遥感反演及遥感数据产品的生产过程
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3. 根据各种已知条件（即上面用下划线表示的量）就可从 查找表中得到气溶胶光学厚度。
1. 遥感反演概述
大气水汽含量 经验公式、查找表
先在地表反射率为常数或呈线性变化的假设下求取某波段 的大气透过率
然后通过使用该波段透过率与水汽含量的查找表求取水汽 含量
1. 遥感反演概述
大气校正
公式推导
大气辐射传输方程简化为如下公式
1. 遥感反演概述
地表温度
公式推导（分裂窗）
假设： a)地表比辐射率已知；b)大气窗口的水汽吸收系数可以看 作常数；c)大气温度与下垫面温度相差不大，黑体辐射公 式可以采用线形近似。
公式推导（略） 最终公式
系数获取方法（拟合MODTRAN模拟的数据）
1. 遥感反演概述
地表温度
迭代优化（Z Wan - 1997 ）
正演 反演
3
1. 遥感反演概述
1.2 遥感反演问题的本质和科学问题
遥感的本质是反演，而从反演的数学来源讲，反演研究 所针对的首先是数学模型。……，首先要解决的问题是对 地表遥感像元信息的地学描述。 但陆地遥感反演的根本问题在于定量遥感往往需要用少 量观测数据估计非常复杂的地表系统的当前状态，本质 上是一个病态反演问题。 解决病态反演问题的办法，一是扩充信息源，比如综合 使用多源遥感数据或地面观测资料，引入先验知识；二 是控制信息分配，让有限的观测信息尽量分配到目标参 数，抑制反演过程中的误差传播。
含少量参数 对每个模块建立查找表 将观测的多波段（或多角度）数据与查找表对照，就得到
叶面积指数与fPar
第三讲：遥感反演及遥感数据产品的生产过程
1. 遥感反演概述 ✓ 2. 遥感数据产品生产的流程
2.1 遥感产品生产线结构 2.2 遥感数据的预处理 2.3 遥感反演 2.4 遥感产品的完善和发布
4
1. 遥感反演概述
1.3 常见的几种遥感反演方法
经验回归
例如逐步多元回归、神经元
公式推导及线性反演
简化、线性化 ；例如大气校正公式、分裂窗
迭代优化
Newton 迭代、遗传算法
查找表
多数情况下只是作为一种简化工具
5
1. 遥感反演概述
1.4 遥感反演的注意事项
信息量问题
数据信息＋已知参数＋先验约束
2. 遥感数据产品生产的流程
2.2 遥感数据预处理
19
2. 遥感数据产品生产的流程
2.2 遥感数据预处理
为什么要进行辐射畸变校正
广义的辐射畸变包括：
传感器缺陷、地形和光照条件的变化、大气的吸收和散射
这里讨论的是狭义的辐射畸变，即传感器自身特点引起的 图像缺陷 因为传感器辐射畸变是与观测目标无关的伪信号，所以必 须进行校正
模型的可反演性
合适的参数化方法
反演算法的稳定程度
对噪声的抵抗能力
反演算法中使用约束条件
正则化方法、贝叶斯反演、物理边界
优化反演算法以提高计算效率
优化代价函数、选择合适的迭代算法、建立查找表
6
1. 遥感反演概述
1.5 MODIS数据参数反演系统
气溶胶产品
经验公式、查找表
大气水汽含量 经验公式、查找表
叶面积指数
经验回归
获取与卫星图像同步的地面测量叶面积指数
从卫星图像计算植被指数
建立测量点上NDVI或SAVI与叶面积指数的经验关系
将此经验关系应用到整个图像
1. 遥感反演概述
叶面积指数与fPar
公式＋查找表（R Myneni-2002）
辐射传输方程，包含很多参数 将辐射传输方程的求解过程分解，分解后的每一模块只包
20
2. 遥感数据产品生产的流程
2.2 遥感数据预处理
传感器辐射畸变类型
坏像元
探测器损坏或者数据传输过程中 丢失
点缺失、行缺失或者列缺失
探测器之间的差异
面阵探测器，线阵探测器
低信噪比波段和红外探测器容易
受到探测器差异的影响
光学系统透过率的非均匀
机载WiDAS传感器近红外 图像辐射畸变校正前后
透镜系统都会有靠近光轴部分透过率高于远离光轴透过率的现
象
21
2. 遥感数据产品生产的流程
2.2 遥感数据预处理
遥感数据的辐射定标
辐射定标的目的：
把遥感原始数据的DN值与遥感传感器接收到的辐射能量联系起 来
遥感数据辐射定标的注意事项 同一传感器的不同个体之间定标系数会有差异 传感器定标系数会随时间漂移 复杂的辐射定标方法，如热红外定标需要逐扫描线对比 黑体观测给出动态的定标系数
就可直接求出逆向公式
1. 遥感反演概述
BRDF及反照率产品
线性方程求解
线性核驱动模型
因为非线性因素都体现到核函数中，而核函数是估定的、 不包含位置参数的函数，因此反演该模型就可以用最小二 乘法解线性方程实现。
