第六章 遥感图像辐射处理-1
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遥感图像辐射处理
原始影像及其直方图
直方图匹配后的图像及其直方图
2.4密度分割 密度分割与直方图均衡类似，是将原始图像的灰度值分 成等间隔的离散灰度级。为了突出某一密度等级的色调（或 相应地物），即将图像（或影像）的色调密度分划成若干个 等级，并用不同的颜色分别表示这不同的密度等级，得到一 幅彩色的等密度分割图像。这一技术过程就叫作密度分割处 理，或简称密度分割。密度分割可使影像轮廓更清晰，突出 某些具有一定色调特征的地物及分布状态，在显示环境污染 范围，隐伏构造，以及寻找地下水等方面有广泛的应用，并 取得较好的效果。
2.2直方图均衡 直方图均衡是将随机分布的图像直方图修改成均匀分布的直 方图。其实质是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像元值， 使一定灰度范围内的像元的数量大致相等。 直方图均衡后每个灰度级的像元数，理论上应相等，实际上为 近似相等，直接从图像上看，直方图均衡效果是： 1 各灰度级所占图像的面积近似相等，因为某些灰度级出现高 的像素不可能被分割。 2 原图像上频率小的灰度级被合并，频率高的灰度级被保留， 因此可以增强图像上大面积地物与周围地物的反差。 3 如果输出数据分段级较少，则会产生一些大类地物的近似轮 廓。
1.1辐射误差的来源 辐射误差的来源
• 传感器本身性能引起的辐射误差 • 地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差 • 大气的散射和吸收引起的辐射误差 相应的辐射处理包括传感器辐射定标 辐射误差校正 传感器辐射定标和辐射误差校正 传感器辐射定标
1.2 传感器辐射定标 辐射定标分为绝对定标和相对定标
绝对定标是对目标做定量的描述，得到目标辐射的绝对值 相对定标只是得出某一点的辐射亮度与其它点的相对值 绝对定标是要建立传感器测量的数字信号与对应的辐射能量 之间的数量关系，即定标系数。
第6章 遥感图像辐射处理
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第六章 遥感图像辐射处理
§6.4 图像融合
（1）基于像素的图像融合 关键问题：几何纠正＋像素重采样 （2）基于特征的图像融合 从初始影像中提取特征，然后对特征进行匹配 优点：针对性强、数据量小、分类精度高 （3）基于决策层的图像融合 在图像理解和模式识别基础上的融合。 在特征提取的基础上，直接面向应用进行融合
0.21 0.16 0.08 0.06 0.65 0.81 0.89 0.95 5 2->5 6 6 7
确定映射对应关系 0->1 (k->t) 统计新直方图 各灰度级像素 计算新直方图
3,4->6 1023 0.25
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直方图均衡化计算步骤示意图
15/17
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第六章 遥感图像辐射处理 §6.2 辐射增强
3/10
第六章 遥感图像辐射处理
§6.3 图像增强
总结：中值滤波的优点和缺点 优点是去噪（特别是脉冲或椒盐噪声）同时较好地 保持了边缘，缺点是对点、细线等细节较多的图像不 大适合。 演示：基于MATLAB的中值滤波程序
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第六章 遥感图像辐射处理
§6.3 图像增强
二、空间域锐化 目的：增强图像的边缘或轮廓。 图像平滑与锐化比较：模糊边缘/突出边缘 积分运算/微分运算 模板和＝1/模板和＝0 空间域锐化的方法与边缘检测方法一致！ 常用的算子有：（见本PPT的127页） Roberts算子 Prewitt/Sobel算子 Laplacian算子
1 3 R H tan1 (v2 v1 ); 2 G 2 2 6 S v v 1 2 B 0
目前，IHS变换已成为彩色增强、特征增强、改善空间 分辨率、融合分离的数据等图像处理和分析的一种有效 方法被广泛应用。 9/16
遥感原理与应用第6章-遥感作业(1)
第六章遥感图像辐射校正名词解释：辐射定标、绝对定标、相对定标、辐射校正、大气校正、图像增强、累积直方图、直方图匹配、NDVI、图像融合1、辐射定标：是指传感器探测值的标定过程方法，用以确定传感器入口处的准确辐射值。
2、绝对定标：建立传感器测量的数字信号与对应的辐射能量之间的数量关系，对目标作定量的描述，得到目标的辐射绝对值。
3、相对定标：又称传感器探测元件归一化，是为了校正传感器中各个探测元件响应度差异而对卫星传感器测量到的原始亮度值进行归一化的一种处理过程。
最终得到的是目标中某一点辐射亮度与其他点的相对值。
4、辐射校正：是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。
5、大气校正：是指消除大气对阳光和来自目标的辐射产生的吸收和散射影响的过程。
