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《基于6S模型的可见光_近红外遥感数据的大气校正》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、北京大学学报(自然科学版),第40卷,第4期,2004年7月ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisPekinensis,Vol.40,No.4(July,2004)基于6S模型的可见光、近红外1)遥感数据的大气校正2)阿布都瓦斯提·吾拉木秦其明朱黎江(北京大学遥感与地理信息系统研究所,北京,100871)摘要受大气吸收与散射的影响,电磁波在大气—目标物—遥感器途径传输过程中发生失真,造成目标地物反射辐射能量到达遥感器时被衰减。给计算地表反照率P反射率和地表温度等关键参数带来较大的误差。选择陆地卫星7号ETM+遥感影像的可见光、近红外波段数据,利用6S模
2、型,进行大气辐射校正和反射率反演。同步气象数据用于遥感器所接受的大气顶部辐射的模拟、验证和评价6S对大气校正的可靠性。最后对ETM+可见光和近红外波段数据大气校正前后的反射辐射和均一化植被指数(NDVI)的变化进行了对比研究。关键词6S模型;遥感数据的大气校正;定量遥感;可见光和近红外波段数据中图分类号TP79;TP7010引言太阳辐射不仅是大气、陆表和海洋之间能量和水循环动力,而且是引起全球气候变化的主要因素。定量遥感的目的是利用遥感器有效地收集来自地物的太阳辐射能量,从中反演陆地表面各种参数,包括双向反射率函数(BRDF)、反照率、植被指数、叶面积指数(LAI)等。由于电磁波在大气中的
3、传输和遥感器观测过程中光照条件以及大气作用等的影响,遥感器的测量值与地物实际的光谱辐射率是不一样的,测量值发生辐射失真。只有小部分(在0185μm波段[1,2]80%,在0145μm波段50%)太阳辐射能反射到遥感器。辐射损失主要发生在大气吸收和散射过程。辐射在太阳—目标物—遥感器之间的传输有4种情况:太阳光被大气气溶胶散射,部分散射到遥感器,其余散射到宇宙;光子散射和直射到目标物后反射到遥感器;在非均匀的地表情况照射目标物周围地物的太阳光反射到遥感器;在从目标物到遥感器的途径光子同样被散射,部分散射到遥感器。因此,地表参数的遥感定量反演研究中,必须纠正目标辐射的不确定性信息。对可见光、近
4、红外波段数据来说,这个波段受水气吸收的影响大,从遥感器所接受的大气顶部辐射中消除由瑞利散射、米氏散射和水汽吸收等大气效应引起的干扰是非常困难的。此外,大气气溶胶分布很不均匀,不可能获得当时当地每一点的大气气溶胶分布数据和大气的光学厚度,只能通过对辐射传输过程进行模拟和假设,推导地表的真实反射率。本研究1)国家高新技术研究发展计划课题(2001AA135110)和国家重点基础研究发展规划项目(G2000077900)资助。2)通讯联系人:电话:010262751965;E2mail:qmqin@pku.edu.cn收稿日期:2003204211;修回日期:2003212209611北京大学学
5、报(自然科学版)第40卷中,采用了基于6S(SecondSimulationofSatelliteSignalintheSolarSpectrum)模型和大气P地表BRDF耦合效应的大气校正方法计算目标物真实辐射亮度和反射率。采用的技术流程是首先对遥感数据进行辐射订正,然后计算大气顶部反射率,最后基于6S模型推导地表的真实反射率,并消除地2气耦合效应。1大气顶部反射率计算定量遥感反演研究必须从遥感器所接受到的大气2陆地混合信号中提取出陆表目标物体的贡献部分,消除所观察目标非相关的信息。定量遥感首先要解决的核心问题是辐射定标和大气校正。科学家们试图通过大气校正方法提取目标物的真实反射率,提出
6、了直方图均衡化(HistogramMatching)、黑暗目标法(DarkObjectMethod)、固定目标法(InvariantObject)对比减少[3～15]法(ContrastReduction)、LUT(LookUpTable)方法、6S模型等不少方法。上述方法大部分建立在某种特殊的理想条件下,其实用性受到一定限制。6S模型建立在辐射传输理论基础之上,模型应用范围广,不受研究区特点及目标类型等的影响。[16]实现辐射订正后,采用公式(1)把图像灰度值转换成具有辐射意义的亮度值。Lmax-LminLλ=gain×DN+offset=(DN-DNmin)+Lmin。(1)DNmax
7、-DNmin-2-1-1其中,Lλ是某个波段光谱辐射亮度(单位:W·m·μm·sr);offset和gain是图像头文件提供-2-1-1的偏差参数(单位:W·m·μm·sr);DN是经辐射订正的图像灰度值,DNmax和DNmin为遥感-2器最大和最小灰度值Lmax,Lmin分别为最大和最小灰度值所相应的辐射亮度(单位:W·m·-1-1μm·sr)。利用公式(2)可以计算地物在大气外的顶部光谱反射率:2π·Lλ·dρTOA
