遙感圖像輻射定標(biāo)

1/1遙感圖像輻射定標(biāo)第一部分輻射定標(biāo)概念及重要性 2第二部分輻射定標(biāo)方法分類 3第三部分大氣校正原理及方法 6第四部分傳感器響應(yīng)函數(shù)校正 10第五部分反射率轉(zhuǎn)換模型 12第六部分絕對(duì)輻射定標(biāo)途徑 14第七部分相對(duì)輻射定標(biāo)方法 18第八部分定標(biāo)精度評(píng)估及影響因素 21

第一部分輻射定標(biāo)概念及重要性關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【輻射定標(biāo)概念】

1.輻射定標(biāo)是指將傳感器記錄的數(shù)字信號(hào)（DN值）轉(zhuǎn)換為物理輻射值（例如，輻射亮度、輻射率）的過(guò)程。

2.這涉及到使用已知的目標(biāo)或輻射校準(zhǔn)器來(lái)確定傳感器響應(yīng)函數(shù)，并應(yīng)用該函數(shù)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

3.輻射定標(biāo)對(duì)于定量遙感分析至關(guān)重要，因?yàn)樗试S用戶比較不同傳感器和圖像獲取時(shí)間捕獲的輻射值。

【輻射定標(biāo)重要性】

輻射定標(biāo)的概念

輻射定標(biāo)是遙感圖像處理中一項(xiàng)重要的步驟，旨在將遙感圖像中記錄的原始數(shù)字值(DN)轉(zhuǎn)換為物理測(cè)量值，例如地表反射率或輻射率。

通過(guò)輻射定標(biāo)，可以消除各種影響圖像輻射特征的環(huán)境和傳感器因素，從而獲得更準(zhǔn)確、更可比的圖像數(shù)據(jù)。這些因素包括大氣散射、傳感器增益和偏置以及太陽(yáng)照度變化。

輻射定標(biāo)的重要性

輻射定標(biāo)對(duì)于以下應(yīng)用至關(guān)重要：

*定量遙感分析：輻射定標(biāo)使從遙感圖像中提取準(zhǔn)確的定量信息成為可能，例如地表溫度、植被指數(shù)和地表類型。

*跨圖像比較：通過(guò)消除環(huán)境和傳感器因素，輻射定標(biāo)允許對(duì)不同時(shí)間、不同傳感器和不同平臺(tái)獲取的圖像進(jìn)行有效比較。

*圖像合成：輻射定標(biāo)是影像融合和多光譜圖像合成等圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)，可產(chǎn)生具有更高信息含量的圖像。

*目標(biāo)檢測(cè)和分類：輻射定標(biāo)可提高目標(biāo)檢測(cè)和分類的準(zhǔn)確性，因?yàn)闇?zhǔn)確的輻射測(cè)量可改善目標(biāo)與背景之間的光譜可分性。

*物理模型的驗(yàn)證：輻射定標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)可用于驗(yàn)證和校準(zhǔn)氣候、植被和水文等物理模型。

輻射定標(biāo)方法

輻射定標(biāo)有多種方法，包括：

*大氣校正：消除大氣散射和吸收的影響。

*傳感器校準(zhǔn)：確定傳感器增益和偏置，從而將DN轉(zhuǎn)換為輻射率或反射率。

*地面參考法：使用具有已知輻射特征的地面目標(biāo)進(jìn)行定標(biāo)。

*輻射傳輸模型：利用物理模型來(lái)模擬輻射傳輸并估計(jì)地表反射率。

*交叉校準(zhǔn)：將不同傳感器之間或同傳感器不同時(shí)刻之間的圖像進(jìn)行匹配和定標(biāo)。

選擇最合適的輻射定標(biāo)方法取決于圖像的類型、應(yīng)用和可用的參考信息。第二部分輻射定標(biāo)方法分類關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【輻射定標(biāo)方法分類】：

【絕對(duì)輻射定標(biāo)】：

1.對(duì)遙感圖像進(jìn)行絕對(duì)輻射定標(biāo)，得到圖像實(shí)際表征的地物輻射亮度值。

2.需要使用已知輻射亮度值的標(biāo)定源（如靶場(chǎng)、輻射儀等）進(jìn)行定標(biāo)。

3.考慮大氣影響、儀器響應(yīng)特性等因素，建立輻射定標(biāo)方程，對(duì)圖像進(jìn)行定量化處理。

【相對(duì)輻射定標(biāo)】：

輻射定標(biāo)方法分類

簡(jiǎn)介

輻射定標(biāo)是將遙感圖像像素值轉(zhuǎn)換為真實(shí)輻射或亮度值的過(guò)程，對(duì)于遙感圖像定量分析至關(guān)重要。根據(jù)使用的參考信息，輻射定標(biāo)方法主要分為以下三類：