获得核驱动模型参数后，相应波段的半球反照率可由核驱 动模型积分得出。
总的反照率则是各波段反照率的加权和。
大气校正
公式推导
BRDF及反照率产品
公式推导（线性方程求解）
地表温度
公式推导、迭代优化
叶面积指数
经验回归、公式＋查找表
1. 遥感反演概述
气溶胶产品
查找表
1. 选择暗目标：2100纳米反射率和440纳米反射率之间有 经验关系，假设２１００纳米处无大气影响，可得440 纳米处的地表反射率。
2. 建立440纳米处地表反射率、气溶胶类型、气溶胶光学 厚度、太阳角度、观测角度等自变量与TOA反射率的查 找表。
遥感反演及遥感数据产 品的生产过程
2020/8/22
遥感反演及遥感数据产品的生产过程
这节课授课目标： 了解“蛋糕是怎么做的”，吃蛋糕才不会噎着
目前的遥感数据产品多数还不完善，解决使用中遇到的问题还需要 专业知识
了解遥感数据处理的原理 理解遥感数据产品还存在问题的原因
2
1. 遥感反演概述
1.1 什么是遥感反演
Biblioteka Baidu
MODIS７个波段昼夜两次观测，大气地表参数同时反演 未知数：７个通道的发射率、昼夜两个地表温度、昼夜两
套大气等效辐射温度和水汽含量 迭代算法：Quasi-Newton法、最小二乘拟合法 优化：对大气辐射传输过程建立查找表、用一个经验回归
公式获取解的初始值 大量的误差分析和验证工作
1. 遥感反演概述
3. 例子：GLASS叶面积指数产品生产线
3.1 数据源 3.2 预处理 3.3 反演算法 3.4 质量控制和质量标志
16
2. 遥感数据产品生产的流程
遥感数据产品生产在遥感信息流中的位置
遥感数据产品生产
17
2. 遥感数据产品生产的流程
2.1 遥感产品生产线结构
遥感数据源
参数产品的应用
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1. 遥感反演概述
大气水汽含量 经验公式、查找表
先在地表反射率为常数或呈线性变化的假设下求取某波段 的大气透过率
然后通过使用该波段透过率与水汽含量的查找表求取水汽 含量
1. 遥感反演概述
大气校正
公式推导
大气辐射传输方程简化为如下公式
1. 遥感反演概述
地表温度
公式推导（分裂窗）
假设： a)地表比辐射率已知；b)大气窗口的水汽吸收系数可以看 作常数；c)大气温度与下垫面温度相差不大，黑体辐射公 式可以采用线形近似。
公式推导（略） 最终公式
系数获取方法（拟合MODTRAN模拟的数据）
1. 遥感反演概述
地表温度
迭代优化（Z Wan - 1997 ）
正演 反演
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1. 遥感反演概述
1.2 遥感反演问题的本质和科学问题
遥感的本质是反演，而从反演的数学来源讲，反演研究 所针对的首先是数学模型。……，首先要解决的问题是对 地表遥感像元信息的地学描述。 但陆地遥感反演的根本问题在于定量遥感往往需要用少 量观测数据估计非常复杂的地表系统的当前状态，本质 上是一个病态反演问题。 解决病态反演问题的办法，一是扩充信息源，比如综合 使用多源遥感数据或地面观测资料，引入先验知识；二 是控制信息分配，让有限的观测信息尽量分配到目标参 数，抑制反演过程中的误差传播。
含少量参数 对每个模块建立查找表 将观测的多波段（或多角度）数据与查找表对照，就得到
叶面积指数与fPar
第三讲：遥感反演及遥感数据产品的生产过程
1. 遥感反演概述 ✓ 2. 遥感数据产品生产的流程
2.1 遥感产品生产线结构 2.2 遥感数据的预处理 2.3 遥感反演 2.4 遥感产品的完善和发布
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1. 遥感反演概述
1.3 常见的几种遥感反演方法
经验回归
例如逐步多元回归、神经元
公式推导及线性反演
简化、线性化 ；例如大气校正公式、分裂窗
迭代优化
Newton 迭代、遗传算法
查找表
多数情况下只是作为一种简化工具
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1. 遥感反演概述
1.4 遥感反演的注意事项
信息量问题
数据信息＋已知参数＋先验约束
2. 遥感数据产品生产的流程
2.2 遥感数据预处理
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2. 遥感数据产品生产的流程
