一種求輻射校正系數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及紅外技術(shù)中的一種求輻射校正系數(shù)的方法，屬于紅外圖像處理技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱紅外傳感器所獲得的地物輻射信息除了受到大氣效應(yīng)的干擾外，還存在著一系 列系統(tǒng)誤差，如記錄噪聲、參考溫度的變化和探測器誤差等。為了從傳感器數(shù)據(jù)中獲得精確 的輻射信息，傳感器必須被輻射校正，即在輸出值與入射的輻射亮度值之間建立定量關(guān)系。 因此在采集圖像數(shù)據(jù)前，需要在實驗室對傳感器的輸入值和積分球光譜輻射亮度值進行標(biāo) 定，求出兩者之間的線性關(guān)系系數(shù)，即為絕對輻射校正系數(shù)。
[0003] 在對遙感圖像作處理時，對原始圖像進行輻射校正過程中需提供準(zhǔn)確的輻射校正 系數(shù)，這樣得到的數(shù)據(jù)才會更接近地物光譜特性。任建偉、萬志、李憲圣、任建岳發(fā)表的論文 《空間光學(xué)遙感器的輻射傳遞特性與校正方法》（光學(xué)精密工程，2007,15 (2) :1188)中給出 輻射校正系數(shù)的求法：用泰勒級數(shù)來表示某觀測條件下的目標(biāo)等效為入瞳輻亮度表示成圖 像灰度的函數(shù)：
[0004]
[0005] 其中A'。，A' i，A' 2. . . A' "是輻射校正系數(shù)，一旦該定標(biāo)系數(shù)被確定，就可以根據(jù) 這個函數(shù)關(guān)系和相機的數(shù)碼輸出DN值反演出相機入瞳處的輻射亮度L，最終還原出目標(biāo)的 輻射亮度圖像。此輻射校正系數(shù)的求法比較繁瑣，而且沒有和實際地物光譜特性曲線相結(jié) 合，故其準(zhǔn)確性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明提出了一種求輻射校正系數(shù)的方 法，該方法基于絕對輻射定標(biāo)系數(shù)，結(jié)合實際地物輻射亮度值，求得改進后的輻射校正系數(shù) 的方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種求輻射校正系數(shù)的方法，通過計算機對積分球定標(biāo)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)讀入、分析 及計算處理，基于絕對輻射定標(biāo)系數(shù)，結(jié)合實際地物輻射亮度值，求得改進后的輻射校正系 數(shù)，該方法步驟如下：
[0009] (1)由計算機對積分球定標(biāo)數(shù)據(jù)按波段讀入像元的DN值和積分球輻射亮度值，積 分球定標(biāo)數(shù)據(jù)的每個像元DN值記為DN。(i，j)，積分球輻射亮度值記為L。(j)，其中i為像元 號，j為波段號，DN。表示探測器像元數(shù)字化輸出數(shù)值，L。為積分球輻亮度值，由于紅外成像 系統(tǒng)是線性的，所以采用實驗室線性絕對輻射定標(biāo)公式求出探測器的像元的數(shù)字化輸出數(shù) 值：
[0010] DN0 (i,j) = k〇(i, j)*L〇(j),
[0011] 其中kji，j)記為在波段為j、像元為i的輻射校正系數(shù)；
[0012] (2)由計算機讀取原始圖像數(shù)據(jù)和輻射校正系數(shù)數(shù)據(jù)，獲取原始圖像數(shù)據(jù)的每個 波段的像元DN值DN 1 (i，j)，將DN1 (i，j)代入輻射校正公式，求得原始圖像經(jīng)輻射校正后的 每個像元的輻射亮度值，記為L1 (i，j)，輻射校正公式為：
[0013] (3)遙感所利用的各種輻射能均要與地球大氣層發(fā)生相互作用-或散射、或吸收， 而使能量衰減，并使光譜分布發(fā)生變化，大氣的衰減作用對不同波長的光是有選擇性的，因 而大氣對不同波段的圖像是不同的，因此要對輻射校正的圖像消除這些大氣影響的處理， 選用經(jīng)驗線性法求出地表反射率，用ASD光譜儀分別測地物為水體和水泥堤壩的DN值和地 表反射Ref，這里水體示為暗目標(biāo)，水泥堤壩示為亮目標(biāo)，測量出的DN值和反射率Ref按波 段存儲，暗目標(biāo)的DN值和反射率Ref為DN 1 (j)和Ref1 (j)，亮目標(biāo)的DN值和反射率Ref為 DNh (j)和Refh (j)，通過線性回歸技術(shù)使每個波段的DN值轉(zhuǎn)換為反射率，由計算機讀入暗目 標(biāo)和亮目標(biāo)的DN值和反射率，分別將暗目標(biāo)和亮目標(biāo)的DN值和反射率Ref代入DN值轉(zhuǎn)換 為反射率Ref的線性表達式中，計算出每個波段的乘積因子A (j)和加減項B (j)，將乘積因 子A (j)和加減項B (j)按波段存儲，這里，DN值轉(zhuǎn)換為反射率Ref的線性表達式為：
[0014] Ref(iASD，j) = A(j)*DN(iASD，j)+B(j)，其中 DN(iASD，j)表示第 j 個波段、第 i 個地 物像元的ASD光譜儀數(shù)字化輸出數(shù)值，Ref (iASD，j)表示對應(yīng)第j個波段、第i個地物像元反 射率值，A(j)是乘積因子，與大氣透過率和儀器增益有關(guān)，B(j)是加減項，與暗電流和大 氣程輻射有關(guān)；