1.絕對(duì)輻射定標(biāo)

*采用外部輻射計(jì)（例如太陽(yáng)輻射計(jì)或月球掃描儀）測(cè)量待定標(biāo)圖像中的特定地物或目標(biāo)的真實(shí)輻射值。

*根據(jù)外部輻射計(jì)的觀測(cè)值和圖像中的相同位置，建立輻射度方程來(lái)計(jì)算每個(gè)像素的輻射值。

*常用于精確的輻射測(cè)量和定量遙感分析，但需要特定的設(shè)備和專業(yè)知識(shí)。

2.相對(duì)輻射定標(biāo)

*使用圖像本身中的信息來(lái)估計(jì)像素的輻射值。

*假設(shè)圖像中某些物體或區(qū)域具有已知的輻射值（通常稱為參考目標(biāo)或標(biāo)定場(chǎng)），然后將其他像素的輻射值與參考目標(biāo)進(jìn)行比較。

*常用的方法包括：

*歷史歸檔信息：使用與研究區(qū)域相似的先前采集圖像中的歸檔數(shù)據(jù)作為參考。

*輻射傳輸模型：利用大氣模型和地表參數(shù)來(lái)估計(jì)像素的輻射值。

*相對(duì)輻射定標(biāo)精度較低，但不需要外部輻射計(jì)，且適用于大多數(shù)遙感應(yīng)用程序。

3.混合輻射定標(biāo)

*結(jié)合了絕對(duì)和相對(duì)輻射定標(biāo)方法。

*首先使用絕對(duì)輻射定標(biāo)對(duì)圖像進(jìn)行粗略校正，然后使用相對(duì)輻射定標(biāo)方法進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。

*這種方法可以提高輻射定標(biāo)的精度，同時(shí)降低了對(duì)外部輻射計(jì)的依賴性。

具體方法

1.絕對(duì)輻射定標(biāo)法

*太陽(yáng)輻射計(jì)法：使用太陽(yáng)輻射計(jì)測(cè)量太陽(yáng)輻射，并根據(jù)太陽(yáng)幾何條件和大氣參數(shù)計(jì)算地表輻亮度。

*月球掃描儀法：利用月球作為已知輻射源，通過(guò)月球掃描儀測(cè)量月球輻射，并根據(jù)月球相位和地球-月球距離計(jì)算地表輻亮度。

2.相對(duì)輻射定標(biāo)法

*黑暗像素法：假設(shè)圖像中最暗的像素代表地表零輻射值，然后根據(jù)圖像中像素的亮度差異計(jì)算相對(duì)輻射值。

*亮像素法：假設(shè)圖像中最亮的像素代表地表最大輻射值，然后根據(jù)圖像中像素的亮度差異計(jì)算相對(duì)輻射值。

*直方圖匹配法：將待定標(biāo)圖像的直方圖與具有已知輻射值圖像的直方圖進(jìn)行匹配，將像素值轉(zhuǎn)換為輻射值。

*輻射傳輸模型法：利用大氣輻射傳輸模型和地表反射率信息，估算每個(gè)像素的輻射值。

3.混合輻射定標(biāo)法

*基于場(chǎng)景的輻射定標(biāo)法：使用衛(wèi)星接收的輻射數(shù)據(jù)或地面輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行絕對(duì)輻射定標(biāo)，然后采用場(chǎng)景目標(biāo)（例如湖泊或植被）進(jìn)行相對(duì)輻射定標(biāo)。

*分級(jí)輻射定標(biāo)法：首先使用粗略的絕對(duì)輻射定標(biāo)方法進(jìn)行預(yù)處理，然后應(yīng)用相對(duì)輻射定標(biāo)方法進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。

選擇原則

選擇合適的輻射定標(biāo)方法取決于應(yīng)用程序的精度要求、可用信息和現(xiàn)有資源。一般來(lái)說(shuō)，絕對(duì)輻射定標(biāo)適用于需要高精度的定量分析，相對(duì)輻射定標(biāo)適用于大多數(shù)遙感應(yīng)用，混合輻射定標(biāo)則提供了精度和效率之間的平衡。第三部分大氣校正原理及方法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)主題名稱：大氣校正原理

