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1、第 三 届 长 三 角 科 技 论 坛 测 绘 分 论 坛 论 文 集遥 感 图 像 大 气 校 正 方 法 概 述王 朝 晖 , 石 晓 峰江 苏 省 侧 绘 工 程 院 , 江 苏 南 京摘 要 本 文 两 单 介 绍 遥 感 图 像 大 气 校 正 的 原 理 , 并 时 目 前 常 用 的 大 气 校 正 方 法 做 一 概 括 介 绍 , 包 括 辐 射 传 扮 模型 法 、 黑 暗 像 元 法 、 不 变 目 标 法 、 直 方 图 匹 配 法 等 , 分 析 了 各 种 方 法 的 优 缺 点 , 以 及 它 们 各 自 的 使 用 范 围 , 并 概 括 了不 同 方 法 在
2、国 内 外 的 应 用 情 况关 健 词 遥 感 图 像 大 气 校 正简 介由 于 对 叼 吸 万 数 据 的 大 量 应 用 , 科 学 家发 现 了 利 用 图 像 进 行 相 对 大 气 校 正 的 方 法 , 这 一方 法 可 以 很 好 的 解 决 由 于 气 溶 胶 分 布 的 差 异 所 带 给图 像 的 差 异 , 从 而 是 的 经 过 该 方 法 校 正 的 遥 感 图 像 能更 好 的 反 映 地 表 的 真 实 情 况 但 是 这 一 方 法 只 能 用 于地 表 反 射 率 固 定 的 不 变 的 情 况 , 所 以 其 应 用 也 受 到 了一 定 的 限 制 ,
3、 所 以 人 们 开 始 利 用 遥 感 图 像 本 身 的 信 息来 获 取 大 气 信 息 , 然 后 对 其 进 行 校 正 。几 种 大 气 校 正 方 法到 目 前 为 止 , 遥 感 图 像 的 大 气 校 正 方 法 有 很多 , 这 些 校 正 方 法 按 照 校 正 后 的 结 果 可 以 分 为 种绝 对 大 气 校 正 方 法 和 相 对 大 气 校 正 方 法 。 绝 对 大气 校 正 方 法 是 将 遥 感 图 像 的 值转 换 为 地 表 反 射 率 或 地 表 反 射 辐 亮 度 的 方 法 。 相对 大 气 校 正 方 法 校 正 后 得 到 的 图 像 , 相
4、 同 的 值表 示 相 同 的 地 物 反 射 率 , 其 结 果 不 考 虑 地 物 的 实 际反 射 率 。 按 照 校 正 的 过 程 , 可 以 分 为 间 接 大 气 校 正方 法 , 和 直 接 大 气 校 正 方 法 。 直 接 大 气 校 正 是 指 根据 大 气 状 况 对 遥 感 图 像 测 量 值 进 行 调 整 , 以 消 除 大气 影 响 , 进 行 大 气 较 正 。 大 气 状 况 可 以 是 标 准 的 模式 大 气 或 地 面 实 测 资 料 , 也 可 以 是 由 图 像 本 身 进 行反 演 的 结 果 。 间 接 大 气 校 正 指 对 一 些 遥 感
5、常 用 函数 , 如 进 行 重 新 定 义 , 形 成 新 的 函 数 形 式 , 以减 少 对 大 气 的 依 赖 , 这 种 方 法 不 必 知 道 大 气 各 种参 数 。辐 射 传 愉 模 型 。辐 射 传 输 模 型 法 式 大 气 校 正 方 法 中 校 正 精 度较 高 的 一 种 。 输 模 型 法 。 辐 射 传 输 模 型 法 是 利 用电 磁 波 在 大 气 中 的 辐 射 传 输 原 理 建 立 起 来 的 模 型对 遥 感 图 像 进 行 大 气 校 正 的 方 法 。 其 算 法 在 原 理上 基 木 相 同 , 差 异 在 于 不 同 的 假 设 条 件 和 适
