文档介绍：第六章辐射校正
辐射校正
一辐射校正的含义
二辐射畸变产生的原因
三辐射校正的方法
一辐射校正的含义
进入传感器的辐射强度取决于两个因素
一太阳辐射照射到地面的辐射强度;
二地物的光谱反射率。
当太阳辐射相同时,像元亮度值的差异直接反映了地物目标反射率的差异。但是在实际测量的时候,辐射强度值还受到其他因素的影响而发生改变。引起图像的失真,这一改变的部分就是需要校正的部分,消除影像中各种失真的过程称为辐射校正.
目的是尽可能恢复图像的本来面目,为遥感图像的识别,分类,解译等后续工作打下基础。
二辐射畸变产生的原因
由辐射传输方程可知,传感器的输出Eλ为
Kλ为传感器的光谱响应系数;ρλ为地物的波谱反射系数;E0为太阳辐射照度;t(z1,z2)为区段大气层的光学厚度;θ为太阳天顶角; ελ为波谱发射率系数;Wе(λ) 为地物同温度黑体的发射通量密度;H为平台高度;bλ为大气辐射所形成的天空辐照亮度。
一)是传感器仪器本身产生的误差
既光学摄影机和光电扫描仪引起的辐射误差,—通过辐射校正场或地面光谱测量来对传感器定标。这一工作由地面接收站来完成。
二)是太阳辐射引起的辐射误差
1)太阳位置引起的辐射误差
2)地形起伏引起的辐射误差
三是大气影响引起的辐射误差
1)大气影响的定量分析
进入大气的太阳辐射会发生反射,折射,吸收,散射和投射。如果没有大气存在,传感器接收的辐照度只与太阳辐射到达地面的辐照度和地物的反射率有关,由于大气的存在,辐射经过大气吸收和散射,透过率小于1,从而减弱了信号的强度。同时,大气的散射光也有一部分直接或经过地物反射进入到传感器,这两部分又增强了信号,但是没有用的。
设E0为某一波长的辐照度,θ为入射方向的天顶角,当无大气存在的时候,地面上单位面积的辐照度为:
E1=E0•COSθ
假定地表面是朗伯体,其表面是漫反射,则某方向物体的亮度是
L0=Rλ•E1/π
Rλ是地物反射率, π是球面度(半球反射)
传感器接收信号时,受仪器的影响还有一个系统增益系数S,这时,进入传感器的亮度值为
L’0= L0•S
由于大气的存在,在入射方向有与入射天顶角和波长有关的透过率Tθ,反射后,在反射方向上有与反射天顶角和波长有关的透过率Tφ,因此,进入传感器的亮度为 L1= L’0• Tθ• Tφ
大气对辐射散射后,来自各个方向的散射又以漫入射的形式照射地物,其辐照度为ED,这部分的亮度值为L2=R• Tφ•S• ED/ π
相当部分的散射光向上通过大气直接进入传感器,亮度为LP
所以由于大气的存在,实际到达传感器的辐射亮度是三者之和
L=L1+L2+LP
L=LP+R•Tφ• S(E0 TθCOSθ+ ED)/ π
上图是图像的某一抛面,抛面线长为横坐标,亮度值为纵坐标。无大气时,白处的亮度值为50,黑处亮度值为0,亮度对比为(50-0)/50=1,当有大气影响时,乘上透过率假定减少10%,亮度减少到45,而由于L2,LP得存在,黑白处的亮度均增加10,这样亮度对比度为(55-10)/55=9/11,可见对比度减少,图像质量下降。
三辐射校正的方法
1传感器仪器本身产生的误差
通过辐射校正场或地面光谱测量来对传感器定标。这一工作由地面接收站来完成。
2是太阳辐射引起的辐射误差
1)太阳位置引起的辐射误差
2)地形起伏引起的辐射误差
3大气影响造成的畸变
1)波段对比法:常用除了气象卫星探测云层外,其它的被动遥感都选择无云天气观测,这时候大气的影响只有吸收和散射。理论依据是大气散射具有选择性,即大气散射对短波影响大,对长波影响小。为处理问题的方便,把近红外图像当作无散射影响的标准图像,通过对不同波段的对比分析计算出大气干扰值。一般有两种方法:回归分析法和直方图法
回归分析法
在不受大气影响的波段和待校正的某一波段图像中,选择最黑区域中的一系列目标,将每一个目标的两个待比较的波段亮度值提取出来进行会给分析。以TM为例,1波段的散射最大,7波段几乎不受影响,
可以以7波段为基础对其他波段进行辐射校正,若对3波段进行校正,首先在3波段上选择最黑的影像目标,在7波段找出对应的目标,取灰度值,再以(TM7,TM3)为坐标的直角坐标系中绘制散点图,并用最小二乘法建立回归方程
TM3=a+b×TM7