1.分析大氣對(duì)遙感圖像的影響，包括散射、吸收和路徑輻射等效應(yīng)。

2.了解大氣校正的基本原則，如消除大氣影響、恢復(fù)地表反射率和提高圖像質(zhì)量。

3.掌握大氣校正的主要算法，如輻射傳輸算法、統(tǒng)計(jì)算法和機(jī)器學(xué)習(xí)算法。

主題名稱：黑體法

大氣校正原理及方法

大氣校正旨在消除或減輕大氣散射、吸收等影響，恢復(fù)遙感圖像真實(shí)的輻射信息。

物理模型方法

輻射傳輸方程

輻射傳輸方程（RTE）描述了輻射通過(guò)大氣的過(guò)程：

```

L(λ,ψ,φ;z)=L(λ,ψ,φ;0)e^(-τ(λ,z)/cos(ψ))+∫0^zL(λ,ψ',φ';z')e^(-(τ(λ,z)-τ(λ,z'))/cos(ψ))P(λ,ψ,φ;ψ',φ',z')dλ

```

其中，L(λ,ψ,φ)是大氣頂端輻射亮度，L(λ,ψ',φ')是大氣層內(nèi)輻射亮度，τ(λ)是大氣透射率，P(λ,ψ,φ;ψ',φ')是散射相函數(shù)。

使用RTE進(jìn)行大氣校正需準(zhǔn)確估計(jì)атмосферную透射率和散射相函數(shù)，這通常需要輔助信息（如氣象資料）。

大氣輻射傳輸代碼（RTM）

RTM是基于RTE構(gòu)建的計(jì)算機(jī)程序，模擬大氣的輻射傳輸過(guò)程。利用RTM，可以計(jì)算大氣條件下遙感圖像的輻射亮度，并與實(shí)測(cè)亮度對(duì)比，反演氣溶膠光學(xué)參數(shù)。

統(tǒng)計(jì)模型方法

主成分分析（PCA）

PCA將原始遙感圖像的多通道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一組不相關(guān)的正交分量。大氣效應(yīng)通常集中在低階分量中，而地表信息則分布在高階分量中。通過(guò)去除低階分量，可以實(shí)現(xiàn)大氣校正。

獨(dú)立成分分析（ICA）

ICA類似于PCA，但假設(shè)數(shù)據(jù)源自統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的源。大氣效應(yīng)和地表信息通常具有不同的統(tǒng)計(jì)特性，因此可以使用ICA對(duì)其進(jìn)行分離。

機(jī)器學(xué)習(xí)方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)遙感圖像與大氣參數(shù)之間的復(fù)雜關(guān)系。通過(guò)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以預(yù)測(cè)大氣影響，并將其從圖像中去除。

回歸模型

回歸模型建立大氣參數(shù)與遙感圖像亮度之間的關(guān)系。使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，可以擬合回歸模型，然后將其應(yīng)用于新的圖像進(jìn)行大氣校正。

其他方法

視線校正方法

該方法假設(shè)大氣影響沿著觀測(cè)路徑是均勻的。通過(guò)測(cè)量地表上的已知目標(biāo)，可以確定大氣衰減和散射參數(shù)，并將其應(yīng)用于其他目標(biāo)。

暗像素法

該方法利用圖像中黑暗的像素（通常對(duì)應(yīng)于陰影或水體）來(lái)估計(jì)大氣散射和吸收。假設(shè)這些像素僅接收散射輻射，因此可以計(jì)算大氣影響并對(duì)其進(jìn)行校正。

大氣校正算法

6S算法

該算法是一個(gè)RTM，用于計(jì)算大氣輻射傳輸。它考慮了氣溶膠、氣體吸收和散射等因素。

MODTRAN算法

該算法是一個(gè)RTM，提供大氣輻射傳輸?shù)脑敿?xì)模擬。它具有廣泛的光譜分辨率和大氣模型。

ATCOR算法

該算法基于視線校正方法，使用先驗(yàn)知識(shí)和輔助數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)大氣影響。

