(高清版)GB∕T 38935-2020 光學(xué)遙感器在軌成像輻射性能評價方法 可見光-短波紅外

ICS07.040A77中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)遙感器在軌成像輻射性能評價方法可見光-o-VI-IR國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會ⅠGB／T38935—2020 1范圍 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義、縮略語 3.1術(shù)語和定義 4評價對象和評價指標(biāo) 4.1評價對象 4.2評價指標(biāo) 5評價方法 5.2輻射分辨率 5.3動態(tài)范圍 5.4非線性度 附錄A（資料性附錄）信噪比規(guī)定化方法 附錄B（資料性附錄）高空間分辨率光學(xué)遙感器在軌動態(tài)范圍、非線性度評價地面靶標(biāo)布設(shè)需求 參考文獻(xiàn) ⅢGB／T38935—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別這些專利的責(zé)任。本標(biāo)準(zhǔn)由中國科學(xué)院提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國遙感技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC327)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國科學(xué)院光電研究院、中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心、國家衛(wèi)星氣象中心、北京空間機(jī)電研究所、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：李傳榮、李曉輝、王新鴻、高彩霞、唐伶俐、馬靈玲、王寧、傅俏燕、方翔、伏瑞敏、GB／T38935—2020光學(xué)遙感器在軌成像輻射性能評價方法可見光-短波紅外在軌成像輻射性能評價對象、評價指標(biāo)和評價方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于搭載在衛(wèi)星平臺上，采用線陣列探測器掃描成像的被動光學(xué)遙感器在軌運行過程中進(jìn)行的輻射性能評價。其他類型星載被動光學(xué)遙感器的在軌外場輻射性能評價可參考使用。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T33988—2017城鎮(zhèn)地物可見光-短波紅外光譜反射率測量GB/T36297—2018光學(xué)遙感載荷性能外場測試評價指標(biāo)GB/T36540—2018水體可見光-短波紅外光譜反射率測量3術(shù)語和定義、縮略語GB/T36297—2018界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。遙感器成像時獲取與保持地物目標(biāo)場景相對或絕對輻射能量分布的能力。3.1.2遙感器輸出的有效信號功率與噪聲功率之比。3.1.3遙感器感測（敏感）元件在接收波譜輻射信號時能分辨的最小輻射度差，或指對兩個不同的輻射源的輻射量的分辨能力。[GB/T14950—2009,定義4.103]3.1.4光學(xué)遙感器輸出能夠隨輸入發(fā)生變化的最小入射輻射量和最大入射輻射量所界定的區(qū)間。3.1.5在動態(tài)范圍內(nèi)，響應(yīng)的實際值偏離對應(yīng)擬合直線的最大偏差。12GB／T38935—2020注1：一般采用百分比表示。遙感器的盲像元數(shù)占總像元數(shù)的百分比。下列縮略語適用于本文件。VIS-SWIR可見光-短波紅外（visibletoshort-waveinfrared）4評價對象和評價指標(biāo)陣列探測器掃描成像的被動光學(xué)遙感器（如可見光全色相機(jī)、多光譜相機(jī)、高光譜成像儀等利用其在軌運行時獲取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感器輻射性能分析與監(jiān)測。