第六章辐射校正 遥感数字图像处 辐射校
◼第六章 辐射校正
辐射校正 辐射校正的含义 二辐射畸变产生的原因 辐射校正的方法
◼ 辐射校正 ◼ 一 辐射校正的含义 ◼ 二 辐射畸变产生的原因 ◼ 三 辐射校正的方法
辐射校正的含义 进入传感器的辐射强度取决于两个因素 太阳辐射照射到地面的辐射强度 二地物的光谱反射率 当太阳辐射相同时,像元亮度值的差异直接反映了 地物目标反射率的差异。但是在实际测量的时候, 辐射强度值还受到其他因素的影响而发生改变。引 起图像的失嘉,这改变的部分就是需要校正的部 分,消除影像中客种奀貢的过程称为辐射校正 具的是昃可能恢复紧像的本来面目1为遥感图像的
一辐射校正的含义 ◼ 进入传感器的辐射强度取决于两个因素 ◼ 一 太阳辐射照射到地面的辐射强度; ◼ 二 地物的光谱反射率。 ◼ 当太阳辐射相同时，像元亮度值的差异直接反映了 地物目标反射率的差异。但是在实际测量的时候， 辐射强度值还受到其他因素的影响而发生改变。引 起图像的失真，这一改变的部分就是需要校正的部 分，消除影像中各种失真的过程称为辐射校正. ◼ 目的是尽可能恢复图像的本来面目，为遥感图像的 识别，分类，解译等后续工作打下基础
二辐射畸变产生的原因 由辐射传输方程可知,传感器的输出E为 E=K{[p:·E(A)计+e:·W(A)]e0+b K为传感器的光谱响应系数;λ为地物的波谱反射系数;Eo为 太阳辐射照度;t(x,2)为区段大气层的光学厚度;0为太阳天顶 角;ε为波谱发射率系数e)为地物同温度黑体的发射通量密 度;H为平台高度;b为大气辐射所形成的天空辐照亮度。 )是传感器仪器本身产生的误差 既光学摄影机和光电扫描仪引起的辐射误差,一通过辐射校正场 或地面光谱测量来对传感器定标。这一工作由地面接收站来完成
二 辐射畸变产生的原因 ◼ 由辐射传输方程可知,传感器的输出Eλ为 ◼ Kλ为传感器的光谱响应系数；ρλ为地物的波谱反射系数；E0为 太阳辐射照度；t(z1,z2)为区段大气层的光学厚度；θ为太阳天顶 角； ελ为波谱发射率系数;Wе(λ) 为地物同温度黑体的发射通量密 度；H为平台高度；bλ 为大气辐射所形成的天空辐照亮度。 ◼ 一)是传感器仪器本身产生的误差 ◼ 既光学摄影机和光电扫描仪引起的辐射误差，—通过辐射校正场 或地面光谱测量来对传感器定标。这一工作由地面接收站来完成
)是太阳辐射引起的辐射误差 1)太阳位置引起的辐射误差 2)地形起伏引起的辐射误差 三是大气影响引起的辐射误差 1)大气影响的定量分析 进入大气的太阳辐射会发生反射,折射,吸收,散射和投射 如果没有大气存在,传感器接收的辐照度只与太阳辐射到达地 奥酸姚物好车关, 由于大 在,辐射经过 1,从而减弱 时,大气的散射光也有部分接或经过地物反射进入到传感 器,这两部分又增强了信号,但是没有用的。 设E0为某一波长的辐照度,0为入射方向的天顶角,当无大气 存在的时候,地面上单位面积的辐照度为: E1=EOCOSO 定地表面是朗伯体,其表面是漫反射,则某方向物体的亮度 L0=R^°1/π R是地物反射率,π是球面度(半球反射)
◼ 二)是太阳辐射引起的辐射误差 ◼ 1)太阳位置引起的辐射误差 ◼ 2）地形起伏引起的辐射误差 ◼ 三是大气影响引起的辐射误差 1）大气影响的定量分析 进入大气的太阳辐射会发生反射，折射，吸收，散射和投射。 如果没有大气存在，传感器接收的辐照度只与太阳辐射到达地 面的辐照度和地物的反射率有关，由于大气的存在，辐射经过 大气吸收和散射，透过率小于1，从而减弱了信号的强度。同 时，大气的散射光也有一部分直接或经过地物反射进入到传感 器，这两部分又增强了信号，但是没有用的。 设E0为某一波长的辐照度，θ为入射方向的天顶角，当无大气 存在的时候，地面上单位面积的辐照度为： ◼ E1=E0•COSθ ◼ 假定地表面是朗伯体，其表面是漫反射，则某方向物体的亮度 是 ◼ L0=Rλ•E1/π ◼ Rλ是地物反射率， π是球面度（半球反射）
进入传感器 E0入射 ∴∷ ∴…∷ 大气层 反 射 吸收 0 程 吸 收 散 辐 射 射 印漫入射 反射率R 大气对辐射影响示意图