6、 用 的 范围 , 因 此 产 生 了 很 多 可 供 选 择 的 大 气 较 正 模 型 , 应用 广 泛 的 就 有 近 个 。 例 如 模 型 、模 型 、 模 型 、 大 气 去 除 程 序 、紫 外 线 和 可 见 光 辐 射 模 型 , 大气 校 正 模 型 、 空 间 分 布 快 速 大 气 校 正 模 型等 等 。 其 中 以 、 、 、和 模 型 应 用 最 为 广 泛 。模 型模 型 是 在 法 国 大 气 光 学 实 验 室 , 和 美 国 马 里 兰 人 学 地 理 系在模 型 的 基 础 上 发 展 起 来 的 。该 模 型 采 用 了 最 新 近 似 和 逐 次 散
7、射 。 算 法 来 计 算散 射 和 吸 收 , 改 进 了 模 型 的 参 数 输 入 , 使 其 更 接 近实 际 , 该 模 型 对 主 要 大 气 效 应 , , , , 等 气 体 的 吸 收 , 大 气 分 子 和 气 溶 胶的 散 射 都 进 行 了 考 虑 。 它 不 仅 可 以 模 拟 地 表 非 均一 性 , 还 可 以 模 拟 地 表 双 向 反 射 特 性 。 模 型 与模 型 模 型 比 较 具 有 较 高的 精 度 。模 型大 气 校 正 模 型 是 由 德 国 光电 研 究 所 的 博 士 于 年 研 究 提出 的 一 种 快 速 大 气 较 正 算 法 , 并
8、且 经 过 大 量 的 验 证和 评 估 , 该 模 型 已 经 广 泛 应 用 于 很 多 的 通 用 图 像 处理 软 件 如 、 。 目 前 模 型 是经 历 了 多 次 改 进 和 完 善 的 产 品 。 上 述 软 件中 引 入 的 即 为 版 本 。 年 和 年及 模 型 适 用 范 围 推 广 到 更 广 泛的 山 区 。 虽 然 受 局 地 气 候 的 控 制 以 及 新 模 块 需 要进 一 步 的 完 善 , 但 系 列 仍 然 是的 主 产 品 。 是 一 个 应 用 于 高 空 间 分 辨 率光 学 卫 星 传 感 器 的 快 速 大 气 校 正 模 型 , 它 假 定
9、 研 究遥 感 图 像 大 气 校 正 方 法 概 述区 域 是 相 对 平 的 地 区 并 且 大 气 状 况 通 过 一 个 查 证表 来 描 述 。 在 具 体 实 施 过 程 中 将 针 对 太 阳 光 谱 区间 和 热 光 谱 范 围 进 行 计 算 。模 型模 型 主 要 是 对 模 型的 光 谱 分 辨 率 进 行 了 改 进 , 它 把 光 谱 分 辨 率 从一 减 少 到 。 一 , 发 展 了 一 种 一 光 谱 分 辨 率的 分 子 吸 收 的 算 法 和 更 新 了 对 分 子 吸 收 的 气 压 温度 关 系 的 处 理 , 同 时 维 持 的 基 木 程 序和 使
10、用 结 构 。 提 供 的 大 气 校 正模 型 就 是 使 用 了 改 进 的 模 型 的 代 码 。黑 暗 像 元 法用 黑 暗 像 元 法 进 行 大 气 校 正 主 要 是 依 靠 图 像本 身 的 信 息 , 一 些 不 能 直 接 在 图 像 上 获 得 的 信 息 ,可 在 相 应 的 文 献 资 料 中 找 到 。 这 种 方 法 直 接 、 简易 , 其 校 正 精 度 可 以 满 足 一 般 遥 感 研 究 和 应 用 , 具有 较 强 的 实 用 性 。该 方 法 的 基 木 原 理 就 是 在 假 定 待 校 正 的 遥 感图 像 上 存 在 黑 暗 像 元 区 域 ,
11、 地 表 为 朗 伯 面 反 射 , 大气 性 质 均 一 , 大 气 多 次 散 射 辐 照 作 用 和 邻 近 像 元 漫反 射 作 用 可 以 忽 略 的 前 提 下 , 反 射 率 或 辐 射 亮 度 很小 的 黑 暗 像 元 由 于 大 气 的 影 响 , 而 使 得 这 些 像 元 的亮 度 值 相 对 增 加 , 可 以 认 为 这 部 分 增 加 的 亮 度 是 由于 大 气 的 程 辐 射 影 响 产 生 的 。 利 用 黑 暗 像 元 值 计算 出 程 辐 射 , 并 代 人 适 当 的 大 气 校 正 模 型 , 获 得 相应 的 参 数 后 , 通 过 计 算 就 得
