第七章輻射定標與大氣校正一、輻射定標二、輻射糾正三、輻射與大氣的相互作用四、大氣糾正第七章輻射定標與大氣校正一、輻射定標1一、輻射定標（calibration）輻射的偏差問題定標參數的確定與獲取輻射定標的種類DN值向輻亮度的轉換輻射定標指將接收的遙感數據，通常是灰度（DN）值，轉換成實際的物理量（如輻射亮度、反射率等）。一、輻射定標（calibration）輻射的偏差問題輻射2輻射的偏差問題傳感器性能——波段響應函數分光比例探測元件的響應率及靈敏度光學元件的損耗（半導體材料性能）的不穩定性工作過程中電壓的起伏數據的儲存輻射的偏差問題3輻射定標的種類根據定標參數獲取的途徑和時間，可以分為：

發射前定標（prelaunch）：衛星發射前在地面上對儀器進行反復定標

機（星）上定標（on-board）：在儀器掃描過程中根據參考的標準燈光和陽光光源進行定標

地面目標物定標：獲取衛星數據過程中，在典型地區（地物單一，具有朗伯體性質，如沙漠、清潔湖面等）進行同步光譜測量，然后用地面光譜數據對衛星遙感數據進行定標輻射定標的種類根據定標參數獲取的途徑和時間，可以分為：發4遙感數據的星上輻射定標DN值的影響因素參考光源地面定標測量遙感數據的輻射定標——地表輻亮度的計算遙感數據的星上輻射定標DN值的影響因素5DN值的影響因素DN：一般光敏原件——電流值的離散化

CCD——電壓值的離散化

儀器波段響應函數，入射光輻照度，儀器鏡頭孔徑，瞬時視場，波段寬度DN值的影響因素DN：一般光敏原件——電流值的離散化6參考光源參考光源7輻射定標與大氣校正要點課件8地面定標測量地面定標測量9遙感數據的輻射定標確定響應函數，求出遙感數據DN值與入射光強的函數關系，將DN值轉化為入射光輻亮度。內部參考光源與外部參考光源相結合進行定標地面測量相結合進行定標遙感數據的輻射定標確定響應函數，求出遙感數據DN值與入射光強10定標參數的確定

定標公式針對何種真實物理量反射率？

a是負數時，定標前后圖象視覺相反？定標參數的確定都是對波段的波長積分λ響應函數定標參數的確定定標公式針對何種真實物理量λ響應函數11DN值向輻亮度的轉換通常，遙感器接收到來自目標物的輻射信息后，將其轉為灰度值進行存儲，是為了節省空間。LandsatTM:0-255NOAAAVHRR:0-1023但是，當我們開展定量分析的時候，就必須重新將其轉換回實際物理量。DN值向輻亮度的轉換通常，遙感器接收到來自目標物的輻射信息后12輻亮度的計算L=a*DN+b定標過程一般采取線形公式進行轉換：a(gain)、b(offset)通常可以從遙感數據頭文件讀出線形區域DNL（或：DN=a*L+b）輻亮度的計算L=a*DN+b定標過程一般采取線形公13二、輻射糾正—反射率的計算電磁輻射與輻射源——地物——傳感器的幾何關系水平地面的假設山地輻射糾正輻亮度向反射率的轉換二、輻射糾正—反射率的計算電磁輻射與輻射源——地物——14電磁輻射與輻射源——地物

——傳感器的幾何關系入射輻照度下入射方向是余弦關系對于水平地面，入射輻照度為：電磁輻射與輻射源——地物

——傳感器的幾何關系入射輻照度下入15對足夠大的地面面積，反射輻亮度僅與二向反射率有關；如地面為朗伯體且水平，則任何觀測方向上其反射輻亮度均相等。對于傳感器來說，一般地物均充滿整個瞬時視場，故反射亮度與觀測方向不是余弦關系，其反射輻亮度為：對足夠大的地面面積，反射輻亮度僅與二向反射率有關；如地面為朗16輻亮度向反射率的轉換反射率：地物反射亮度與相同光照條件下的標準板反射輻亮度之比。標準板反射輻亮度為：故地物反射率為：輻亮度向反射率的轉換反射率：地物反射亮度與相同光照條件下的標17三、輻射與大氣的相互作用三、輻射與大氣的相互作用18

