遥感图像辐射处理(5)
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❖ 定量遥感：指从对地观测电磁波信号中定量提取地表参数 的技术和方法，区别于仅靠经验判读定性识别地物的方法。
4Fra Baidu bibliotek
5
(一) 传感器辐射定标
➢若传感器各个探测器工作不正常或定标不准，传 感器系统本身就会引入辐射误差。 ➢辐射定标：
是对传感器的探测值进行标定，用以确定传感 器入口处的准确辐射值。
6
绝对定标
遥感图像辐射处理
1
主要内容
遥感图像的辐射误差处理 遥感图像增强 多光谱图像运算 遥感信息复合
2
一. 遥感图像的辐射误差处理
➢辐射误差
传感器输出的电磁波能量与目标本身辐射的能量之差。
➢引起辐射误差的原因
• 传感器本身的性能 • 地形影响和光照条件的变化 • 大气的散射和吸收
➢遥感图像的辐射处理------定量遥感的基础
❖ ATCOR——the ATmospheric CORrection （ MODTRAN4+模型）
15
基于辐射传输模型进行大气校正 需要的参数：
❖ 影像中心的经纬度 ❖ 影像获取的日期、时间 ❖ 影像获取的高度 ❖ 影像对应地区的平均高 ❖ 大气模型（如mid-latitude summer,mid-latitude winter, tropical)
是为了校正传感器中各个探测元件响应度
差异而对卫星传感器测量到的原始亮度值 进行归一化的一种处理过程。
7
(二) 辐射校正（大气校正）
❖ 在遥感系统工作正常的情况下，由于大气衰减 和地形衰减的原因，获取的数据仍然带有辐射 误差。
❖ 大气校正就是 消除或改正遥感图像成像过程中 附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声。
大气校正的类型
❖ 绝对大气校正：目的是将遥感系统记录的亮度值 转换为折合表面反射率值，使之能与地球上其他 地区获取的折合表面反射率值进行比较和结合使 用。
❖ 相对大气校正：绝对大气校正需要提供传感器光 谱剖面和同步的大气属性；但对于大多数的卫星 影像，这些信息是难于获取的，因而无法实现表 面反射率的精确提取。因此，发展了相对大气校 正技术。
❖ 影像辐射率数据（即经过辐射定标，单位 W / m2.m.sr ）
❖ 波段中心波长、波段半径 ❖ 大气能见度
上述参数被输入所选的大气模型，用于计算遥感影像收集时的大气吸 收、散射等特性值；之后这些大气特性值被用于将传感器接受的能量 值反算为表面反射率值。
16
例如：ACORN大气校正方法
❖ MODTRAN4辐射传输模型
大气校正模块：
❖ ACORN——Atomospheric CORrection Now （MODTRAN4模型）
❖ ATREM——the Atmospheric REMoval （6S模型）
❖ FLAASH——Fast Line-of-sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes （ MODTRAN4+模型）
10
绝对大气校正
❖ 采用模式大气来校正遥感数据：即根据一年 中的时间、研究区域的高程和经纬度来计算 假想的大气条件；之后根据大气条件将遥感 影像上的像元亮度值转化为表面反射率值。
❖ 该方法适用于当大气衰减与遥感获取的地面 信号相比较小时的情况。
❖ 结合遥感数据获取的大气实测值，采用模式 大气的效果更好。
K (Lmax Lmin) / Cmax
LS
1
Tv (E0T 0
cos0
Ed )
LP
1
Tv
(E0T 0
cos0
Ed
)
LP
(K
BVi, j,k
)
Lm in
f (BVi, j,k )
辐射传输模型
❖ MODTRAN模型 ❖ 6S模型 ❖…
用于估计研究区内特定时间（天） 的路径辐射 LP 。
14
Ed ]}exp( secV ) Ld
Ls E0( ) cos2
• 对热红外波段，求出地物的辐射亮度后，以普朗克公 式求地物温度
Ls ( Lg g Ld ) Ld
19
3、基于统计学模型的方法
8
❖ 实践中是否进行大气校正，取决于：
➢ 问题本身 ➢ 可以得到的遥感数据的类型 ➢ 获取的历史与当前实测大气信息的数量 ➢ 从遥感数据中提取生物物理信息所要求的精度
❖ 不需要进行大气校正的原则：训练数据来自所研究的影像， 而不是来自从其他时间或地点获取的影像。
❖ 必须进行大气校正的情况：提取生物物理变量时，如数据未 经校正，就可能丢失这些重要成分的反射率的微小差别信息； 如需要将某影像中提取的生物物理量与另一景不同时相影像 中提取的同一生物物理量相比较，就必须进行大气校正。
