1、第六章第六章 遙感圖像的輻射處理遙感圖像的輻射處理 遙感圖像的輻射定標與校正遙感圖像的輻射定標與校正1 遙感圖像的融合遙感圖像的融合3 遙感圖像的四則運算遙感圖像的四則運算22 一、遙感圖像輻射校正概述 二、遙感圖像輻射定標原理 三、遙感圖像實驗室定標 四、遙感圖像機上星上定標 五、場地定標 六、其他定標方法第六章第六章 第第1節(jié)節(jié) 遙感圖像的輻射定標與校正遙感圖像的輻射定標與校正3各類地物反射光譜曲線農作物農作物砂土砂土巖石巖石樹木樹木 不同波長下的地物光譜反射率，是對地物進行認知和識別的重要依據。地面光譜測量 一、遙感圖像輻射校正概述4成像光譜儀獲取的高光譜影像行列波段灰度值波段光譜響應曲

2、線每個像元 一、遙感圖像輻射校正概述5地面實測光譜曲線影像光譜響應曲線對比對比水稻水稻: 99-15水稻水稻: 武香武香5021目標的精確分析 一、遙感圖像輻射校正概述6 思考：傳感器在空中所獲取的像元響應曲線，是否真實的反應了目標在不同波長下的反射率？不一致不一致 利用已知目標測試地面布控了白板的原始高光譜影像地面布控了白板的原始高光譜影像(HyperScan成像光譜儀成像光譜儀) 白板特點：白板特點：對所有波長的電磁波的反射率都相同。影像光譜響應曲線影像光譜響應曲線反射率波長白板實際光譜曲線白板實際光譜曲線100% 一、遙感圖像輻射校正概述7 輻射校正地物光譜特征地物光譜特征光譜反射率光譜

3、反射率(可見光、近紅外)輻射亮度溫度輻射亮度溫度（熱紅外）傳感器記錄值傳感器記錄值灰度信息灰度信息光譜特征重建光譜特征重建 一、遙感圖像輻射校正概述8 一、遙感圖像輻射校正概述 二、遙感圖像輻射定標原理 三、遙感圖像實驗室定標 四、遙感圖像機上星上定標 五、場地定標 六、其他定標方法第六章第六章 第第1節(jié)節(jié) 遙感圖像的輻射定標與校正遙感圖像的輻射定標與校正9修正真實反射率值原始數字信號地表反射輻射值傳感器入瞳輻射值遙感器校正地形及其它因素校正大氣校正反射光譜重建主要過程定標:建立灰度值與入瞳輻射值之間的聯系建立入瞳值與地表反射率之間的聯系地表反射率校正 二、遙感圖像輻射定標原理1.定標的地位與

4、目的10大氣傳輸已知輻射值 L從入瞳輻射值中消除大氣影響傳感器響應灰度傳感器輻射值 L已知未知建立起傳感器記錄值與入瞳輻射值的聯系12/27大氣-地表過程地物光譜特征未知2. 已知與未知 二、遙感圖像輻射定標原理113. 定標的類型1. 實驗室定標3. 場地定標2. 機上和星上定標(a)三種類型定標方式的共性在特定情況下都是不可缺少的都是出于同一目的 二、遙感圖像輻射定標原理12所考慮的主要因素不同實驗室定標機上星上定標場地定標原始定標準確度高是后續(xù)定標的基礎反映入軌運行的實際情況綜合性定標，對前兩項修正 處于不同的階段實驗室機上星上場地定標(b)三種類型定標方式的差異3. 定標的類型 二、遙

5、感圖像輻射定標原理13入瞳輻射值的獲取方式不同實驗室定標機上星上定標場地定標3. 定標的類型(b)三種類型定標方式的差異實驗室測得根據模型計算得到機上星上測得 二、遙感圖像輻射定標原理14 一、遙感圖像輻射校正概述 二、遙感圖像輻射定標原理 三、遙感圖像實驗室定標 四、遙感圖像機上星上定標 五、場地定標 六、其他定標方法第六章第六章 第第1節(jié)節(jié) 遙感圖像的輻射定標與校正遙感圖像的輻射定標與校正15 建立起傳感器各通道記錄灰度值與入瞳輻射值之間的聯系。 三、遙感圖像實驗室定標1.定標的關鍵多參數嚴密方程多參數嚴密方程參數變量1616(第i通道) 建立起傳感器各通道記錄灰度值與入瞳輻射值之間的聯系

