4第四章辐射校正

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1)光学摄影机引起的辐射误差 )
主要是由光学镜头中心和边缘的透射光强度不一致造成的, 主要是由光学镜头中心和边缘的透射光强度不一致造成的, 导致同一地物在图像上不同位置亮度值不同。 导致同一地物在图像上不同位置亮度值不同。
2)光电扫描仪引起的辐射误差 )
在光电转换过程中及探测器增益变化时都会误差。 在光电转换过程中及探测器增益变化时都会误差。
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2、大气影响
大气的吸收和散射会影响地物的辐射波谱。 大气的吸收和散射会影响地物的辐射波谱。
3、太阳辐射
1)太阳位置(高度角和方位角)引起的辐射误差 太阳位置(高度角和方位角) 太阳位置不同,会导致图像的阴影及其辐射值不同。 太阳位置不同,会导致图像的阴影及其辐射值不同。 2)地形起伏引起的辐射误差 地形起伏会导致同一地物的辐射亮度值不同。 地形起伏会导致同一地物的辐射亮度值不同。
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2、利用地面实况数据进行大气校正
事先测定若干地物反射率并建立标志, 事先测定若干地物反射率并建立标志,以此数据与 图像数据对比来消除大气影响; 图像数据对比来消除大气影响; 常选用同类仪器测量, 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,计算辐射校正值。 对应像元亮度值进行回归分析,计算辐射校正值。 但遥感是动态过程,在地面特定地区、 但遥感是动态过程,在地面特定地区、特定条件和 一定时间内测量的地物反射率数据, 一定时间内测量的地物反射率数据,并不具有普遍 所以此法代价很大而适用范围有限, 性,所以此法代价很大而适用范围有限,一般也很 少采用。 少采用。
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第一节 辐射校正概述
一、辐射校正的含义 二、辐射误差产生的原因 三、辐射校正的目的
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一、辐射校正的含义
辐射校正: 辐射校正:消除图像数据中依附在辐射亮度 中的各种失真的过程。 中的各种失真的过程。
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处理站拿到接收站送来的原始数据(raw data), 处理站拿到接收站送来的原始数据(raw data),读入 图像处理系统后,先进行数据分解 数据分解, 图像处理系统后,先进行数据分解,分别建立原始遥 感图像数据文件和遥测辅助信息数据文件; 感图像数据文件和遥测辅助信息数据文件; 然后根据从辐射传输方程推导出的遥感图像辐射误差 然后根据从辐射传输方程推导出的遥感图像辐射误差 校正模型,在图像处理系统软硬件的支持下, 校正模型,在图像处理系统软硬件的支持下,进行系 统辐射校正。 统辐射校正。
2、光电变换系统的特性引起的辐射误差校正 、光电变换系统的特性引起的辐射误差校正 如对TM数据可以用下式进行校正: 如对 数据可以用下式进行校正: 数据可以用下式进行校正
V = Dmax R − Rmin Rmax − Rmin
V 是已校正过的数据, R是传感器输出的辐射亮度; Dmax 为地面最大的辐射亮度值, TM 是 255; Rmax 和 Rmin 分别为探测器能够输出的最大和最小辐射亮度值, TM分别为1.896(mW.cm -2 .sr -1 )和0.1534(mW.cm -2 .sr -1 )
4、其它因素
因检测器的误差及故障等引起不正常的条纹及斑点。 因检测器的误差及故障等引起不正常的条纹及斑点。
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三、辐射校正的目的
1、尽可能消除因传感器自身条件、薄雾等大气条件、 、尽可能消除因传感器自身条件、薄雾等大气条件、 因传感器自身条件 太阳位置和角度条件及某些不可避免的噪声等引起 的传感器的测量值与目标的光谱反射率或光谱辐射 亮度等物理量之间的差异; 亮度等物理量之间的差异; 差异 2、尽可能恢复图像的本来面目,为遥感图像的识别、 、尽可能恢复图像的本来面目,为遥感图像的识别、 分类、解译等后续工作奠定基础。 分类、解译等后续工作奠定基础。
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3、波段对比法 、
