一种基于辐射传输模型的地形校正方法

《一种基于辐射传输模型的地形校正方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、一种基于辐射传输模型的地形校正方法摘要杨丙丰（南京师范大学地理科学学院，南京210046）1引言遥感是一种远离目标，通过非直接接触而判定、测量并分析目标性质的技术。遥感从不同高度的平台上，使用各种传感器，接收来自地球表面的各种信息，从而对地物及其特性进行探测和识别。但在遥感可见光成像过程中，地形阴影是构成遥感影像的基本特征之一。在我国2/3的地区为山地，在这些地区，对于中高分辨率的遥感影像如Landsat、ASTER、SPOT等，地形对遥感影像的辐射亮度影响非常显著。阳坡接收到更多的光照，在遥感影像上更亮一些，阴坡则要暗淡一些

2、，形成所谓的地形阴影，这导致地表覆盖类型相同的像元间具有分散的辐射亮度，表现在影像上为像元灰度值的分散，严重干扰了地物的波谱信息，影响自动分类的精度，增加遥感信息提取的难度，也导致了地表参数反演精度降低。此外，遥感传感器接收的信号受到大气、气溶胶的吸收和散射作用，使光谱信号衰减，减小了图像对比度，降低了图像的空间分辨率，改变了目标的表观辐射亮度。然而，地形和大气对遥感影像的影响并不是孤立的，而是相辅相成的。地形的起伏必然会对大气的垂直廓线产生影响，引起不同海拔高度地面与遥感器之间大气成分和浓度的差异，导致大气透过率的不同，二者

3、共同作用的直接结果是改变了目标的表观辐射亮度，从而对遥感应用带来一系列的影响。因此，研究高山峡谷地区辐射传输的原理，探求一种同时消除ETM+影像地形效应与大气效应的方法，反演地表真实反射率，对于提高ETM+影像的数据质量，发掘ETM+历史数据的应用价值，推动高空间多光谱遥感器技术的发展以及高山峡谷地区遥感信息定量化应用具有重要科学意义和实际应用价值。2数据与方法在总结前人研究成果与研究经验的基础上，以云南高黎贡山地区为研究区，以Landsat7ETM+影像、同步MODIS影像和1:50000的DEM数据为数据源，基于辐射传输原

4、理建立了针对高山峡谷区的地形校正模型。基于辐射传输模型，首先分析了地形与太阳辐射的相互作用机理，地形对太阳直射辐射、散射辐射与周围像元的反射辐射产生的影响，并利用同步的MODIS数据反演气溶胶光学厚度和大气水汽含量，计算了随地面高程变化的大气上行与下行透过率，然后将地表接收的散射光分为太阳周边散射光、各向同性散射光和水平散射光，重点阐述了由于地形遮蔽引起的各向同性散射光的差异，并利用天空观测因子对其进行了定量表达。最后，逐像元计算了地形引起的周围坡面的反射辐射，在一定程度上消除了邻边效应的影响。在综合考虑了地形效应和大气效应，

5、将地形校正与大气校正进行耦合，提出了复杂地形条件下遥感影像地形校正方法并反演了地表真实反射率,以IDL为平台实现了地形校正模型算法。具体技术路线（见图1）。遥感数据预处理遥感图像与DEM配准地形参数获取大气气溶水胶汽光地天地地地含学形空形形形量厚坡观坡观阴反度度测向测影演反因因因因提演子子子子取正遥感图像地形校正结果检验图1技术路线图Fig.1Thetechnicalstructureofthethesis3结果与讨论在获得参与计算所必要的参数后，按照基于辐射传输理论的地形校正流程，利用IDL语言编写算法程序。将各项参数带入模

6、型程序，得到地形校正的结果（见图2~3）从上图1可以看出，校正前后蓝光波段(band1)对比度有所提高，整体灰度变化不大；在绿光(band2)和红光(band3)波段，校正前后灰度值有明显变化，尤其在山体阴坡及阴影区，灰度值变大；在第四波段近红外波段，从山脊植被区可以看出阳坡植被区明显比阴坡亮，地形效应比较明显，而校正后阴坡阳坡灰度趋于一致；但在各波段也存在少量过度校正的地方，从图上可以看出在河流阴坡的部分地区，校正后的影像灰度值有些偏高。图2展示了原始影像以及经过地形校正后的假彩色合成影像。由图可以看出利用本文提出的耦合了大

7、气校正的地形校正模型处理后的影像与原始影像相比，去除了绝大部分阴影影响，恢复了阴影下地物的真实情况，特别是从阴坡和阳坡来看，颜色趋于一致，消除了由于阴影引起的阴坡阳坡反差很大的现象。地形校正后影像的对比度有一定的提高，特别是某些细节处表现得更加明显，如在河流的两岸，以及山脊的阴坡和阳坡。同时，从图中可以看出，由于阴影的影响，校正前图像的立体感较强，而经过地形校正后这种立体感得到了削弱。因此，在基于辐射传输方程建立地形校正模型时，运用同步或准同步的MODIS数据反演得到大气气溶胶光学厚度和大气水汽含量数据信息可以较好的解决建立地

8、形校正模型所必需的大气参数等问题。当前遥感定量化的难点之一，是不能获得到实时、准确地大气参数，从而对遥感影像进行行之有效的大气校正得到反映地物真实特征的地表反射率。而使用MODIS数据反演大气参数的方法为这一问题提供了解决思路。Band1Band2Band3Band4Band