6、。1.定標的關鍵 線性方程線性方程 三、遙感圖像實驗室定標17光譜定標輻射定標實驗室調試實驗室調試發(fā)射發(fā)射在軌運行在軌運行實驗室定標發(fā)射前在實驗室中進行的定標 三、遙感圖像實驗室定標18不同波段波段的影像灰度不同波長波長的反射率 成像光譜儀一次能拍攝成百上千張照片，每張照片稱為一個的影像，每個的影像體現著不同的信息。 每個波段的影像對應的波長是多少？2.光譜定標行列波段 三、遙感圖像實驗室定標19 在確定成像光譜儀在確定成像光譜儀和和之前，之前，必須通過的光譜定標，必須通過的光譜定標，獲取成像光譜儀每個波段的。 如何確定傳感器各波段通道的中心波長？ 2.光譜定標 三、遙感圖像實驗室定標20在實

7、驗室里，突出的優(yōu)勢是什么？人工創(chuàng)造理想狀態(tài)單色儀某一時刻只輸出某一已知 波長的輻射能波長可以連續(xù)變化單頻性連續(xù)性2.光譜定標 三、遙感圖像實驗室定標21單色儀成像光譜儀某波段通道按照一定的波長漸變照射中心中心 波長波長輸入值波長響應值波長50%響應帶寬響應帶寬2.光譜定標 三、遙感圖像實驗室定標22 對于每一個已知波長的通道，確定傳感器在該波長下的輸入輻射能與輸出響應的關系。 即：針對某個波段，確定定標增益系數和定標偏置量3.輻射定標輻射定標種類輻射定標種類相對輻射定標和絕對輻射定標反射輻射定標和發(fā)射輻射定標 按照使用要求或目的分類 按照光譜波段不同分類 三、遙感圖像實驗室定標23積分球積分球

8、(第i通道)對輻射亮度值L已知的光源進行拍照從照片上讀出灰度值DN 建立方程將Ai和Bi解算出來思考思考：一次線性方程包含兩個未知數，需要至少做幾次觀測？3.輻射定標 三、遙感圖像實驗室定標24成像光譜儀例：現有兩個已知的輻射源輻射亮度值輻射源1輻射源2650（W/(m2s)460（W/(m2s)照片顯示灰度2301203.輻射定標 三、遙感圖像實驗室定標25利用積分球來測定LiiiiiLADNB測定多組 Li 和DNi ，根據最小二乘法求得：3.輻射定標 三、遙感圖像實驗室定標264.定標效果白板的白板的影像光譜響應曲線影像光譜響應曲線反射率波長白板實際光譜曲線白板實際光譜曲線100% 白板

9、定標前定標前定標后定標后 經過定標，成像光譜儀所獲取影像中，白板的像元響應曲線變?yōu)橹本€。 三、遙感圖像實驗室定標27 定標后，人造草坪的像元響應曲線在與真實測量的光譜曲線一致。高光譜影像高光譜影像 真實地面物體（人造草坪）真實地面光譜曲線真實地面光譜曲線定標前定標前定標后定標后人造草坪影像光譜響應曲線人造草坪影像光譜響應曲線4.定標效果 三、遙感圖像實驗室定標28 一、遙感圖像輻射校正概述 二、遙感圖像輻射定標原理 三、遙感圖像實驗室定標 四、遙感圖像機上星上定標 五、場地定標 六、其他定標方法第六章第六章 第第1節(jié)節(jié) 遙感圖像的輻射定標與校正遙感圖像的輻射定標與校正291. 必要性 在傳感器

