遙感數(shù)字圖像處理-第二章 遙感數(shù)字圖像輻射校正2016

1、第二章第二章 遙感數(shù)字圖像輻射校正遙感數(shù)字圖像輻射校正 Remote Sensing Digital Image radiometric correction 2.1 基本概念與特點 2.2 圖像畸變的類型與原因 2.3 輻射誤差產(chǎn)生的原因 2.4 輻射校正的類型 2.5 傳感器的輻射校正 2.1 基本概念與特點基本概念與特點 理想遙感圖像理想遙感圖像：如實而毫不歪曲地反映地物的輻：如實而毫不歪曲地反映地物的輻 射能量分布和幾何特征的圖像射能量分布和幾何特征的圖像 實際圖像：實際圖像：在實際工作中，所得到的圖像都在不在實際工作中，所得到的圖像都在不 同程度上與地物的輻射能量或亮度分布有差異，同

2、程度上與地物的輻射能量或亮度分布有差異， 即存在著畸變和降質(zhì)，如成像、感測、傳輸及顯即存在著畸變和降質(zhì)，如成像、感測、傳輸及顯 示等過程都會造成圖像的降質(zhì)。示等過程都會造成圖像的降質(zhì)。 圖像畸變圖像畸變：實際得到的圖像都在不同程度上與地物：實際得到的圖像都在不同程度上與地物 的輻射能量或亮度分布有差異，即存在著畸變和降的輻射能量或亮度分布有差異，即存在著畸變和降 質(zhì)，即質(zhì)，即圖像畸變圖像畸變，或稱為，或稱為退化退化（degradetion） 圖像恢復圖像恢復(Restoration) ：對一個退化的圖像進行：對一個退化的圖像進行 處理，使它恢復到原始目標的狀態(tài)。處理，使它恢復到原始目標的狀態(tài)。

3、它是處理由于它是處理由于 一個或多個質(zhì)量降級原因而記錄下來的影像，使處一個或多個質(zhì)量降級原因而記錄下來的影像，使處 理后的圖像能更好地接近原始景物。理后的圖像能更好地接近原始景物。 輻射誤差：輻射誤差：傳感器所得到的目標測量值與目標的光譜傳感器所得到的目標測量值與目標的光譜 反射率或光譜輻亮度等物理量之間的差值反射率或光譜輻亮度等物理量之間的差值 進入遙感器的輻射強度反映在圖像上就是亮度值（灰進入遙感器的輻射強度反映在圖像上就是亮度值（灰 度值）。輻射強度越大，亮度值（灰度值）越大。度值）。輻射強度越大，亮度值（灰度值）越大。 亮度值（灰度值）主要受亮度值（灰度值）主要受兩個物理量影響兩個物理

4、量影響： 一是太陽輻射照射到地面的輻射強度；一是太陽輻射照射到地面的輻射強度； 二是地物的光譜反射率。二是地物的光譜反射率。 當太陽輻射相同時，圖像上像元亮度值（灰度值）的當太陽輻射相同時，圖像上像元亮度值（灰度值）的 差異就直接反映了地物目標光譜反射率的差異，但實際測差異就直接反映了地物目標光譜反射率的差異，但實際測 量時，輻射強度值還受到其他因素的影響而發(fā)生改變。量時，輻射強度值還受到其他因素的影響而發(fā)生改變。 輻射校正輻射校正消除遙感圖像數(shù)據(jù)中依附在輻亮度中的消除遙感圖像數(shù)據(jù)中依附在輻亮度中的 各種失真的過程稱為各種失真的過程稱為輻射量校正（輻射量校正（Radiometric Calib

5、ration),),簡稱輻射校正。簡稱輻射校正。 輻射校正的目的：輻射校正的目的： 盡可能消除因傳感器自身條件、大氣條件、太陽位盡可能消除因傳感器自身條件、大氣條件、太陽位 置和角度條件及某些不可避免的噪聲引起的置和角度條件及某些不可避免的噪聲引起的傳感器所得傳感器所得 到的目標測量值與目標的光譜反射率或光譜輻亮度等物到的目標測量值與目標的光譜反射率或光譜輻亮度等物 理量之間的差異，盡可能恢復遙感圖像本來的面目，為理量之間的差異，盡可能恢復遙感圖像本來的面目，為 遙感圖像的分割、分類、解譯等后續(xù)工作打下基礎。遙感圖像的分割、分類、解譯等后續(xù)工作打下基礎。 v在遙感數(shù)字圖像處理中，為了取得良好的

