2.1.1 遥感图像辐射校正概述在线视频

今天我们来学习

遥感数字图像处理理论与方法的

第二章遥感图像辐射校正

由于这一章的内容会比较多一点

我们把它划分为第一讲和第二讲

我们今天是第一讲

遥感数据在获取的过程当中

受到传感器本身特性

大气的辐射传输

地表的环境的影响等等

不可避免地带来了很多

一些成像的辐射误差

降低了遥感成像的质量

并影响到随后的图像的解译的精度

遥感数据在获取以后

必须对其进行辐射校正处理

以达到遥感图像后续应用的需求

本章在介绍遥感数字图像

辐射校正的基本的理论

和方法的基础上面

将内容划分为以下几部分

包括辐射校正的含义

辐射误差产生的原因

传感器的辐射定标

转换遥感图像DN值

为TOA光谱辐射亮度和反射率

地表-大气之间的辐射传输建模

大气校正方法及其应用示例

因太阳辐射引起的

辐射误差的校正等等

那么在这么多的内容当中

我们第一讲主要分为4小节

第一小节主要是概述性的东西

介绍遥感图像辐射校正的主要内容

第二小节讲

遥感数字图像像元值的物理意义

第三小节介绍

TOA光谱辐射亮度和表观反射率

第四小节介绍

可见光和近红外波段的

表观反射率模拟

学习完本章可以了解

定量遥感的基础知识

并且对地表 大气间的

辐射传输定量分析有充分理解

这些基础知识将为本章第二讲的

辐射校正处理过程奠定理论基础

我们来看传感器是如何记录可见光

和近红外波段遥感图像的DN值的

在讲这个问题之前

大家先思考

遥感数字图像DN值是如何记录的

其物理意义是什么

大家看到这是遥感过程示意图

来自太阳的电磁辐射

它的能量在下行传输的过程当中

穿越大气 到达地表的物体

太阳辐射在和地表交互的过程中

还受到地物目标环境的干扰

来自地表的太阳辐射

它的反射能量

在上行传输的过程当中

穿越大气候到达传感器

被传感器记录下来

经过数值处理

最终得到供我们应用的遥感图像

可以看出 遥感过程中

电磁辐射信号多处受到干扰

这些都是最终遥感成像的辐射误差

产生的原因

由于遥感图像成像过程的复杂性

传感器接收到的电磁波能量

与目标本身辐射的能量是不一致的

传感器接收到的能量包含了

由于太阳位置 大气条件 地形影响

和传感器本身的性能等

所引起的各种失真

那么 什么是辐射误差以及辐射校正呢

传感器所记录的观测值

与地物目标的真实辐射亮度 radiance

之间的差值就是辐射误差

消除图像数据当中辐射误差的

过程称做是辐射校正

通常情况下

遥感数字图像不能够

全部真实地反映地物特征

主要的误差来源有以下几种

第一种是

因传感器的响应特性引起的辐射误差

传感器对地物辐射响应的过程

会带来很多的一些误差

比如光学摄影机的内光学镜头中心

和边缘的透光强度不一致

使同一类地物在图像上不同位置

有不同的灰度值

光电扫描仪类型的传感器

存在光电转换误差

以及由于探测器增益变化

引起的辐射误差等

这是第一大来源

第二个来源

因大气影响引起的辐射误差

太阳光在到达地物目标之前

大气会对其产生吸收和散射

同样 来自地物目标的反射光

和散射光在到达传感器之前

也会被吸收和散射

入射到传感器的电磁波能量

除了地物本身的反射能量以外

还有地物目标周围环境和大气的干扰

第三类误差来源是

因为太阳辐射引起的误差

太阳位置和地表高低起伏的形态特征

都会影响最终到达地面目标的

太阳辐射能量

使得图像上同种地物类型出现

辐射亮度不一致的现象

太阳位置主要指太阳高度角和方位角

它们的影响

主要是影响到地面物体的入射照度

为了减少太阳位置引起的辐射误差

遥感卫星轨道大多设计为

相同地方时穿越地表上空

但是由于季节的变化以及经纬度的差异

太阳位置的变化是不可避免的

地形影响它会影响到地表太阳光线的反射

反射到传感器的太阳光的辐射亮度

和地表坡度和坡向有关系

太阳光线垂直入射到水平地表

和有一定倾角的坡面上所产生的

辐射亮度是不一样的

所以在遥感图像上会产生辐射误差

那我们的辐射校正的目的

就是尽可能恢复图像的本来面目

为遥感图像的判识

分类等后续工作打下基础

根据辐射误差产生的原因

我们把辐射校正

分为传感器的辐射定标

大气辐射校正

太阳辐射和地形辐射校正等等

概括起来

准确的遥感图像的DN值

这才是定量分析

和建模的基础

如图 大家看这里展示的是

非洲南部区域的

MODIS地表反射率产品

这个产品是

未经过气溶胶校正的地表反射率产品

整体上来看

图像清晰度不太高

我们对比起来看

这是经过气溶胶校正的地表反射率产品

整体上来对比 它的图像清晰度和前面相比

有了很大地提高

接下来我们再看一看

大气校正前后

具体的应用过程当中有什么差别

这是示例中国东部区域的

MODIS地表反射率产品

左面的没有进行气溶胶校正处理

右边的已经进行了气溶胶校正处理

在定量计算当中

二者的差别比较明显

这里展示的是使用这两个数据计算NDVI

并统计NDVI结果图像直方图

如图示 未进行校正的图像

和已经校正的图像

计算NDVI结果

二者的直方图差别很大

数值区间不在同一区域

将两个NDVI结果相减

然后再统计差值图像的直方图

这个差值结果显示出差值分布的区域

由此可见

遥感图像辐射校正具有重要意义