10、裝機、飛行之前，都要對它進行輻射定標，這樣在飛行中成像光譜儀就能進行地物反射輻射的定量量測。 遙感衛(wèi)星升空后并不能馬上投入觀測工作 但傳感器的性能會隨著空間環(huán)境的變化而變化，經過搬運、安裝和操作等過程，定標參數會失準，因此機上或星上定標十分必要。 四、遙感圖像機上星上定標302.機上定標 機上定標用來經常性的檢查飛行中的定標情況，一般采用內定標方法。輻射定標源、定標光學系統都在飛行器上。輻射定標源、定標光學系統都在飛行器上。 實施過程與實驗室定標有類似之處。 人造輻射源 輻射定標源進入遙感器的路徑與地面物體類似，通過所有光路并且充滿儀器孔徑。 四、遙感圖像機上星上定標313.星上定標 星上定標

11、又稱在軌定標，受制于載荷、能耗空間等因素制約，光譜定標很少，主要指輻射定標。 目的也是確定輻射源與響應值之間的關系目的也是確定輻射源與響應值之間的關系輻射源的選擇主要有兩種方式輻射源的選擇主要有兩種方式 星上內定標系統星上內定標系統星載人造輻射源星載人造輻射源 星載太陽定標系統星載太陽定標系統以太陽為輻射源以太陽為輻射源 四、遙感圖像機上星上定標遙感器星上內定標燈定標燈定標太陽定標太陽定標月亮定標月亮定標323.星上定標 四、遙感圖像機上星上定標333.星上定標 四、遙感圖像機上星上定標343.星上定標 四、遙感圖像機上星上定標優(yōu)點優(yōu)點: 可對一些光學遙感實時定標可對一些光學遙感實時定標不足不

12、足: 大部分只是部分系統定標大部分只是部分系統定標; 沒有模擬遙感器的成像狀態(tài)沒有模擬遙感器的成像狀態(tài); 星上定標系統也不夠穩(wěn)定。星上定標系統也不夠穩(wěn)定。優(yōu)點優(yōu)點+缺點缺點353.星上定標 四、遙感圖像機上星上定標36 一、遙感圖像輻射校正概述 二、遙感圖像輻射定標原理 三、遙感圖像實驗室定標 四、遙感圖像機上星上定標 五、場地定標 六、其他定標方法第六章第六章 第第1節(jié)節(jié) 遙感圖像的輻射定標與校正遙感圖像的輻射定標與校正371.場地定標的原理與特點 五、場地定標 場地定標是指遙感器處于正常運行條件下，選擇輻射定標場地輻射定標場地，通過地面同步測量對遙感器進行定標。38 原理 1. 機載或星載

13、成像光譜儀飛越輻射定標場地上空時，同步地在定標場地選擇若干像元區(qū)，測量成像光譜儀對應的地物的各波段光譜反射率和大氣光譜等參量。 關鍵：同步 光譜反射率 大氣光譜為什么要同步？ 五、場地定標1.場地定標的原理與特點定標場地定標場地大氣傳輸模型大氣傳輸模型對應輸出的量化值對應輸出的量化值39 五、場地定標1.場地定標的原理與特點40 2.然后利用大氣輻射傳輸模型等手段給出成像光譜儀入瞳處各光譜帶的輻射亮度。關鍵：大氣輻射傳輸模型 輻射亮度 3.最后確定它與傳感器對應輸出的數字量化值的數量關系，求解定標系數并估算定標不確定性。關鍵詞： 定標系數 不確定性 原理1.場地定標的原理與特點 五、場地定標4

14、1入瞳處各光譜帶的輻射亮度值可由下式計算：光譜反射率大氣光譜太陽輻射能已知待求 原理1.場地定標的原理與特點 五、場地定標42 以大面積地表均勻地物作為定標源 多通道、動態(tài)、大范圍定標 考慮大氣傳輸環(huán)境的影響 特點1.場地定標的原理與特點 五、場地定標 面積大面積大+地物均勻地物均勻+有利的大氣環(huán)境有利的大氣環(huán)境 優(yōu)點優(yōu)點:實現了對遙感器運行狀態(tài)下與獲取地面圖象完全相實現了對遙感器運行狀態(tài)下與獲取地面圖象完全相 同條件的絕對校正。同條件的絕對校正。不足不足:需要測量和計算空中遙感器過頂時的大氣環(huán)境和地物需要測量和計算空中遙感器過頂時的大氣環(huán)境和地物反射率。反射率。定標場地要求定標場地要求43