6、處理效果，在遙感數(shù)字圖像處理中，為了取得良好的處理效果， 所處理的圖像必須經(jīng)過所處理的圖像必須經(jīng)過幾何校正幾何校正（幾何粗校正和幾（幾何粗校正和幾 何精校正）、何精校正）、輻射校正以及噪聲抑制輻射校正以及噪聲抑制等處理后，才等處理后，才 能根據(jù)實際待研究問題的需要進行諸如圖像增強、能根據(jù)實際待研究問題的需要進行諸如圖像增強、 分類的處理分類的處理 。 v遙感圖像的降質(zhì)主要可以歸結為兩大類：遙感圖像的降質(zhì)主要可以歸結為兩大類：輻射失真輻射失真 和和幾何畸變幾何畸變。 圖像的退化關系是對整幅圖像描述的，因而求圖像的退化關系是對整幅圖像描述的，因而求 解也是對整幅圖像而言。解也是對整幅圖像而言。 為

7、構造的模型解算一個最佳結果，數(shù)學上比較為構造的模型解算一個最佳結果，數(shù)學上比較 嚴謹。嚴謹。 通過對原始目標比較來評價復原的結果。總的通過對原始目標比較來評價復原的結果?？偟?來說比較客觀。來說比較客觀。 2.2 圖像畸變的類型與原因圖像畸變的類型與原因 1 1、畸變類型、畸變類型 輻射失真輻射失真：指遙感傳感器在接收來自地物的電磁波輻射：指遙感傳感器在接收來自地物的電磁波輻射 能時，電磁波在大氣層中傳輸和傳感器測量中受到遙感傳感能時，電磁波在大氣層中傳輸和傳感器測量中受到遙感傳感 器本身特性、地物光照條件（地形影響和太陽高度角影響）器本身特性、地物光照條件（地形影響和太陽高度角影響） 以及大

8、氣作用等影響，而導致的遙感傳感器測量值與地物實以及大氣作用等影響，而導致的遙感傳感器測量值與地物實 際的光譜輻射率的不一致。際的光譜輻射率的不一致。 幾何畸變幾何畸變：當原始圖像上各地物的幾何位置、形狀、尺：當原始圖像上各地物的幾何位置、形狀、尺 寸、方位等特征與在參照系統(tǒng)中的表達要求不一致時，就產(chǎn)寸、方位等特征與在參照系統(tǒng)中的表達要求不一致時，就產(chǎn) 生幾何畸變。生幾何畸變。 2 2、畸變原因、畸變原因 輻射畸變：輻射畸變：遙感傳感器本身特性、地物光照條件遙感傳感器本身特性、地物光照條件 （地形影響和太陽高度角影響）、大氣作用（地形影響和太陽高度角影響）、大氣作用 幾何畸變幾何畸變：遙感傳感器

9、方面的原因（例如掃描線速：遙感傳感器方面的原因（例如掃描線速 度的不均勻等）、遙感平臺方面的原因（例如衛(wèi)星運行度的不均勻等）、遙感平臺方面的原因（例如衛(wèi)星運行 姿態(tài)的變化）以及地球本身的原因（例如地球自轉(zhuǎn)的影姿態(tài)的變化）以及地球本身的原因（例如地球自轉(zhuǎn)的影 響）響） 2.3.1決定灰度值大小的主要因素決定灰度值大小的主要因素 太陽輻射強度太陽輻射強度 地物的光譜反射率地物的光譜反射率 傳感器本身的誤差傳感器本身的誤差 大氣的影響大氣的影響 2.3 輻射誤差產(chǎn)生的原因輻射誤差產(chǎn)生的原因 2.3.2 輻射誤差產(chǎn)生的原因輻射誤差產(chǎn)生的原因 傳感器響應特性傳感器響應特性 外界（自然）條件外界（自然）條

10、件 太陽照射（位置與角度）太陽照射（位置與角度） 大氣傳輸（霧、云）大氣傳輸（霧、云） （1 1）因傳感器響應特性引起的輻射誤差）因傳感器響應特性引起的輻射誤差 光學攝影機光學攝影機引引 起的輻射誤差起的輻射誤差 光電掃描儀光電掃描儀引引 起的輻射誤差起的輻射誤差 光電轉(zhuǎn)換誤差光電轉(zhuǎn)換誤差 探測器增益誤差探測器增益誤差 靈敏度靈敏度 輻射分辨率輻射分辨率 光學鏡頭中心和邊緣透射光強度不一致光學鏡頭中心和邊緣透射光強度不一致 造成。在成像平面上存在著邊緣部分比造成。在成像平面上存在著邊緣部分比 中間部分暗的現(xiàn)象，稱為中間部分暗的現(xiàn)象，稱為邊緣減光效應。邊緣減光效應。 （2 2）因大氣影響引起的輻

