遥感辐射校正处理算法
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y
a1
x
太阳高度角的辐射误差校正
太阳高度角引起的畸变校正是将太阳光线倾斜照射时获
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θ可根据成像时刻的时间、季节和地理位
置来确定，即：
sinθ=sin ·sinδ±cos ·cosδ·cost
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。
过大气层时，大气对电磁波 的吸收和散射对遥感图像的 影响，其中主要的影响因素 是大气散射
• 大气校正是指大气散射校正，
即消除大气散射对辐射失真 的影响。包括大气的消光 （吸收和辐射）、天空光照 射、路径辐射。
大气校正适用范围
• 训练数据来自所研究的影像而不是来自其他时间
或地点获取的影像，不需要进行大气校正
处
理
理
CCT
CCT
辐射值校准流程图
随机坏像元的判定和消除
• 由传感器的噪声或磁带等部件的误码率造成的，
其特点是孤立和分散的，往往和周围的亮度值有 明显的差别，并且彼此不相关。斑点可以通过将 图像像元亮度值同它的邻近像无亮度值进行比较 来判定。
行列缺失的判定和消除
• 在扫描图像中出现的与辐射信息无关的线条噪声，
f x，y gx，y
cos 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。
例如：
Y a1 b1 X
式中， X 为TM5波段的亮度均值；
Y 为TM1亮度均值；
a1,b1计算如下：
b1
[(T5 T5 )(T1 T1) (T5 T5 )
a1 T1 b1T5
T1' T1 a1
T1、T5表示TM1与TM5波段灰度值，
T1'
为TM1波段校正后的灰度 值。
辐射回归分析图
常用大气辐射传输模型
基于辐射传输模型绝对大气校正
• 2006年8月16日至8月25日，中国资源卫星应用中心与
国家卫星气象中心在中国国家辐射校正场---敦煌场联合
开展了CBERS－02 CCD和FY－2C、FY－1D气象卫星绝
对辐射定标的同步观测试验。......此次试验共计划进行4次
星地同步观测试验，除了8月17日由于天空有云无法进行
• 几何畸变：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，就产生几何畸变。
遥感图像辐射处理
• 辐射校正：消除或改正遥感图像成像过程中附加
在传感器输出辐射能量中的各种噪声
辐射畸变的主要原因
• 传感器本身的性能引起的辐射误差 • 地形影响和光照条件变化引起的辐射误差 • 大气散射和吸收引起的辐射误差
• 图像恢复：对一个退化的图像进行处理，使它恢
复到原始目标的状态
图像畸变的分类
• 辐射畸变：指遥感传感器在接收来自地物的电磁
波辐射能时，电磁波在大气层中传输和传感器测 量中受到遥感传感器本身特性、地物光照条件 （地形影响和太阳高度角影响）以及大气作用等 影响，而导致的遥感传感器测量值与地物实际的 光谱辐射率的不一致。
射率的测量仪器为3台CE313和1台ASD。将卫星和太阳方
位参数、大气和气象参数、卫星光谱响应函数和地面反射
率参数等输入到辐射传输模型中，就可反演出卫星入瞳处
的辐亮度，再利用试验区的卫星同步成像数据，便可获得
不同波段的卫星绝对辐射校正系数。
绝对校正示意图
经验线校正
a) Landsat Thematic Mapper 影像 b) 原始影像像元曲线 c) 校正后像元曲线
遥感相对大气校正
相对辐射校正
• 归一化单时相遥感影像不同波段间的强度 • 将多时相影像遥感数据各个波段的强度归一化到
某一选定的标准影像上
直方图最小值去除法
回归分析法
用长波数据来校正短波数
作法：在不受大气影响的波段（如TM5）和待校 正的某一波段图像中，选择由最亮至最暗的一系列 目标，将每一目标的两个待比较的波段灰度值提取 出来进行回归分析。
同步观测外，其余三次试验都获得了成功，分别是8月19
日SPOT-4 HRVIR1、8月20日CBERS-02 CCD以及8月23
日CBERS-02 CCD与SPOT-4 HRVIR1的绝对辐射定标试
