当前课程知识点:遥感数字图像处理理论与方法 >  第八章 遥感图像变化检测 >  第八章习题 >  3.3 热红外遥感图像的大气校正

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3.3 热红外遥感图像的大气校正在线视频

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3.3 热红外遥感图像的大气校正课程教案、知识点、字幕

我们来看一下如何开展

热红外遥感图像的大气校正

大气中的水汽

二氧化碳等成分

对长波辐射吸收能力很强

因此

地表辐射大部分被大气所吸收

据研究

约有90%的地表辐射被大气吸收

大气吸收地面辐射而增温

地球表面是大气增温的直接热源

在地表长波辐射的大气传输过程中

地表辐射能通过3~5μm

和8~14μm两个大气窗口

这也是大多数传感器的设计波段范围

如图示

在这个范围当中

其中

10.5-12.5μm是多数热红外传感器

更加青睐的波段范围

因为在这个区间

长波辐射受到大气吸收的比率比较小

热红外传感器开展地面探测过程中

还得考虑地表发射能量的特征

根据Wien位移定律

随着温度的增加

物体总辐射能量将相应增加

辐射能量的最大波长也将逐渐变短

如图

这里显示了普通地面和熔岩

两种不同的物质

在不同温度下物体辐射能量

随波长变化的曲线

可以看出来

常温的地表物体(27°C左右)