由于大气散射主要发生在短波段图像( 由于大气散射主要发生在短波段图像(可见光遥感 短波段图像 中的以蓝、绿波段最甚),随波长增长, ),随波长增长 中的以蓝、绿波段最甚),随波长增长,散射作用 逐渐减弱,因此可以把红外图像 红外图像当作无散射影响的 逐渐减弱,因此可以把红外图像当作无散射影响的 标准图像,将其它波段的图像与之比较,其差值是 标准图像,将其它波段的图像与之比较, 需校正的散射辐射值。 需校正的散射辐射值。 具体的校正方式有2种 回归分析法和直方图法。 具体的校正方式有 种:回归分析法和直方图法。


(2)光照条件差异引起的辐射误差,如太阳高度角的不同引 )光照条件差异引起的辐射误差, 起的辐射畸变校正、地面倾斜、起伏引起的辐射畸变校正等; 起的辐射畸变校正、地面倾斜、起伏引起的辐射畸变校正等;

引起的辐射误差改正。 (3)大气散射和吸收引起的辐射误差改正。 )大气散射和吸收引起的辐射误差改正
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遥感图像辐射校正主要包括三个方面: 遥感图像辐射校正主要包括三个方面:
(1)传感器的灵敏度特性引起的辐射误差,如光学镜头的非 )传感器的灵敏度特性引起的辐射误差, 均匀性引起的边缘减光现象、 均匀性引起的边缘减光现象、光电变换系统的灵敏度特性引起 的辐射畸变等; 的辐射畸变等;
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1、辐射传递方程计算法: 、辐射传递方程计算法:
E = E0e
− T ( 0 ,H )
上式中E为传感器接收到的电磁波能量,E 为地物的辐射能量, 上式中E为传感器接收到的电磁波能量,E0为地物的辐射能量,
e
− T ( 0 ,H )
为大气的衰减系数,计算复杂. 为大气的衰减系数,计算复杂.
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一般地面站提供的产品已做过系统辐射校正,消除了遥感器 一般地面站提供的产品已做过系统辐射校正, 系统辐射校正 系统产生的辐射畸变,但仍存在着大气散射和吸收引起的辐 系统产生的辐射畸变,但仍存在着大气散射和吸收引起的辐 大气散射和吸收 射误差及太阳高度角和地形等光照条件差异引起的辐射误差。 射误差及太阳高度角和地形等光照条件差异引起的辐射误差。 太阳高度角 等光照条件差异引起的辐射误差 这些随机误差随时、随地而异, 这些随机误差随时、随地而异,是影响定量遥感进展的主要 障碍。 障碍。 目前国内外已做过大量研究,但有些方法从理论上说很好, 目前国内外已做过大量研究,但有些方法从理论上说很好, 实践起来却很不容易;有些方法有局限性, 实践起来却很不容易;有些方法有局限性,在某些条件下应 用效果还不错,换了条件效果就不同了。 用效果还不错,换了条件效果就不同了。
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二、辐射误差产生的原因
辐射误差:利用传感器观测目标的反射或辐射能量时, 辐射误差:利用传感器观测目标的反射或辐射能量时, 所得到的测量值与目标的光谱反射率或光谱辐射亮度 所得到的测量值与目标的光谱反射率或光谱辐射亮度 测量值 等物理量之间的差值叫做辐射误差。 等物理量之间的差值叫做辐射误差。 差值叫做辐射误差 辐射误差造成了遥感图像的失真, 辐射误差造成了遥感图像的失真,影响遥感图像的判 造成了遥感图像的失真 读和解译,因此,必须进行消除或减弱。 读和解译,因此,必须进行消除或减弱。
第四章 遥感图像的辐射校正
第一节 第二节 辐射校正概述 辐射校正产生的原因及校正方法
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教学要求: 教学要求:
1、掌握遥感数字图像辐射畸变的原因及辐射校正 、 的目的 2、掌握因大气、太阳辐射、地形等因素引起的辐 、掌握因大气、太阳辐射、 射误差校正方法
教学重点: 教学重点:
辐射校正的原理与方法
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系统辐射校正主要消除遥感器系统本身的辐射误差; 系统辐射校正主要消除遥感器系统本身的辐射误差; 主要消除遥感器系统本身的辐射误差 其他辐射失真问题需应用者根据实际情况通过辐射 其他辐射失真问题需应用者根据实际情况通过辐射 精校正处理来解决,后者可归属于应用处理范畴。 精校正处理来解决,后者可归属于应用处理范畴。
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第二节
辐射误差校正的原理与方法
一、因传感器的灵敏度特性引起的辐射误差校正 二、因大气影响引起的辐射误差校正 三、因太阳辐射引起的辐射误差校正 四、其他辐射误差校正
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一、因传感器的灵敏度特性引起的辐射误差校正