15、五、場地定標 法國的SPOT、 ERS一1/2分別建立了校準試驗場， 其中SPOT圖像定標精度已達97。 中國遙感衛(wèi)星輻射校正場 甘肅省敦煌市郊戈壁灘甘肅省敦煌市郊戈壁灘:可見光波段輻射定標 青海湖水面為場地青海湖水面為場地:紅外波段的儀器輻射定標44 五、場地定標青海湖位于青藏高原東北部，湖面海拔青海湖位于青藏高原東北部，湖面海拔3194米，周長約米，周長約365公里，公里，湖面面積湖面面積4282平方公里，是我國最大，世界第二的內陸咸水湖平方公里，是我國最大，世界第二的內陸咸水湖45 五、場地定標46 五、場地定標47 輻射校正場中國遙感輻射校正場中國遙感輻射校正場 為了適應衛(wèi)星定量化遙感

16、技術和遙感資料定量化應用技術發(fā)展的需要，由中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心牽頭，國內7個部委的11個單位參加合作，于2000年建成了“中國遙感衛(wèi)星輻射校正場”。 1.場地定標的原理與特點 五、場地定標48輻射校正場包括: 敦煌陸面試驗場敦煌陸面試驗場和青海湖水面試驗場青海湖水面試驗場 敦煌試驗場500m500m中心區(qū) 敦煌場20km20Km的大區(qū) 敦煌場10Km10Km氣象衛(wèi)星同步觀測區(qū)敦煌陸面試驗場又包括三部分： 輻射校正場1.場地定標的原理與特點 五、場地定標49自動太陽跟蹤輻射計 CIMEL CE317太陽輻射計 輻射校正場1.場地定標的原理與特點 五、場地定標50玻曼MR154中近紅外傅立葉

17、變換光譜輻射計 OL754 手提式紫外-可見光-近紅外分光輻射儀 輻射校正場1.場地定標的原理與特點 五、場地定標512.場地定標的一般技術流程7.7.計算定標系數并估計誤差計算定標系數并估計誤差3.3.計算大氣中水和臭氧含量計算大氣中水和臭氧含量2.2.計算大氣氣溶膠參數計算大氣氣溶膠參數1.1.獲取空中、地面及大氣環(huán)境數據獲取空中、地面及大氣環(huán)境數據4.4.采集、分析定標場的地物光譜數據采集、分析定標場的地物光譜數據5.5.遙感器獲取位置及成像時間遙感器獲取位置及成像時間6.6.根據大氣傳輸模型計算相應入瞳輻射值根據大氣傳輸模型計算相應入瞳輻射值 五、場地定標523.場地定標的常用方法 反

18、射基法 輻照度基法 輻亮度基法 五、場地定標53 五、場地定標544.反射基法 認為衛(wèi)星傳感器所接收到的光譜輻射是太陽光譜輻射、大氣及地面三者相互作用的總貢獻。 具有足夠大面積、表面均勻反射比已知的目標輻射較正場。關鍵：入曈處輻射亮度的計算方法 五、場地定標55太陽入射輻射太陽入射輻射灰度程輻射透射天空光反射能傳感器入瞳處整體看待表觀反射率 反射基法原理反射基法原理4.反射基法 五、場地定標56入曈處入曈處 的計算的計算LEME輻射出射度表觀反射率 *輻射照度輻射出射度輻射出射度M 單位面積所出射的輻射通量（W/m2）單位面積、單位立體角所出射的輻射通量（單位面積、單位立體角所出射的輻射通量（