11、射誤差）因大氣影響引起的輻射誤差 入射時散射入射時散射 輻射時散射輻射時散射 進入傳感器的大氣輻射畸變成分：進入傳感器的大氣輻射畸變成分： l 大氣的消光（吸收和散射） l 天空光（大氣散射的太陽光）照射 l 程輻射：傳感器接收的大氣散射部分的電磁波，也稱 路徑輻射 大氣影響中主要研究散射的影響！大氣影響中主要研究散射的影響！ 散射增加了到達衛(wèi)星的輻射能量，但降低了遙感圖像的反差。散射增加了到達衛(wèi)星的輻射能量，但降低了遙感圖像的反差。 min max B B Cr 散射作用所包含的亮度值中不含有任何地面信息，卻降散射作用所包含的亮度值中不含有任何地面信息，卻降 低了圖像的反差，從而降低了圖像的

12、分辨率，必須進行校正。低了圖像的反差，從而降低了圖像的分辨率，必須進行校正。 設兩類地物的亮度值分別為設兩類地物的亮度值分別為2 2和和5 5，假設散射使亮度值增加，假設散射使亮度值增加 了了5 5個單位，則個單位，則 無散射時的反差：無散射時的反差： 2 5 r C 有散射時：有散射時： 4 . 1 52 55 r C （3 3）因太陽輻射引起的輻射誤差）因太陽輻射引起的輻射誤差 u太陽位置太陽位置引起的輻射誤差引起的輻射誤差 高度角的影響高度角的影響 方位角的影響方位角的影響 太陽高度角太陽高度角，也稱太陽高度。某地的太陽高度角是太也稱太陽高度。某地的太陽高度角是太 陽光線與當?shù)氐仄矫嫠?/p>

13、的線面角。陽光線與當?shù)氐仄矫嫠坏木€面角。 太陽方位角太陽方位角，指太陽光線在地平面上的投影與當?shù)刈又柑柟饩€在地平面上的投影與當?shù)刈?午線（經(jīng)線）的夾角。午線（經(jīng)線）的夾角。 太陽位置不同，則地面物體入射照度會發(fā)生變化太陽位置不同，則地面物體入射照度會發(fā)生變化 ，地物的反射率也就隨之改變。，地物的反射率也就隨之改變。 l太陽高度角較低時，會使圖像上產(chǎn)生陰影壓 蓋其它地物，造成同物異譜問題，影響遙感圖 像的定量分析與自動識別； l太陽方位角引起的圖像輻射誤差通常只對圖 像的細部特征產(chǎn)生影響 為了盡量減少太陽高度角和方位角引起的輻射誤差為了盡量減少太陽高度角和方位角引起的輻射誤差 ，大多數(shù)衛(wèi)星設

14、計在同一地方時間通過當?shù)厣峡?。，大多?shù)衛(wèi)星設計在同一地方時間通過當?shù)厣峡铡?u地形起伏地形起伏引起的輻射誤差引起的輻射誤差 傳傳感感器接收到的太陽光輻射亮度和地面傾器接收到的太陽光輻射亮度和地面傾 斜程度有關。斜程度有關。由于地形起伏變化，在遙感圖像由于地形起伏變化，在遙感圖像 上會造成同類地物灰度不一致。上會造成同類地物灰度不一致。 海拔高度 坡向 坡度 （4 4）其它原因引起的輻射誤差）其它原因引起的輻射誤差 斑點斑點 條紋條紋 傳感器靈敏度特性為起因的畸變校正傳感器靈敏度特性為起因的畸變校正 太陽高度角及地形等引起的畸變校正太陽高度角及地形等引起的畸變校正 大氣校正大氣校正 輻輻 射射

15、校校 正正 大氣校正大氣校正吸收、散射的影響吸收、散射的影響 傳感器校正傳感器校正 光學系統(tǒng)光學系統(tǒng)邊緣減光等邊緣減光等 光電變換系統(tǒng)光電變換系統(tǒng)靈敏度特性的偏差靈敏度特性的偏差 太陽光高角及太陽光高角及 地形校正地形校正 太陽高度角影響太陽高度角影響 地形傾斜的影響地形傾斜的影響 2.4 輻射校正類型輻射校正類型 2.5.1系統(tǒng)輻射誤差校正系統(tǒng)輻射誤差校正 2.5 輻射校正方法輻射校正方法 （1 1）光學系統(tǒng)的特性引起的畸變校正光學系統(tǒng)的特性引起的畸變校正 （2 2）光電變換系統(tǒng)的特性引起的畸變校正光電變換系統(tǒng)的特性引起的畸變校正 （3 3）條紋誤差的校正條紋誤差的校正 （4 4）斑點誤差的

