第四章 遥感图像处理——辐射校正

遥感图像处理— 第四章 遥感图像处理—辐射校正
数字图像上的亮度值（灰度值）——电磁波的辐射 数字图像上的亮度值（灰度值）——电磁波的辐射 强度，辐射强度越大，亮度值越大。 强度，辐射强度越大，亮度值越大。 影响亮度的主要因素： 影响亮度的主要因素： 太阳辐射照射到地面的辐射强度、地物的光谱反 太阳辐射照射到地面的辐射强度、 射率。 射率。 当太阳辐射相同时， 当太阳辐射相同时，图像上像元亮度值的差异直接 反映了地物目标光谱反射率的差异（理想状态）。 反映了地物目标光谱反射率的差异（理想状态）。
一、产生辐射畸变的原因
辐射畸变由于遥感检测系统、 辐射畸变由于遥感检测系统、大气散射和吸收等 由于遥感检测系统 原因引起的图像模糊失真、 原因引起的图像模糊失真、分辨率和对比度下降 等辐射失真。 等辐射失真。 影响遥感图像的辐射失真两个主要因素： 影响遥感图像的辐射失真两个主要因素： 传感器仪器本身的误差（光电变换的影响） 传感器仪器本身的误差（光电变换的影响） 大气对辐射的影响
前提：图像中必须存在反射值为零的区域， 前提：图像中必须存在反射值为零的区域，如高山阴 影区或面积大且水体深的水域。 影区或面积大且水体深的水域。
校正步骤：首先确定条件满足，将该波段中每 个像元的亮度值都减去本波段的最小值（见下图 B4）。
调整前直方图Βιβλιοθήκη 调整后直方图（二）回归分析法
原理：大气散射主要影响短波部分， 原理：大气散射主要影响短波部分，波长较长的波段几乎不 受影响，因此用长波数据来校正短波数。 受影响，因此用长波数据来校正短波数。 步骤：在不受大气影响的波段（ 步骤：在不受大气影响的波段（如TM5或7）和待校正的某 或 ） 一波段图像中，选择由最亮至最暗的一系列目标，将每个目 一波段图像中，选择由最亮至最暗的一系列目标， 标的两个待比较的波段灰度值提取出来进行回归分析， 标的两个待比较的波段灰度值提取出来进行回归分析，建立 线性回归方程： 线性回归方程：
Lb = βLa + α
辐射回归分析图： 辐射回归分析图：
y Lb
a α
1
xa L
由最小二乘法，作直线按拟合，得到：
∑ ( L − L )( L − L ) β= ∑ (L − L )
a a b b 2 a a
a = Lb − βLa
其中 ，La L b 分别为a，b波段的平均值。 可以认为，a是波段b的程辐射度。 校正方法，将波段b中每个像元的亮度值减去a，来改善 图像，去掉程辐射。
实际到达传感器的辐射亮度为：
Lλ = L1λ + L2 λ + L pλ
三、大气散射校正
大气校正就是指消除由大气散射引起的辐射误差 的处理过程 。 大气影响的粗略校正： 大气影响的粗略校正：
（1）直方图最小值去除法 （2）回归分析法
（一）直方图法
基本思想：一幅图像中总可以找到某种或某几种地物， 基本思想：一幅图像中总可以找到某种或某几种地物， 其辐射亮度或反射率接近0，实测表明， 其辐射亮度或反射率接近 ，实测表明，这些位置上的 像元亮度不为零， 像元亮度不为零，这个值就应该是大气散射导致的程 辐射度值。 辐射度值。
二、大气影响的定量分析
1、假设无大气影响 传感器接收的辐照度，只与太阳辐射到地面的辐照度和地物反 射率有关。设 E0λ为波长λ的辐照度，θ为入射方向的天顶角，地 面上单位面积的辐照度为：
Eλ = E0 λ cosθ
假定地表面是朗伯体，表面为漫反射，则某方向物体的亮度为：
L0 λ = Rλ Eλ = Rλ E 0 λ cos θ
π
π
传感器接收信号时，受仪器的影响还有一个系统增益系数因子 ， 进入传感器的亮度值为：
L
' 0λ
=
Rλ
π
E 0λ • S λ • cos θ
2、存在大气影响
（1）由于大气存在，在入射方向有与入射天顶角θ和波 长λ有关的透过率Tθλ；在反射方向有与反射天顶角φ和波 长λ有关的透过率Tφλ。进入传感器的有效亮度值为：
传感器的光电变换对辐射的影响
传感器在光电变换的过程中，对各波段 的灵敏度是有差异的，也就是说，传感器 对各波段的光谱响应是不同的，由此造成 辐射畸变。另外，传感器的光学镜头的非 均匀性，会引起边缘减光，也会造成图像 辐射的畸变。
大气对辐射的影响 地物（目标物）的辐射（反射）经过大气 层时，与大气层发生散射作用和吸收作用。 吸收作用直接降低地物的辐射能量，引起辐 射畸变。 散射作用：降低地物的辐射能量；大气向上 散射的部分辐射还会进入传感器，直接叠加 在目标地物的辐射能量之中，成为目标地物 的噪声，降低了图像的质量。
π （2）经散射后，以漫入射形式照射地物，其辐照度ED，
经地物反射及反射路径上大气的吸收进入传感器，其亮度 Rλ T φλ 为： L2 λ = Sλ • ED
L1λ =
RλT φλ
E0λ • Tθλ • S λ • cos θ
π
（3）相当部分的散射光向上通过大气直接进入传感器， 这部分辐射称为程辐射度，亮度为LP。