6、图像增强：为了特定目的，突出遥感图像中的某些信息，削弱或除去某些不需要的信息，使图像更易判读。
7、累积直方图：以累积分布函数为纵坐标，图像灰度为横坐标得到的直方图称为累积直方图。
8、直方图匹配：是通过非线性变换使得一个图像的直方图与另一个图像直方图类似。
也称生物量指标变化，可使植9、NDVI：归一化差分植被指数。
NDVI=B7−B5B7+B5被从水和土中分离出来。
10、图像融合：是指将多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，生成新的图像的过程。
问答题：1．根据辐射传输方程，指出传感器接收的能量包含哪几方面，辐射误差及辐射误差纠正内容是什么。
根据辐射传输方程，传感器接收的电磁波能量包含三部分：1）太阳经大气衰减后照射到地面，经地面发射后又经过大气的二次衰减进入传感器的能量；2）大气散射、反射和辐射的能量；3）地面本身辐射的能量经过大气后进入传感器的能量。
辐射误差包括：1）传感器本身的性能引起的辐射误差；2）大气的散射和吸收引起的辐射误差；3）地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差。
辐射误差纠正的内容是传感器辐射定标和辐射误差校正等。
遥感图像辐射处理
S
• ED
散射光直接进入传感器的辐射（程
辐射亮度LP）
L
R T
E0T S
cos
R T
SED
SLP
7
大气影响的定量分析
L
R T
E0T S
cos
R T
SED
SLP
大气的影响主要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。
8
第六章 遥感图像辐射处理
§6.1遥感图像的辐射处理
2、大气校正 1）基于辐射传输方程的大气校正 6S模型、LOWTRAN模型、MORTRAN模型、 ATCOR模型等；
各灰度级像素
3 计算原始直方图 0.19 0.25 0.21 0.16 0.08 0.06 0.03 0.02
4 计算累计直方图T 0.19 0.44 0.65 0.81 0.89 0.95 0.98 1
5
对(N-1)*T
1
3
566
四舍五入取整(t)
6 确定映射对应关系 0->1 1->3 2->5 3,4->6
频率高的部分被增强了,频率低的部分被压缩。
29
效果：增强了峰值处的对比度，两端（最亮和最 暗）的对比度减弱了
30
第六章 遥感图像辐射处理
§6.2遥感图像辐射增强
1 列出原始图像的 0
1
234
5
6
7
灰度级k=0,1,…7
2 统计原始直方图 790 1023 850 656 329 245 122 81
辐射（误差）校正
消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输 出的辐射能量中的各种噪声的过程。
2
第六章 遥感图像辐射处理
遥感数字图像处理教程_06遥感图像的辐射校正
四、辐射传输方程
辐射传输方程：从辐射源经过大气层到达传感器的过程 中电磁波能量变化的数学模型。 传感器接收到的电磁波谱能量包括：太阳经大气衰减后 照射地面，经地物反射后，又经大气第二次衰减进入传感器 的能量；地面物体本身辐射的能量经大气后进入传感器；大 气散射和大气辐射的能量等。
太阳天顶角 地物光谱反 射率 Z1到Z2区段大气层的 光学厚度
a. 等概率变换
理论基础：两幅图像重叠部分灰度分布应相同。
设F、G两幅影像，以影像F为标准进行变换。在重叠部分，G影像上灰
度值小于gi的像元百分数为P，对应在F影像上占有同样百分数P的像 元灰度值为fi,这样就找到了gi应变换成fi，找出重叠部分影像G上所有 灰度值应变换成的值g’,列出变换表，根据该表将影像G各像元的灰 度值进行变换。 简单、但存在位置配准误差。
b. 线性灰度变换
在两张影像的重叠部分各取出相对应的n个点，建立线性回归方程； 然后运用最小二乘法求线性方程系数。以其中一幅影像为标准，对另 一幅影像进行变换，从而达到灰度一致化。 特点：简单易行，n足够大时有一定的精度。
5.3.2 遥感器端的辐射校正
背景：20世纪70年代末到80年代初，航天定量遥感技术的 迅速发展，遥感应用日趋定量化，进一步改进卫星定量遥感 精度的要求迫切。 80年代初，以美国Arizona大学光学中心的P.N.Slater教授为 代表提出了辐射校正场技术--利用地球表面大面积均匀的地 物为目标，当卫星过顶时实施同步地面观测，以实现对在轨 道上运行的卫星传感器做辐射校正。
传感器端的辐射校正（内部误差）
大气校正（外部误差）
地表辐射校正（外部误差）
5.1 大气层对电磁波传输过程的影响
5.2 辐射误差
遥感图像处理辐射
1、回归分析法
对MSS4、7波段 ya4b4x
n
[(L7(i) L7)(L4(i) L4)]
b4 i1 n
[(L7(i) L7)2]
a4 L4b4L7
i1
大气校正公式：
L4 L4a4
2、直方图法
图像中亮度为零的目标，如深海水体、阴影等，只有在没有受大 气影响的情况下，其亮度值才可能为零。
8
遥感图像增强
➢遥感图像的辐射处理------定量遥感的基础 • 传感器辐射定标 • 辐射校正
2
传感器辐射定标
-----对传感器的探测值进行标定，用以确定传感器入口 处的准确辐射值。