FLAASH算法

該算法基于物理模型，同時(shí)利用了PCA和回歸方法。它可以有效去除大氣散射和吸收的影響。

DES算法

該算法基于ICA方法，將大氣效應(yīng)和地表信息分離開(kāi)來(lái)。它適用于具有復(fù)雜大氣條件的圖像。

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的算法

近年來(lái)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的算法在大氣校正中取得了顯著進(jìn)展。這些算法使用深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)，從大規(guī)模數(shù)據(jù)集中學(xué)??習(xí)大氣與地表之間的關(guān)系。

大氣校正數(shù)據(jù)集

*地面測(cè)量光譜儀（如AERONET）收集的氣溶膠光學(xué)參數(shù)

*大氣廓線探測(cè)儀（如CALIPSO）收集的大氣氣溶膠和云廓線

*高光譜遙感圖像（如Hyperion、AVIRIS）包含豐富的輻射信息

注意事項(xiàng)

*大氣校正是遙感圖像處理中的一個(gè)重要步驟，可以提高圖像質(zhì)量和定量分析的準(zhǔn)確性。

*大氣校正方法的選擇取決于數(shù)據(jù)集的性質(zhì)、大氣條件的復(fù)雜性和應(yīng)用需求。

*大氣校正算法的性能受輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性影響。第四部分傳感器響應(yīng)函數(shù)校正傳感器響應(yīng)函數(shù)校正

簡(jiǎn)介

傳感器響應(yīng)函數(shù)校正是在遙感圖像輻射定標(biāo)過(guò)程中，對(duì)傳感器記錄的原始輻射值進(jìn)行校正，以補(bǔ)償傳感器固有的非線性響應(yīng)特性，從而恢復(fù)真實(shí)的地表輻射值。

校正原理

傳感器響應(yīng)函數(shù)校正基于這樣一個(gè)原理：傳感器的輸出輻射值與入射輻射值之間存在著非線性的關(guān)系，可以用一個(gè)響應(yīng)函數(shù)來(lái)描述。該響應(yīng)函數(shù)可以表示為：

```

L_s=F(L_in)

```

其中：

*L_s是傳感器的輸出輻射值

*L_in是入射輻射值

*F是傳感器響應(yīng)函數(shù)

校正的過(guò)程就是確定響應(yīng)函數(shù)F，并使用它來(lái)反演真實(shí)的入射輻射值L_in。

校正方法

有兩種主要的方法用于傳感器響應(yīng)函數(shù)校正：

1.使用校準(zhǔn)場(chǎng)

這種方法使用一個(gè)已知反射率和輻射值的校準(zhǔn)場(chǎng)。通過(guò)在校準(zhǔn)場(chǎng)上采集圖像，可以得到傳感器對(duì)已知輻射值的響應(yīng)值。然后，可以擬合響應(yīng)函數(shù)，并將其用于校正其他圖像。

2.使用維卡函數(shù)

維卡函數(shù)是一種數(shù)學(xué)函數(shù)，用于描述傳感器的非線性響應(yīng)。該函數(shù)具有三個(gè)參數(shù)：a、b和c，可以根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。一旦確定了維卡參數(shù)，就可以使用它們來(lái)反演真實(shí)的入射輻射值。

校正過(guò)程

傳感器響應(yīng)函數(shù)校正通常涉及以下步驟：

1.獲取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)：使用校準(zhǔn)場(chǎng)或其他方法獲取傳感器的響應(yīng)值。

2.擬合響應(yīng)函數(shù)：使用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)擬合傳感器響應(yīng)函數(shù)。

3.反演真實(shí)輻射值：使用響應(yīng)函數(shù)反演原始圖像中記錄的輻射值，得到真實(shí)的入射輻射值。

注意事項(xiàng)

在進(jìn)行傳感器響應(yīng)函數(shù)校正時(shí)，需要注意以下事項(xiàng)：

*傳感器類型：校正方法取決于傳感器的類型。

*校準(zhǔn)條件：校準(zhǔn)場(chǎng)的條件（例如照明和溫度）應(yīng)與被校正圖像的條件相似。

*維卡函數(shù)參數(shù)：維卡參數(shù)應(yīng)根據(jù)傳感器的特定響應(yīng)特性進(jìn)行擬合。

*校正誤差：校正誤差受多種因素的影響，例如校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和擬合響應(yīng)函數(shù)的精度。