19、W/sr.m2）ML輻射出射度輻射亮度 = 4.反射基法 五、場地定標57入曈處入曈處 的計算的計算ME輻射出射度表觀反射率 *輻射照度輻射照度輻射照度E單位面積所接收的輻射通量（ W/m2 ）2cos/:ssEEdd注是天文距離,日地平均距離的倍數2cos/ssLEdLE22*cos/cos*ssssLLEdEd 4.反射基法 五、場地定標58(,)() ()1avsvsvsTTS *(,)vsvs 問題轉化為表觀反射率的確定：由輻射校正場測量、計算得到4.反射基法入曈處入曈處 的計算的計算22*cos/cos*ssssLLEdEd 五、場地定標5922*cos/cos*ssssLLEdEd

20、 得到了傳感器入瞳處的表觀反射比因子之后，計算傳感器入瞳處的輻射亮度L ，再配合衛(wèi)星傳感器獲得的數字圖象上相應區(qū)域的灰度值便可以計算出傳感器的絕對輻射定標系數。iiiiLADNB4.反射基法入曈處入曈處 的計算的計算 五、場地定標605.輻照度基法 輻照度基法又稱改進的反射基法，反射基法的一個重要誤差來源是對氣溶膠散射的一些近似，如對氣溶膠顆粒模型的假設，不同的氣溶膠模型會對表觀反射率的計算造成較大影響。 為了減少因為為了減少因為氣溶膠近似氣溶膠近似產生的系統誤差，產生的系統誤差，Slater等人又開發(fā)另一種定標模型等人又開發(fā)另一種定標模型-輻照度基法。輻照度基法。 五、場地定標61 原理 輻

21、照度基法定標法與反射率基法的唯一不同就是加入了漫射輻射與總輻射比測量，這一比值包含了氣溶膠的散射特征，以實測的輻照度比代替了反射率基法中計算氣溶膠散射的假定和反演，它可以減少因氣溶膠近似而產生的誤差。5.輻照度基法 五、場地定標62場區(qū)地表反射率測場區(qū)地表反射率測量數據量數據場區(qū)大氣參數測場區(qū)大氣參數測量數據量數據輻射傳輸模式輻射傳輸模式計算出衛(wèi)星光譜計算出衛(wèi)星光譜通道上通道上 A A和和s s漫射輻射與總輻射漫射輻射與總輻射比測量與插值比測量與插值衛(wèi)星光譜通道表衛(wèi)星光譜通道表觀反射率觀反射率衛(wèi)星光譜通道表衛(wèi)星光譜通道表觀輻亮度觀輻亮度衛(wèi)星傳感器光譜通道衛(wèi)星傳感器光譜通道定標系數定標系數衛(wèi)星圖

22、象得到場區(qū)平衛(wèi)星圖象得到場區(qū)平均計數值均計數值星地通道光譜星地通道光譜響應匹配響應匹配輻照度定標法流程圖輻照度定標法流程圖5.輻照度基法 五、場地定標636.輻亮度基法由機載測量來定標星載傳感器 輻亮度法的基本原理是：利用搭載于飛機上的光譜輻射計在中高空與衛(wèi)星傳感器同步測量相同目標的輻亮度，通過對飛行高度以上的大氣訂正，實現衛(wèi)星遙感器的在軌輻射定標。 星、機、地同步測量 機、地幾何位置一致 五、場地定標64低層大氣高層大氣輻亮度基法示意圖6.輻亮度基法 五、場地定標65光譜輻射計定標光譜輻射計定標航空輻亮度同步觀測航空輻亮度同步觀測LO（ ， ， ，H，t）大氣測量參數大氣測量參數輻射傳輸模型

23、輻射傳輸模型衛(wèi)星遙感器入瞳輻亮度衛(wèi)星遙感器入瞳輻亮度L（ ， ， ，t）衛(wèi)星遙感器定標系數衛(wèi)星遙感器定標系數同步觀測區(qū)同步觀測區(qū)衛(wèi)星圖象數據衛(wèi)星圖象數據待定標傳感器待定標傳感器通道響應函數通道響應函數 流程6.輻亮度基法 五、場地定標66 輻射計絕對定標輻射計絕對定標 回避低層大氣訂正誤差回避低層大氣訂正誤差對地表均勻性要求低對地表均勻性要求低 特點 測量所采用的輻射計必須進行絕對輻射定標，且最終輻射校正系數的誤差以輻射計的定標誤差為主。 由于僅需對飛行高度以上的大氣進行訂正，回避了低層大氣的訂正誤差，有利于提高校正精度。 由于搭載于飛機上的輻射計地面視場較大，可在瞬間獲取大量數據，所以對地表