发射能量高值区主要在8-14μm之间

而熔岩1100°C左右

它发射能量的高值区

主要在3-5μm之间

可以看出

从普通地表的发射能量特性来看

传感器在8-14μm之间才能捕获最高能量

这也解释说明了热红外传感器

为何多选择8-14μm波段范围的原因

如何开展地表热辐射的传输与建模呢

地球-大气系统所处的温度为200~300 K

在这样的温度条件下

地面和大气的辐射特性

主要集中在4~120μm之间

均为红外辐射

因为比太阳辐射的波长

(0.15~4微米)要长得多

所以在气象学习惯上

把地面和大气的辐射称为长波辐射

地表长波辐射在向上传输过程中

受大气CO2

CH4

N2O

H2O等影响

传输过程中

辐射能量被削弱

同时

大气自身的长波辐射

也可能进入传感器

产生干扰作用

下图展示的是

利用美国的地球辐射监测卫星

ERBS

探测得到的卫星数据

利用这个数据

反演得到的地球和大气的长波辐射数值

下面

我们正式开展地表热辐射的传输与建模

在晴朗的大气条件下

热红外波段的大气散射作用

影响是相对比较小的

这时可以忽略不计

在地表热辐射的传输过程当中

我们仅仅考虑了来源于地表发射

和大气发射的热辐射能量

如图所示

在这个图上面

虚线部分是太阳辐射到达地表的传输过程

实线部分

为地表和大气的长波辐射向上传输过程

最终到达传感器入瞳处的能量

在这个表示当中

红色箭头表示地表发射

绿色箭头表示大气热辐射的上行部分

也就是大气路径辐射

或者是程辐射

蓝色箭头表示

大气热辐射的下行部分

它是下行到地表

被地表反射

并上行至传感器入瞳处的能量

根据地表热辐射传输的建模思路

我们将传感器入瞳处的辐射能量分为三部分

它们分别是

第一部分地物目标的热辐射

这一部分能量

它是地表温度

波长和发射率的函数

它向上穿越大气层到达遥感器

并被遥感器接收

第二部分大气辐射向下到达地表

然后被地表反射上行至传感器

其反射过程

受到地表反射性能影响

向上穿越大气层到达遥感器过程

受到大气影响

第三部分大气辐射向上部分

它直接向上到达遥感器

并被遥感器接收

这属于传感器捕获的干扰信息

大家来看图

那么这三部分辐射能量如何来进行模拟

如何来进行量化呢

首先

我们来看地物目标的

热辐射向上传输部分的模拟

根据辐射传输的大气消光原理

地物目标的热辐射穿越大气以后

到达传感器入瞳处的能量为

B(T)*发射率*大气透过率

表示为

L B等于B括号T

乘以发射率乘以透过率

然后

我们来看大气热辐射向下到达地表

然后被地表反射上行至传感器部分

由于吸收率

地表吸收多少能量

则会发射多少能量

所以吸收率等于发射率

吸收率

透过率和反射率之和等于1

对于地表来说

其透过率为0

所以大气下行热辐射的

到达地表以后被反射部分

它的反射率可以表述为

一减上发射率

也就是1-ε

这部分辐射能量

经过上行大气削弱后

反射回传感器的辐射亮度为

那么在这里

Ld为大气下行热辐射亮度

我们再看第三部分

大气上行热辐射被传感器接收的辐射亮度部分

我们直接表示为Lu

U是代表向上

这部分可采用近似算法进行量化

概括起来

传感器入瞳处的辐射亮度

TOA辐射亮度可表示为三部分

总的L是等于L1

加上L2加上L3

那么第一部分

前面我们表述为黑体辐射

再乘以发射率再乘以透过率

那么第二部分L2是

第三部分就是LU

这就是地表热辐射传输过程的模拟公式

这个公式建立起了TOA辐射亮度

和地物目标热辐射之间的对应关系

涉及到的大气参数包括

大气透过率

大气下行热辐射

大气上行热辐射

和第二章介绍的可见光

和近红外波段辐射传输过程一样

我们可以利用辐射传输模型

比如MODTRAN求解这几个大气参数

如何开展热红外遥感数字图像的大气校正呢

在大气校正过程中

卫星遥感传感器记录的辐射亮度

可以通过

热红外遥感图像的DN值来计算

也就是

将DN值转换为TOA热辐射亮度值

一般传感器都会提供定标参数

如Landsat

MODIS

AVHRR等都提供了定标参数

具体转换方法可以参考第二章知识

有了这种转换

接下来我们要开展大气校正

怎么来进行大气校正呢

大气校正的方法是什么呢

我们可以利用三个大气参数值

将遥感图像的TOA辐射亮度值

转换为地表辐射亮度值

可以看出

这关键是三个大气参数如何确定

在没有现场同步大气观测情境下

可采用模型模拟方法计算大气参数

比如

我们可以输入大气条件

成像几何

传感器特性等

利用MODTRAN辐射传输软件包进行模拟

输出所需3个大气参数

这里给大家介绍一下网络上的模拟工具

研究人员基于辐射传输开源代码

制作了网络工具软件

只要输入成像时间

遥感图像中心的经纬度

传感器信息等

就可模拟得到所需的3个大气参数

包括大气透过率

大气向上辐射亮度

大气向下辐射亮度等

大家可以试试看

遥感数字图像处理理论与方法课程列表:

第一章 遥感图像基础

-1.1 遥感数字图像

-1.2 遥感数字图像的坐标系统和地图投影定义

-1.3 遥感数字图像的计算机存储

-1.4 遥感数字图像的计算机显示

-第一章习题

第二章 遥感图像辐射校正

-第一讲

--2.1.1 遥感图像辐射校正概述

--2.1.2 遥感数字图像像元值的物理意义

--2.1.3 TOA光谱辐射亮度和表观反射率

--2.1.4 可见光和近红外波段的表观反射率模拟

-第二讲

--2.2.1 传感器的辐射定标

--2.2.2 6S辐射传输模型及其大气校正

--2.2.3 MODTRAN大气校正

--2.2.4 ATCOR 2 大气校正与地表反射率计算

--2.2.5 太阳辐射与地形引起的辐射误差的校正

-第二章习题

第三章 热红外遥感图像大气校正和地表温度反演

-3.1 概述

-3.2 热红外遥感图像像元值的物理意义

-3.3 热红外遥感图像的大气校正

-3.4 地表温度的遥感反演原理和方法

-3.5 ATCOR 2 大气校正与地表温度计算

-第三章习题

第四章 遥感图像几何纠正

-第一讲

--4.1.1 概述

--4.1.2 几何纠正的通用处理流程

--4.1.3 多项式构像模型及其几何纠正

--最小二乘法原理

-第二讲

--4.2.4 通用构像方程

--4.2.5 中心投影构像模型

--4.2.6 多中心投影构像模型

--4.2.7 SAR图像几何纠正

--4.2.8 有理函数模型和RPC纠正

-第四章习题

第五章 遥感图像增强

-第一讲

--5.1.1 彩色增强

--5.1.2 辐射增强

--5.1.3 空间增强

-第二讲

--5.2.4 光谱增强(4.1)

--5.2.4 光谱增强(4.2~4.3)

--5.2.5 频率域增强(5.1~5.5)

--5.2.5 频率域增强(5.6)

-第五章习题

第六章 遥感图像融合

-6.1 遥感图像融合概述

-6.2 基于IHS变换的图像融合

-6.3 基于主成分变换的图像融合

-6.4 基于小波变换的图像融合

-6.5 融合图像的质量评估

-第六章习题

第七章 遥感图像计算机分类

-第一讲

--7.1.1 图像分类概述

--7.1.2 判别函数

--7.1.3 非监督分类

--7.1.4 监督分类

-第二讲

--7.2.5 分类结果后处理

--7.2.6 分类结果精度评价

--7.2.7 其它分类方法

-第七章习题

第八章 遥感图像变化检测

-8.1 变化检测概述

-8.2 常用的变化检测方法

-8.3 CVA变化检测

-8.4 遥感图像变化检测应用实例

-第八章习题

3.3 热红外遥感图像的大气校正笔记与讨论

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