一种大气校正方法以及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大气遥感技术领域，具体地，涉及一种大气校正方法以及系统。
【背景技术】
[0002] 在遥感数据的应用中，尤其是定量应用中，消除大气中的大气分子、气溶胶、吸收 气体等因素对卫星观测数据的影响，完成大气校正，是遥感数据处理的重要步骤。目前，基 于大气辐射传输理论模型进行大气校正，由于原理清晰、通用性好、精度高等优点，得到了 越来越多的应用。该方法从辐射传输理论出发完成大气校正，能适应各种地-气状况获得较 高精度的地表反射率。但是，该方法需要根据卫星观测条件考虑所有的大气情况进行辐射 传输计算，大大降低了大气校正速度。虽然应用6S等辐射传输软件构建大气参数查找表会 加快大气校正速度，但相对高分辨率和宽覆盖的新型卫星图像来说，如我国的HJ-1星CCD数 据和GF-1星WFV数据，大气校正速度还需进一步提高。
[0003] 高分一号卫星（简称GF-1星）于2013年4月在中国酒泉卫星发射基地成功发射入 轨，该卫星采用太阳同步轨道，属于光学成像遥感卫星，设计寿命为5-8年，具有高分辨率、 宽覆盖等特点。GF-1星搭载有4个中分辨率相机，空间分辨率为16m，共有蓝、绿、红、近红外 四个波段，每个相机的视场角约为16度，拼接4台相机(WFV1、WFV2、WFV3、WFV4)的观测数据 可实现800km幅宽的观测，具有4天覆盖中国全境的能力。
[0004] 目前，已有较多针对高分辨率4波段CCD相机开展的大气校正研究。针对环境一号 卫星的CCD相机，基于大气系数查找表能够实现大气校正，或利用暗目标法、深蓝算法获取 气溶胶参数也能够完成大气校正。针对ZY-3的MUX数据，能够从M0DIS获取气溶胶信息完成 大气校正。针对CBERS02星的CCD数据，能够利用6S模型辅以气象数据实现大气校正。然而， 现有技术中还没有针对高分辨率4波段WFV相机开展的大气校正研究。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种大气校正方法以及系统。其中，所述方法基于高分一号 卫星的WFV相机的数据实现大气校正，能够快速、方便地获取真实的地表反射率，为定量应 用提供了数据源。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供一种大气校正方法。所述方法包括:获取来自高分 一号卫星的WFV相机的数据;根据所述数据计算得到WFV相机各波段像元的表观反射率;根 据所述数据利用辐射传输模式和WFV相机的波段响应函数进行相关计算，完成WFV相机遥感 图像上不同区域大气分子散射差异修正，得到修正后的大气参数，从而形成大气参数查找 表;根据所述表观反射率和所述大气参数查找表获得WFV相机各波段像元的地表反射率，从 而实现大气校正。
[0007] 其中，所述根据所述数据计算得到WFV相机各波段像元的表观反射率，具体包括： 将所述数据的几何定位信息进行坐标转换，得到WFV相机各波段像元的经炜度，并从所述数 据的辅助数据中提取卫星过境时间;根据所述经炜度和所述卫星过境时间通过下式计算得 到各波段像元的太阳天顶角：cos0s = sin(lat)sin5+cos(lat)cos5cost;根据所述卫星过 境时间分季节选取辐射定标系数;通过下式将各波段像元的亮度DN值转换为表观辐亮度:L = DN/g+L〇;根据所述太阳天顶角通过下式将所述表观辐亮度归一化为各波段像元的表观 反射率：
[0008]
[0009]其中，lat表示各波段像元的地理炜度，δ表示太阳光与地球赤道平面的夹角，t表 示太阳的时角，98表示所述太阳天顶角，g、L〇分别表示辐射定标系数，DN表示所述亮度DN值， L表不所述表观福亮度，Ελ表不大气层顶太阳福照度;ds表不日地距离修正因子，Ptqa表不所 述表观反射率。
