遥感数据辐射校正

遥感数据辐射校正的原理及方法

遥感1班

彭睿20123225

摘要由于传感器响应特性和大气的吸收、散射以及其它随机因素影响，导致图像模糊失真，造成图像的分辨率和对比度相对下降，这些都需要通过辐射校正复原。辐射校正包括三部分的内容：传感器端的辐射校正，大气校正，地表辐射校正。

关键字辐射校正大气校正照度校正辐射传输过程ERDAS

引言近年来，随着航天技术、计算机技术、卫星定位技术和地理信息技术的发展，摄影测量与遥感已成为地球空间信息科学的基础技术，遥感图像在人类生活的诸多领域被广泛应用。然而，在遥感成像时，由于各种因素的影响，遥感图像会存在一定的辐射量失真现象，这些失真影响了图像的质量和应用，必须对其做消除或减弱处理，遥感图像辐射校正就是针对遥感图像的这一缺陷而发展起来的。在遥感影像辐射校正中，大气辐射校正是最重要的一部分，本文主要讨论大气辐射校正的方法和过程。

消除遥感图像数据中依附在辐亮度中的各种失真的过程称为辐射量校正（Radiometric Calibration),简称辐射校正。

1．辐射校正概述

辐射校正的目的：

尽可能消除因传感器自身条件、大气条件、太阳位置和角度条件及某些不可避免的噪声引起的传感器所得到的目标测量值与目标的光谱反射率或光谱辐亮度等物理量之间的差异，尽可能恢复遥感图像本来的面目，为遥感图像的分割、分类、解译等后续工作打下基础。

辐射误差来源

1.1 传感器端

1.1.1 光学摄影机引起的辐射误差

1.1.2 光电扫描仪引起的辐射误差

1.2 外部因素

1.2.1 大气

1.2.2太阳辐射

2．辐射校正包括三部分的内容：

2.1.传感器端的辐射校正

2.2.大气校正

2.3.地表辐射校正

3．辐射传输过程：如图-1

图-1 基本的辐射传输过程

辐射传输方程：从辐射源经过大气层到达传感器的过程中电磁波能量变化的数学

模型。

4．辐射校正方法：

4.1.系统辐射误差校正 4.2大气校正 4.3.地面辐射校正

4.4.传感器端的辐射校正

4.4.1光学镜头的非均匀性引起的边缘减光现象的校正

机载成像光谱图像的边缘辐射畸变与仪器大视场角有关，主要由大气效应、地物反射非朗伯体特性、太阳-仪器-目标相对几何关系等因素综合作用所引起的。

1.1.光电转换系统的特性引起的辐射误差校正

由于转换系统的灵敏度特性有很高的重复性，可以定期在地面上测量其特性，根据测量值对其进行辐射畸变校正。以Landsat 的MSS 、TM 图像为例，对传感器的输出R 进行校正的公式

1.2因大气影响引起的辐射误差校正

min

min

max max

R R R R D V --=传感器输出辐射亮

校正过的辐射亮度

已校正数据的最大值

P

三种方法：

1.野外波谱测试回归分析法

2. 辐射传递方程计算法

3.波段对比法

下面着重介绍野外波谱测试回归分析法：

野外波谱测试需要与卫星同步在野外进行光谱测量。通常选用同类仪器测量，将地面测量结果与卫星影像对应像元亮度值进行回归分析。 如：对于一个8位量化的图像，转换方程为：

设回归方程为：

L=a+bR

将图像中的每个像素值减去a ，获取某区域经过大气改正后的图像。 在获取地面目标图像时，可以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，把由此得到的地面实况数据和传感器的输出值进行比较，以消除大气的影响。注意：在地面特定地区、特定条件、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地面实况数据的图像。

3地形起伏引起的辐射校正

对于地形起伏引起的辐射误差，可以利用地表法线矢量与太阳入射矢量 两者的夹角来校正。

地面测量值

min min max 255

L DN L L L +⨯-=

若处在坡度为α的倾斜面上的地物影像为g（x，y），则校正后的图像f（x，y）为：

地形坡度引起的辐射校正方法需要有图像对应地区的DEM数据，校正较为麻烦，一般情况下对地形坡度引起的误差不做校正。对于多波段图像，可用波段比值来进行校正，消除地表坡度的影响。

4.传感器辐射校正的基本原理与方法

在遥感器飞越辐射定标场地上空时，在定标场地选择若干个像元区，测量传感器对应波段内的地物光谱反射率，同时测出大气环境参量（大气气溶胶光学厚度，大气中水、臭氧含量等）等。再根据卫星过顶时太阳几何位置、仪器视场角、探测器光谱响应函数等，通过大气辐射传输模型求解出传感器入瞳处各光谱通道的辐射亮度Lt，最后确定它与传感器输出的数字量化值之间的数量关系，求解定标系数，并估算定标不确定性。

Lt 与探测器对应的输出信号的数字量C 之间的定量关系按线性校正模型处理，则有：

A----可见光和近红外波段辐射校正系数 2）红外波段

选择清洁水面作为目标，则探测器的辐射值为：

--探测器光谱响应带宽

---探器光谱响应函数 ----

- -红外波段辐射校正系数

5.总结与展望

1.复杂地表条件下的大气校正。在复杂地表条件下，地形对大气校正有着重要影响，但是由于进行地形校正会改变太阳—地面—传感器的几何关系，从而改变像元接收的太阳辐射，因此，一些学者建议在地形校正前进行大气校正 ，也有学者提出将大气校正与地形校正同时进行 ，实现大气校正与地形校正的耦合。

C

A L t ⋅=()()⎰⎰∆∆∆=

λ

λλ

λλ

λϕλλϕd d I I

λ

∆()

λ

ϕC

A I ⋅=∆*

λ

*A