1、光学镜头的非均匀性引起的边缘减光现象的纠正 光学镜头的非均匀性引起的边缘减光现象的纠正 非均匀性
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在可见光和近红外区影响大气衰减的主要因素是气 可见光和近红外区影响大气衰减的主要因素是气 影响大气衰减的主要因素是 溶胶的散射作用, 热红外区则主要是 则主要是大气中的水 溶胶的散射作用,在热红外区则主要是大气中的水 蒸气。 蒸气。 为了进行大气辐射校正,必须知道大气中的气溶胶 为了进行大气辐射校正,必须知道大气中的气溶胶 特性、密度和水蒸气浓度,但是要取得这些数据, 特性、密度和水蒸气浓度,但是要取得这些数据, 目前还很因难,因此,此方法应用较少。 目前还很因难,因此,此方法应用较少。 近几年发射的卫星已考虑到这个问题, 近几年发射的卫星已考虑到这个问题,在遥感平台 上搭载一套测量大气参数的装置。 上搭载一套测量大气参数的装置。
二、因大气影响引起的辐射误差校正
1、辐射传递方程计算法:测量大气参数,按理论 、辐射传递方程计算法:测量大气参数, 公式求得大气干扰辐射量; 公式求得大气干扰辐射量; 2、地面实况数据法:通过将野外实地波谱测试获 、地面实况数据法: 得的无大气影响的辐射值与卫星传感器同步观测结 果进行分析计算,来确定校正量; 果进行分析计算,来确定校正量; 3、波段对比法:在特殊条件下,利用某些不受大 、波段对比法:在特殊条件下, 气影响或影响很小的波段来校正其它波段。 气影响或影响很小的波段来校正其它波段。
边缘减光:在使用透镜的光学系统中, 边缘减光:在使用透镜的光学系统中,由于透镜光学特性的非 均匀性,使在其成像平面上存在边缘比中间暗的现象。 均匀性,使在其成像平面上存在边缘比中间暗的现象。 纠正方法为: 纠正方法为: EP=E0COS4θ 以平行于主光轴的方向通过透镜到达像平面O点的光强度; E0:以平行于主光轴的方向通过透镜到达像平面O点的光强度; 以与主光轴成θ角的方向通过镜头到达像平面P EP:以与主光轴成θ角的方向通过镜头到达像平面P点的光强度
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总的说来,辐射误差产生的原因可以分为 种 总的说来,辐射误差产生的原因可以分为2种: 传感器响应特性和外界自然条件( 传感器响应特性和外界自然条件(包括太阳辐射 情况和大气传输情况等)。 情况和大气传输情况等)。 分别详述如下: 分别详述如下:
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1、传感器的响应特性
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需要指出的是, 需要指出的是,导致遥感图像辐射量失真的因素很 多,除了由遥感器灵敏度特性引起的畸变之外,还 除了由遥感器灵敏度特性引起的畸变之外, 遥感器灵敏度特性引起的畸变之外 有视场角、太阳角、地形起伏以及大气吸收、散射 视场角、太阳角、地形起伏以及大气吸收、 以及大气吸收 等的强烈影响。 等的强烈影响。
P
θ O
目前应用最广泛的遥感卫星图像为Landsat TM、ETM十及 目前应用最广泛的遥感卫星图像为 、 十及 SPOT等,它们均采用光电变换系统来替代传统相机的透镜光 等 它们均采用光电变换系统来替代传统相机的透镜光 光电变换系统 学系统摄像,不存在边缘减光现象, 学系统摄像,不存在边缘减光现象,故一般不需要采取COS4θ 校正处理。 校正处理。 而光电变换系统的灵敏度特性一般都有很高的重复性和稳定性, 光电变换系统的灵敏度特性一般都有很高的重复性和稳定性, 可定期在地面测定其可能发生的变化, 可定期在地面测定其可能发生的变化,并把测量值收集到遥测 辅助信息数据文件中。 辅助信息数据文件中。
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1)回归分析法
以红外波段图像如TM7作为无散射影响的标准图像,在 红外波段图像如TM7作为无散射影响的标准图像, 作为无散射影响的标准图像 待进行大气散射校正的可见光波段图像上( 待进行大气散射校正的可见光波段图像上(如 TM1/TM2/TM3),找出最黑的影像(如高山阴影或其他 TM1/TM2/TM3),找出最黑的影像( 暗黑色地物目标); 暗黑色地物目标); 然后把对应的TM7图像上的同一地物目标找出来, 然后把对应的TM7图像上的同一地物目标找出来,再把 TM7图像上的同一地物目标找出来 可见光与红外图像的灰度值数据取出进行比较分析。 可见光与红外图像的灰度值数据取出进行比较分析。
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