➢绝对定标
建立传感器测量的数字信号(DN)与对应的辐射能量之间 的 数量关系。绝对定标在卫星发射前后都要进行。
DiNAiLi Ci
•图像直方图总体形状应类似； •图像中黑与亮特征应相同； •对某些应用，图像的空间分辨率应相同； •图像上地物分布应相同。
➢直方图匹配时可建立一个查找表来作为变换函数。
15
反差调整 密度分割
dij
dij dmin n dmaxdmin
➢影像的辐射校正 ➢太阳高度角和地形影响引起的辐射误差校正 ➢大气校正
4
影像的辐射校正
方法一：简化的理论计算
• 可见光和近红外波段，求反射率
传感器入口处的
辐射亮度：
L sL gexp V ()L d
{g (/)E [ 0 ()co 2esx s p e 2 () c E d ]e }x p s e (V ) cL d
原理：在遥感成像的同时，同步获取成像目标的反射率，或通过预 先设置已知反射率的目标，把地面实况数据与传感器的输出数据进行 比较，来消除大气的影响。
Pen06 遥感影像辐射处理
第 6 章 遥 感 影 像 辐 射 处 理
1.2.2、传感器辐射定标相对定标
绝对定标：确定传感器输出信号量化值与其对应的入射能量值之 间的定量关系（定标系数） 场地外定标：定标实验场与星上传感器开展同步定标测量， 根据大气条件参数、地物反射率，用辐射传输方程计算传感 器入射能量值 美国新墨西哥州 White Sands、法国马赛西北 La Crau 西藏纳木错湖、山东禹城、敦煌西戈壁滩、青海湖 场地面积大、地区均匀、大气条件理想 模拟了传感器成像条件 大气条件（参数）误差、辐射传输方程误差、… 相对定标：传感器探测元件归一化，校正不同探测元件间的响应 度差异，确保相同灰度值表示相同的入射 EMR 能量 比如：条带噪声（也可以用数字影像处理方法消除）
第 6 章 遥 感 影 像 辐 射 处 理
1、辐射处理辐射传输方程（地面水平、没有起伏）
第 6 章 遥 感 影 像 辐 射 处 理
1、辐射处理辐射传输方程
灰度值失真（辐射值误差） Fra bibliotek 传感器灵敏度 光学镜头的非均匀性﹣边缘减光 光电变换系统灵敏度﹣波谱响应、输出 老化﹣灵敏度降低 … 光照条件 太阳高度角﹣变化 地形﹣起伏面 大气 散射 吸收﹣辐射 路径﹣长度
第 6 章 遥 感 影 像 辐 射 处 理
1.2.5、传感器辐射定标灵敏度校正
传感器校正内容 A. 边缘减光 B. 光电转换灵敏度
第 6 章 遥 感 影 像 辐 射 处 理
A、边缘减光校正光学镜头非均匀性
θ：成像路径与光轴的夹角
第 6 章 遥 感 影 像 辐 射 处 理
B、光电转换灵敏度校正
第 6 章 遥 感 影 像 辐 射 处 理
遥感图像的辐射处理讲课讲稿
2) 遥感器星上内定标
光学遥感的星上内定标一般采用灯定标、 太阳定标及黑体定标。
其优点可对一些光学遥感实时定标，不足 的是，大部分星上定标都只是部分系统和部分 口径定标，没有模拟遥感器的成像状态，星上 定标系统也不够稳定，也影响了定标精度。
3) 遥感器场地外定标
即在遥感器飞越辐射定标场上空，在定标 场选择若干象元区，测量遥感器对应的各波段 地物的光谱反射率和大气光谱参量，并利用大 气辐射传输模型给出遥感器入瞳处各光谱带的 辐射亮度，最后确定它与遥感器对应输出的数 字量化的数量关系，求解定标系数，并进行误 差分析。
第5讲
课 题：遥感图像的辐射处理（1） 目的要求：1. 了解辐射传输过程； 2.了解产生
辐射误差的原因；3.了解辐射校正的原理 重 点：辐射校正的过程 难 点：辐射误差的来源
教学课时：2课时 教学方法：授课为主、鼓励课堂交流
本次课涉及的学术前沿：图像的增强处理
1、遥感图像的辐射校正
概念：
辐射校正是指消除或改正遥感图像成像过 程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪 声的过程。 遥感图像的辐射误差主要包括：
一、直方图变换
4. 数字图像直方图:以每个像元为单位，表示
图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率 的分布图。
a图像直方图靠近低灰度区，该图像属于低反射率景物图像； b图像为高反射率景物图像； c图像直方图标准差偏小，为低反差景物图像； d图像直方图的标准差较大，为高反差景物的图像； e图像直方图呈现出多峰，图中有多种地物出现的频率较高； f图像直方图呈现出双峰，并且高亮度地物（如云、白背景等）出现频
4 亮度反转处理
灰度反转是指图像灰度范围进行线性 或非线性取反，产生一幅与输入图像灰 度相反的图像，其结果是原来亮度的地 方变暗，原来暗的地方变亮。
第六章遥感图像处理PPT学习教案
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四、太阳高度和地形校正
美国达特茅斯大学的Reeder博士对位于Grand的阔叶落叶 林区Landsat TM 4影像亮度值与入射角I余弦、坡度、高 程分别进行回归分析，发现影像亮度值与cosI之间具有 高度相关性，相关系数达0．64，而与坡度、高程的相关 性相对较低，相关系数仅有0．04和0．03.