結(jié)論

傳感器響應(yīng)函數(shù)校正是遙感圖像輻射定標(biāo)的關(guān)鍵一步，它可以補(bǔ)償傳感器非線性響應(yīng)的影響，并恢復(fù)真實(shí)的地表輻射值。通過(guò)采用適當(dāng)?shù)男Ｕ椒ê涂紤]校正注意事項(xiàng)，可以提高遙感圖像的定量精度，為后續(xù)的圖像分析和解釋提供可靠的基礎(chǔ)。第五部分反射率轉(zhuǎn)換模型反射率轉(zhuǎn)換模型

輻射定標(biāo)的目的是將傳感器記錄的原始輻射值轉(zhuǎn)換為地表目標(biāo)的反射率值，從而獲得目標(biāo)的真實(shí)輻射特征。反射率轉(zhuǎn)換模型旨在通過(guò)考慮入射輻射、目標(biāo)反射特性和傳感器響應(yīng)等因素，將原始輻射值轉(zhuǎn)換成反射率值。

基本原理

反射率轉(zhuǎn)換模型的基本原理是基于輻射傳遞方程：

```

L=L_sr+L_a+L_p

```

其中，L為傳感器接收到的輻射值，L_sr為目標(biāo)反射的輻射，L_a為大氣透過(guò)輻射，L_p為大氣散射輻射。

反射率轉(zhuǎn)換模型通過(guò)假設(shè)大氣透過(guò)輻射和大氣散射輻射是已知的或可以估計(jì)的，將輻射傳遞方程簡(jiǎn)化為：

```

R=(L-L_a-L_p)/L_sr

```

其中，R為目標(biāo)的反射率。

反射率轉(zhuǎn)換模型類型

常用的反射率轉(zhuǎn)換模型包括：

*Lambertian反射率模型：假設(shè)目標(biāo)是理想的Lambertian反射體，反射率在所有方向上都是相同的。

*雙向反射率分布函數(shù)（BRDF）模型：考慮目標(biāo)的非理想反射特性，描述反射率隨入射和散射方向的變化。

*幾何光學(xué)模型：使用幾何光學(xué)原理模擬目標(biāo)的反射過(guò)程，適合具有復(fù)雜幾何形狀的目標(biāo)。

模型選擇

選擇合適的反射率轉(zhuǎn)換模型取決于目標(biāo)的反射特性、傳感器類型和輻射條件。一般來(lái)說(shuō)：

*對(duì)于均勻、粗糙的目標(biāo)，Lambertian反射率模型可以提供準(zhǔn)確的反射率估計(jì)。

*對(duì)于具有非理想反射特性的目標(biāo)，需要使用BRDF模型或幾何光學(xué)模型。

*在不同的大氣條件下，需要考慮大氣透過(guò)輻射和大氣散射輻射的影響，并使用適當(dāng)?shù)拇髿庑Ｕ惴ā?/p>

反射率轉(zhuǎn)換模型的應(yīng)用

反射率轉(zhuǎn)換模型廣泛應(yīng)用于遙感圖像處理中，包括：

*地表特征提取：通過(guò)分析不同波段的反射率值，提取土地利用類型、植被覆蓋度、地表溫度等信息。

*生物物理參數(shù)反演：利用植被反射率與葉綠素含量、葉面積指數(shù)等生物物理參數(shù)之間的關(guān)系，反演這些參數(shù)。

*大氣校正：通過(guò)估計(jì)大氣透過(guò)輻射和大氣散射輻射，消除大氣影響，獲得地表的真實(shí)反射率值。

反射率轉(zhuǎn)換模型是輻射定標(biāo)的關(guān)鍵步驟，為遙感圖像的定量分析和地表特征的準(zhǔn)確提取提供了基礎(chǔ)。第六部分絕對(duì)輻射定標(biāo)途徑關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)太陽(yáng)輻射傳輸模型

1.基于太陽(yáng)輻射傳輸原理，建立輻射定標(biāo)模型，考慮大氣傳輸、傳感器響應(yīng)等因素。

2.利用輻射傳輸參數(shù)（如大氣光學(xué)厚度、氣溶膠光學(xué)厚度等）進(jìn)行模型參數(shù)反演。

3.反演得到輻射定標(biāo)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遙感圖像的絕對(duì)輻射定標(biāo)。

場(chǎng)觀測(cè)量

1.對(duì)場(chǎng)觀目標(biāo)進(jìn)行輻射測(cè)量，獲取實(shí)地輻射值。

2.設(shè)計(jì)傳感器安裝平臺(tái)，保證傳感器與場(chǎng)觀目標(biāo)處于相同的視場(chǎng)條件下。

3.結(jié)合場(chǎng)觀測(cè)量數(shù)據(jù)與遙感圖像，建立輻射定標(biāo)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)遙感圖像的絕對(duì)輻射定標(biāo)。

