一種大氣校正方法以及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及大氣遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種大氣校正方法以及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，尤其是定量應(yīng)用中，消除大氣中的大氣分子、氣溶膠、吸收 氣體等因素對(duì)衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響，完成大氣校正，是遙感數(shù)據(jù)處理的重要步驟。目前，基 于大氣輻射傳輸理論模型進(jìn)行大氣校正，由于原理清晰、通用性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)，得到了 越來越多的應(yīng)用。該方法從輻射傳輸理論出發(fā)完成大氣校正，能適應(yīng)各種地-氣狀況獲得較 高精度的地表反射率。但是，該方法需要根據(jù)衛(wèi)星觀測(cè)條件考慮所有的大氣情況進(jìn)行輻射 傳輸計(jì)算，大大降低了大氣校正速度。雖然應(yīng)用6S等輻射傳輸軟件構(gòu)建大氣參數(shù)查找表會(huì) 加快大氣校正速度，但相對(duì)高分辨率和寬覆蓋的新型衛(wèi)星圖像來說，如我國(guó)的HJ-1星CCD數(shù) 據(jù)和GF-1星WFV數(shù)據(jù)，大氣校正速度還需進(jìn)一步提高。
[0003] 高分一號(hào)衛(wèi)星（簡(jiǎn)稱GF-1星）于2013年4月在中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地成功發(fā)射入 軌，該衛(wèi)星采用太陽同步軌道，屬于光學(xué)成像遙感衛(wèi)星，設(shè)計(jì)壽命為5-8年，具有高分辨率、 寬覆蓋等特點(diǎn)。GF-1星搭載有4個(gè)中分辨率相機(jī)，空間分辨率為16m，共有藍(lán)、綠、紅、近紅外 四個(gè)波段，每個(gè)相機(jī)的視場(chǎng)角約為16度，拼接4臺(tái)相機(jī)(WFV1、WFV2、WFV3、WFV4)的觀測(cè)數(shù)據(jù) 可實(shí)現(xiàn)800km幅寬的觀測(cè)，具有4天覆蓋中國(guó)全境的能力。
[0004] 目前，已有較多針對(duì)高分辨率4波段CCD相機(jī)開展的大氣校正研究。針對(duì)環(huán)境一號(hào) 衛(wèi)星的CCD相機(jī)，基于大氣系數(shù)查找表能夠?qū)崿F(xiàn)大氣校正，或利用暗目標(biāo)法、深藍(lán)算法獲取 氣溶膠參數(shù)也能夠完成大氣校正。針對(duì)ZY-3的MUX數(shù)據(jù)，能夠從M0DIS獲取氣溶膠信息完成 大氣校正。針對(duì)CBERS02星的CCD數(shù)據(jù)，能夠利用6S模型輔以氣象數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)大氣校正。然而， 現(xiàn)有技術(shù)中還沒有針對(duì)高分辨率4波段WFV相機(jī)開展的大氣校正研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種大氣校正方法以及系統(tǒng)。其中，所述方法基于高分一號(hào) 衛(wèi)星的WFV相機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)大氣校正，能夠快速、方便地獲取真實(shí)的地表反射率，為定量應(yīng) 用提供了數(shù)據(jù)源。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種大氣校正方法。所述方法包括:獲取來自高分 一號(hào)衛(wèi)星的WFV相機(jī)的數(shù)據(jù);根據(jù)所述數(shù)據(jù)計(jì)算得到WFV相機(jī)各波段像元的表觀反射率;根 據(jù)所述數(shù)據(jù)利用輻射傳輸模式和WFV相機(jī)的波段響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，完成WFV相機(jī)遙感 圖像上不同區(qū)域大氣分子散射差異修正，得到修正后的大氣參數(shù)，從而形成大氣參數(shù)查找 表;根據(jù)所述表觀反射率和所述大氣參數(shù)查找表獲得WFV相機(jī)各波段像元的地表反射率，從 而實(shí)現(xiàn)大氣校正。
[0007] 其中，所述根據(jù)所述數(shù)據(jù)計(jì)算得到WFV相機(jī)各波段像元的表觀反射率，具體包括： 將所述數(shù)據(jù)的幾何定位信息進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到WFV相機(jī)各波段像元的經(jīng)煒度，并從所述數(shù) 據(jù)的輔助數(shù)據(jù)中提取衛(wèi)星過境時(shí)間;根據(jù)所述經(jīng)煒度和所述衛(wèi)星過境時(shí)間通過下式計(jì)算得 到各波段像元的太陽天頂角：cos0s = sin(lat)sin5+cos(lat)cos5cost;根據(jù)所述衛(wèi)星過 境時(shí)間分季節(jié)選取輻射定標(biāo)系數(shù);通過下式將各波段像元的亮度DN值轉(zhuǎn)換為表觀輻亮度:L = DN/g+L〇;根據(jù)所述太陽天頂角通過下式將所述表觀輻亮度歸一化為各波段像元的表觀 反射率：
[0008]