建立传感器测量的数字信号(DN)与对应 的辐射能量之间 的数量关系。绝对定标在 卫星发射前后都要进行。
DN i Ai Li Ci
Li
DN Ai
Ai
相对定标
i Rm
Bi 255 ax Rm
in
Bi Ci / Ai Bi Rmin
得出目标中某一点的辐射亮度与其他点
的相对值。又称为传感器探测元件归一化，
• 传感器辐射定标 • 辐射校正
3
定量遥感概念
❖ 遥感技术发展的现状：一方面仍有大量遥感数据未被利用； 一方面所需求的有效信息又十分匮乏。
❖ 原因：遥感本身的原因；遥感应用研究中的对一些基本理 论问题尚缺乏深入的研究。
❖ 随着遥感科学的发展、遥感应用的深入，定量遥感的必要 性日益明显；而且，大量多角度遥感数据的问世，又使定 量反演成为可能。
Ls
E0 (Edu
T0 Tv 1 Edd
)
❖ 反射率计算
1
( Ls
E0T 0 (E0
Tv ) Edu
/
)/
Edd
17
18
2、简化的理论计算
• 可见光和近红外波段，求反射率（主要目的是对大气气溶胶含 量、大气吸收和大气散射特性等进行描述和求解）
传感器入口处的
辐射亮度：
地面反射率
Ls Lg exp(V ) Ld {(g / )[E0 () cos2 exp( sec2 )
11
1、基于辐射传输模型的大气校正
LS LT LP (W .m2.sr 1)
LS LT LP (W .m2.sr 1)
LT
1
2
Tv (E0T 0 cos0
1
Ed )d
Eg E0T0 cos0 Ed
LT
1
Tv (E0T 0
cos0 Ed )
LS (K BVi, j,k ) Lmin
4Fra Baidu bibliotek
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(一) 传感器辐射定标
➢若传感器各个探测器工作不正常或定标不准，传 感器系统本身就会引入辐射误差。 ➢辐射定标：
是对传感器的探测值进行标定，用以确定传感 器入口处的准确辐射值。
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绝对定标
遥感图像辐射处理
1
主要内容
遥感图像的辐射误差处理 遥感图像增强 多光谱图像运算 遥感信息复合
2
一. 遥感图像的辐射误差处理
➢辐射误差
传感器输出的电磁波能量与目标本身辐射的能量之差。
➢引起辐射误差的原因
• 传感器本身的性能 • 地形影响和光照条件的变化 • 大气的散射和吸收
➢遥感图像的辐射处理------定量遥感的基础
❖ ATCOR——the ATmospheric CORrection （ MODTRAN4+模型）
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基于辐射传输模型进行大气校正 需要的参数：
❖ 影像中心的经纬度 ❖ 影像获取的日期、时间 ❖ 影像获取的高度 ❖ 影像对应地区的平均高 ❖ 大气模型（如mid-latitude summer,mid-latitude winter, tropical)
是为了校正传感器中各个探测元件响应度
差异而对卫星传感器测量到的原始亮度值 进行归一化的一种处理过程。
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(二) 辐射校正（大气校正）
❖ 在遥感系统工作正常的情况下，由于大气衰减 和地形衰减的原因，获取的数据仍然带有辐射 误差。
❖ 大气校正就是 消除或改正遥感图像成像过程中 附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声。
大气校正的类型
❖ 绝对大气校正：目的是将遥感系统记录的亮度值 转换为折合表面反射率值，使之能与地球上其他 地区获取的折合表面反射率值进行比较和结合使 用。
❖ 相对大气校正：绝对大气校正需要提供传感器光 谱剖面和同步的大气属性；但对于大多数的卫星 影像，这些信息是难于获取的，因而无法实现表 面反射率的精确提取。因此，发展了相对大气校 正技术。
❖ 影像辐射率数据（即经过辐射定标，单位 W / m2.m.sr ）
❖ 波段中心波长、波段半径 ❖ 大气能见度
上述参数被输入所选的大气模型，用于计算遥感影像收集时的大气吸 收、散射等特性值；之后这些大气特性值被用于将传感器接受的能量 值反算为表面反射率值。
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例如：ACORN大气校正方法
