[发明专利]一种通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥感成像技术领域，特别涉及一种通用光学遥感器全 链路辐射传输过程模拟与成像方法。

背景技术

随着遥感科学技术的不断发展，针对各种行业应用需求的光学传 感器不断发展。光学遥感器所覆盖的波段范围为可见光-热红外 (0.4um-15um)。传感器类型包括多光谱、高光谱及超光谱等，并同 时具备多角度、不同空间分辨率观测特点。面对未来各国庞大的卫星 发展计划，遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像可为卫星载荷设 计、研制及评价提供科学手段评，避免盲目设计导致卫星升空后无法 发挥实际作用；此外，也为遥感数据业务化应用建设过程中模型、算 法及系统的验证、测试及调试提供基础科学数据。传统遥感成像模拟 大多采用物理环境法，在室内构建与遥感器升空后最接近的物理环 境，实现遥感成像模拟，但过程繁杂，费用昂贵，通用性不足；此外， 还有采用图像合成方法或计算机图形学方法进行成像模拟，但缺乏辐 射传输过程，难以和实际遥感成像的物理过程建立联系，通用性亦不 足，难以适合其他光学遥感器。总之传统的成像模拟方法有如下缺陷：

1、没有建立起通用的光学遥感器全链路辐射传输过程计算机数 值模拟与成像方法。

2、仅仅侧重在遥感器端的测试，没有考虑地表、大气辐射传输 过程，无法获得各种地表、大气条件下的遥感数据。

3、全链路辐射传输模型与方法亟待补充完善，需要考虑辐射传 输过程中地表、大气及遥感器的主要参量。

4、现有模拟方法缺乏通用性，针对不同遥感器需要全部重新建 立，且代价昂贵。

5、波段范围有限，不能将可见光-热红外统一起来进行模拟计算。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明的目的是提供一种通用光学遥感器全链路辐射传输过程 模拟与成像方法，充分利用地表专题数据(地表分类、地物波谱库等) 的条件下，结合建立的地表辐射传输数值计算模型、大气辐射传输数 值计算模型及遥感器辐射与几何响应模型，进行全链路遥感器辐射过 程的模拟与成像，并考虑辐射传输过程中涉及的地表、大气及遥感器 等各种条件，实现由地表-大气-传感器间复杂辐射传输过程的模拟与 成像，以解决现有技术中的缺陷。

(二)技术方案

一种通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法，包括 以下步骤：

S1：收集地表数据、气象数据及遥感器参数，所述地表数据包括： 地形数据、地表分类数据、地物光谱库数据和地表观测数据，气象数 据包括：大气能见度距离、水汽含量、气温和风速，遥感器参数包括： 成像模式，探测器尺寸、波段设置、A/D转换阶数和图像格式；

S2：根据地表不同地物类别建立对应的辐射传输数值模型，利用 该模型结合遥感器、地物和太阳的空间方位及所述地表数据进行地表 可见光-近红外反射辐射模拟和地表热红外发射辐射传输模拟，并输 出地表模拟辐射图像，图像中保存的是地表辐射值信息，所述地表模 拟辐射图像包括目标辐射图像和背景辐射图像；

S3：根据所述气象数据，建立关于气象数据的大气辐射传输数值 模型，利用该模型结合输出的地表辐射值信息，模拟输出经过大气传 输作用的大气辐射信息，所述大气辐射信息包含地表辐射信息经过大 气后的衰减和来自大气自身的辐射贡献；

S4：遥感器接收所述大气辐射信息，根据所述遥感器参数对大气 辐射信息进行辐射响应模拟、光谱响应模拟、噪声响应、A/D转换、 像元几何变换及按所述图像格式输出模拟图像；

S5：对模拟图像进行对比分析，检测地表数据、大气数据及遥感 器参数对最终模拟图像质量的影响，分析各环节中误差的累积大小及 分布。

(三)有益效果

本发明提出的通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像 方法充分利用了地表、大气及遥感器数据及信息，并建立包含物理变 量的辐射传输数值模型，将地表-大气-遥感器链接成一体，能够模拟 不同条件下的遥感器图像，方法适合不同的光学遥感器，通用性较强。 由于本技术采用了计算机数值模拟方法，能够快速、准确的模拟给定 条件下的遥感数据，为遥感器载荷论证等相关工作提供了高效、精准 的科学手段，能够大幅提升遥感器科学评价水平。

附图说明

图1是根据本发明的通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与 成像方法的流程图。