12、到 了 地 物 真 实 的 反 射 率 。黑 暗 像 元 法 没 有 考 虑 大 气 的 多 次 散 射 辐 射 作用 , 没 有 考 虑 像 元 间 的 多 次 散 射 影 响 , 没 有 考 虑 地形 差 异 的 影 响 。 同 时 , 图 像 中 黑 暗 像 元 的 确 定 也 带有 一 定 的 主 观 性 , 这 些 都 将 影 响 黑 暗 像 元 法 校 正 的精 度 。 不 过 , 随 着 研 究 者 对 黑 暗 像 元 法 的 不 断 改进 , 黑 暗 像 元 法 将 会 继 续 被 卫 星 图 像 应 用 人 员 广 泛采 用 。不 变 目 标 法不 变 目 标 法 假 定 图
13、像 上 存 在 具 有 较 稳 定 反 射 辐 射 特 性 的 像 元 , 并 且 可确 定 这 些 像 元 的 地 理 意 义 , 那 么 就 称 这 些 像 元 为 不变 目 标 , 这 些 不 变 目 标 在 不 同 时 相 的 遥 感 图 像 上 的反 射 率 将 存 在 一 种 线 性 关 系 。 当 确 定 了 不 变 目 标以 及 它 们 在 不 同 时 相 遥 感 图 像 中 反 射 率 的 这 种 线性 关 系 , 就 可 以 对 遥 感 图 像 进 行 大 气 校 正 利用 不 变 目 标 的 平 均 值 及 标 准 差 提 出 了 一 种 估 算这 种 线 性 关 系 的
14、 斜 率 和 截 距 的 方 法 , 提 出 利 用目 标 法 简 单 、 直 接 , 但 它 本 质 上 属 于 一 种 统 计的 方 法 , 是 一 种 相 对 的 大 气 校 正 方 法 。 如 果 能 有 一些 卫 星 过 境 时 的 实 测 资 料 辅 助 这 种 方 法 可 以 得 到绝 对 的 大 气 校 正 结 果 。直 方 图 匹 配 法直 方 图 匹 配 法是 指 如 果 确 定 某 个 没 有 受 到 大 气 影 响 的 区 域 和 受到 大 气 影 响 的 区 域 的 反 射 率 是 相 同 的 , 并 且 可 以 确定 出 不 受 影 响 的 区 域 , 就 可 以
15、利 用 它 的 直 方 图 对 受影 响 地 区 的 直 方 图 进 行 匹 配 处 理 。 这 种 方 法 实 施起 来 较 简 单 、 容 易 。 在 遥 感 图 像 处 理 软 件和 中 都 有 这 个 功 能 。 该 方 法 的 关 键 在 于 寻 找个 具 有 相 同 反 射 率 但 受 大 气 影 响 却 相 反 的 区 域 , 而且 它 还 假 定 气 溶 胶 的 空 间 分 布 是 均 匀 的 。 因 此 如果 能 把 范 围 较 大 的 一 景 遥 感 图 像 分 成 很 多 小 块 , 在分 别 用 这 种 方 法 进 行 大 气 校 正 将 取 得 更 好 的 效 果 。
16、综 合 大 气 校 正 方 法针 对 各 种 方 法 的 优 点 和 不 足 , 研 究 者 提 出 的 其它 方 法 着 重 在 于 综 合 这 此 方 法 各 自 的 优 点 而 去 除内 在 的 不 足 。 例 如 和 提 出 了 一种 利 用 历 史 资 料 和 卫 星 过 境 的 同 步 测 量 数 据 进 行大 气 校 正 的 综 合 方 法 。 利 用 实 测 的 气象 数 据 获 得 大 气 中 的 水 汽 和 臭 氧 含 量 , 大 气 投 射 率通 过 实 地 测 量 推 算 , 利 用 黑 暗 像 元 法 推 算 气 溶 胶 的光 学 厚 度 。 这 些 方 法 总 的 目 标 是 增 加 反 演 精 度 和可 信 度 , 减 少 模 型 计 算 的 复 杂 度 。 综 合 大 气 校 正 发可 以 吸 收 各 种 方 法 的 长 处 来 弥 补 各 种 方 法 的 不 足 ,也 是 一 种 不 错 的 大 气 校 正 方 法 。总 结本 文 介 绍 了 几 种 大 气 校 正 方 法 , 其 中 每 种 方 法都 有 自 己 的 优 缺