验。
•
此次绝对辐射校正试验地面同步观测的参数有大气参
量和地面反射率。大气参量的测量仪器为CE317，地面反
• 数据未校正会损失影像中提取的生物物理量时需
要校正
• 需要将某景影像中提取的生物物理量与另一景不
同时向影像中提取的同一生物物理量相比，需要 大气校正
绝对大气校正
大气校正的影响： 大气校正使手持光谱仪实测值与遥感观测值不一致
绝对大气校正的目的： 将遥感系统记录的亮度值转换为折合表面反射率值
方法：
基于辐射传输模型的大气校正 经验线定标法
多光谱图像上的阴影可以通过图像之间的比值予以消除。
比值图像是用同步获取的相同地区的任意两个波段图像 相除而得到的新图像。
地形坡度辐射误差校正
太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐
射亮度和地面倾斜度有关。
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：
遥感系统误差校正
遥感传感器系统误差校正
• 传感器定标 • 随机坏像元 • 行或列缺失 • 行或列条纹
传感器定标
• 方法：1）分析辐射失真的过程，建立辐射
失真模型，利用逆过程校正；2）利用实地 测量
CCT
Vi
CCT
Ci Di
回 回归计算
αn
归 计 bn
算
Vi
滤滤波
处理
αsபைடு நூலகம்n)
校校准
处理
波
准
处
bs(n)
遥感图像辐射校正
主要内容
• 遥感辐射畸变分析 • 遥感系统误差校正 • 遥感绝对大气校正 • 遥感相对大气校正
遥感辐射畸变分析
遥感成像过程
基本概念
• 理想遥感图像：如实而毫不歪曲地反映地物的辐
射能量分布和几何特征的图像
• 图像畸变：实际得到的图像都在不同程度上与地
物的辐射能量或亮度分布有差异，即存在着畸变 和降质，即图像畸变
其表现为图像上的部分扫描行或线段的亮度值不 反映地物的辐射，并与上下的亮度截然不同。条 纹的特点是：（1）分布一般不规则，可密可稀， 可长可短；（2）亮度值一般趋于极端（或黑或 白）；（3）含有这种条纹的图像，其标准差往往 显著增大。
列缺失
遥感绝对大气校正
遥感图像的大气校正
• 地物发射的电磁能量波在经
a1
x
太阳高度角的辐射误差校正
太阳高度角引起的畸变校正是将太阳光线倾斜照射时获
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θ可根据成像时刻的时间、季节和地理位
置来确定，即：
sinθ=sin ·sinδ±cos ·cosδ·cost
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。
过大气层时，大气对电磁波 的吸收和散射对遥感图像的 影响，其中主要的影响因素 是大气散射
• 大气校正是指大气散射校正，
即消除大气散射对辐射失真 的影响。包括大气的消光 （吸收和辐射）、天空光照 射、路径辐射。
大气校正适用范围
• 训练数据来自所研究的影像而不是来自其他时间
或地点获取的影像，不需要进行大气校正
处
理
理
CCT
CCT
辐射值校准流程图
随机坏像元的判定和消除
• 由传感器的噪声或磁带等部件的误码率造成的，
其特点是孤立和分散的，往往和周围的亮度值有 明显的差别，并且彼此不相关。斑点可以通过将 图像像元亮度值同它的邻近像无亮度值进行比较 来判定。
行列缺失的判定和消除
• 在扫描图像中出现的与辐射信息无关的线条噪声，
f x，y gx，y
cos 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。
例如：
Y a1 b1 X
式中， X 为TM5波段的亮度均值；
Y 为TM1亮度均值；
a1,b1计算如下：
b1
[(T5 T5 )(T1 T1) (T5 T5 )
a1 T1 b1T5
T1' T1 a1
T1、T5表示TM1与TM5波段灰度值，
T1'
为TM1波段校正后的灰度 值。
辐射回归分析图
常用大气辐射传输模型
基于辐射传输模型绝对大气校正
• 2006年8月16日至8月25日，中国资源卫星应用中心与
国家卫星气象中心在中国国家辐射校正场---敦煌场联合
开展了CBERS－02 CCD和FY－2C、FY－1D气象卫星绝