[0010] 其中，所述方法还包括:结合高分一号卫星各WFV相机的联合观测方式，根据所述 辅助数据提供的图像中心点的观测天顶角，各WFV相机观测的倾角以及各WFV相机的幅宽计 算得到WFV相机各波段像元的观测天顶角。
[0011] 其中，所述根据所述数据利用辐射传输模式和WFV相机的波段响应函数进行相关 计算，完成WFV相机遥感图像上不同区域大气分子散射差异修正，得到修正后的大气参数， 从而形成大气参数查找表，具体包括:根据各波段像元的经炜度从海拔数据库中查找各波 段像元的海拔值，并通过下式计算得到大气分子光学厚度：
[0012] τΓ(λ) =〇 · 008569λ-4( 1+0 · οι 13λ-2+〇 · 00013λ-4)e-0.125H
[0013] 根据所述大气分子光学厚度、太阳天顶角、观测天顶角以及相对方位角利用辐射 传输模式和WFV相机的波段响应函数进行相关计算，完成WFV相机遥感图像上不同区域大气 分子散射差异修正，得到修正后的大气参数，并存储在文件中，从而形成大气参数查找表， 其中，λ表不光波波长，Η表不所述海拔值，T r(A)表不大气分子光学厚度，e = 2.718281828459，从所述辅助数据提取得到所述相对方位角。
[0014] 其中，所述根据所述表观反射率和所述大气参数查找表获得WFV相机各波段像元 的地表反射率，从而实现大气校正，具体包括:将60*60的像元综合平均为1个像元，降低WFV 相机蓝波段的空间分辨率到1公里;利用M0DIS的地表反射率产品提取蓝波段像元的地表反 射率;完成所述蓝波段像元的地表反射率与WFV相机之间的波段差异校正，并根据WFV相机 蓝波段像元的表观反射率使用深蓝算法反演得到1公里空间分辨率的气溶胶光学厚度;根 据所述大气参数查找表和所述气溶胶光学厚度进行线性插值，得到WFV相机各波段1公里空 间分辨率的大气参数，再利用双线性空间插值得到整景的16米空间分辨率的大气参数;根 据所述表观反射率和所述16米空间分辨率的大气参数通过下式进行矩阵运算得到各波段 像元的地表反射率，从而实现大气校正：
[0015]
[0016] 其中，Ρπ?Α表不所述表观反射率，93表不所述太阳天顶角，θν表示所述观测天顶角， 供表示太阳入射与卫星观测方向的相对方位角，ρ。表示大气程辐射，s表示大气层向下的半 球反射率，Τ表示整层大气的透过率，r表示所述地表反射率。
[0017]相应地，本发明还提供一种大气校正系统。所述系统包括:获取单元，用于获取来 自高分一号卫星的WFV相机的数据;第一计算单元，用于根据所述数据计算得到WFV相机各 波段像元的表观反射率;形成单元，用于根据所述数据利用辐射传输模式和WFV相机的波段 响应函数进行相关计算，完成WFV相机遥感图像上不同区域大气分子散射差异修正，得到修 正后的大气参数，从而形成大气参数查找表;校正单元，用于根据所述表观反射率和所述大 气参数查找表获得WFV相机各波段像元的地表反射率，从而实现大气校正。
[0018] 其中，所述第一计算单元，具体用于:将所述数据的几何定位信息进行坐标转换， 得到WFV相机各波段像元的经炜度，并从所述数据的辅助数据中提取卫星过境时间;根据所 述经炜度和所述卫星过境时间通过下式计算得到各波段像元的太阳天顶角：
[0019] cos9s = sin(lat)sin5+cos(lat)cos5cost
[0020] 根据所述卫星过境时间分季节选取辐射定标系数;通过下式将各波段像元的亮度 DN值转换为表观辐亮度:L = DN/g+Lo;根据所述太阳天顶角通过下式将所述表观辐亮度归 一化为各波段像元的表观反射率：
[0021]