大氣與輻射的相互作用 大氣與輻射的相互作用19

大氣對傳感器接收輻射能量的影響對入射光的消光（extinction)產生路徑輻射（散射）(pathradiance)產生天空漫射光(diffuseskylight)發生地面——天空的多次反射鄰區經多次散射面混入象元反射光中，造成影像模糊(diffuseadjacencysignal)大氣對傳感器接收輻射能量的影響對入射光的消光（extinc20傳感器接收的輻亮度傳感器接收的輻亮度21路徑輻射（散射）(pathradiance)分別為大氣分子和氣溶膠的路徑散射x為r或a，分別表示大氣分子和氣溶膠的路徑散射大氣分子或氣溶膠的平均一次散射反照率為散射相函數路徑輻射（散射）(pathradiance)分別為大氣分子22散射角為散射角，是入射方向與觀測方向的夾角分別為入射方向與觀測方向天頂角分別為入射方向與觀測方向天頂角散射角為散射角，是入射方向與觀測方向的夾角分別為入射方向與觀23地面反射輻射地面反射輻射24對入射光的消光（extinction)到達地面的太陽直射光輻照率為：大氣層外平均日地距離太陽輻照度，平均和成象時的日地距離分別為容積散射和吸收系數入射天頂角整層大氣光學厚度對入射光的消光（extinction)到達地面的太陽直射光輻25天空漫射光天空漫射光26多次反彈反射率多次反彈反射率27多次反彈的影響較弱，一般可以忽略多次反彈的影響較弱，一般可以忽略28四、大氣糾正方法1已知大氣狀況的校正方法2參考地物法(Invariant—ObjectMethods)3暗目標方法（Dark-ObjectMethods）4其它大氣校正方法四、大氣糾正方法1已知大氣狀況的校正方法291已知大氣狀況的校正方法

如果已知大氣的垂直廓線（溫、濕、壓），大氣水汽含量，大氣光學厚度（氣溶膠），以及氣溶膠模式，我們可以通過大氣輻射傳輸模式模擬，計算三個不同地表反射率條件下的大氣層頂輻射亮度，進而求解得到a和b值，而達到大氣效應糾正的目的。對于可見光/近紅外波段而言，大氣狀況最主要的影響因素是大氣氣溶膠的變化，即大氣光學厚度的變化，因此關鍵是如何估算遙感圖像的氣溶膠分布。1已知大氣狀況的校正方法如果已知大氣的垂直廓線（溫302參考地物法(Invariant—ObjectMethods)

對于TM等高分辨率的圖像，通常可以假設整幅圖像的大氣狀況相同，圖像的觀測天頂角也可以近似看作相同（垂直觀測），如果可以在一幅圖像中找到苦干個（3個以上）地表反射率固定不變的地物，則可以通過求解方程組得到大氣參數，進而達到整幅圖像大氣校正的目的。理論上，n≥3即可求解，但為避免方程的相關性，一般要尋找地表反射率分別為高、中、差的地物作為參考物。 該方法對于時間序列的多幅影像的歸一化校正適用。2參考地物法(Invariant—ObjectMetho313暗目標方法（Dark-ObjectMethods）如果圖像中包含有濃密的植被，因為濃密植被在可見光反射率很低，被稱為暗目標，因此傳感器所接收的輻射主要來自于大氣的程輻射，可以用于大氣光學厚度的估算，其算法的基本思路如下：a.確定暗目標的存在：陰影或無風浪的清潔水體（最好是山間水庫），；b.用植被指數高和紅外波段反射率低的特性；或利用中紅外通道（2.1um和3.8um）的反射率低的特性，估測暗像元在可見光通道的反射率；3暗目標方法（Dark-ObjectMethods）如果32c.給定氣溶膠模式（氣溶膠譜分布，折射指數，單次散射反照率等）；d.利用對動態氣溶膠模型計算的輻射傳輸查找表，將遙感觀測的輻射亮度反演為氣溶膠光學厚度；e.利用得到的氣溶膠光學厚度對整幅遙感影像進行內插，得到整幅圖像的光學厚度；f.對整幅影像進行大氣校正。c.給定氣溶膠模式（氣溶膠譜分布，折射指數，單次散射反照率等33第七章輻射定標與大氣校正一、輻射定標二、輻射糾正三、輻射與大氣的相互作用四、大氣糾正第七章輻射定標與大氣校正一、輻射定標34一、輻射定標（calibration）輻射的偏差問題定標參數的確定與獲取輻射定標的種類DN值向輻亮度的轉換輻射定標指將接收的遙感數據，通常是灰度（DN）值，轉換成實際的物理量（如輻射亮度、反射率等）。一、輻射定標（calibration）輻射的偏差問題輻射35輻射的偏差問題傳感器性能——波段響應函數分光比例探測元件的響應率及靈敏度光學元件的損耗（半導體材料性能）的不穩定性工作過程中電壓的起伏數據的儲存輻射的偏差問題36輻射定標的種類根據定標參數獲取的途徑和時間，可以分為：

發射前定標（prelaunch）：衛星發射前在地面上對儀器進行反復定標

機（星）上定標（on-board）：在儀器掃描過程中根據參考的標準燈光和陽光光源進行定標

地面目標物定標：獲取衛星數據過程中，在典型地區（地物單一，具有朗伯體性質，如沙漠、清潔湖面等）進行同步光譜測量，然后用地面光譜數據對衛星遙感數據進行定標輻射定標的種類根據定標參數獲取的途徑和時間，可以分為：發37遙感數據的星上輻射定標DN值的影響因素參考光源地面定標測量遙感數據的輻射定標——地表輻亮度的計算遙感數據的星上輻射定標DN值的影響因素38DN值的影響因素DN：一般光敏原件——電流值的離散化