传感器接收信号时,受仪器的影响还有一个系统增益系数S,这时, 进入传感器的亮度值为 L’0=I0S ■由于大气的存在,在入射方向有与入射天顶角和波长有关的透过 率T0,反射后,在反射方向上有与反射天顶角和波长有关的透过 率T,因此,进入传感器的亮度为L1=L010T 大气对辐射散射后,来自各个方向的散射又以漫入射的形式照射 地物,其辐照度为ED这部分的亮度值为L2=RTg"SED/π ■相当部分的散射光向上通过大气直接进入传感器,亮度为IP ■所以由于大气的存在,实际到达传感器的辐射亮度是三者之和 L=L1+L2+LP P+R·TpS( EO TeCOS0+ED)/兀
◼ 传感器接收信号时，受仪器的影响还有一个系统增益系数S,这时， 进入传感器的亮度值为 ◼ L’0= L0•S ◼ 由于大气的存在，在入射方向有与入射天顶角和波长有关的透过 率Tθ,反射后，在反射方向上有与反射天顶角和波长有关的透过 率Tφ,因此，进入传感器的亮度为 L1= L’0• Tθ• Tφ ◼ 大气对辐射散射后，来自各个方向的散射又以漫入射的形式照射 地物，其辐照度为ED,这部分的亮度值为L2=R• Tφ•S• ED/ π ◼ 相当部分的散射光向上通过大气直接进入传感器，亮度为LP ◼ 所以由于大气的存在，实际到达传感器的辐射亮度是三者之和 ◼ L=L1+L2+LP ◼ L=LP+R•Tφ• S(E0 TθCOSθ+ ED)/ π ◼
C1=1 55 0 45 10 剖面线长 剖面线长 (b) 大气影响下图像亮度对比变化 上图是图像的某一抛面,抛面线长为横坐标,亮度 值为纵坐标。无大气时,白处的亮度值为50,黑处 亮度值为0,亮度对比为(50-0)/50=1,当有大气影 响时,乘上透过率假定减少10,亮度减少到45,而 由于Ⅰ2,IP得存在,黑白处的亮度均增加10,这样亮 度对比度为(55-10)/55=9/11,可见对比度减少 图像质量下降
◼ 上图是图像的某一抛面，抛面线长为横坐标，亮度 值为纵坐标。无大气时，白处的亮度值为50，黑处 亮度值为0，亮度对比为（50-0）/50=1，当有大气影 响时，乘上透过率假定减少10%，亮度减少到45，而 由于L2,LP得存在，黑白处的亮度均增加10，这样亮 度对比度为（55-10）/55=9/11，可见对比度减少， 图像质量下降
三辐射校正的方法 1传感器仪器本身产生的误差 通过辐射校正场或地面光谱测量来对传感器定标。这 工作由地面接收站来完成 2是太阳辐射引起的辐射误差 1)太阳位置引起的辐射误差 2)地形起伏引起的辐射误差 3大气影响造成的畸变 1)波段对比法:常用除了气象卫星探测云层外,其它的被 动遥感都选择无云天气观测,这时候大气的影响只有吸收 和散射。理论依据是大气散射具有选择性,即大气散射对 短波影响大,对长波影响小。为处理问题的方便,把近红 外图像当作无散射影响的标准图像,通过对不同波段的对 比分析计算出大气干扰值。一般有两种方法:回归分析法 和直方图法
三辐射校正的方法 1传感器仪器本身产生的误差 ◼ 通过辐射校正场或地面光谱测量来对传感器定标。这一 工作由地面接收站来完成。 2是太阳辐射引起的辐射误差 ◼ 1)太阳位置引起的辐射误差 ◼ 2）地形起伏引起的辐射误差 3大气影响造成的畸变 ◼ 1）波段对比法：常用除了气象卫星探测云层外，其它的被 动遥感都选择无云天气观测，这时候大气的影响只有吸收 和散射。理论依据是大气散射具有选择性，即大气散射对 短波影响大，对长波影响小。为处理问题的方便，把近红 外图像当作无散射影响的标准图像，通过对不同波段的对 比分析计算出大气干扰值。一般有两种方法：回归分析法 和直方图法
回归分析法 在不受大气影响的波段和待校 正的某一波段图像中,选择最 黑区域中的一系列目标,将每 个目标的两个待比较的波段 度值提取出来进行会给分析。 M为例,1波段的散射最大 7波段几乎不受影响, 可以以7波段为基础对其他波段 进行辐射校正,若对3波段进行 ∵ 校正,首先在3波段上选择最黑 ::∷∷∷∷ 的影像目标,在7波段找出对应 ∵∷∵ 的目标,取灰度值,再以 (TM7TM3)为坐标的直角坐 亮度值L 标系中绘制散点图,并用最小 回归分析校正法 二乘法建立回归方程 TM3=a+bXTM7
◼ 回归分析法 ◼ 在不受大气影响的波段和待校 正的某一波段图像中，选择最 黑区域中的一系列目标，将每 一个目标的两个待比较的波段 亮度值提取出来进行会给分析。 以TM为例，1波段的散射最大， 7波段几乎不受影响， ◼ 可以以7波段为基础对其他波段 进行辐射校正，若对3波段进行 校正，首先在3波段上选择最黑 的影像目标，在7波段找出对应 的目标，取灰度值，再以 （TM7,TM3）为坐标的直角坐 标系中绘制散点图，并用最小 二乘法建立回归方程 ◼ TM3=a+b×TM7