一种星载多光谱相机的大气校正处理方法

文档序号:9506830阅读:1156来源:国知局
一种星载多光谱相机的大气校正处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种星载相机多光谱大气校正方法,可以实现星载相机的地表反射率 生产,适用于在星载相机的实时大气校正处理。
【背景技术】
[0002] 资源三号卫星(以下简称ZY-3卫星)是我国第一颗高分辨测绘卫星,能获取多光 谱数据(MUX,5. 8米),载荷具体参数如表1所示。ZY-3卫星的高分辨多光谱数据在资源调 查和监测等领域广泛应用,为防灾减灾、农林水利、环境保护、城市规划与建设、交通、国家 重大工程等领域提供动态信息服务。开展ZY-3卫星数据大气校正工作并评价其反演地表 参数的能力,为ZY-3卫星的业务应用提供高精度的大气校正产品,能够进一步提高ZY-3卫 星的应用水平。
[0003] 表1 ZY-3多光谱相机技术参数
[0005] 大气校正的方法主要有基于影像本身的暗目标法、基于地面的线性经验模型法和 辐射传输模型法等3种方法。ZY-3卫星数据业务化应用要求从卫星数据本身来反演气溶胶 光学厚度,进而完成大气校正处理,这就需要针对大气辐射特性设置用于反演大气参数的 波段,而ZY-3卫星缺乏用于反演大气参数的波段,给ZY-3卫星数据的大气校正带来困难。