目標(biāo)輻射模型

1.根據(jù)目標(biāo)的反射率、發(fā)射率等光學(xué)特性，建立目標(biāo)輻射模型。

2.結(jié)合目標(biāo)模型與輻射傳輸模型，建立目標(biāo)輻射傳輸模型。

3.反演得到目標(biāo)輻射傳輸參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)遙感圖像的絕對(duì)輻射定標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)

1.利用實(shí)驗(yàn)室輻射標(biāo)準(zhǔn)源，對(duì)傳感器進(jìn)行分光響應(yīng)定標(biāo)。

2.通過(guò)建立傳感器響應(yīng)模型，將分光響應(yīng)定標(biāo)結(jié)果轉(zhuǎn)換為輻射定標(biāo)參數(shù)。

3.結(jié)合實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)結(jié)果與發(fā)射率模型，實(shí)現(xiàn)遙感圖像的絕對(duì)輻射定標(biāo)。

跨傳感器定標(biāo)

1.采用光學(xué)方法或統(tǒng)計(jì)方法，建立不同傳感器之間的輻射定標(biāo)關(guān)系。

2.利用交叉定標(biāo)傳感器進(jìn)行輻射定標(biāo)傳輸，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)傳感器的絕對(duì)輻射定標(biāo)。

3.提高遙感圖像的跨傳感器兼容性和數(shù)據(jù)一致性。

趨勢(shì)與前沿

1.機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)在輻射定標(biāo)中的應(yīng)用，自動(dòng)化定標(biāo)過(guò)程，提高效率和準(zhǔn)確度。

2.高光譜遙感的輻射定標(biāo)技術(shù)研究，探索高光譜圖像的絕對(duì)輻射定標(biāo)方法。

3.天基輻射定標(biāo)平臺(tái)的研究與發(fā)展，為遙感圖像提供長(zhǎng)期的輻射定標(biāo)參考。絕對(duì)輻射定標(biāo)途徑

概述

絕對(duì)輻射定標(biāo)旨在將遙感圖像中的數(shù)字編號(hào)（DN）轉(zhuǎn)換為真實(shí)地表輻射亮度值（L），這是一個(gè)至關(guān)重要的過(guò)程，可確保圖像數(shù)據(jù)在定量分析中的準(zhǔn)確性和可比性。絕對(duì)輻射定標(biāo)有兩種主要途徑：利用參考面板和利用大氣校正模型。

利用參考面板

原理：

這種方法利用地面放置的已知輻射特性（如反射率或發(fā)射率）的參考面板來(lái)定標(biāo)圖像數(shù)據(jù)。在圖像采集期間，這些面板會(huì)與目標(biāo)區(qū)域一同被成像。

過(guò)程：

1.測(cè)量參考面板的輻射特性：使用實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)儀器，精確測(cè)量參考面板在各個(gè)波段的反射率或發(fā)射率。

2.采集參考面板的圖像：在圖像采集期間，獲取包含參考面板的圖像數(shù)據(jù)。

3.提取參考面板的數(shù)字編號(hào)：從圖像中提取參考面板的DN。

4.計(jì)算校正參數(shù)：使用參考面板的已知輻射特性和DN，計(jì)算將DN轉(zhuǎn)換為輻射亮度值的校正參數(shù)（例如，增益和偏移）。

5.應(yīng)用校正參數(shù)：將校正參數(shù)應(yīng)用于整個(gè)圖像，將DN值轉(zhuǎn)換為輻射亮度值。

類型：

*反射式參考面板：用于校正反射式圖像，例如來(lái)自可見(jiàn)光和紅外波段的圖像。

*熱輻射式參考面板：用于校正熱輻射圖像，例如來(lái)自熱紅外波段的圖像。

利用大氣校正模型

原理：

這種方法使用大氣校正模型來(lái)計(jì)算圖像中大氣散射和吸收的影響。它通過(guò)去除這些影響來(lái)恢復(fù)地表輻射亮度值。

過(guò)程：

1.選擇大氣校正模型：根據(jù)圖像采集條件和目標(biāo)應(yīng)用，選擇適當(dāng)?shù)拇髿庑ＵＰ汀?/p>

2.獲取大氣參數(shù)：收集大氣參數(shù)，例如大氣氣溶膠量、水汽含量和臭氧濃度。這些參數(shù)可以通過(guò)大氣模型、衛(wèi)星數(shù)據(jù)或地面測(cè)量獲得。