按
按
等
等
级ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
级
划
赋
分
色
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b.多波段彩色变换
多波段彩 色变换 就是指 多波段 图像中 选出三 个波段 ，分别 赋予红 、绿、 蓝三原 色进行 合成， 得到彩 色合成 图像。
常用的波 段组合 有：真 彩色合 成图像 、假彩 色合成 图像等 等。
第24页/共84页
真彩色合成图像 321
标准假彩色合成图像 432
采用TM4（0.76-0.9um）、TM3、TM2三 波段， 分别通 过红、 绿、蓝 滤光系 统合成 产生的 彩色图 像则是 标准假 彩色图 像。
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返回
3、彩色变换
彩色变换就是将黑白图像转换成彩色图像的方法。 主用的方法有单波段彩色变换、多波段彩色变换、
HLS变换等。
＝黑
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黄
红
绿
黑
品
蓝
青
（二）光学原理
1、光学彩色合成
（1）加色法彩色合成 1）合成仪法：是将不同波段的黑白透明片分别
放入有红、绿、蓝滤光片的光学投影通道中精确配 准和重叠，生成彩色影像的过程。
2）分层曝光法：指利用彩色胶片具有的三层乳 剂，使每一层乳剂依次曝光的方法。
四、太阳高度和地形校正
美国达特茅斯大学的Reeder博士对位于Grand的阔叶落叶 林区Landsat TM 4影像亮度值与入射角I余弦、坡度、高 程分别进行回归分析，发现影像亮度值与cosI之间具有 高度相关性，相关系数达0．64，而与坡度、高程的相关 性相对较低，相关系数仅有0．04和0．03.
按
按
等
等
级ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
级
划
赋
分
色
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b.多波段彩色变换
多波段彩 色变换 就是指 多波段 图像中 选出三 个波段 ，分别 赋予红 、绿、 蓝三原 色进行 合成， 得到彩 色合成 图像。
常用的波 段组合 有：真 彩色合 成图像 、假彩 色合成 图像等 等。
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真彩色合成图像 321
标准假彩色合成图像 432
采用TM4（0.76-0.9um）、TM3、TM2三 波段， 分别通 过红、 绿、蓝 滤光系 统合成 产生的 彩色图 像则是 标准假 彩色图 像。
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返回
3、彩色变换
彩色变换就是将黑白图像转换成彩色图像的方法。 主用的方法有单波段彩色变换、多波段彩色变换、
HLS变换等。
＝黑
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黄
红
绿
黑
品
蓝
青
（二）光学原理
1、光学彩色合成
（1）加色法彩色合成 1）合成仪法：是将不同波段的黑白透明片分别
放入有红、绿、蓝滤光片的光学投影通道中精确配 准和重叠，生成彩色影像的过程。
2）分层曝光法：指利用彩色胶片具有的三层乳 剂，使每一层乳剂依次曝光的方法。
遥感原理与方法——辐射校正
设E0为某一波长的辐照度，θ为入射方向的天顶角，当无大气 存在的时候，地面上单位面积的辐照度为：
E1=E0•COSθ
假定地表面是朗伯体，其表面是漫反射，则某方向物体的亮度 是
L0=Rλ•E1/π Rλ是地物反射率， π是球面度（半球反射）
传感器接收信号时，受仪器的影响还有一个系统增益系数S,这时， 进入传感器的亮度值为
2）野外波谱测试回归分析法（不常用）
野外波谱测试与地面调查同步进行,通常选用同类仪器测量,将 地面测量结果与卫星影象对应的亮度值进行回归分析,见上 图,(再进行比较时,应将图象象元亮度值转换为辐射率),
回归方程
L=A+BR,
A为一固定的常数，B为回归系数，R为地面反射率。BR（L较） 为不受大气影响的辐射率，所以校正公式为
于气溶胶引起的散射造成的，在热红外区，大气的影响主要是由
于水蒸气的吸收造成的，为了消除大气的影响，需要测定可见光
和近红外区的气溶胶的密度和热红外区的水蒸气密度，实现起来 比较困难
L较=L-A,
即图像中的每一个象元值都扣除A的影响。由于地面反射率不 具有普遍性，所以这个方法不常用。
3）辐射传递方程计算法（不常用）
若地面的辐射能量为E0,它通过高度为H的大气层后，传感器接收 系统所能收集到的电磁波能可见光和近红外区，大气的影响主要是由
既光学摄影机和光电扫描仪引起的辐射误差，—通过辐射校正场 或地面光谱测量来对传感器定标。这一工作由地面接收站来完成。
二)是太阳辐射引起的辐射误差 1)太阳位置引起的辐射误差 2）地形起伏引起的辐射误差 三是大气影响引起的辐射误差