[0015] (4)由計算機讀入原始圖像數(shù)據(jù)的DN值DN1 (i，j)和步驟（3)中大氣校正的乘積 因子A (j)與加減項B (j)，按波段將DN1 (i，j)、A (j)和B (j)代入DN值轉(zhuǎn)換為反射率Ref的 線性表達式中，求出原始圖像數(shù)據(jù)每個像元的反射率Ref (i，j);
[0016] (5)由計算機讀入步驟（2)中輻射校正后圖像數(shù)據(jù)的輻射亮度值L1 (i，j)和步驟 (4)中原始圖像數(shù)據(jù)每個像元的反射率Ref(i，j)，按波段將1^(1，j)和Ref(i，j)相乘得 L2 (i，j)，L2 (i，j)為對步驟（2)中輻射校正后圖像數(shù)據(jù)進行大氣校正后像元的輻射亮度值；
[0017] (6)地面地物定標(biāo)點的輻射亮度值由ASD光譜儀測定，設(shè)其測定的輻射亮度值為 41·/)，這里的η代表不同的地物；
[0018] (7)打開ASD記錄的地物定標(biāo)點位置信息文件，同時打開經(jīng)步驟（5)處理后的圖 像，在圖像上找出與地理位置信息一致的像元，并記錄該像元的輻射亮度值^(/·./);
[0019] (8)相同波段j，地面地物點的輻射亮度值#(·/)和對應(yīng)圖像上的像元的輻射亮度 值砹>(/,/)構(gòu)成一對離散點，不同地面地物點的輻射亮度值4 W)U)和對應(yīng)圖像上的像元的 輻射亮度值攻"仏刀構(gòu)成一組離散點對，由計算機讀取所有離散點數(shù)據(jù)，按波段號j對每組 離散點對（貧"(/,_/)，)進行最小二乘法線性擬合，得到全波段的線性擬合斜率h (j) 和線性擬合截距Cl1 (j)，將線性擬合斜率4〇)和線性擬合截距(I1U)按波段號存儲，其中， 線性擬合表達式為：G i (./) = u/r #'(/,./)+4 (./);
[0020] (9)記錄在步驟（7)圖像上找到的像元號i，在積分球定標(biāo)數(shù)據(jù)上將所有像元號 為i的DN值DN (i，j)按波段保存至txt文件，然后對找到的每一波段所有像元的DN (i，j) 求平均值得到萬)?_(7)，將dnU)和積分球輻射亮度值L。(j)進行兩點線性擬合求得k 2 (j)， k2 (j)在這里為所有像元DN值的均值和積分球輻射亮度值線性擬合后的輻射校正系數(shù)，其 中線性擬合表達式為：/.(j) = k:(./)^ZW(./);
[0021] (10)按波段讀取 k2(j)，kjj)以及 djj)，記 K(j) = kjjhkjj)，D(j) = djj)， 求出每一波段的K (j)和D (j)，按波段存放K (j)和D (j)，求得的K (j)和D (j)為新的輻射 校正系數(shù)，由轉(zhuǎn)換公式L(j) = K(j)*DN(j)+D(j)可將j波段圖像DN值DN(j)轉(zhuǎn)換為j波 段圖像的輻射亮度值L (j)。
[0022] 所述DN值是指數(shù)字化輸出數(shù)值。
[0023] 本發(fā)明的有益效果是得到的輻射校正系數(shù)對原始圖像進行輻射校正，輻射校正后 的圖像接近地物的實際光譜曲線。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不限于此。
[0025] 實施例：
[0026] 本發(fā)明實施例如下，一種求輻射校正系數(shù)的方法，通過計算機對積分球定標(biāo)數(shù)據(jù) 進行數(shù)據(jù)讀入、分析及計算處理，基于絕對輻射定標(biāo)系數(shù)，結(jié)合實際地物輻射亮度值，求得 改進后的輻射校正系數(shù)，該方法步驟如下：
[0027] (1)由計算機對積分球定標(biāo)數(shù)據(jù)按波段讀入像元的DN值和積分球輻射亮度值，積 分球定標(biāo)數(shù)據(jù)的每個像元DN值記為DN。(i，j)，積分球輻射亮度值記為L。(j)，其中i為像元 號，j為波段號，DN。表示探測器像元數(shù)字化輸出數(shù)值，L。為積分球輻亮度值，由于紅外成像 系統(tǒng)是線性的，所以采用實驗室線性絕對輻射定標(biāo)公式求出探測器的像元的數(shù)字化輸出數(shù) 值：
[0028] DN0 (i,j) = k〇(i, j)*L〇(j),
[0029] 其中k。(i, j)記為在波段為j、像元為i的輻射校正系數(shù)；
[0030] (2)由計算機讀取原始圖像數(shù)據(jù)和輻射校正系數(shù)數(shù)據(jù)，獲取原始圖像數(shù)據(jù)的每個 波段的像元DN值DN 1 (i，j)，將DN1 (i，j)代入輻射校正公式，求得原始圖像經(jīng)輻射校正后的 每個像元的輻射亮度值，記為L1 (i，j)，輻射校正公式為：
[0031] (3)遙感所利用的各種輻射能均要與地球大氣層發(fā)生相互作用-或散射、或吸收， 而使能量衰減，并使光譜分布發(fā)生變化，大氣的衰減作用對不同波長的光是有選擇性的，因 而大氣對不同波段的圖像是不同的，因此要對輻射校正的圖像消除這些大氣影響的處理， 選用經(jīng)驗線性法求出地表反射率，用ASD光譜儀分別測地物為水體和水泥堤壩的DN值和地 表反射Ref，這里水體示為暗目標(biāo)，水泥堤壩示為亮目標(biāo)，測量出的DN值和反射率Ref按波 段存儲，暗目標(biāo)的DN值和反射率Ref為DN 1 (j)和Ref1 (j)，亮目標(biāo)的DN值和反射率Ref為 DNh (j)和Refh (j)，通過線性回歸