nm；软件运行速度也相对较快。目前多用于处理可见、近红外的多角度数据 8 -9。6S输入参数6S模型中提供多种可选参数，针对成像时不同的时间地点以及气候条 件选择相应的参数。341几何参数目的是利用输入的参数来确定相对于一个指定的地面点时，太阳、地面目标和传感 器之间的空间几何关系。342大气模式6S中包括来自于L0WTRAN模式