1）大气影响的定量分析 进入大气的太阳辐射会发生反射，折射，吸收，散射和投射。 如果没有大气存在，传感器接收的辐照度只与太阳辐射到达地 面的辐照度和地物的反射率有关，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，这两部分又增强了信号，但是没有用的。
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传感器
入瞳处各光谱 带的辐射亮度
大气参 数
大气传输模型
定标场地
39
五、场地定标
1.场地定标的原理与特点
• 原理
2.然后利用大气辐射传输模型等手段给出 成像光谱仪入瞳处各光谱带的辐射亮度。
关键大气辐射传输模型 辐射亮度
3.最后确定它与传感器对应输出的数字量 化值的数量关系，求解定标系数并估算定标不 确定性。
54
五、场地定标
4.反射基法
• 反射基法原理
太阳入射辐射
灰 度
传感器入瞳处
表观反射率 整体看待
天空 光
透 射
程辐 射 反射能
55
五、场地定标
4.反射基法 入曈处 辐射亮度L 的计算
辐射亮度L = 辐射出射度M
L
E
辐射出射度M 单位面积所出射的辐射通量（W/m2）
表观反射率 * 辐射出射度M 辐射照度E
37
五、场地定标
1.场地定标的原理与特点
• 原理 1. 机载或星载成像光谱仪飞越辐射定标场 地上空时，同步地在定标场地选择若干像元区， 测量成像光谱仪对应的地物的各波段光谱反射 率和大气光谱等参量。
关键：同步 光谱反射率 为什么要同步？ 大气光谱
38
五、场地定标
1.场地定标的原理与特点
对应输出的量化值
水稻: 武香5021
影 像 光 谱 响 应 曲 线
5
一、遥感图像辐射校正概述
思考：传感器在空中所获取的像元响应曲线，是否 真实的反应了目标在不同波长下的反射率？ • 利用已知目标测试 白 100%
反 射 率 波长
板 实 际 光 谱 曲 线
白板特点：对所有 波长的电磁波的反 射率都相同。
不一致
地面布控了白板的原始高光谱影像
19
三、遥感图像实验室定标
2.光谱定标 在实验室里，突出的优势是什么？
人工创造理想状态
单频性
单色仪 连续性
某一时刻只输出某一已知 波长的辐射能 波长可以连续变化
20
三、遥感图像实验室定标
2.光谱定标 单色仪
按 照 一 定 的 波 长 渐 变
输 入 值
中心 波长
波长
照 射
成像光谱仪某波段通道
响 应 值
12/27
2. 已知与未知
建 立 起 传 感 器 记 录 值 与 入 瞳 辐 射 值 的 联 系
传感器响应
灰度 已知 已知
大气传输
辐射值 L
传感器 辐射值 L 未知 未知
大气-地表过程 地物光谱特征
从 入 瞳 辐 射 值 中 消 除 大 气 影 响
10
二、遥感图像辐射定标原理
3. 定标的类型
1. 实验室定标 2. 机上和星上定标 3. 场地定标
第六章 遥感图像的辐射处理
1
遥感图像的辐射定标与校正
2
遥感图像的四则运算
3
遥感图像的融合
第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与校正
一、遥感图像辐射校正概述 二、遥感图像辐射定标原理 三、遥感图像实验室定标 四、遥感图像机上星上定标 五、场地定标 六、其他定标方法
2
一、遥感图像辐射校正概述
•各类地物反射光谱曲线
关键词： 定标系数 不确定性
40
五、场地定标
1.场地定标的原理与特点
• 原理 入瞳处各光谱带的辐射亮度值可由下式计算：
光谱反射率 大气光谱 太阳辐射能 待求 已知
41
五、场地定标
1.场地定标的原理与特点
• 特点
• 以大面积地表均匀地物作为定标源 • 多通道、动态、大范围定标 • 考虑大气传输环境的影响
22
三、遥感图像实验室定标
3.辐射定标
(第i通道)
对辐射亮度值L已知的光源进行拍照 从照片上读出灰度值DN
建立方程 将Ai和Bi 解算出来
积分球
思考：一次线性方程包含 两个未知数，需要至少做 几次观测？
23
三、遥感图像实验室定标
3.辐射定标 例：现有两个已知的辐射源
辐射源1
成像光谱仪
照片显示灰度
14
三、遥感图像实验室定标
1.定标的关键
建立起传感器各通道记录灰度 值与入瞳辐射值之间的联系。
•多参数严密方程
参数 变量
16
15
三、遥感图像实验室定标
1.定标的关键
建立起传感器各通道记录灰度 值与入瞳辐射值之间的联系。
• 线性方程
(第i通道)
16
三、遥感图像实验室定标
实验室调试
发射
在轨运行
发射前在实验室中进行的定标 光谱定标 辐射定标
17
实验室定标
三、遥感图像实验室定标
2.光谱定标
列
行
波 段
成像光谱仪一次能拍摄成百 上千张照片，每张照片称为一个 波段的影像，每个波段的影像体 现着不同的信息。 影不 像同 灰波 段 度的 不 反同 射波 率长 的
每个波段的影像对应的波长是多少？
18
三、遥感图像实验室定标
2.光谱定标 在确定成像光谱仪增益系数和偏置量之前， 必须通过的光谱定标，获取成像光谱仪每个波段 的中心波长及带宽。 如何确定传感器各波段通道的 中心波长？
51
五、场地定标
3.场地定标的常用方法 • 反射基法 • 辐照度基法 • 辐亮度基法
52
五、场地定标
53
五、场地定标
4.反射基法 认为卫星传感器所接收到的光谱辐射 是太阳光谱辐射、大气及地面三者相互作 用的总贡献。
具有足够大面积、表面均匀反射比 已知的目标——辐射较正场。
