遥感影像辐射校正

Eλ为传感器输入辐射度 K λ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Z1到Z2区段的大气层光学厚度 θ为太阳天顶角；ελ为地物的发射率系数 We(λ)为与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射照度
辐射传输方程
L1RT E0TScos
大气影响的定量分析
•
由于大气分子和气溶胶等散射，使得邻近区域 对太阳辐射的反射经大气散射，部分能量进入 传感器，其辐照度为ED，其辐亮度值为（此值 通常很小，有人主张忽略不计）
L2
RT
S
ED
大气影响的定量分析
• 相当部分的散射
没有到达地面，向上通过大气直接进入传感 器，这部分辐射称为程辐射度，辐亮度为 L p。
大气辐射校正的方法
1、近似大气校正 2、基于模型的大气校正
大气影响的粗略纠正
严格地说，去除大气影响是将公式
LR T S(E 0T co sE D)SpL
中的附加项和附加因子求出，最终求出地物 反射率R，从而恢复遥感影像中地面目标的真 实面目。当大气透过率变化不大时，有时只要 去掉含ED和Lp的数据项就可修正图像的亮度。 这种对大气影响的纠正是通过纠正辐射亮度的 办法实现的，因此也称作辐射校正。
遥感仪器误差导致接收的图像不均匀，产生条纹 等现象，但是这种畸变一般在数据生产过程中， 由生产单位（地面站）根据传感器参数进行校正， 一般不需要用户进行校正。
外界（自然）条件引起的辐射误差
1、大气对电磁辐射的影响 大气的散射、 反射和吸收
用户应该考虑的主要是大气影响造成的畸 变，特别是定量遥感。
2、太阳辐射引起的辐射误差 1）太阳位置引起的辐射误差 2）地表地形起伏引起的辐射误差
• 消除图像数据中依附在辐射亮度中的各种噪声 的过程称为辐射（量）校正（radiometric correction ; radiometric calibration（需要有标 定物））
大气辐射校正作用
不同时间或不同传感器收集的影像进行对比和 共同应用，相同地物有相似的辐亮度（反射率）， 以便进行动态监测和变化监测；
形成“同物异谱，异物同谱”现象。
• 图像不能真实地反映不同地物的光谱特征， 影响了遥感数字图像的质量和应用。
遥感器的响应特性引起的辐射误差
对于框幅式摄影机，主要由于透镜中心和边缘的 透射光强度不一致造成的
对于扫描成像，包括： 一、光电转换误差； 二、探测器增益变化引起的误差。
另外，还包括，由探测器单元不一致引起的条纹 误差，由存储设备和噪声引起的斑点误差。
进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收 、散射和透射。其中对传感器接收影响较大的 是吸收和散射。
大气影响的定量分析
• 无大气：
在没有大气存在时，传感器接收的辐照度， 只与太阳辐射到地面的辐照度和地物反射率 有关。
设向E的0λ天为顶波角长，λ当的无入大射气辐存照在度时，，θ地为面入上射单方位 面积的辐照度为：
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大气影响的定量分析
可见，由于大气影响的存在，实际到达传 感器的辐射亮度是前面所分析的三项之和 ，即
LL1L2Lp
LR T S(E 0T co sE D)SpL
辐射传输方程
E K { E 0 [ ( ) e T ( Z 1 , Z 2 ) se c W e ( ) e T ( ] 0 , H ) b }
L'0R E0Scos
大气影响的定量分析
• 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 弱了原信号的强度。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，这两部分辐射 又增强了信号，但却不是有用的。在入射方向有与 入射天顶角θ和波长λ有关的透过率Tθλ；反射后 ，在反射方向上有与反射天顶角Φ和波长λ又有关 的透过率TΦλ。因此进入传感器的辐亮度值为
遥感图像的辐射校正
地理信息工程系 2020年4月9日星期四
本次课程主要内容
引起辐射误差的原因 由于大气影响引起的辐射误差校正 由于太阳辐射不同引起的辐射误差校正
辐射校正定义
• 利用传感器观测目标的反射或辐射能量时，由 于测量值包含了太阳位置、地形起伏、大气等 外界条件，或因传感器的性能不完备等引起的 辐射失真，所以传感器得到的测量值与目标实 际的光谱反射/发射率或光谱辐射亮度等物理量 不一致。
E E cos 太阳光为
方向光束
0
大气影响的定量分析
• 假定地表面是朗伯体， 其表面为漫反射，则某方向物体的辐射亮度 为：
L0R ER E0cos
R 是地物反射率；是半球球面度（半球反射）
大气影响的定量分析
• 传感器接收信号时，
受仪器的影响还有一个系统增益因子 S ， 这时进入传感器的亮度值为：
2、由于大气引起辐射误差校正
一个基本概念 ：
反射率
• 反射率是反射辐射通量与入射通量的比 值，是0-1之间的无量纲的值
• ρλ=Φreflectedλ/ Φiλ • 通常用反射率描述各种地物的光谱反射
特性。
• 分为：镜面反射、方向反射、漫反射（ 各向同性）
• 反射率是地物自身的属性
大气影响的定量分析
• 从辐射传输方程可以看出，传感器的输 出Eλ除了与地物本身的反射和发射波谱 特性有关外，还与传感器的光谱响应特 性、大气条件、光照情况等因素有关。
大气影响的定量分析
比较以下两个公式：
L'0 R E0Scos 无大气
LR T S(E 0T co sE D)SpL有大气
大气的主要影响是减少了图像的对比度，使 原始信号和背景信号都增加了因子。
大气影响的定量分析
• 无大气时（a)白处亮度值为50，黑处亮度值为0，
则亮度对比C1 =（50－0）／50＝1。当有大气影
响时(b)，乘上透过率后假定减少10％，亮度值减 少到45，而由于L2和 Lp 存在，黑白处亮度均增加
10，这样亮度对比变成 C2 =（55-10)/55＝9/11。
可见，对比度 减小，图像质 量下降了
将影像像元光谱与地面收集或实地测定的光谱 进行对比，使影像上的光谱信息更接近于地面地 物的光谱信息；
定量遥感必须做大气辐射校正 ，如农情监测、 估产等
1 图像的辐射纠正原因
• 1.1为什么要进行辐射纠正？
• 1） 传感器本身的产生的误差； • 2）外界（自然）条件引起的误差
与几何畸变产生原因类似