3.輸入圖像數(shù)據(jù)：將圖像數(shù)據(jù)輸入大氣校正模型。

4.大氣校正：模型使用大氣參數(shù)和圖像數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算和去除大氣影響。

5.恢復(fù)地表輻射亮度：大氣校正后，獲得地表輻射亮度值的圖像。

類型：

*輻射傳輸模型：利用輻射傳輸原理模擬大氣散射和吸收過(guò)程。

*經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停焊鶕?jù)統(tǒng)計(jì)分析和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系建立的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

*混合模型：結(jié)合輻射傳輸模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕旌夏Ｐ汀?/p>

優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)

利用參考面板

*優(yōu)點(diǎn)：

*提供高度準(zhǔn)確的校正參數(shù)。

*對(duì)大氣條件不敏感。

*缺點(diǎn)：

*需要部署和維護(hù)參考面板。

*難以在所有場(chǎng)景中部署。

利用大氣校正模型

*優(yōu)點(diǎn)：

*不需要參考面板。

*適用于各種場(chǎng)景。

*缺點(diǎn)：

*可能不如參考面板法準(zhǔn)確。

*需要準(zhǔn)確的大氣參數(shù)。

選擇考慮因素

選擇絕對(duì)輻射定標(biāo)方法時(shí)，應(yīng)考慮以下因素：

*準(zhǔn)確度要求：所需結(jié)果的準(zhǔn)確度水平。

*場(chǎng)景復(fù)雜性：圖像中地表和大氣條件的復(fù)雜性。

*數(shù)據(jù)可用性：參考面板的可用性或大氣參數(shù)的獲取可能性。

*成本和方便性：與每種方法相關(guān)的成本和部署便利性。

通過(guò)謹(jǐn)慎選擇和應(yīng)用絕對(duì)輻射定標(biāo)方法，可以確保遙感圖像數(shù)據(jù)的高準(zhǔn)確性和可比性，從而為定量分析和理解地球表面提供可靠的信息基礎(chǔ)。第七部分相對(duì)輻射定標(biāo)方法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【相對(duì)輻射定標(biāo)方法】

1.通過(guò)統(tǒng)計(jì)遙感圖像中某個(gè)已知或可估計(jì)目標(biāo)的灰度值分布，建立該目標(biāo)反射率與灰度值的回歸方程。

2.利用該回歸方程，對(duì)圖像中其他區(qū)域的灰度值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到相對(duì)輻射定標(biāo)后的圖像。

3.相對(duì)輻射定標(biāo)方法無(wú)需準(zhǔn)確的輻射傳輸模型和大氣校正模型，計(jì)算簡(jiǎn)單，適用于不同分辨率和覆蓋區(qū)域的遙感圖像。

【輻射率轉(zhuǎn)換法】

相對(duì)輻射定標(biāo)方法

相對(duì)輻射定標(biāo)是一種將待校準(zhǔn)圖像的輻射值與參考圖像的已知輻射值相比較的技術(shù)。這種方法基于兩個(gè)基本假設(shè)：

1.待校準(zhǔn)圖像和參考圖像的波譜特性相似。

2.待校準(zhǔn)圖像和參考圖像的輻射值隨時(shí)間穩(wěn)定。

相對(duì)輻射定標(biāo)方法通常包括以下步驟：

1.數(shù)據(jù)預(yù)處理

*幾何配準(zhǔn)：將待校準(zhǔn)圖像和參考圖像幾何配準(zhǔn)，以確保它們的空間對(duì)應(yīng)性。

*大氣校正：校正大氣散射和吸收對(duì)輻射值的影響。

*去除噪聲：消除圖像中的噪聲和異常值。

2.輻射響應(yīng)函數(shù)估計(jì)

*選擇參考圖像：選擇輻射特性已知的參考圖像，例如已定標(biāo)的衛(wèi)星圖像或地面測(cè)量數(shù)據(jù)。

*提取區(qū)域：從待校準(zhǔn)圖像和參考圖像中提取感興趣區(qū)域（ROI）。

*計(jì)算響應(yīng)函數(shù)：計(jì)算ROI中每個(gè)波段待校準(zhǔn)圖像與參考圖像的輻射值比值。這稱為輻射響應(yīng)函數(shù)（RRF）。

