,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,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1,2,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,2知识回顾：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：,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,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,4七、大气校正简介第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与校,5,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,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,5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,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,6大气校正 核心是估算地气系统的辐射状况及大,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,7吸收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,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,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,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,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,10七、大气校正简介第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与,11,8.1,可见光及近红外波段,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,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,118.1 可见光及近红外波段灰度可见光及近红外波段简化辐射,12,8.1,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,散射,吸收,反射,辐射亮度,太阳照度,地表反射率,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,13,8.2,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,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,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,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,14七、大气校正简介第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与,15,9.1,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,159.1 基本原理 利用基于辐射传输原理建立起,16,9.2,一般校正思路,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,169.2 一般校正思路 作为遥感应用的基础，辐射校,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,9.2,一般校正思路,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,18,2.,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,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,19,表观反射率与入瞳辐射亮度的联系：,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,19表观反射率与入瞳辐射亮度的联系：表观反射率的与地物反射率,20,3.,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,9.2,一般校正思路,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,21,a.,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,大气光学厚度,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,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,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,23,d.,加载在地表的辐射通量究竟有多少？,（,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,23d.加载在地表的辐射通量究竟有多少？（1）（2）（3）有,24,e.,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,24e.二次散射通量 二次散射通量是一种离散机制；它依,25,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,25e.二次散射通量3.建立起地表-大气辐射关系分析模型9,26,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,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,27,f.,加载在地面的辐射通量经反射穿透大气后,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,27f.加载在地面的辐射通量经反射穿透大气后3.建立起地表-,28,g.,再加上大气固有的反射太阳辐射通量,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,28g.再加上大气固有的反射太阳辐射通量3.建立起地表-大,29,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,29回顾：表观反射率的定义？以“地表-大气”为整体目标，入射,30,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,30因此，表观反射率：3.建立起地表-大气辐射关系分析模型,31,4.,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,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,32,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,32分析下式：已知参数待求 在不同的辐射传输模型中，大气,33,(1) 6S,模型,6S,模式全名为,second simulation of the satellite signal in the solar spectrum,，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,33(1) 6S 模型 6S 模式全名为second s,34,9.3,典型模型,(1) 6S,模型,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,349.3 典型模型(1) 6S 模型模型原理 把周围环境的,35,9.3,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,359.3 典型模型(1) 6S 模型模型输入 太阳、地物与,36,9.3,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,369.3 典型模型(1) 6S 模型模型输入 太阳、地物与,37,9.3,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,379.3 典型模型(1) 6S 模型模型输入大气组分参数：,38,9.3,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,389.3 典型模型(1) 6S 模型模型输入 气,39,9.3,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,399.3 典型模型(1) 6S 模型模型输入 传感器的光谱,40,9.3,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,409.3 典型模型(1) 6S 模型模型输出,41,9.3,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,419.3 典型模型(1) 6S 模型模型输出 c.散,42,9.3,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,429.3 典型模型(1) 6S 模型模型输出大气参数大气校,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，,H,2,O,、,O,3,、,O,2,、,CO,2,、,CH,4,、,N,2,O,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,43(2) LOWTRAN 模型光谱分辨率 以 20c,44,LOWTRAN,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,44 LOWTRAN 模型是美国空军地球物理实验室研制,45,(3) MORTRAN,模型,MORTRAN,模型起源,发展了一种新的的,分子吸收,的算法和更新了对分子吸收的气压温度关系的处理，同时维持,LOWTRAN 7,的基本程序和使用结构。,MORTRAN,模型主要是对,LOWTRAN7,模型的光谱分辨率进行了改进，它把,光谱分辨率,从,20cm,-1,减少到,2cm,-1,。,MORTRAN,模型发展,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,46,ENVI,软件中提供的,FLAASH,大气校正模型就是使用了改进的,MORTRAN,模型的代码。,MORTRAN,模型应用,3.3,典型模型,(3) MORTRAN,模型,九、基于辐射传输模型大气校正模型,46 ENVI 软件中提供的 FLAASH 大气校正模,47,(4)ATCOR,模型,ATCOR,模型起源,由德国,Wessling,光电研究所的,Rudolf Richter,博士于,1990,年研究提出的一种快速大气较正算法，并且经过大量的验证和评估。,9.3,典型模型,九、基于辐射传输模型大气校正模型,47(4)ATCOR 模型ATCOR 模型起源 由德国,48,ATCOR,模型特点,ATCOR,模型应用,该模型已经广泛应用于很多的通用图像处理软件，如,PCI,、,ERDAS,。,ATCOR 2,模型是,ATCOR,经历了多次改进和完善的产品，上述软件中引入的即为,ATCOR 2,版本。,应用于,高空间分辨率,光学卫星传感器的,快速,大气校正模型，它假定研究区域是,相对平的地区，,并且大气状况通过一个查证表来描述。,9.3,典型模型,九、基于辐射传输模型大气校正模型,48ATCOR 模型特点ATCOR 模型应用 该模型已,49,七、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,49七、大气校正简介第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与,50,10.1,暗目标法,基于影像特征进行，属于相对辐射校正，不能得到准确的光谱反射率。,将暗目标所对应的灰度值减掉，一般只能消除加性辐射误差。,十、辐射校正的统计学模型,5010.1 暗目标法 基于影像特征进行，属于相对辐射校,51,10.2,平面场模型,在影像中选择具有一定面积、较均匀的样区，将每个像元的灰度值除以样区的灰度平均值（逐波段进行）。,只能得到相对反射率，不能做反射率的精确定量反演。,十、辐射校正的统计学模型,5110.2 平面场模型 在影像中选择具有一定面积、较均,52,10.3,内部平均法,首先计算整幅影像的灰度平均值，将每个像元的灰度值除以该灰度平均值（逐波段进型）。,也属于相对辐射校正，用以改善图像质量。,十、辐射校正的统计学模型,5210.3 内部平均法 首先计算整幅影像的灰度平均值，,53,10.4,对数残差模型,假设传感器的记录值可由下式表达：,两边取对数得到：,利用上式进行相对辐射校正,十、辐射校正的统计学模型,5310.4 对数残差模型假设传感器的记录值可由下式表达：两,54,10.5,地面线性回归模型,核心：,将地面,反射率,与,传感器入瞳值,概括为线性关系,实施方法：,野外地面测量与卫星扫描同步进行,解算线性回归系数,i,表示波段,十、辐射校正的统计学模型,5410.5 地面线性回归模型核心：实施方法： 野外地面测量,55,利用观测样本进行最小二乘解算,10.5,地面线性回归模型,十、辐射校正的统计学模型,55利用观测样本进行最小二乘解算10.5 地面线性回归模型十,56,基于大气辐射传输模型,精确,参数多,从数学拟合出发,地面线性回归经验模型,从物理意义出发,高效,近似,需要样本,地面线性回归模型与大气辐射传输模型比较,10.5,地面线性回归模型,十、辐射校正的统计学模型,56 基于大气辐射传输模型精确从数学拟合出发 地面线性回归经,57,小结,一、地物光谱重建与大气校正的关系,二、大气辐射传输机制及物理基础,三、大气辐射传输过程的定量分析,可见光及近红外波段,热红外波段,四、基于辐射传输模型大气校正模型,主要模型介绍,基于辐射传输模型的一般校正思路,五、辐射校正的统计学模型,暗目标法,平面场模型,内部平均法,对数残查模型,地面线性回归模型,57小结 一、地物光谱重建与大气校正的关系,