对辐射定标的同步观测试验。......此次试验共计划进行4次
星地同步观测试验，除了8月17日由于天空有云无法进行
• 几何畸变：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，就产生几何畸变。
遥感图像辐射处理
• 辐射校正：消除或改正遥感图像成像过程中附加
在传感器输出辐射能量中的各种噪声
辐射畸变的主要原因
• 传感器本身的性能引起的辐射误差 • 地形影响和光照条件变化引起的辐射误差 • 大气散射和吸收引起的辐射误差
• 图像恢复：对一个退化的图像进行处理，使它恢
复到原始目标的状态
图像畸变的分类
• 辐射畸变：指遥感传感器在接收来自地物的电磁
波辐射能时，电磁波在大气层中传输和传感器测 量中受到遥感传感器本身特性、地物光照条件 （地形影响和太阳高度角影响）以及大气作用等 影响，而导致的遥感传感器测量值与地物实际的 光谱辐射率的不一致。
射率的测量仪器为3台CE313和1台ASD。将卫星和太阳方
位参数、大气和气象参数、卫星光谱响应函数和地面反射
率参数等输入到辐射传输模型中，就可反演出卫星入瞳处
的辐亮度，再利用试验区的卫星同步成像数据，便可获得
不同波段的卫星绝对辐射校正系数。
绝对校正示意图
经验线校正
a) Landsat Thematic Mapper 影像 b) 原始影像像元曲线 c) 校正后像元曲线
遥感相对大气校正
相对辐射校正
• 归一化单时相遥感影像不同波段间的强度 • 将多时相影像遥感数据各个波段的强度归一化到
某一选定的标准影像上
直方图最小值去除法
回归分析法
用长波数据来校正短波数
作法：在不受大气影响的波段（如TM5）和待校 正的某一波段图像中，选择由最亮至最暗的一系列 目标，将每一目标的两个待比较的波段灰度值提取 出来进行回归分析。
同步观测外，其余三次试验都获得了成功，分别是8月19
日SPOT-4 HRVIR1、8月20日CBERS-02 CCD以及8月23
日CBERS-02 CCD与SPOT-4 HRVIR1的绝对辐射定标试
验。
•
此次绝对辐射校正试验地面同步观测的参数有大气参
量和地面反射率。大气参量的测量仪器为CE317，地面反
• 数据未校正会损失影像中提取的生物物理量时需
要校正
• 需要将某景影像中提取的生物物理量与另一景不
同时向影像中提取的同一生物物理量相比，需要 大气校正
绝对大气校正
大气校正的影响： 大气校正使手持光谱仪实测值与遥感观测值不一致
绝对大气校正的目的： 将遥感系统记录的亮度值转换为折合表面反射率值
方法：
基于辐射传输模型的大气校正 经验线定标法
多光谱图像上的阴影可以通过图像之间的比值予以消除。
比值图像是用同步获取的相同地区的任意两个波段图像 相除而得到的新图像。
地形坡度辐射误差校正
太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐
射亮度和地面倾斜度有关。
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：
遥感系统误差校正
遥感传感器系统误差校正
• 传感器定标 • 随机坏像元 • 行或列缺失 • 行或列条纹
传感器定标
• 方法：1）分析辐射失真的过程，建立辐射
失真模型，利用逆过程校正；2）利用实地 测量
CCT
Vi
CCT
Ci Di
回 回归计算
αn
归 计 bn
算
Vi
滤滤波
处理
αsபைடு நூலகம்n)
校校准
处理
波
准
处
bs(n)
遥感图像辐射校正
主要内容
• 遥感辐射畸变分析 • 遥感系统误差校正 • 遥感绝对大气校正 • 遥感相对大气校正
遥感辐射畸变分析
遥感成像过程
基本概念
• 理想遥感图像：如实而毫不歪曲地反映地物的辐
射能量分布和几何特征的图像
• 图像畸变：实际得到的图像都在不同程度上与地
物的辐射能量或亮度分布有差异，即存在着畸变 和降质，即图像畸变
其表现为图像上的部分扫描行或线段的亮度值不 反映地物的辐射，并与上下的亮度截然不同。条 纹的特点是：（1）分布一般不规则，可密可稀， 可长可短；（2）亮度值一般趋于极端（或黑或 白）；（3）含有这种条纹的图像，其标准差往往 显著增大。
列缺失
遥感绝对大气校正
遥感图像的大气校正
• 地物发射的电磁能量波在经