16、校正斑點誤差的校正 （5 5）灰度一致化灰度一致化 （1 1）光學系統(tǒng)的特性引起的畸變校正光學系統(tǒng)的特性引起的畸變校正 在使用透鏡的光學系統(tǒng)中，如攝像面中，存在著邊緣部在使用透鏡的光學系統(tǒng)中，如攝像面中，存在著邊緣部 分比中心部分發(fā)暗的現(xiàn)象（分比中心部分發(fā)暗的現(xiàn)象（邊緣減光邊緣減光） 方法：方法： 校正：光軸到攝像面邊緣的視場角為校正：光軸到攝像面邊緣的視場角為 ，成正比。，成正比。 n cos f cos f p o 4 0 cosEE P o點光強 機載成像光譜圖像的邊緣輻射畸變與儀器大視場角有關，主要由大氣機載成像光譜圖像的邊緣輻射畸變與儀器大視場角有關，主要由大氣 效應、地物反射非朗伯

17、體特性、太陽效應、地物反射非朗伯體特性、太陽- -儀器儀器- -目標相對幾何關系等因素目標相對幾何關系等因素 綜合作用所引起的。綜合作用所引起的。 （2 2）光電變換系統(tǒng)的特性引起的畸變校正光電變換系統(tǒng)的特性引起的畸變校正 由于光電變換系統(tǒng)的靈敏性通常有很高的重復性，可以由于光電變換系統(tǒng)的靈敏性通常有很高的重復性，可以 定期地在地面測定其特性，根據(jù)測量值進行校正。定期地在地面測定其特性，根據(jù)測量值進行校正。 方法方法 1）分析輻射失真的過程，建立輻射失真模型，利用逆）分析輻射失真的過程，建立輻射失真模型，利用逆 過程校正；過程校正； 2）利用實地測量的數(shù)據(jù)校正）利用實地測量的數(shù)據(jù)校正 三個步驟

18、三個步驟 第一步進行回歸運算第一步進行回歸運算 第二步為逐次濾波處理第二步為逐次濾波處理 第三步進行傳感器輻射校正第三步進行傳感器輻射校正 以以LandsatLandsat的的MSSMSS、TMTM圖像為例，對傳感器的輸出圖像為例，對傳感器的輸出R R進行校進行校 正的公式正的公式 255127TMMSS max 和分別為圖像，和對于D min minmax max RR RR D V 傳感器輸出輻射亮度 校正過的輻射亮度 已校正數(shù)據(jù)的最大值 探測器輸出的最大、最小輻射亮度 MSS的Rmax和Rmin TM的Rmax和Rmin （3 3）條紋誤差的校正條紋誤差的校正 條紋條紋:在掃描圖像中出現(xiàn)

19、的與輻射信息無關的線條噪聲，其在掃描圖像中出現(xiàn)的與輻射信息無關的線條噪聲，其 表現(xiàn)為圖像上的部分掃描行或線段的亮度值不反映地物的輻表現(xiàn)為圖像上的部分掃描行或線段的亮度值不反映地物的輻 射，并與上下的亮度截然不同。射，并與上下的亮度截然不同。 原因原因：遙感圖像中的條紋主要是由檢測器引起的：遙感圖像中的條紋主要是由檢測器引起的 條紋的條紋的特點特點： （1）分布一般不規(guī)則，可密可稀，可長可短；）分布一般不規(guī)則，可密可稀，可長可短； （2）亮度值一般趨于極端（或黑或白）；）亮度值一般趨于極端（或黑或白）； （3）含有這種條紋的圖像，其標準差往往顯著增大。）含有這種條紋的圖像，其標準差往往顯著增大。

20、 條帶畸變條帶畸變 主要處理方法主要處理方法 平均值法、直方圖法、三次褶積法平均值法、直方圖法、三次褶積法 TM影像 （4 4）斑點誤差的校正斑點誤差的校正 遙感圖像中的斑點誤差主要由噪聲或磁帶的誤碼率等造成 ，在圖像中往往是分散和孤立的，因此往往和周圍的亮度值有 明顯的差別，并且彼此不相關。 u斑點的判定斑點的判定 （1）待判定像元亮度值與周圍鄰 點像元亮度平均值之差超過 給定閾值。 （2）待判定像元亮度值與周圍鄰點 像元亮度值的方差減去影像亮度值 的平均方差超過給定閾值 1 n f f n ij 2 22 2 2 該像元與周圍像元亮度值的方差 影像亮度值的平均方差 u斑點的校正斑點的校正