关键：入曈处辐射亮度的计算方法
(HyperScan成像光谱仪)
影 像 光 谱 响 应 曲 线
6
一、遥感图像辐射校正概述
• 辐射校正
地物光谱特征 光 谱 特 征 重 建
光谱反射率(可见光、近红外)
辐射亮度温度（热红外）
传感器记录值
灰度信息
7
第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与校正
一、遥感图像辐射校正概述 二、遥感图像辐射定标原理 三、遥感图像实验室定标 四、遥感图像机上星上定标 五、场地定标 六、其他定标方法
42
五、场地定标
定标场地要求
面积大+地物均匀+有利的大气环境
优点:实现了对遥感器运行状态下与获取地面图象完全相
同条件的绝对校正。
不足:需要测量和计算空中遥感器过顶时的大气环境和地物
反射率。
43
五、场地定标
法国的SPOT、 ERS一1/2分别建立了校准试验 场， 其中SPOT图像定标精度已达97％。
敦煌陆面试验场又包括三部分： • 敦煌试验场500m×500m中心区 • 敦煌场20km×20Km的大区 • 敦煌场10Km×10Km气象卫星同步观测区
48
五、场地定标
1.场地定标的原理与特点 • 辐射校正场
自动太阳跟踪辐射计
CIMEL CE317太阳辐射计
49
五、场地定标
1.场地定标的原理与特点 • 辐射校正场
单位面积、单位立体角所出射的辐射通量（W/sr.m2）
56
L * Es cos s / d 2 4.反射基法 Es cos s * 入曈处 辐射亮度L 的计算 L d2 辐射出射度M L L 表观反射率 *
遥感器星上内定标
灯定标
太阳定标
月亮定标
32
四、遥感图像机上星上定标
3.星上定标
33
四、遥感图像机上星上定标
3.星上定标
34
四、遥感图像机上星上定标
3.星上定标
优点+缺点 优点: 可对一些光学遥感实时定标 不足: 大部分只是部分系统定标; 没有模拟遥感器的成像状态; 星上定标系统也不够稳定。
35
但传感器的性能会随着空间环境的变化而变 化，经过搬运、安装和操作等过程，定标参数 会失准，因此机上或星上定标十分必要。 遥感卫星升空后并不 能马上投入观测工作
29
四、遥感图像机上星上定标
2.机上定标
• 机上定标用来经常性的检查飞行中的定标情 况，一般采用内定标方法。
辐射定标源、定标光学系统都在飞行器上。 • 实施过程与实验室定标有类似之处。 • 人造辐射源 • 辐射定标源进入遥感器的路径与地面物体 类似，通过所有光路并且充满仪器孔径。
场地定标
反映入轨运行的实际情况
12
二、遥感图像辐射定标原理
3. 定标的类型 (b)三种类型定标方式的差异 •入瞳辐射值的获取方式不同
实验室定标
机上星上定标
实验室测得
机上星上测得 根据模型计算得到
场地定标
13
第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与校正
一、遥感图像辐射校正概述 二、遥感图像辐射定标原理 三、遥感图像实验室定标 四、遥感图像机上星上定标 五、场地定标 六、其他定标方法
中国遥感辐射校正场 为了适应卫星定量化遥感技术和遥感资料定量化应 用技术发展的需要，由中国气象局国家卫星气象中心牵 头，国内7个部委的11个单位参加合作，于2000年建成了 “中国遥感卫星辐射校正场”。
47
五、场地定标
1.场地定标的原理与特点 • 辐射校正场
辐射校正场包括: 敦煌陆面试验场和青海湖水面试验场
第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与校正
一、遥感图像辐射校正概述 二、遥感图像辐射定标原理 三、遥感图像实验室定标 四、遥感图像机上星上定标 五、场地定标 六、其他定标方法
36
五、场地定标
1.场地定标的原理与特点 场地定标是指遥感器处于正常运行条 件下，选择辐射定标场地，通过地面同步 测量对遥感器进行定标。
50%
入瞳处各光谱 带的辐射亮度
大气参 数
大气传输模型
定标场地
39
五、场地定标
1.场地定标的原理与特点
• 原理
2.然后利用大气辐射传输模型等手段给出 成像光谱仪入瞳处各光谱带的辐射亮度。
关键大气辐射传输模型 辐射亮度
3.最后确定它与传感器对应输出的数字量 化值的数量关系，求解定标系数并估算定标不 确定性。
54
五、场地定标
4.反射基法
• 反射基法原理
太阳入射辐射
灰 度
传感器入瞳处
表观反射率 整体看待
天空 光
透 射
程辐 射 反射能
55
五、场地定标
4.反射基法 入曈处 辐射亮度L 的计算
辐射亮度L = 辐射出射度M
L
E
辐射出射度M 单位面积所出射的辐射通量（W/m2）
表观反射率 * 辐射出射度M 辐射照度E
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五、场地定标
1.场地定标的原理与特点
• 原理 1. 机载或星载成像光谱仪飞越辐射定标场 地上空时，同步地在定标场地选择若干像元区， 测量成像光谱仪对应的地物的各波段光谱反射 率和大气光谱等参量。
关键：同步 光谱反射率 为什么要同步？ 大气光谱
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五、场地定标
1.场地定标的原理与特点