[0009]其中，lat表示各波段像元的地理煒度，δ表示太陽光與地球赤道平面的夾角，t表 示太陽的時(shí)角，98表示所述太陽天頂角，g、L〇分別表示輻射定標(biāo)系數(shù)，DN表示所述亮度DN值， L表不所述表觀福亮度，Ελ表不大氣層頂太陽福照度;ds表不日地距離修正因子，Ptqa表不所 述表觀反射率。
[0010] 其中，所述方法還包括:結(jié)合高分一號(hào)衛(wèi)星各WFV相機(jī)的聯(lián)合觀測(cè)方式，根據(jù)所述 輔助數(shù)據(jù)提供的圖像中心點(diǎn)的觀測(cè)天頂角，各WFV相機(jī)觀測(cè)的傾角以及各WFV相機(jī)的幅寬計(jì) 算得到WFV相機(jī)各波段像元的觀測(cè)天頂角。
[0011] 其中，所述根據(jù)所述數(shù)據(jù)利用輻射傳輸模式和WFV相機(jī)的波段響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行相關(guān) 計(jì)算，完成WFV相機(jī)遙感圖像上不同區(qū)域大氣分子散射差異修正，得到修正后的大氣參數(shù)， 從而形成大氣參數(shù)查找表，具體包括:根據(jù)各波段像元的經(jīng)煒度從海拔數(shù)據(jù)庫(kù)中查找各波 段像元的海拔值，并通過下式計(jì)算得到大氣分子光學(xué)厚度：
[0012] τΓ(λ) =〇 · 008569λ-4( 1+0 · οι 13λ-2+〇 · 00013λ-4)e-0.125H
[0013] 根據(jù)所述大氣分子光學(xué)厚度、太陽天頂角、觀測(cè)天頂角以及相對(duì)方位角利用輻射 傳輸模式和WFV相機(jī)的波段響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，完成WFV相機(jī)遙感圖像上不同區(qū)域大氣 分子散射差異修正，得到修正后的大氣參數(shù)，并存儲(chǔ)在文件中，從而形成大氣參數(shù)查找表， 其中，λ表不光波波長(zhǎng)，Η表不所述海拔值，T r(A)表不大氣分子光學(xué)厚度，e = 2.718281828459，從所述輔助數(shù)據(jù)提取得到所述相對(duì)方位角。
[0014] 其中，所述根據(jù)所述表觀反射率和所述大氣參數(shù)查找表獲得WFV相機(jī)各波段像元 的地表反射率，從而實(shí)現(xiàn)大氣校正，具體包括:將60*60的像元綜合平均為1個(gè)像元，降低WFV 相機(jī)藍(lán)波段的空間分辨率到1公里;利用M0DIS的地表反射率產(chǎn)品提取藍(lán)波段像元的地表反 射率;完成所述藍(lán)波段像元的地表反射率與WFV相機(jī)之間的波段差異校正，并根據(jù)WFV相機(jī) 藍(lán)波段像元的表觀反射率使用深藍(lán)算法反演得到1公里空間分辨率的氣溶膠光學(xué)厚度;根 據(jù)所述大氣參數(shù)查找表和所述氣溶膠光學(xué)厚度進(jìn)行線性插值，得到WFV相機(jī)各波段1公里空 間分辨率的大氣參數(shù)，再利用雙線性空間插值得到整景的16米空間分辨率的大氣參數(shù);根 據(jù)所述表觀反射率和所述16米空間分辨率的大氣參數(shù)通過下式進(jìn)行矩陣運(yùn)算得到各波段 像元的地表反射率，從而實(shí)現(xiàn)大氣校正：
[0015]
[0016] 其中，Ρπ?Α表不所述表觀反射率，93表不所述太陽天頂角，θν表示所述觀測(cè)天頂角， 供表示太陽入射與衛(wèi)星觀測(cè)方向的相對(duì)方位角，ρ。表示大氣程輻射，s表示大氣層向下的半 球反射率，Τ表示整層大氣的透過率，r表示所述地表反射率。
[0017]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種大氣校正系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括:獲取單元，用于獲取來 自高分一號(hào)衛(wèi)星的WFV相機(jī)的數(shù)據(jù);第一計(jì)算單元，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)計(jì)算得到WFV相機(jī)各 波段像元的表觀反射率;形成單元，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)利用輻射傳輸模式和WFV相機(jī)的波段 響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，完成WFV相機(jī)遙感圖像上不同區(qū)域大氣分子散射差異修正，得到修 正后的大氣參數(shù)，從而形成大氣參數(shù)查找表;校正單元，用于根據(jù)所述表觀反射率和所述大 氣參數(shù)查找表獲得WFV相機(jī)各波段像元的地表反射率，從而實(shí)現(xiàn)大氣校正。
[0018] 其中，所述第一計(jì)算單元，具體用于:將所述數(shù)據(jù)的幾何定位信息進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換， 得到WFV相機(jī)各波段像元的經(jīng)煒度，并從所述數(shù)據(jù)的輔助數(shù)據(jù)中提取衛(wèi)星過境時(shí)間;根據(jù)所 述經(jīng)煒度和所述衛(wèi)星過境時(shí)間通過下式計(jì)算得到各波段像元的太陽天頂角：
[0019] cos9s = sin(lat)sin5+cos(lat)cos5cost
[0020] 根據(jù)所述衛(wèi)星過境時(shí)間分季節(jié)選取輻射定標(biāo)系數(shù);通過下式將各波段像元的亮度 DN值轉(zhuǎn)換為表觀輻亮度:L = DN/g+Lo;根據(jù)所述太陽天頂角通過下式將所述表觀輻亮度歸 一化為各波段像元的表觀反射率：
[0021]