❖ MODTRAN4辐射传输模型
大气校正模块：
❖ ACORN——Atomospheric CORrection Now （MODTRAN4模型）
❖ ATREM——the Atmospheric REMoval （6S模型）
❖ FLAASH——Fast Line-of-sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes （ MODTRAN4+模型）
10
绝对大气校正
❖ 采用模式大气来校正遥感数据：即根据一年 中的时间、研究区域的高程和经纬度来计算 假想的大气条件；之后根据大气条件将遥感 影像上的像元亮度值转化为表面反射率值。
❖ 该方法适用于当大气衰减与遥感获取的地面 信号相比较小时的情况。
❖ 结合遥感数据获取的大气实测值，采用模式 大气的效果更好。
K (Lmax Lmin) / Cmax
LS
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Tv (E0T 0
cos0
Ed )
LP
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Tv
(E0T 0
cos0
Ed
)
LP
(K
BVi, j,k
)
Lm in
f (BVi, j,k )
辐射传输模型
❖ MODTRAN模型 ❖ 6S模型 ❖…
用于估计研究区内特定时间（天） 的路径辐射 LP 。
14
Ed ]}exp( secV ) Ld
Ls E0( ) cos2
• 对热红外波段，求出地物的辐射亮度后，以普朗克公 式求地物温度
Ls ( Lg g Ld ) Ld
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3、基于统计学模型的方法
8
❖ 实践中是否进行大气校正，取决于：
➢ 问题本身 ➢ 可以得到的遥感数据的类型 ➢ 获取的历史与当前实测大气信息的数量 ➢ 从遥感数据中提取生物物理信息所要求的精度
❖ 不需要进行大气校正的原则：训练数据来自所研究的影像， 而不是来自从其他时间或地点获取的影像。
❖ 必须进行大气校正的情况：提取生物物理变量时，如数据未 经校正，就可能丢失这些重要成分的反射率的微小差别信息； 如需要将某影像中提取的生物物理量与另一景不同时相影像 中提取的同一生物物理量相比较，就必须进行大气校正。
建立传感器测量的数字信号(DN)与对应 的辐射能量之间 的数量关系。绝对定标在 卫星发射前后都要进行。
DN i Ai Li Ci
Li
DN Ai
Ai
相对定标
i Rm
Bi 255 ax Rm
in
Bi Ci / Ai Bi Rmin
得出目标中某一点的辐射亮度与其他点
的相对值。又称为传感器探测元件归一化，
• 传感器辐射定标 • 辐射校正
3
定量遥感概念
❖ 遥感技术发展的现状：一方面仍有大量遥感数据未被利用； 一方面所需求的有效信息又十分匮乏。
❖ 原因：遥感本身的原因；遥感应用研究中的对一些基本理 论问题尚缺乏深入的研究。
❖ 随着遥感科学的发展、遥感应用的深入，定量遥感的必要 性日益明显；而且，大量多角度遥感数据的问世，又使定 量反演成为可能。
Ls
E0 (Edu
T0 Tv 1 Edd
)
❖ 反射率计算
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( Ls
E0T 0 (E0
Tv ) Edu
/
)/
Edd
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2、简化的理论计算
• 可见光和近红外波段，求反射率（主要目的是对大气气溶胶含 量、大气吸收和大气散射特性等进行描述和求解）
传感器入口处的
辐射亮度：
地面反射率
Ls Lg exp(V ) Ld {(g / )[E0 () cos2 exp( sec2 )
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1、基于辐射传输模型的大气校正
LS LT LP (W .m2.sr 1)
LS LT LP (W .m2.sr 1)
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Tv (E0T 0 cos0
1
Ed )d
Eg E0T0 cos0 Ed
LT
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