4.2評價指標(biāo)星載光學(xué)遙感器在軌成像輻射性能評價指標(biāo)包括：信噪比、輻射分辨率、動態(tài)范圍、非線性度、盲元率。5評價方法基于僅經(jīng)過相對輻射校正處理的遙感器觀測圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行評價。具體步驟如下：的大面積均勻場景的圖像作為樣本圖像，如深海、湖泊等水體，南極或格陵蘭等地區(qū)的大范圍冰雪覆蓋區(qū)域，沙漠、戈壁或均勻濃密植被覆蓋區(qū)域等。圖像中的均勻區(qū)域應(yīng)盡可能大（至少陣列掃描方向（垂直遙感器陣列方向）大于或等于100像素。ll-ljlil式中：ijljjiljijlpijljl3GB／T38935—2020式中：ijlijijljllk\式中：j，ljlljlk式中：jljlljl式中：lllllll。ll式中：l—llll波段數(shù)）。（橫軸為評價時段，縱軸為信噪比顯示遙感器各波段的信噪比隨時間的變化特征與趨勢（對于多光譜遙感器，可以將不同波段的信噪比變化折線顯示在同一張折線圖中）。5.2輻射分辨率采用噪聲等效輻亮度或噪聲等效反射率表示，基于僅經(jīng)過相對輻射校正處理的遙感器觀測圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行評價。具體步驟如下：lllll4GB／T38935—2020lllll式中：l—ll—lLl—ll—lll—llEl—l形式（橫軸為評價時段，縱軸為輻射分辨率顯示遙感器各波段的輻射分辨率隨時間的變化特征與趨勢（對于多光譜遙感器，可以將不同波段的輻射分辨率變化折線顯示在同一張折線5.3動態(tài)范圍基于僅經(jīng)過相對輻射校正處理的遙感器觀測圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行評價。具體步驟如下：的輻射定標(biāo)場、驗證場）或地面靶標(biāo)（適用于高空間分辨率的遙感器，地面靶標(biāo)的布設(shè)需求參見tttk1）遙感器響應(yīng)輸出達(dá)到飽和的高反射率試驗區(qū)域或靶標(biāo)至少有一個；2）遙感器響應(yīng)輸出在動態(tài)范圍內(nèi)、未達(dá)到飽和的高反射率試驗區(qū)域或靶標(biāo)至少有一個、低反射率試驗區(qū)域或靶標(biāo)至少有一個；5像素。地同步試驗，對試驗區(qū)域或地面靶標(biāo)進(jìn)行地面參數(shù)數(shù)據(jù)和大氣參量數(shù)據(jù)同步測量：利用光譜測量儀對試驗區(qū)域或tttk2）利用太陽光度計、地基激光雷達(dá)等大氣測量設(shè)備同步獲取遙感器成像時刻的大氣水汽含量、氣溶膠光學(xué)特性參數(shù)等大氣參量數(shù)據(jù)。角、太陽方位角、觀測天頂角、觀測方位角、衛(wèi)星平臺高度等輔助參數(shù)。5GB／T38935—2020感器各波段的等效反射率：k式中：tkll感器波段數(shù)）波段的等效反射率；?l?ll2l角、太陽方位角、觀測天頂角、觀測方位角、衛(wèi)星平臺高度等使用大氣輻射傳輸模型模擬計算tttLlLlLll=lltttllMlNll式中：ltkijltkIlij灰度值；ltkltkltllllllllllll·Ll＋BllGlBll波段的增益和偏置，如圖1所示。l6GB／T38935—2020ll式中：R—擬合直線LINEl的相關(guān)系數(shù)的平方；J—l ll—Ll-l--Dl—Dl，k的平均值。-ll-lLllLl動態(tài)范圍高端輻亮度值。將擬合直線LINEl延長與橫坐標(biāo)軸相交，交點的橫坐標(biāo)Lmin，l即為遙-lll=l圖2動態(tài)范圍示意圖計算遙感器不同波段下的動態(tài)范圍高端與低端。