21、（1）平均法：取其鄰域像元亮度值的平均值 （2）雙三次卷積法 通常邊緣附近的斑點不進行消除，圖像四周的像元不進 行斑點消除 處理過程中，要把斑點和圖像本身的邊緣信息區(qū)別開來 ，這可以通過恰當?shù)倪x擇閾值或先進行邊緣檢測而后進行斑 點消除來實現(xiàn)。 （5 5）灰度一致化灰度一致化 研究大區(qū)域時，常需要將幾張遙感影像拼接，即做鑲嵌圖。 制作鑲嵌圖時，除了幾何位置保持一致外，還需要使其灰度 均勻。 方法： u等概率變換等概率變換 理論基礎：兩幅圖像重疊部分灰度分布應相同。 設F、G兩幅影像，以影像F為標準進行變換。在重疊部分，G 影像上灰度值小于gi的像元百分數(shù)為P，對應在F影像上占有同樣 百分數(shù)P的像

22、元灰度值為fi,這樣就找到了gi應變換成fi，找出重疊 部分影像G上所有灰度值應變換成的值g,列出變換表，根據(jù)該表 將影像G各像元的灰度值進行變換。 簡單、但存在位置配準誤差。 u線性灰度變換線性灰度變換 在兩張影像的重疊部分各取出相對應的n個點，建立線性 回歸方程；然后運用最小二乘法求線性方程系數(shù)。以其中一 幅影像為標準，對另一幅影像進行變換，從而達到灰度一致 化。 優(yōu)點：優(yōu)點：方法簡單，N足夠大時有一定精度。 缺點：缺點：存在位置配準誤差， 2.5.2 大氣影響的輻射校正大氣影響的輻射校正 消除因為大氣散射引起的輻射誤差的處理稱為大 氣校正。 為什么要做大氣校正？為什么要做大氣校正？ 入射

23、到傳感器的電磁波能量除了地物本身的輻 射以外，還有大氣引起的散射光。我們想要了解某 一物體表面的光譜屬性，必須將大氣的影響消除。 主要方法主要方法 （1）統(tǒng)計學方法）統(tǒng)計學方法 將野外實地光譜測試獲得的無大氣影響的輻射值，與將野外實地光譜測試獲得的無大氣影響的輻射值，與 衛(wèi)星同步獲得值進行回歸統(tǒng)計分析，確定校正量（衛(wèi)星同步獲得值進行回歸統(tǒng)計分析，確定校正量（波譜測波譜測 試回歸分析法試回歸分析法） （2）輻射傳遞方程計算法）輻射傳遞方程計算法 測量大氣參數(shù)，按理論公式計算大氣干擾輻射量。測量大氣參數(shù)，按理論公式計算大氣干擾輻射量。 （3）波段對比法）波段對比法 在特殊條件下，利用某些不受大氣影

24、響或影響小的在特殊條件下，利用某些不受大氣影響或影響小的 波段校正其它波段。波段校正其它波段。 1、統(tǒng)計學方法、統(tǒng)計學方法 內(nèi)部平均法內(nèi)部平均法：計算相對反射率，優(yōu)點：消除地形陰影和其：計算相對反射率，優(yōu)點：消除地形陰影和其 它整體亮度的差異。缺點：假設條件不易達到。它整體亮度的差異。缺點：假設條件不易達到。 平均域場法平均域場法：計算相對反射率：計算相對反射率 經(jīng)驗線性法經(jīng)驗線性法：絕對反射值，加性貢獻。：絕對反射值，加性貢獻。 野外波譜測試回歸分析法野外波譜測試回歸分析法： 野外波譜測試回歸分析法野外波譜測試回歸分析法 方法：方法：野外實測無大氣影響的波譜值與衛(wèi)星傳感器同步觀野外實測無大氣

25、影響的波譜值與衛(wèi)星傳感器同步觀 測的結果進行比較計算，以確定校正量。測的結果進行比較計算，以確定校正量。 地面實測值地面實測值 衛(wèi)衛(wèi) 星星 測測 量量 值值 適用范圍適用范圍：包含地面實：包含地面實 況數(shù)據(jù)的圖像。況數(shù)據(jù)的圖像。 缺點：缺點：不實用，使用困不實用，使用困 難。難。 注意：注意：比較時，應將圖像像元亮度值與輻射度進行轉(zhuǎn)換 通常是通過線性方程將傳感器的最大和最小輻亮度與圖像的 灰度級聯(lián)系起來，并進行轉(zhuǎn)換。有關輻亮度的參數(shù)可以在圖 像的元數(shù)據(jù)文件中找到。 如：對于一個8位量化的圖像，轉(zhuǎn)換方程為： min minmax 255 LDN LL L a 地面測量值 衛(wèi)星測量值 0 設回歸方