【发明内容】

[0006] 本发明的技术解决问题是:针对现有技术的不足,提供了一种星载相机多光谱大 气校正方法,本发明克服ZY-3卫星多光谱数据由于缺少短波红外数据而不能采用暗目标 法计算气溶胶光学厚度的缺陷,通过建立卫星多光谱数据大气校正计算模型以及利用气溶 胶光学厚度等参数计算地表反射率,实现在轨卫星数据高精度大气校正处理,提高了计算 效率。
[0007] 本发明的技术解决方案是:
[0008] -种星载多光谱相机的大气校正处理方法包括步骤如下:
[0009] (1)计算表观辐亮度:
[0010] L = GainXDN+Bias (1)
[0011] 其中,L为表观辐亮度;Gain和Bias为星载相机增益和偏差值;DN为图像灰度值;
[0012] (2)建立大气校正计算模型:
[0014] 其中,L为表观辐亮度;L。为地表反射等于0时大气引起的程辐射;T为地表到传 感器的大气透过率;F d为到达地表的下行辐射通量密度;s为大气底层球面反照率;P为地 表反射率;
[0015] ⑶计算气溶胶光学厚度τ aeraDl ( λ ):
[0017] 其中,τ。2( λ )为臭氧的光学厚度;τ J λ )为大气分子瑞利散射光学厚度,
4为观测点的海拔,λ为波 长;P为观测点在观测期间的大气气压;
Ε0( λ)为日地平均距离处 地球大气上界的太阳单色直射辐照度,4为日地距离修正因子,E ( λ )为通过地球到达地面 的太阳单色直射辐照度;(4)大气校正计算
[0019] (4a)根据真实地表反射率的值域范围,设定3个地表反射率特征值,分别是P a, P b,P。,将太阳-相机几何角度和步骤(3)得到的气溶胶光学厚度以及设定的地表反射率 特征值代入M0DTRAN辐射传输模型,计算得到表观辐亮度L a,Lb,L。;
[0020] (4b)将步骤(4a)设定的地表反射率特征值P a,P b,P。以及计算得到的表观辐 亮度La,Lb,L。带入式(2),求出大气系数s、L。、T的值;
[0021] (4c)将步骤(1)中计算得到的实际观测点的表观辐亮度L和步骤(4b)求得大气 系数s、L。、T的代入(Ib)中求得真实的地表反射率,完成对图像的逐像元进行大气校正计 算。
[0022] 步骤(3)中计算气溶胶光学厚度τ aCTacil ( λ )的具体方式如下:
[0023] (3a)计算日地距离修正因子ds:
[0025] 其中,r。为日地平均距离;r为观测日期日地距离;η为正整数;a JPb "为日地距 离修正因子;
[0026] (3b)计算太阳赤炜δ :
[0028] 其中,(^和(1"为太阳赤炜计算系数,η为正整数;
[0029] (3c)计算观测时刻太阳时角ω :
[0031 ] 其中,μ t为观测时刻的格林威治时间;Φ为观测点经度,其每度对应的 时间为4分钟,东经为正,西经为负;e为真太阳时与地方平均太阳时的修正系数,
d为积日,d = O为1月1日,d = 364代表12月31日;
[0032] (3d)计算太阳天顶角Θ s:
[0034] 其中,笋为观测地点的地理炜度;
[0035] (3e)计算观测点大气质量m :
[0037] (3f)计算吸收气体的透过率tg( λ ):
[0039] 其中,tM( λ)为臭氧的透过率,τΜ( λ)为臭氧的光学厚度,
,α Μ ( λ )为臭氧吸收系数,U为臭氧含量(DU);
[0040] (3g)计算通过地球到达地面的太阳单色直射辐照度E ( λ ):
[0041 ] E ( λ ) = E0 ( λ ) dsexp (-m τ atm ( λ )) tg ( λ )
[0042] 其中,Ε0(λ)为日地平均距离处地球大气上界的太阳单色直射辐照度;d s为日地 距离修正因子;m为大气质量;τ atni( λ )为大气光学厚度,主要是大气分子瑞利散射光学厚 度和气溶胶光学厚度;
[0043] (3h)根据步骤(2g)和(2f)的公式可以得到下式:
[0044] E ( λ ) = E0 ( λ ) dsexp (~m* ( τ atm ( λ ) + τ oz ( λ )))
[0045] 对上式两边取自然对数可得:
[0048] 由上面两式得:
[0050] 太阳分光光度计输出的电压值(DN)与太阳辐照度之间是线性的:
[0053] 气溶胶的光学厚度:
[0054] Taeraol(A) = τ?ο?3?(λ)-τΓ(λ)-τοζ(λ)0
[0055] 本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0056] (1)本发明能够大规模业务化生产遥感卫星数据的地表反射率产品,确定了采用 太阳分光度计测量气溶胶光学厚度值和精确的大气计算模型,为精确计算地表反射率产品 提供了条件,提高了计算效率,增强了工程适用性,通用性大大增强,在国内外属于首例。
[0057] (2)本发明中的气溶胶光学厚度采用先进的地基测量和计算,避免采用误差较大 的气溶胶光学厚度值影响大气校正的精度,为最后的地表反射率的校正提供了准确的支 持。
【附图说明】
[0058] 图1为本发明流程图。
【具体实施方式】
[0059] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0060] 如图1所述,本发明一种星载多光谱相机的大气校正处理方法包括步骤如下:
[0061] (1)计算表观辐亮度:
[0062] L = GainXDN+Bias (1)
[0063] 其中,L为表观辐亮度;Gain和Bias为星载相机增益和偏差值;DN为图像灰度值;
[0064] (2)建立大气校正计算模型:
[0066] 其中,L为表观辐亮度;L。为地表反射等于0时大气引起的程辐射;T为地表到传 感器的大气透过率;Fd为到达地表的下行辐射通量密度;s为大气底层球面反照率;P为地 表反射率;
[0067] (3)计算气溶胶光学厚度τ aCTacil ( λ ):
[0069] 其中,τ。2( λ )为臭氧的光学厚度;τ J λ )为大气分子瑞利散射光学厚度,
h为观测点的海拔(km),λ 为波长(μm) ;Ρ为观测点在观测期间的大气气压(Hpa);
Ε0( λ)为日地平均距离处 地球大气上界的太阳单色直射辐照度,4为日地距离修正因子,E ( λ )为通过地球到达地面 的太阳单色直射辐照度;计算气溶胶光学厚度τ_Μ?( λ)的具体方式如下:
[0071] (3a)计算日地距离修正因子ds:
[0073] 其中,r。为日地平均距离;r为观测日期日地距离;η为正整数;a "和b "为日地距 离修正因子,具体取值如表1所示:
[0074] 表1日地距离修正因子取值表
[0075]
[0076] (3b)计算太阳赤炜δ :
[0078] 其中,cdP (1"为太阳赤炜计算系数,η为正整数;
[0079] 表2计算太阳赤炜的系数
[0081] (3c)计算观测时刻太阳时角ω :<
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