对应输出的量化值
水稻: 武香5021
影 像 光 谱 响 应 曲 线
5
一、遥感图像辐射校正概述
思考：传感器在空中所获取的像元响应曲线，是否 真实的反应了目标在不同波长下的反射率？ • 利用已知目标测试 白 100%
反 射 率 波长
板 实 际 光 谱 曲 线
白板特点：对所有 波长的电磁波的反 射率都相同。
不一致
地面布控了白板的原始高光谱影像
19
三、遥感图像实验室定标
2.光谱定标 在实验室里，突出的优势是什么？
人工创造理想状态
单频性
单色仪 连续性
某一时刻只输出某一已知 波长的辐射能 波长可以连续变化
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三、遥感图像实验室定标
2.光谱定标 单色仪
按 照 一 定 的 波 长 渐 变
输 入 值
中心 波长
波长
照 射
成像光谱仪某波段通道
响 应 值
12/27
2. 已知与未知
建 立 起 传 感 器 记 录 值 与 入 瞳 辐 射 值 的 联 系
传感器响应
灰度 已知 已知
大气传输
辐射值 L
传感器 辐射值 L 未知 未知
大气-地表过程 地物光谱特征
从 入 瞳 辐 射 值 中 消 除 大 气 影 响
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二、遥感图像辐射定标原理
3. 定标的类型
1. 实验室定标 2. 机上和星上定标 3. 场地定标
第六章 遥感图像的辐射处理
1
遥感图像的辐射定标与校正
2
遥感图像的四则运算
3
遥感图像的融合
第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与校正
一、遥感图像辐射校正概述 二、遥感图像辐射定标原理 三、遥感图像实验室定标 四、遥感图像机上星上定标 五、场地定标 六、其他定标方法
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一、遥感图像辐射校正概述
•各类地物反射光谱曲线
关键词： 定标系数 不确定性
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五、场地定标
1.场地定标的原理与特点
• 原理 入瞳处各光谱带的辐射亮度值可由下式计算：
光谱反射率 大气光谱 太阳辐射能 待求 已知
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五、场地定标
1.场地定标的原理与特点
• 特点
• 以大面积地表均匀地物作为定标源 • 多通道、动态、大范围定标 • 考虑大气传输环境的影响
22
三、遥感图像实验室定标
3.辐射定标
(第i通道)
对辐射亮度值L已知的光源进行拍照 从照片上读出灰度值DN
建立方程 将Ai和Bi 解算出来
积分球
思考：一次线性方程包含 两个未知数，需要至少做 几次观测？
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三、遥感图像实验室定标
3.辐射定标 例：现有两个已知的辐射源
辐射源1
成像光谱仪
照片显示灰度
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三、遥感图像实验室定标
1.定标的关键
建立起传感器各通道记录灰度 值与入瞳辐射值之间的联系。
•多参数严密方程
参数 变量
16
15
三、遥感图像实验室定标
1.定标的关键
建立起传感器各通道记录灰度 值与入瞳辐射值之间的联系。
• 线性方程
(第i通道)
16
三、遥感图像实验室定标
实验室调试
发射
在轨运行
发射前在实验室中进行的定标 光谱定标 辐射定标
17
实验室定标
三、遥感图像实验室定标
2.光谱定标
列
行
波 段
成像光谱仪一次能拍摄成百 上千张照片，每张照片称为一个 波段的影像，每个波段的影像体 现着不同的信息。 影不 像同 灰波 段 度的 不 反同 射波 率长 的
每个波段的影像对应的波长是多少？
18
三、遥感图像实验室定标
2.光谱定标 在确定成像光谱仪增益系数和偏置量之前， 必须通过的光谱定标，获取成像光谱仪每个波段 的中心波长及带宽。 如何确定传感器各波段通道的 中心波长？
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五、场地定标
3.场地定标的常用方法 • 反射基法 • 辐照度基法 • 辐亮度基法
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五、场地定标
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五、场地定标
4.反射基法 认为卫星传感器所接收到的光谱辐射 是太阳光谱辐射、大气及地面三者相互作 用的总贡献。
具有足够大面积、表面均匀反射比 已知的目标——辐射较正场。
关键：入曈处辐射亮度的计算方法
(HyperScan成像光谱仪)
影 像 光 谱 响 应 曲 线
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一、遥感图像辐射校正概述
• 辐射校正