26、程為： L=a+bR 大氣影響的附加部分（天空光散射） 將圖像中的每個像素值減去a，獲取某區(qū)域經(jīng)過大氣改 正后的圖像。 在獲取地面目標圖像時，可以預先在地面設置反射 率已知的標志，或事先測出若干地面目標的反射率，把 由此得到的地面實況數(shù)據(jù)和傳感器的輸出值進行比較， 以消除大氣的影響。 注意：在地面特定地區(qū)、特定條件、一定時間段內(nèi) 測定的地面目標反射率不具有普遍性，因此該方法僅適 用于包含地面實況數(shù)據(jù)的圖像。 ), 0( 0 HT eEE 2、輻射傳遞方程計算法、輻射傳遞方程計算法測量大氣參數(shù)，按理測量大氣參數(shù)，按理 論公式計算大氣干擾輻射量論公式計算大氣干擾輻射量 E傳感器獲得的電磁波能量，傳

27、感器獲得的電磁波能量，E0地面目標的輻地面目標的輻 射能量，射能量，H為大氣層的厚度。為大氣層的厚度。 ), 0(HT e 為大氣衰減系數(shù)為大氣衰減系數(shù) 條件條件：同時測量水蒸氣和氣溶膠的密度。：同時測量水蒸氣和氣溶膠的密度。 缺點缺點：近似解，不實用，使用困難。：近似解，不實用，使用困難。 在在可可見見光光和和近近紅紅外外區(qū)區(qū)，大氣大氣的的影影響響主主要要是是由由氣氣溶溶膠膠引引起起 的的散散射造成，射造成，在在熱熱紅紅外區(qū)外區(qū)，大氣大氣的的影響主影響主要要是是由由水水蒸氣蒸氣的的吸吸 收收造造成成。為為了了消除消除大氣影響，需要測定氣溶膠密度以及水蒸大氣影響，需要測定氣溶膠密度以及水蒸 氣

28、濃度。氣濃度。 改進方法：在獲取地面目標圖像的同時，利用搭載在同改進方法：在獲取地面目標圖像的同時，利用搭載在同 一平臺上測量氣溶膠和水蒸氣濃度的傳感器獲取氣溶膠和水一平臺上測量氣溶膠和水蒸氣濃度的傳感器獲取氣溶膠和水 蒸氣的濃度數(shù)據(jù)，利用這些輔助數(shù)據(jù)進行大氣校正。蒸氣的濃度數(shù)據(jù)，利用這些輔助數(shù)據(jù)進行大氣校正。 專業(yè)的遙感圖像處理系統(tǒng)多提供的大氣校正模型：專業(yè)的遙感圖像處理系統(tǒng)多提供的大氣校正模型： l ErdasErdas和和GeomaticaGeomatica系統(tǒng)中的系統(tǒng)中的ACTORACTOR模型模型 l ENNIENNI系統(tǒng)中的系統(tǒng)中的FLAASHFLAASH模型模型 l 公共的大氣校

29、正模型，其中較好的是公共的大氣校正模型，其中較好的是6S6S模型。模型。 3、波段對比法、波段對比法 理論依據(jù)理論依據(jù)：大氣散射的選擇性，即對短波影響大，對長波：大氣散射的選擇性，即對短波影響大，對長波 影響小影響小 瑞利散射：粒徑瑞利散射：粒徑波長波長 近紅外波段圖像作為無散射影響的標準圖像！近紅外波段圖像作為無散射影響的標準圖像！ 回歸分析法回歸分析法 直方圖法直方圖法 回歸分析法（暗像素法）回歸分析法（暗像素法） 基本思想：基本思想：在紅外波段，其散射強度接近0。 用長波數(shù)據(jù)來校正短波數(shù)據(jù)。 原理：原理：在遙感圖像上大山的陰影區(qū)或深大水體區(qū)域，在遙感圖像上大山的陰影區(qū)或深大水體區(qū)域， 各