CCD——電壓值的離散化

儀器波段響應函數，入射光輻照度，儀器鏡頭孔徑，瞬時視場，波段寬度DN值的影響因素DN：一般光敏原件——電流值的離散化39參考光源參考光源40輻射定標與大氣校正要點課件41地面定標測量地面定標測量42遙感數據的輻射定標確定響應函數，求出遙感數據DN值與入射光強的函數關系，將DN值轉化為入射光輻亮度。內部參考光源與外部參考光源相結合進行定標地面測量相結合進行定標遙感數據的輻射定標確定響應函數，求出遙感數據DN值與入射光強43定標參數的確定

定標公式針對何種真實物理量反射率？

a是負數時，定標前后圖象視覺相反？定標參數的確定都是對波段的波長積分λ響應函數定標參數的確定定標公式針對何種真實物理量λ響應函數44DN值向輻亮度的轉換通常，遙感器接收到來自目標物的輻射信息后，將其轉為灰度值進行存儲，是為了節省空間。LandsatTM:0-255NOAAAVHRR:0-1023但是，當我們開展定量分析的時候，就必須重新將其轉換回實際物理量。DN值向輻亮度的轉換通常，遙感器接收到來自目標物的輻射信息后45輻亮度的計算L=a*DN+b定標過程一般采取線形公式進行轉換：a(gain)、b(offset)通常可以從遙感數據頭文件讀出線形區域DNL（或：DN=a*L+b）輻亮度的計算L=a*DN+b定標過程一般采取線形公46二、輻射糾正—反射率的計算電磁輻射與輻射源——地物——傳感器的幾何關系水平地面的假設山地輻射糾正輻亮度向反射率的轉換二、輻射糾正—反射率的計算電磁輻射與輻射源——地物——47電磁輻射與輻射源——地物

——傳感器的幾何關系入射輻照度下入射方向是余弦關系對于水平地面，入射輻照度為：電磁輻射與輻射源——地物

——傳感器的幾何關系入射輻照度下入48對足夠大的地面面積，反射輻亮度僅與二向反射率有關；如地面為朗伯體且水平，則任何觀測方向上其反射輻亮度均相等。對于傳感器來說，一般地物均充滿整個瞬時視場，故反射亮度與觀測方向不是余弦關系，其反射輻亮度為：對足夠大的地面面積，反射輻亮度僅與二向反射率有關；如地面為朗49輻亮度向反射率的轉換反射率：地物反射亮度與相同光照條件下的標準板反射輻亮度之比。標準板反射輻亮度為：故地物反射率為：輻亮度向反射率的轉換反射率：地物反射亮度與相同光照條件下的標50三、輻射與大氣的相互作用三、輻射與大氣的相互作用51

大氣與輻射的相互作用 大氣與輻射的相互作用52

大氣對傳感器接收輻射能量的影響對入射光的消光（extinction)產生路徑輻射（散射）(pathradiance)產生天空漫射光(diffuseskylight)發生地面——天空的多次反射鄰區經多次散射面混入象元反射光中，造成影像模糊(diffuseadjacencysignal)大氣對傳感器接收輻射能量的影響對入射光的消光（extinc53傳感器接收的輻亮度傳感器接收的輻亮度54路徑輻射（散射）(pathradiance)分別為大氣分子和氣溶膠的路徑散射x為r或a，分別表示大氣分子和氣溶膠的路徑散射大氣分子或氣溶膠的平均一次散射反照率為散射相函數路徑輻射（散射）(pathradiance)分別為大氣分子55散射角為散射角，是入射方向與觀測方向的夾角分別為入射方向與觀測方向天頂角分別為入射方向與觀測方向天頂角散射角為散射角，是入射方向與觀測方向的夾角分別為入射方向與觀56地面反射輻射地面反射輻射57對入射光的消光（extinction)到達地面的太陽直射光輻照率為：大氣層外平均日地距離太陽輻照度，平均和成象時的日地距離分別為容積散射和吸收系數入射天頂角整層大氣光學厚度對入射光的消光（extinction)到達地面的太陽直射光輻58天空漫射光天空漫射光59多次反彈反射率多次反彈反射率60多次反彈的影響較弱，一般可以忽略多次反彈的影響較弱，一般可以忽略61四、大氣糾正方法1已知大氣狀況的校正方法2參考地物法(Invariant—ObjectMethods)3暗目標方法（Dark-ObjectMethods）4其它大氣校正方法四、大氣糾正方法1已知大氣狀況的校正方法621已知大氣狀況的校正方法

如果已知大氣的垂直廓線（溫、濕、壓），大氣水汽含量，大氣光學厚度（氣溶膠），以及氣溶膠模式，我們可以通過大氣輻射傳輸模式模擬，計算三個不同地表反射率條件下的大氣層頂輻射亮度，進而求解得到a和b值，而達到大氣效應糾正的目的。對于可見光/近紅外波段而言，大氣狀況最主要的影響因素是大氣氣溶膠的變化，即大氣光學厚度的變化，因此關鍵是如何估算遙感圖像的氣溶膠分布。1已知大氣狀況的校正方法如果已知大氣的垂直廓線（溫632