采用二維折線圖形式（橫軸為評價時間，縱軸為動態(tài)范圍高端Lsat，l顯示遙感器各波段的動態(tài)范圍高端Lsat，l隨時間的變化特征與趨勢（對于多光譜遙感器，可以將不同波段的動態(tài)范圍高端Lmin，l顯示在同一張圖中采用二維折線圖形式（橫軸為評價時間，縱軸為動態(tài)范圍低端Lmin，l顯示遙感器各波段的動態(tài)范圍低端Lmin，l隨時間的變化特征與趨勢（對于多光譜遙感器，可以將不同波段的動態(tài)范圍低端Lmin，l顯示在同一張圖中）。7GB／T38935—2020基于僅經(jīng)過相對輻射校正處理的遙感器觀測圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行評價。具體步驟如下：試驗區(qū)域或靶標(biāo)的地表反射率光譜數(shù)據(jù)、大氣參量數(shù)據(jù)以及輔助參數(shù)（太陽天頂角、太陽方位ll將那些遙感器響應(yīng)輸出在動態(tài)范圍內(nèi)未達(dá)到飽和狀態(tài)的J個靶標(biāo)對應(yīng)的遙感器入瞳處的模--lllll-lll13ll）式中：Rl—llll=1LW-l均灰度值；RlRll=1NN為遙感器波段數(shù)）隨時間的變化特征與趨勢（對于多光譜遙感器，可以將不同波段l顯示在同一張圖中）?；趦H經(jīng)過解格式和解壓縮處理、未經(jīng)過相對輻射校正處理的遙感器觀測圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行評價。具體步驟如下：作為樣本圖像，如深海、湖泊等水體，南極或格陵蘭等地區(qū)的大范圍冰雪覆蓋區(qū)域，沙漠、戈壁或均勻濃密植被覆蓋區(qū)域等。圖像中的均勻區(qū)域應(yīng)足夠大，在沿遙感器陣列方向覆蓋陣列所llIll-ll。8GB／T38935—2020MlNl式中：-lijljll-lIljljjlijl式中：-jlj--ljjljlljlljjljljlljjlll平均響應(yīng)增益Gl。jlljl—ljljljl式（17）的探測像元記為有效像元，不滿足式（17）的探測像元記為盲像元。ljll式中：AL—像元響應(yīng)異常低端閾值；9GB／T38935—2020AH—像元響應(yīng)異常高端閾值。llllll波段探測像元總數(shù)。ll。lll式中：各波段的盲元率。采用二維折線圖形式（橫軸為評價時間，縱軸為盲像元率顯示盲元率隨時間的變化特征與趨勢（對于多光譜遙感器，可以將不同波段的盲元率顯示在同一張圖中）。GB／T38935—2020附錄A（資料性附錄）信噪比規(guī)定化方法信噪比規(guī)定化是利用同一時期在不同入瞳輻亮度水平下計算的信噪比評測值擬合得到某一參考入瞳輻亮度水平下信噪比的過程。信噪比規(guī)定化的步驟如下：ll=1NNLl?？梢詫⒅械瘸潭却髿鈼l件和中等程度地表條件組合起來模擬得到的遙感器入瞳處輻亮度值作為參考入瞳輻亮度值。llllll·Lll式中：Ll—ll—llll-ll-值Dl，k轉(zhuǎn)換為其所對應(yīng)的入瞳處輻亮度值Ll，k：Ll-Gl式中：-llllllll線方程。ll。lll。GB／T38935—2020附錄B（資料性附錄）高空間分辨率光學(xué)遙感器在軌動態(tài)范圍、非線性度評價地面靶標(biāo)布設(shè)需求面靶標(biāo)的方式。地面靶標(biāo)的布設(shè)宜參照以下需求：數(shù)多，以便降低大氣對遙感器動態(tài)范圍與響應(yīng)線性度評價的影響，且能以較高的頻度獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行指標(biāo)評價。響、減少計算誤差，在條件允許的情況下，布設(shè)靶標(biāo)的尺寸越大越好。布設(shè)時，靶標(biāo)之間需留有一定的間隔距離以避免相互影響。不同反射率靶標(biāo)的數(shù)目越多越好，以便為遙感器響應(yīng)曲線擬合與動態(tài)范圍、響應(yīng)線性度評估提供足夠的數(shù)據(jù)。實際情況下，綜合考慮靶標(biāo)制作成本，位于遙感器動態(tài)范圍內(nèi)的靶標(biāo)不宜少于3個，并且需保證位于遙感器響應(yīng)飽和區(qū)附近的高反射率靶標(biāo)