[发明专利]一种基于绝对辐射定标的多光谱影像辐射校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于绝对辐射定标的多光谱遥感影像辐射校正方法，属于卫星图像处理技术领域，用于光学遥感卫星多光谱相机影像辐射校正处理。

背景技术

光学遥感影像辐射校正是光学遥感卫星相机影像处理的主要内容之一，其目的是减少或消除遥感影像的各类辐射误差，提升遥感影像辐射精度，增强遥感影像反映实际地物真实物理特性的能力，其内容主要包括两个方面：一是消除影像自身像元之间的辐射响应不一致性，称之为相对辐射校正；二是将遥感影像的量化维度由传感器器件的数字响应计数值即DN值转化为实际地物辐射能量值，称之为绝对辐射校正。以上目的与内容适用于采用CCD作为探测器件的可见光全色、近红外、多光谱等各类常用光学遥感影像的辐射校正处理。

对于多光谱遥感影像，其辐射校正处理除具备上述光学遥感影像辐射校正处理的一般特征以外，还应在提升单谱段(波段)遥感影像自身辐射精度的基础上，进一步考虑各谱段(波段)影像之间的辐射相对比例关系与绝对辐射量化程度，减少或消除由于传感器器件光谱响应不一致性、大气光谱透射能力不一致性等光谱响应误差，提升多光谱遥感影像随波长变化的光谱响应精度，一方面在影像的目视观测上提升不同谱段间色彩比例与真实光谱响应程度比例的一致性即相对光谱辐射精度，另一方面在遥感影像量化表达方式上将光谱响应量化程度由传感器器件不同谱段(波段)的数字响应计数值响应曲线转化为实际地物不同谱段(波段)的辐射能量值曲线，增强多光谱影像反映实际地物光谱反射变化真实特性的能力即绝对光谱辐射精度。

光学遥感影像绝对辐射校正的主要方法是：对遥感卫星相机进行绝对辐射定标，建立相机记录的数字信号计数值(DN值)与对应的辐射能量之间的数学关系。这种数学关系一般情况下采用线性方程表示，该方程包括增益与偏移量两个系数，即绝对定标系数。绝对辐射定标数学公式如下：

L_i＝a_i×DN_i+b_i(i＝1，2…n)

式中：L为辐亮度，DN为响应DN值，i表示多光谱谱段序号。

绝对辐射定标的输入条件是遥感卫星相机成像各谱段不同等级的光学辐射能量值序列及其所成影像上对应DN值序列，其中DN值可由直接获取积分球等标准辐射源或靶标在遥感影像对应的DN值得到，因此绝对辐射定标输入参数的重点在于光学辐射能量值的获取。光学辐射能量值可采用辐亮度、辐照度、反射率等参数，其中最常用的参数是辐亮度参数，其单位为W·cm^-2·sr^-1。光学辐射能量值的获取方法主要有三种：实验室定标方法、星上在轨定标方法和地面检校场在轨定标方法。实验室定标是指卫星发射前在实验室中应用光谱、辐射等定标系统形成标准辐射源(如积分球定标源、光谱扫描定标等)对遥感卫星相机进行定标；星上在轨定标主要是在卫星发射后在轨飞行期间利用星上定标灯或太阳、月球、恒星等外界辐射光源对遥感卫星相机进行定标；地面检校场在轨定标是通过量测地面铺设的标准反射率靶标的反射辐射特性对遥感卫星相机进行定标。

常用的绝对辐射校正方法，对于实验室定标数据与地面检校场在轨定标数据的使用是相互孤立的，一般在未开展地面检校场在轨定标之前采用实验室定标数据计算获得的定标系数进行校正，而在开展地面检校场在轨定标之后则直接采用地面检校场在轨定标数据计算获得的定标系数进行校正。

直接采用实验室定标数据计算获得的定标系数进行校正的方法局限性在于：由于卫星发射后在轨运行阶段与卫星发射前研制阶段相机的辐射响应特性可能存在差异，导致实验室辐射定标结果往往与卫星在轨运行时的相机辐射响应状态不一致，同时实验室辐射定标结果没有考虑地物特性、大气条件、太阳光照条件等外界环境因素的影响，导致实验室辐射定标结果用于卫星在轨运行期间的绝对辐射校正精度难以保证。

直接采用地面检校场在轨定标数据计算获得的定标系数进行校正的方法局限性在于：由于相机器件特性的限制，影像DN值与辐亮度之间往往是非线性关系，为此需要足够数量的样本点(对应于一定环境条件下不同反射率靶标所对应的标准辐亮度)才能够精确地描述这种非线性关系；而由于在轨靶标布设可行性、实用性、经济性等限制，地面检校场所布设靶标的反射率等级(对应于标准辐亮度等级)是有限的，往往不能满足精确描述DN值-辐亮度非线性关系的要求，因此将影像DN值直接转化为在轨辐亮度的绝对辐射校正方法往往校正精度不够，制约了定量反演精度的提升。