第六章-遥感图像辐射处理2

第六章遥感图像的辐射处理遥感图像的辐射定标与校正1遥感图像的融合3遥感图像的四则运算22知识回顾：一、遥感图像辐射校正概述二、遥感图像辐射定标原理三、遥感图像实验室定标四、遥感图像机上星上定标五、场地定标六、其他定标方法第六章第1节遥感图像的辐射定标与校正3如何在辐射定标的基础上进一步获取地表真实信息？大气校正观察与思考：4七、大气校正简介八、大气辐射传输过程的定量分析九、基于辐射传输模型大气校正模型十、辐射校正的统计学模型第六章第1节遥感图像的辐射定标与校正5DNLLT传感器定标传感器响应关系大气传输过程地面目标特性大气校正已知未知定标从入瞳辐射值中消除大气影响L灰度传感器入瞳处辐射值L七、大气校正简介7.1定标与大气校正6•大气校正•核心是估算地气系统的辐射状况及大气的光学参数。•遥感定量化研究的主要难点之一。（多源）定义：根据大气状况对遥感图像测量值进行调整，以消除大气影响。七、大气校正简介7.1定标与大气校正7•吸收•散射•反射7.2大气辐射传输影响要素七、大气校正简介8大气反射•在介质层的交会面处出现。7.2大气辐射传输影响要素七、大气校正简介9大气吸收•降低透射率，是大气校正中的重要因素•形成大气窗口•能级的跃迁导致波长变化（复杂）大气散射•改变传播方向，不改变波长•照亮阴影，降低图像反差•是可见光波段辐射衰减的主要原因7.2大气辐射传输影响要素七、大气校正简介10七、大气校正简介八、大气辐射传输过程的定量分析九、基于辐射传输模型大气校正模型十、辐射校正的统计学模型第六章第1节遥感图像的辐射定标与校正118.1可见光及近红外波段0(){(/)[cos()]}()gvdgssvddLLTLETETL灰度可见光及近红外波段简化辐射传输过程程辐射透射天空光反射能传感器入瞳处0()gdsvTEE大气透射率地物反射率太阳辐照度大气向地面散射太阳辐照度太阳天顶角观测天顶角八、大气辐射传输过程的定量分析128.1可见光及近红外波段八、大气辐射传输过程的定量分析•定性与定量未知探空气球同步观测已知0[cos]sddLETETL散射吸收反射辐射亮度太阳照度地表反射率138.2热红外波段灰度可见光及近红外波段简化辐射传输过程透射天空光发射能传感器入瞳处大气上行辐射大气下行辐射00()()(1)()svvLBTTLLT00()()svBTTLL地物亮温地表比辐射率大气透射率大气上行辐射大气下行辐射八、大气辐射传输过程的定量分析14七、大气校正简介八、大气辐射传输过程的定量分析九、基于辐射传输模型大气校正模型十、辐射校正的统计学模型第六章第1节遥感图像的辐射定标与校正159.1基本原理•利用基于辐射传输原理建立起来的大气校正模型校正方法是精度较高的一种方法，基本原理是利用电磁波在大气中的辐射传输原理建立起来的模型对遥感图像进行大气校正。九、基于辐射传输模型大气校正模型169.2一般校正思路作为遥感应用的基础，辐射校正必须从遥感器所接受到的大气-陆地混合信号中提取出陆表目标物体的贡献部分,消除所观察目标非相关的信息。从哪里入手？影像灰度值光谱反射率入瞳辐射值九、基于辐射传输模型大气校正模型17实现传感器定标后,把高光谱影像相应波段的象元灰度值转换成具有辐射意义的亮度值。1.辐射亮度值计算,,nnLADNBn第个像元在波长为处的辐射亮度值9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型182.建立起入瞳辐射亮度与表观反射率的联系灰度程辐射透射天空光反射能传感器入瞳处整体看待表观反射率2*)cos/(ssLEd9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型19表观反射率与入瞳辐射亮度的联系：2*cosssELd表观反射率的与地物反射率有何联系？9.2一般校正思路2.建立起入瞳辐射亮度与表观反射率的联系九、基于辐射传输模型大气校正模型203.建立起地表--大气辐射关系分析模型（1）被大气衰减的下行太阳辐射通量（2）散射透射辐射能量（3）大气固有的反射太阳辐射通量（1）（2）（3）入射辐通量为inEssE9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型21a.被大气衰减的下行太阳辐射照度3.建立起地表--大气辐射关系分析模型9.2一般校正思路b.散射透射通量()diffsolindsEEt大气光学厚度九、基于辐射传输模型大气校正模型22记总透射率为c.总透射通量3.建立起地表--大气辐射关系分析模型9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型23d.加载在地表的辐射通量究竟有多少？()downinsEET（1）（2）（3）有无其它因素？（4）考虑大气球面反照率3.建立起地表--大气辐射关系分析模型9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型24e.二次散射通量二次散射通量是一种离散机制；它依赖于目标的环境而与地面与大气之间的连续反射和散射相一致。如果大气的半球反射率（大气层临界面）被定义为S，在可通过下列公式表示：3.建立起地表--大气辐射关系分析模型9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型250#downEE1#downEES22#()downEES#()nndownEES0#1#2##2...[1()...()]totalnndownEEEEEESSSe.二次散射通量3.建立起地表--大气辐射关系分析模型9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型26多次地面-大气辐射反射作用累加后：e.二次散射通量3.建立起地表--大气辐射关系分析模型9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型27/()()vvdvTet记：/1()[()]1voutinsdvEETetSf.