30、個波段的反射為零。同時，大氣散射主要影響短各個波段的反射為零。同時，大氣散射主要影響短 波部分，波長較長的波段幾乎不受影響，因此可用其波部分，波長較長的波段幾乎不受影響，因此可用其 校正其它波段數(shù)據(jù)。校正其它波段數(shù)據(jù)。 校正過程：校正過程：在不受大氣影響的波段（如TM5）和待 校正的某一波段圖像中，選擇由最亮至最暗的一系 列目標，將每一目標的兩個待比較的波段灰度值提 取出來進行回歸分析。 例如： 5111 TbaT 式中式中， 5 T為為TM5波段的亮度均值；波段的亮度均值； 1 T為為TM1亮度均值；亮度均值； 7TMbaTM iii 怎么求a,b？ 例如：TM圖像中，第7波段幾乎不受大氣輻

31、射的影響，因此可作 校正基礎，對TM影像的其它波段分別進行校正。 i-波段號 i a-第i波段的校正量 a1,b1計算如下：計算如下： )T(T )T)(TT(T b 55 1155 1 1 T 5111 TbTa 11 1 aTT 1 T 5 T 1 a T1與T5波段像元灰度值散點圖 要求：要求：抽取區(qū)域為所有波段全黑的區(qū)域。抽取區(qū)域為所有波段全黑的區(qū)域。而圖像中并非而圖像中并非 總有全黑區(qū)域，總有全黑區(qū)域，因此，此方法受到一定的限制。因此，此方法受到一定的限制。 直方圖法直方圖法 基本思想基本思想：如果存在一處：如果存在一處 亮度值為亮度值為0的目標（如深海水的目標（如深海水 體、高山背

32、陰處等），則所有體、高山背陰處等），則所有 波段在該處均為波段在該處均為0。但由于。但由于受大受大 氣影響，部分波段不為氣影響，部分波段不為0，不受，不受 大氣影響的波段為大氣影響的波段為0。 注意：具體圖像分別處理注意：具體圖像分別處理 v確定圖像中有亮度為確定圖像中有亮度為0 0的區(qū)域；的區(qū)域； v找到圖像中灰度值的最小值；找到圖像中灰度值的最小值； v每個波段的圖像中的每個像元灰度值都減去本波段每個波段的圖像中的每個像元灰度值都減去本波段 的最小值。的最小值。 校正過程校正過程 即：從圖像像元亮度值中減去一個輻射偏置量。輻射偏即：從圖像像元亮度值中減去一個輻射偏置量。輻射偏 置量等于圖像

33、直方圖中最小的輻射亮度值。置量等于圖像直方圖中最小的輻射亮度值。 當影像中沒有陡峭的地形所造當影像中沒有陡峭的地形所造 成的陰影，方法不適用。成的陰影，方法不適用。 什么情況下需要進行大氣校正？什么情況下需要進行大氣校正？ l 大氣透明度差而且不均一 l 大氣中的水汽含量高 l 低海拔地區(qū)應該進行校正，3000米以上的地區(qū)可 不考慮 l 相對高差變化大的地形區(qū)域 l 不同時段圖像的聯(lián)合處理 輻射校正前輻射校正前 輻射校正后輻射校正后 圖像輻射校效果圖像輻射校效果 圖像輻射校效果圖像輻射校效果 1、太陽位置引起的輻射誤差校正、太陽位置引起的輻射誤差校正 太陽光點：太陽光點：太陽光在地表反射、擴散

34、時，其邊緣比四周太陽光在地表反射、擴散時，其邊緣比四周 更亮的現(xiàn)象。更亮的現(xiàn)象。 不同時間和季節(jié)，太陽高度角不同，地表獲得的能量不同，地不同時間和季節(jié)，太陽高度角不同，地表獲得的能量不同，地 表反射的能量也不同。表反射的能量也不同。 2.5.3 因太陽輻射引起的輻射誤差校正因太陽輻射引起的輻射誤差校正 （1）公式法：）公式法：太陽高度角引起的畸變校正是將太陽 光線傾斜照射時獲取的圖像校正為太陽光線垂直照 射時獲取的圖像。 u太陽高度角的計算太陽高度角的計算 圖像對應區(qū)域的地理緯度 成像時太陽直射點的地理緯度 地區(qū)經(jīng)度與成像時太陽直射 點地區(qū)經(jīng)度之差 sin ),( ),( yxg yxf u方

