專利名稱：一種遙感衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)的大氣訂正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遙感衛(wèi)星的大氣訂正方法，特別涉及一種與環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星傳感器波段設(shè)置相類似衛(wèi)星的多光譜數(shù)據(jù)大氣訂正方法。
背景技術(shù)：
環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星自發(fā)射以來，在汶川地震連續(xù)檢測、印度洋海嘯災(zāi)情監(jiān)測、澳大利亞火災(zāi)監(jiān)測、日本地震和海嘯災(zāi)情監(jiān)測等災(zāi)害監(jiān)測中發(fā)揮了獨(dú)特的作用，并廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、 林業(yè)、水利、土地利用、地況調(diào)查、城市規(guī)劃等眾多領(lǐng)域，取得了顯著的效果。為了實(shí)現(xiàn)對不同地點(diǎn)、不同時(shí)間和不同的傳感器獲取的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和應(yīng)用，及時(shí)為國家環(huán)境保護(hù)和災(zāi)害預(yù)報(bào)、抗災(zāi)、救災(zāi)提供準(zhǔn)確、科學(xué)的決策依據(jù)，這必然要求遙感數(shù)據(jù)定量化。對于遙感定量化，就要詳細(xì)考慮大氣對于成像波段傳輸過程的定量影響，對其影響做出準(zhǔn)確的訂正，實(shí)現(xiàn)地物目標(biāo)輻射特性真實(shí)再現(xiàn)，達(dá)到提高遙感信息質(zhì)量及定量化應(yīng)用水平目的。目前國外大氣訂正方面的成果很多，像LANDSAT、SPOT、MODIS、ASTER等其他國外遙感衛(wèi)星都針對各自衛(wèi)星的特點(diǎn)開展了相應(yīng)的大氣訂正；國內(nèi)學(xué)者也在CBERS-Ol衛(wèi)星、 CBERS-02、02B衛(wèi)星等國產(chǎn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的大氣訂正研究產(chǎn)生了一些相關(guān)算法，但由于大氣狀況瞬息萬變，當(dāng)時(shí)、當(dāng)?shù)氐拇髿鈱b感數(shù)據(jù)影響程度和重要性不同，再加上各衛(wèi)星的傳感器波段設(shè)置不同，特性不同，研究目的和要求也不同，即使相同地區(qū)，大氣狀況也是復(fù)雜多變的，每景圖像成像時(shí)的大氣狀況也存在明顯差異，很難有一種算法是普遍適用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種普適性強(qiáng)的遙感衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)大氣訂正方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種遙感衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)的大氣訂正方法，步驟如下(1)讀取遙感衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)，對該多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將多光譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為表觀輻亮度數(shù)據(jù)和表觀反射率數(shù)據(jù)；(2)依據(jù)表觀反射率數(shù)據(jù)計(jì)算決策樹法中的決策因子比值植被指數(shù)RVI、土壤可調(diào)植被指數(shù)SAVI和歸一化水體指數(shù)NDWI，通過決策樹法實(shí)現(xiàn)DDV暗目標(biāo)自動(dòng)提??；(3)根據(jù)步驟(1)中的表觀反射率數(shù)據(jù)獲取上述提取的DDV暗目標(biāo)區(qū)域的DDV表觀反射率數(shù)據(jù)；并根據(jù)該DDV表觀反射率數(shù)據(jù)結(jié)合DDV地表反射率計(jì)算I^ath反射率；(4)根據(jù)I^ath反射率和Rayleigh反射率比值與氣溶膠光學(xué)厚度的關(guān)系，確定多光譜各波段的氣溶膠光學(xué)厚度；并依據(jù)多光譜各波段的氣溶膠光學(xué)厚度和feyleigh散射光學(xué)厚度，確定出550nm處總的光學(xué)厚度τ ；(5)依據(jù)上述550nm處總的光學(xué)厚度，利用查找表獲取反演參數(shù)P path( λ )、Τ( λ )、 S(A),通過輻射傳輸方程求解地表反射率，完成大氣訂正。