24、均勻性的要求較低。6.輻亮度基法 五、場地定標67(a) 計算復雜度和精度反射基法反射基法輻亮度法輻亮度法輻照度法輻照度法 表觀反射率近似計算表觀反射率近似計算 簡單簡單 對表觀反射率解析計算對表觀反射率解析計算 復雜復雜 飛得越高，訂正越簡單飛得越高，訂正越簡單7.三種場地定標方法的比較 精度較高精度較高 精度更高精度更高 精度較高精度較高 五、場地定標68(b)優(yōu)點反射基法輻亮度法輻照度法 投入測試設備和測量數據相對較少，省工生物且精度基本滿足要求. 對高的飛行高度，大氣校正就簡單，精度越高. 對漫射與總輻射之比進行描述，減少了誤差，精度最高.7.三種場地定標方法的比較 五、場地定標69(

25、c)缺點反射基法輻亮度法輻照度法 對氣溶膠參數進行了假設和近似，具有近似性。 測量數據相對較多，過程較復雜。 星、機、地同步觀測，設備資金和人力較多。7三種場地定標方法的比較 五、場地定標70 一、遙感圖像輻射校正概述 二、遙感圖像輻射定標原理 三、遙感圖像實驗室定標 四、遙感圖像機上星上定標 五、場地定標 六、其他定標方法第六章第六章 第第1節(jié)節(jié) 遙感圖像的輻射定標與校正遙感圖像的輻射定標與校正 為了校正傳感器各個探測元件響應度差異而為了校正傳感器各個探測元件響應度差異而對衛(wèi)星傳感器測量到的原始數字計數值進行歸對衛(wèi)星傳感器測量到的原始數字計數值進行歸一化的一種處理過程一化的一種處理過程 71

26、 六、其他定標方法一、相對定標一、相對定標例例1 MSS輻射定標輻射定標 利用MSS上的標準鍥推算每個探測元件的偏移與增益來進行定標 VS=KVr- a/b Vr VS分別為校正前后的輻射值 a為濾波偏移, b為濾波增益,K為太陽校正系數(常數) 72 六、其他定標方法例例2 TM輻射定標輻射定標 對1,2,3,4,5,7波段定標通過星上定標光源星上定標光源系統定標 Li=(DNraw-Bij)/Gij Li為第i個探測元入口處的輻射值 Dnraw為探測元件原始亮度值 Bij為第 j次掃描第i個探測元的偏置 Gij為第 j次掃描第i個探測元的增益73 六、其他定標方法其它方法其它方法 (1)直

27、方圖均衡化TM (2)均勻場景圖像法SPOT74 六、其他定標方法SPOT輻射定標輻射定標 相對定標 :每周一次 DNcali=(DNraw-Bij)/Gij 絕對定標:每月一次 Li= DNcal/Ai 75 六、其他定標方法 I陰陰5/I陰陰7=5 E陰陰/E陰陰7 = 5 /7 I陽陽5/I陽陽7=5 E陽陽/E陽陽7 = 5 /7 二二 太陽高度角和地形影響引起的輻射誤差校正太陽高度角和地形影響引起的輻射誤差校正 通過兩個波段的比值基本消除通過兩個波段的比值基本消除76 六、其他定標方法比值圖像比值圖像77 六、其他定標方法 基于遙感圖像特征的絕對定標(交叉定標) 基于衛(wèi)星傳感器系統參數的絕對定標用戶方用戶方78定標實踐79交叉定標交叉定標標準傳感器標準傳感器未定標傳感器未定標傳感器已在軌定標衛(wèi)星已在軌定標衛(wèi)星新發(fā)射衛(wèi)星新發(fā)射衛(wèi)星校正場校正場 星星- -機機- -地協同校正地協同校正思考：有沒有其它便捷的