加载在地面的辐射通量经反射穿透大气后()()1svoutinTTEES3.建立起地表--大气辐射关系分析模型9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型28g.再加上大气固有的反射太阳辐射通量(,,,)insvsvEE3.建立起地表--大气辐射关系分析模型9.2一般校正思路()()1svoutinTTEES九、基于辐射传输模型大气校正模型29()()[(,,,)]1svdesinsvsvTTEES到达传感器的辐射通量回顾：表观反射率的定义？以“地表-大气”为整体目标，入射辐射通量与出射辐射通量的比例。3.建立起地表--大气辐射关系分析模型9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型30*()()*(,,,)1desinsvsvsvEETTS因此，表观反射率：3.建立起地表--大气辐射关系分析模型9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型314.根据模型函数关系计算地物光谱反射率9.2一般校正思路传感器接收的辐射亮度值九、基于辐射传输模型大气校正模型322cos()()[(,,,)]1sssvsvsvETTLdS分析下式：已知参数待求在不同的辐射传输模型中，大气校正参数的形式和数量有所不同，但基本思想是类似的。9.2一般校正思路九、基于辐射传输模型大气校正模型33(1)6S模型6S模式全名为secondsimulationofthesatellitesignalinthesolarspectrum，即太阳光谱卫星信号的二次模拟。9.3典型模型特点:模型建立在辐射传输理论基础之上,考虑了地形、气象、光谱等多种参数的共同作用,适用于多种卫星传感器的波段范围,不受研究对象及目标物类型、背景等的限制,应用范围广,精度较高,因而在辐射及遥感等学科中越来越受到重视。九、基于辐射传输模型大气校正模型349.3典型模型(1)6S模型2cos()()[(,,,)]1sssvsvsvETTLdS模型原理•把周围环境的邻近效应带入•考虑地面不是均一的朗伯体水汽等吸收系数环境反射率简化6S九、基于辐射传输模型大气校正模型359.3典型模型(1)6S模型模型输入•太阳、地物与传感器之间的几何关系•大气模式•气溶胶模式•传感器的光谱特性•地表反射率五类参数：这五个部分构成了大气辐射传输模型的全过程，模拟了太阳辐射经过大气效应到达地表，然后由地表反射通过大气效应到达传感器的整个太阳辐射传输过程，而且还考虑到了地表朗伯体和非朗伯体反射两个方面。九、基于辐射传输模型大气校正模型369.3典型模型(1)6S模型模型输入•太阳、地物与传感器之间的几何关系太阳天顶角由程序计算太阳与卫星的天顶角和方位角输入观测时间卫星天顶角太阳方位角卫星方位角交点时间输入卫星接收时间像素点数卫星条件两种输入方式九、基于辐射传输模型大气校正模型379.3典型模型(1)6S模型模型输入大气组分参数：包括水汽，灰尘颗粒度等参数•大气模式无大气吸收八种选择中纬度冬季美国标准大气若缺乏精确的实况数据数据，可以根据卫星数据的地理位置和时间，选用提供的标准模型来替代。热带夏季近极地冬季中纬度夏季近极地夏季用户自定义九、基于辐射传输模型大气校正模型389.3典型模型(1)6S模型模型输入气溶胶组分参数：包括水分含量以及烟尘、灰尘等在空气中的百分比等参数。•气溶胶模式无气溶胶可以选用提供的标准模型来代替大陆型气溶胶海洋性气溶胶气溶胶的大气路径长度：用当地的能见度参数表示方式1：波长500nm处的光学厚度方式2：气象能见度九、基于辐射传输模型大气校正模型399.3典型模型(1)6S模型模型输入•传感器的光谱特性探测器的光谱条件，主要指相应波段对应的波长信息，可以直接输入具体参数，也可通过选择常用卫星类型来确定。•地表反射率地表为为郎伯体或双向反射模式•反射率随角度的变化关系•不同波长下的反射率九、基于辐射传输模型大气校正模型409.3典型模型(1)6S模型模型输出a.辐射部分：•地面上的直接辐照度、环境反射率及辐照度；•卫星上的大气路径反射率及辐亮度、背景反射率及辐亮度、像元反射率及辐亮度。b.吸收部分：•各种气体的向上透过率、向下透过率、总透过率；•气体总向上透过率、总向下透过率、总透过率。•大气参数主要包括三个方面大气参数大气校正系数九、基于辐射传输模型大气校正模型419.3典型模型(1)6S模型模型输出c.散射部分•大气分子、气溶胶的向上散射透过率、向下散射透过率、总散射透过率;•总向下散射透过率、总向上散射透过率、总散射透过率;•大气分子、气溶胶及总的球面反照率、光学厚度、反照率、单次反照率及相函数。•大气参数主要包括三个方面大气参数大气校正系数九、基于辐射传输模型大气校正模型429.3典型模型(1)6S模型模型输出大气参数大气校正系数•大气校正系数九、基于辐射传输模型大气校正模型43(2)LOWTRAN模型光谱分辨率以20cm-1的光谱分辨率的单参数带模式计算大气透过率、大气背景辐射、单次散射的光谱辐射亮度、太阳直射辐射度。模型参数它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的相关描述，H2O、O3、O2、CO2、CH4、N2O的混合比及其他13种微量气体的相应描述，城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨廓线和辐射参量如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布。9.3典型模型九、基于辐射传输模型大气校正模型44LOWTRAN模型是美国空军地球物理实验室研制的，目前流行的版本是LOWTRAN7。LOWTRAN7增加了多次散射的计算及新的带模式、臭氧和氧气在紫外波段的吸收参数。目前使用的LOWTRAN7已经基本成熟固定，自1989年以来没有大的改动。LOWTRAN的发展(2)LOWTRAN模型9.3典型模型九、基于辐射传输模型大气校正模型45(3)MORTRAN模型MORTRAN模型起源发展了一种新的的分子吸收的算法和更新了