所述步驟(3)中的DDV地表反射率的計(jì)算公式如下P 麗(入)=SvegPveg(A) + (I-Sveg) P soil ( λ )其中ρ ■ ( λ )對應(yīng)多光譜波段λ的DDV地表反射率；Pveg(A), Psoil(A)是實(shí)測多光譜波段λ的植被反射率和土壤反射率；
\SAVI SAVI >0Sreg是植被調(diào)整因子Aeg =I SAVI<0所述步驟(5)中查找表的索引τ分別與Ρρ_(λ)、Τ(λ)、S(X)之間的關(guān)系滿足下式Phth(X) = C0U)+C1U) τ+C2(X) τ2S(A) = d0(A)+d1(A) T+d2(A) τ2T ( λ ) = e0(A )+θι(λ ) τ +e2 ( λ ) τ 2其中，C。( λ )、C1 ( λ )、C2 ( λ )、d。( λ )、Cl1 ( λ )、d2 ( λ )、％ ( λ )、Θι ( λ )、％ ( λ )對應(yīng)多光譜波段λ在確定的衛(wèi)星成像幾何參數(shù)太陽天頂角θ s、衛(wèi)星觀測天頂角θ v、太陽與衛(wèi)星的方位角爐下的路徑反射率0_(入)、大氣透過率1~(入)、半球反射率3(入)與總光學(xué)厚度τ的系數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明基于濃密植被暗目標(biāo)區(qū)(DDV-density dark vegetation)反射率與土壤可調(diào)植被指數(shù)及波譜庫實(shí)測植被和土壤地表反射率的相對穩(wěn)定關(guān)系，利用輻射傳輸方程確定出路徑反射率，然后利用為環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星多光譜傳感器建立的路徑反射率和瑞利散射反射率比值與氣溶膠光學(xué)厚度關(guān)系的查找表確立氣溶膠光學(xué)厚，為此實(shí)現(xiàn)與環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星傳感器波段設(shè)置相似類衛(wèi)星的大氣訂正算法，方法完整、合理可行、精度較高。(2)本發(fā)明針對遙感衛(wèi)星多光譜波段設(shè)置特點(diǎn)，依據(jù)不同地物特性，選取大量遙感數(shù)據(jù)，分析多種植被指數(shù)和水體指數(shù)，甄選出比值植被指數(shù)RVI、土壤可調(diào)植被指數(shù)SAVI和歸一化水體指數(shù)NDWI作為決策樹法的決策因子，實(shí)現(xiàn)了暗目標(biāo)自動(dòng)提取，使此類衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)的大氣訂正更具有普適性。(3)本發(fā)明利用M0DTRAN輻射傳輸模型，分析遙感衛(wèi)星在不同幾何狀態(tài)下的各種情況，針對此類衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)波段設(shè)置特點(diǎn)，為大氣訂正各反演參數(shù)與主變量間建立二次線性查找表，有效地縮減了大氣訂正產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間，使得業(yè)務(wù)化大氣訂正得以實(shí)現(xiàn)。(4)本發(fā)明銅鼓大量實(shí)測地物波譜數(shù)據(jù)，結(jié)合遙感衛(wèi)星地表反演量，針對多光譜數(shù)據(jù)的DDV暗目標(biāo)區(qū)，分析實(shí)測地物波譜與多種植被指數(shù)的線性關(guān)系，確立了用土壤可調(diào)植被指數(shù)SAVI作為植被實(shí)測植被和土壤地表反射率的調(diào)整因子，使DDV暗目標(biāo)區(qū)的地表反射率計(jì)算更加合理，確保了方法的合理可行性。


圖1為本發(fā)明總體流程圖；圖2為本發(fā)明具體流程圖；圖3為本發(fā)明大氣訂正結(jié)果對比曲線。
具體實(shí)施方式
如圖1、2所示，本發(fā)明ー種遙感衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)的大氣訂正方法，步驟如下(1)讀取遙感衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)，對該多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將多光譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 表觀輻亮度數(shù)據(jù)和表觀反射率數(shù)據(jù)；(1. 1)表觀輻亮度讀取多光譜CCD數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)附帯文件中的絕對定標(biāo)系數(shù)，按照公式①計(jì)算多 光譜傳感器入瞳處輻亮度即表觀輻亮度
權(quán)利要求