3.輻射定標(biāo)

*應(yīng)用RRF：將待校準(zhǔn)圖像中的每個(gè)波段的輻射值乘以相應(yīng)的RRF，以校準(zhǔn)其輻射值。

*絕對(duì)定標(biāo)：如果需要絕對(duì)輻射值，則可以將校準(zhǔn)后的圖像與已知輻射通量值的圖像或地面測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

相對(duì)輻射定標(biāo)方法的優(yōu)點(diǎn)：

*簡(jiǎn)單易行：相對(duì)輻射定標(biāo)不需要對(duì)傳感器進(jìn)行精確的定標(biāo)。

*成本低廉：這種方法不需要昂貴的設(shè)備或測(cè)量裝置。

*時(shí)間高效：相對(duì)輻射定標(biāo)比絕對(duì)輻射定標(biāo)更省時(shí)。

*適用于多光譜圖像：這種方法適用于具有多個(gè)波段的多光譜圖像。

相對(duì)輻射定標(biāo)方法的缺點(diǎn)：

*依賴于參考圖像：校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于參考圖像的精度。

*波譜相似性假設(shè)：該方法假設(shè)待校準(zhǔn)圖像和參考圖像具有相似的波譜特性，這在實(shí)踐中可能并不總是成立。

*輻射值穩(wěn)定性假設(shè)：該方法假設(shè)待校準(zhǔn)圖像和參考圖像的輻射值隨時(shí)間穩(wěn)定，這在某些情況下可能不成立，例如存在云或大氣變化。

*可能存在誤差累積：如果相對(duì)輻射定標(biāo)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，則誤差可能會(huì)累積，導(dǎo)致不準(zhǔn)確的校準(zhǔn)。

應(yīng)用

相對(duì)輻射定標(biāo)方法廣泛應(yīng)用于遙感成像中，包括：

*衛(wèi)星圖像校正

*航空?qǐng)D像校正

*地面圖像校正

*多源圖像融合

*環(huán)境監(jiān)測(cè)

*土地利用分類第八部分定標(biāo)精度評(píng)估及影響因素定標(biāo)精度評(píng)估

輻射定標(biāo)精度的評(píng)估至關(guān)重要，它反映了定標(biāo)過(guò)程的準(zhǔn)確性。定標(biāo)精度評(píng)估通常采用以下指標(biāo)：

*絕對(duì)輻射定標(biāo)精度：指地物實(shí)際輻射值與定標(biāo)后影像中相應(yīng)像元輻射值的偏差，通常以均方根誤差（RMSE）或相對(duì)偏差（RPD）表示。

*相對(duì)輻射定標(biāo)精度：指同一影像內(nèi)不同像元輻射值的相對(duì)誤差，通常以變異系數(shù)（CV）或信噪比（SNR）表示。

影響因素

輻射定標(biāo)精度的影響因素主要包括：

1.輻射源穩(wěn)定性：

輻射源（如太陽(yáng)或?qū)嶒?yàn)室光源）的穩(wěn)定性直接影響定標(biāo)結(jié)果。不穩(wěn)定的輻射源會(huì)導(dǎo)致定標(biāo)過(guò)程中波段間的輻射能量分布變化，從而影響定標(biāo)精度。

2.大氣校正：

大氣衰減和散射對(duì)遙感影像的輻射亮度會(huì)產(chǎn)生影響。如果大氣校正不充分，定標(biāo)后影像的輻射值可能存在偏差，影響定標(biāo)精度。

3.傳感器特性：

傳感器的光譜響應(yīng)函數(shù)、線性度和幾何畸變等特性都會(huì)影響定標(biāo)精度。傳感器光譜響應(yīng)函數(shù)不均勻或線性度差，會(huì)導(dǎo)致不同波段的輻射值誤差較大。

4.定標(biāo)模型選擇：

不同的定標(biāo)模型（如單線性、二次線性和維斯變換模型）對(duì)輻射定標(biāo)精度有不同的影響。選擇合適的定標(biāo)模型至關(guān)重要。

5.定標(biāo)樣本選擇：

定標(biāo)樣本的選擇對(duì)定標(biāo)精度有很大影響。樣本應(yīng)代表目標(biāo)區(qū)域的輻射特征，且數(shù)量充足。樣本分布均勻，可避免定標(biāo)區(qū)域外的數(shù)