地物光谱特征 光 谱 特 征 重 建
光谱反射率(可见光、近红外)
辐射亮度温度（热红外）
传感器记录值
灰度信息
7
第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与校正
一、遥感图像辐射校正概述 二、遥感图像辐射定标原理 三、遥感图像实验室定标 四、遥感图像机上星上定标 五、场地定标 六、其他定标方法
42
五、场地定标
定标场地要求
面积大+地物均匀+有利的大气环境
优点:实现了对遥感器运行状态下与获取地面图象完全相
同条件的绝对校正。
不足:需要测量和计算空中遥感器过顶时的大气环境和地物
反射率。
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五、场地定标
法国的SPOT、 ERS一1/2分别建立了校准试验 场， 其中SPOT图像定标精度已达97％。
敦煌陆面试验场又包括三部分： • 敦煌试验场500m×500m中心区 • 敦煌场20km×20Km的大区 • 敦煌场10Km×10Km气象卫星同步观测区
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五、场地定标
1.场地定标的原理与特点 • 辐射校正场
自动太阳跟踪辐射计
CIMEL CE317太阳辐射计
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五、场地定标
1.场地定标的原理与特点 • 辐射校正场
单位面积、单位立体角所出射的辐射通量（W/sr.m2）
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L * Es cos s / d 2 4.反射基法 Es cos s * 入曈处 辐射亮度L 的计算 L d2 辐射出射度M L L 表观反射率 *
遥感器星上内定标
灯定标
太阳定标
月亮定标
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四、遥感图像机上星上定标
3.星上定标
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四、遥感图像机上星上定标
3.星上定标
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四、遥感图像机上星上定标
3.星上定标
优点+缺点 优点: 可对一些光学遥感实时定标 不足: 大部分只是部分系统定标; 没有模拟遥感器的成像状态; 星上定标系统也不够稳定。
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但传感器的性能会随着空间环境的变化而变 化，经过搬运、安装和操作等过程，定标参数 会失准，因此机上或星上定标十分必要。 遥感卫星升空后并不 能马上投入观测工作
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四、遥感图像机上星上定标
2.机上定标
• 机上定标用来经常性的检查飞行中的定标情 况，一般采用内定标方法。
辐射定标源、定标光学系统都在飞行器上。 • 实施过程与实验室定标有类似之处。 • 人造辐射源 • 辐射定标源进入遥感器的路径与地面物体 类似，通过所有光路并且充满仪器孔径。
场地定标
反映入轨运行的实际情况
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二、遥感图像辐射定标原理
3. 定标的类型 (b)三种类型定标方式的差异 •入瞳辐射值的获取方式不同
实验室定标
机上星上定标
实验室测得
机上星上测得 根据模型计算得到
场地定标
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第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与校正
一、遥感图像辐射校正概述 二、遥感图像辐射定标原理 三、遥感图像实验室定标 四、遥感图像机上星上定标 五、场地定标 六、其他定标方法
中国遥感辐射校正场 为了适应卫星定量化遥感技术和遥感资料定量化应 用技术发展的需要，由中国气象局国家卫星气象中心牵 头，国内7个部委的11个单位参加合作，于2000年建成了 “中国遥感卫星辐射校正场”。
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五、场地定标
1.场地定标的原理与特点 • 辐射校正场
辐射校正场包括: 敦煌陆面试验场和青海湖水面试验场
第六章 第1节 遥感图像的辐射定标与校正
一、遥感图像辐射校正概述 二、遥感图像辐射定标原理 三、遥感图像实验室定标 四、遥感图像机上星上定标 五、场地定标 六、其他定标方法
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五、场地定标
1.场地定标的原理与特点 场地定标是指遥感器处于正常运行条 件下，选择辐射定标场地，通过地面同步 测量对遥感器进行定标。
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