1.一種遙感衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)的大氣訂正方法，其特征在于步驟如下(1)讀取遙感衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)，對該多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將多光譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為表觀輻亮度數(shù)據(jù)和表觀反射率數(shù)據(jù)；(2)依據(jù)表觀反射率數(shù)據(jù)計(jì)算決策樹法中的決策因子比值植被指數(shù)RVI、土壤可調(diào)植被指數(shù)SAVI和歸一化水體指數(shù)NDWI，通過決策樹法實(shí)現(xiàn)DDV暗目標(biāo)自動(dòng)提??；(3)根據(jù)步驟(1)中的表觀反射率數(shù)據(jù)獲取上述提取的DDV暗目標(biāo)區(qū)域的DDV表觀反射率數(shù)據(jù)；并根據(jù)該DDV表觀反射率數(shù)據(jù)結(jié)合DDV地表反射率計(jì)算I^ath反射率；(4)根據(jù)I^ath反射率和Rayleigh反射率比值與氣溶膠光學(xué)厚度的關(guān)系，確定多光譜各波段的氣溶膠光學(xué)厚度；并依據(jù)多光譜各波段的氣溶膠光學(xué)厚度和feyleigh散射光學(xué)厚度，確定出550nm處總的光學(xué)厚度τ ；(5)依據(jù)上述550nm處總的光學(xué)厚度，利用查找表獲取反演參數(shù)Ppath( λ )、T ( λ )、 S(A),通過輻射傳輸方程求解地表反射率，完成大氣訂正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙感衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)的大氣訂正方法，其特征在于所述步驟(3)中的DDV地表反射率的計(jì)算公式如下P DDV( λ ) = SvegPveg(A)+ (I-Sveg) Psoil(X)其中P DDV( λ )對應(yīng)多光譜波段λ的DDV地表反射率；Pveg(A), Psoil(A)是實(shí)測多光譜波段λ的植被反射率和土壤反射率；\SAVI SAVI >0Sveg是植被調(diào)整因子，&g = 10 SAVKOο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙感衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)的大氣訂正方法，其特征在于所述步驟(5)中查找表的索引τ分別與ppathU)、T(X)、S(X)之間的關(guān)系滿足下式Ppath(A) = C0(A)+C1(A) τ+C2(X) τ2S(A) = d0 ( λ ) +Cl1 ( λ ) τ +d2 ( λ ) τ 2Τ(λ) = e(1U)+eiU) τ+θ2(λ) τ2其中，C。( λ )、Cl ( λ )、c2 ( λ )、d。( λ )、Cl1 ( λ )、d2 ( λ )、％ ( λ )、ei ( λ )、％ ( λ )對應(yīng)多光譜波段λ在確定的衛(wèi)星成像幾何參數(shù)太陽天頂角θ s、衛(wèi)星觀測天頂角θ v、太陽與衛(wèi)星的方位角P下的大氣路徑反射率0_11(入)、大氣透過率儀入)、半球反射率3(入)與總光學(xué)厚度τ的系數(shù)。
全文摘要
一種遙感衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)的大氣訂正方法，(1)讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為表觀輻亮度數(shù)據(jù)和表觀反射率數(shù)據(jù)；(2)依據(jù)表觀反射率數(shù)據(jù)計(jì)算決策樹法中的決策因子比值植被指數(shù)、土壤可調(diào)植被指數(shù)和歸一化水體指數(shù)，通過決策樹法實(shí)現(xiàn)暗目標(biāo)自動(dòng)提取；(3)根據(jù)表觀反射率數(shù)據(jù)獲取上述暗目標(biāo)區(qū)域的表觀反射率數(shù)據(jù)，并計(jì)算大氣路徑反射率；(4)根據(jù)大氣路徑反射率和瑞利反射率比值與氣溶膠光學(xué)厚度的關(guān)系，確定多光譜各波段的氣溶膠光學(xué)厚度；并依據(jù)多光譜各波段的氣溶膠光學(xué)厚度和瑞利散射光學(xué)厚度，確定出550nm處總的光學(xué)厚度；(5)依據(jù)上述550nm處總的光學(xué)厚度，利用查找表獲取反演參數(shù)，通過輻射傳輸方程求解地表反射率，完成大氣訂正。
文檔編號G01S7/497GK102288956SQ20111011964
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者傅俏燕, 李杏朝, 潘志強(qiáng), 王愛春, 閔祥軍, 韓啟金 申請人:中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心