35、法方法 太陽高度角太陽高度角 ),(yxg 太陽斜射時的圖像太陽斜射時的圖像 ),(yxf 太陽直射時的圖像太陽直射時的圖像 單景圖像校正：單景圖像校正： iyxgyxfcos),(),( 不同太陽高度角（主要是不同季節(jié)）圖像比較：不同太陽高度角（主要是不同季節(jié)）圖像比較： ),( yxg 校正前的圖像校正前的圖像 ),( yxf 校正后的圖像校正后的圖像 i 太陽天頂角太陽天頂角 2 1 cos cos ),(),( i i yxgyxf 多景圖像相對校正，多景圖像相對校正，太陽角校正太陽角校正： 目的目的圖像相鑲圖像相鑲 ),(yxg校正前的圖像校正前的圖像 ),(yxf校正后的圖像校正后

36、的圖像 2 i 需校正圖像的太陽天頂角需校正圖像的太陽天頂角 1 i 參考圖像的太陽天頂角參考圖像的太陽天頂角 （2）波段比值法）波段比值法消除地形和地物的陰影消除地形和地物的陰影 消除非地物輻射引消除非地物輻射引 起的圖像灰度值差起的圖像灰度值差 異，提高定量分析異，提高定量分析 和自動識別的精度。和自動識別的精度。 多波段圖像上的陰影可以通過圖像之間的比值來消除或減弱多波段圖像上的陰影可以通過圖像之間的比值來消除或減弱 比值圖像：同步獲取的相同地區(qū)的任意兩個波段圖像相除得到的新圖像比值圖像：同步獲取的相同地區(qū)的任意兩個波段圖像相除得到的新圖像 2、地形起伏引起的輻射誤差校正、地形起伏引起的

37、輻射誤差校正校正受坡度和校正受坡度和 坡向影響的輻射差值坡向影響的輻射差值 利用地表法線矢量和太陽入射矢量校正利用地表法線矢量和太陽入射矢量校正 cos 0 II ),(yxg 傾斜面上的圖像傾斜面上的圖像 ),(yxf 校正后的圖像校正后的圖像 太陽垂直入射時傾斜表面上入射點的光照強度太陽垂直入射時傾斜表面上入射點的光照強度I 0 I太陽垂直入射時水平地表受到的光照強度太陽垂直入射時水平地表受到的光照強度 0 I I cos/ ),(),(yxgyxf 多波段數(shù)據(jù)比值法校正多波段數(shù)據(jù)比值法校正對于多波段圖像，可用波段比值 來進行校正，消除地表坡度的影響。 地形坡度引起的輻射校正方法需要有圖像

38、對應地區(qū)的地形坡度引起的輻射校正方法需要有圖像對應地區(qū)的DEMDEM數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)， 校正較為麻煩，一般情況下對地形坡度引起的誤差不做校正。校正較為麻煩，一般情況下對地形坡度引起的誤差不做校正。 利用地表法線矢量和太陽入射矢量校正利用地表法線矢量和太陽入射矢量校正 遙感衛(wèi)星輻射校正場遙感衛(wèi)星輻射校正場 背景：背景：20世紀70年代末到80年代初，航天定量遙感 技術的迅速發(fā)展，遙感應用日趨定量化，進一步改進 衛(wèi)星定量遙感精度的要求迫切。 80年代初，以美國Arizona大學光學中心的 P.N.Slater教授為代表提出了輻射校正場技術-利用 地球表面大面積均勻的地物為目標，當衛(wèi)星過頂時實 施同步地面

39、觀測，以實現(xiàn)對在軌道上運行的衛(wèi)星傳感 器做輻射校正。 1 1、輻射校正場的國外發(fā)展概況、輻射校正場的國外發(fā)展概況 l美國NASA和Arizona大學在美國新墨西哥州的白沙 (WSMR）和加利福尼亞州的愛德華空軍基地的干湖床( EAFB) 建立了輻射校正場,并已對多顆衛(wèi)星進行了場 地標定工作。 l 法國在馬塞市附近也建立了La Crun 輻射校正場, 并開展了多次輻射校正工作。 l 歐空局在非洲撒哈拉沙漠建立了地面輻射校正場 l 日本與澳大利亞合作在澳大利亞北部沙漠地區(qū)建 立了地面輻射校正場,通過星地同步觀測,實現(xiàn)對衛(wèi)星 遙感儀器的定標。 l 加拿大在北部大草原也開展衛(wèi)星、飛機積雪同步 觀測,以便對衛(wèi)星傳感器作出客觀評價。 根據(jù)美、法公布的資料，目前用輻射校正場的 方法對可見光和近紅外波段的標正精度可達6%-3% 左右。除成功地對Landsat-4、5的TM，SPOT的HRV ，NOAA-9、10 、11 的AVHRR，Nimbus-7的CZCS 進 行輻射校正外，目前正在進一步研究高分辨率成像 光譜儀(AVIRIS) 和