2.2 遥感数据预处理
为什么要进行辐射畸变校正
广义的辐射畸变包括：
传感器缺陷、地形和光照条件的变化、大气的吸收和散射
这里讨论的是狭义的辐射畸变，即传感器自身特点引起的 图像缺陷 因为传感器辐射畸变是与观测目标无关的伪信号，所以必 须进行校正
模型的可反演性
合适的参数化方法
反演算法的稳定程度
对噪声的抵抗能力
反演算法中使用约束条件
正则化方法、贝叶斯反演、物理边界
优化反演算法以提高计算效率
优化代价函数、选择合适的迭代算法、建立查找表
6
1. 遥感反演概述
1.5 MODIS数据参数反演系统
气溶胶产品
经验公式、查找表
大气水汽含量 经验公式、查找表
叶面积指数
经验回归
获取与卫星图像同步的地面测量叶面积指数
从卫星图像计算植被指数
建立测量点上NDVI或SAVI与叶面积指数的经验关系
将此经验关系应用到整个图像
1. 遥感反演概述
叶面积指数与fPar
公式＋查找表（R Myneni-2002）
辐射传输方程，包含很多参数 将辐射传输方程的求解过程分解，分解后的每一模块只包
20
2. 遥感数据产品生产的流程
2.2 遥感数据预处理
传感器辐射畸变类型
坏像元
探测器损坏或者数据传输过程中 丢失
点缺失、行缺失或者列缺失
探测器之间的差异
面阵探测器，线阵探测器
低信噪比波段和红外探测器容易
受到探测器差异的影响
光学系统透过率的非均匀
机载WiDAS传感器近红外 图像辐射畸变校正前后
透镜系统都会有靠近光轴部分透过率高于远离光轴透过率的现
象
21
2. 遥感数据产品生产的流程
2.2 遥感数据预处理
遥感数据的辐射定标
辐射定标的目的：
把遥感原始数据的DN值与遥感传感器接收到的辐射能量联系起 来
遥感数据辐射定标的注意事项 同一传感器的不同个体之间定标系数会有差异 传感器定标系数会随时间漂移 复杂的辐射定标方法，如热红外定标需要逐扫描线对比 黑体观测给出动态的定标系数
就可直接求出逆向公式
1. 遥感反演概述
BRDF及反照率产品
线性方程求解
线性核驱动模型
因为非线性因素都体现到核函数中，而核函数是估定的、 不包含位置参数的函数，因此反演该模型就可以用最小二 乘法解线性方程实现。
获得核驱动模型参数后，相应波段的半球反照率可由核驱 动模型积分得出。
总的反照率则是各波段反照率的加权和。
大气校正
公式推导
BRDF及反照率产品
公式推导（线性方程求解）
地表温度
公式推导、迭代优化
叶面积指数
经验回归、公式＋查找表
1. 遥感反演概述
气溶胶产品
查找表
1. 选择暗目标：2100纳米反射率和440纳米反射率之间有 经验关系，假设２１００纳米处无大气影响，可得440 纳米处的地表反射率。
2. 建立440纳米处地表反射率、气溶胶类型、气溶胶光学 厚度、太阳角度、观测角度等自变量与TOA反射率的查 找表。
遥感反演及遥感数据产 品的生产过程
2020/8/22
遥感反演及遥感数据产品的生产过程
这节课授课目标： 了解“蛋糕是怎么做的”，吃蛋糕才不会噎着
目前的遥感数据产品多数还不完善，解决使用中遇到的问题还需要 专业知识
了解遥感数据处理的原理 理解遥感数据产品还存在问题的原因
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1. 遥感反演概述
1.1 什么是遥感反演
Biblioteka Baidu
MODIS７个波段昼夜两次观测，大气地表参数同时反演 未知数：７个通道的发射率、昼夜两个地表温度、昼夜两
套大气等效辐射温度和水汽含量 迭代算法：Quasi-Newton法、最小二乘拟合法 优化：对大气辐射传输过程建立查找表、用一个经验回归
公式获取解的初始值 大量的误差分析和验证工作
1. 遥感反演概述
3. 例子：GLASS叶面积指数产品生产线
3.1 数据源 3.2 预处理 3.3 反演算法 3.4 质量控制和质量标志
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2. 遥感数据产品生产的流程
遥感数据产品生产在遥感信息流中的位置
遥感数据产品生产
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2. 遥感数据产品生产的流程
2.1 遥感产品生产线结构
遥感数据源
参数产品的应用
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