【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光學遙感，主要涉及一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法。
技術介紹
1、光學衛星遙感所獲取的遙感影像可以清楚地表達地物地物的空間結構與表層紋理特征，為有效解譯分析提供條件和基礎，在自然資源調查、生態環境監測、城市規劃建設等國民經濟多領域中有著非常廣闊的應用前景。然而衛星遙感所觀測地物地物的生物物理參數和環境系統演變等與遙感器輻射響應有著直接關系，因此光學衛星傳感器在軌運行期間的輻射定標精度直接影響其衛星遙感信息的定量化應用。
2、在軌輻射定標的反射率基法及輻照度基法都是一種單點(輻亮度)定標方法，都需要大面積輻射校正場和傳感器暗電流測量(或冷空測量)相配合，唯一不同的是輻照度基法增加了漫射輻射與總輻射比的測量，從而減小了反射率基法中對氣溶膠散射特性的假設所帶來的不確定度?；诖竺娣e均勻場的替代定標法對場地反射率要求較高，當反射率較低時，需通過外推來得到高于均勻場反射率的輻亮度，當反射率較高時，則需通過內插來得到未知輻射量，因此基于大面積均勻場的輻射定標對其精度的影響很大，目前在軌定標精度約為5-8％，且難以實現光學衛星相機全動態范圍內的高精度定標。
3、隨著光學衛星相機空間分辨率的日益提高，大面積輻射校正場的空間均勻性與朗伯性不能滿足高精度定標的應用需求，且光學遙感衛星星座的增加提高了時間分辨率，而輻射校正場地少且單一，定標周期長且易受天氣狀況影響，使得基于大面積輻射校正場的定標效率低，要求作為光學衛星相機輻射定標的檢測參照地物具有更高的光學穩定性、機動性和時空適應性，現有在軌輻
4、光學衛星相機空間分辨率的提高，使得具有良好的光譜平坦性與空間均勻性及近似朗伯性的線性地物可以作為檢測參照，進行光學衛星相機全動態范圍的在軌輻射定標。美國航空航天局(nasa)利用光學特性優異的人工靶標實現了星載光學相機全動態范圍的輻射定標，然而傳統的以輻射傳輸計算為核心的定標方法需要假設場區氣溶膠散射特性及周邊背景環境反射率等，特別是在復雜背景環境條件下，難以與實際情況相符。
技術實現思路
1、(一)專利技術目的
2、本專利技術目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法。本專利技術的在軌輻射定標方法是以地面實測數據為主，代替輻射傳輸計算中氣溶膠散射假設，降低氣溶膠模型與大氣模式等因素對在軌定標的影響，簡化定標流程的同時提高在軌輻射定標精度，該定標方法不僅可以實現光學衛星相機響應線性與動態范圍檢測，還可以實現其高精度、高頻次的全動態業務化移動定標。
3、(二)技術方案
4、本專利技術是通過以下技術方案實現的：一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，包括如下步驟：
5、步驟1：根據輻射定標場區海拔高度、溫濕壓風氣象參數及背景環境參數信息，通過輻射傳輸碼modtran或6s計算得到的大氣透過率，逐次逼近以太陽光度計測量的太陽-多線性地物路徑的通道大氣透過率，進而求得太陽照射路徑的高光譜大氣透過率，據此利用太陽照射與衛星觀測幾何關系來改變輻射傳輸碼中的幾何因子，計算得到衛星相機觀測路徑的高光譜大氣透過率；
6、步驟2：將大氣外太陽常數與計算的太陽路徑大氣透過率、漫射/總輻射比相乘求取太陽照射地面的總輻射照度，進而結合衛星相機的光譜響應函數、多線性地物反射率、計算的衛星相機觀測路徑大氣透過率與地面總輻射照度相乘，求取多線性地物反射至光學衛星相機的入瞳輻亮度；
7、步驟3：通過不同反射率的多線性地物設置與多線性地物遙感影像計數值，經線性回歸計算扣除大氣程輻射與地氣耦合輻射影響，求得多線性地物的輻射響應值，進而將多線性地物反射至光學衛星相機的入瞳輻亮度與多線性地物輻射響應值根據光學衛星相機定標方程，得到光學衛星相機基于多線性地物的在軌絕對輻射定標系數，至此實現光學衛星相機工作狀態下的全動態范圍輻射定標。
8、進一步的，根據輻射傳輸理論，平面平行大氣條件下，對于多線性地物的地面參照，光學衛星相機的入瞳輻亮度表示為：
9、
10、其中，l是衛星相機的入瞳輻亮度，la是大氣程輻射，es是太陽常數，μs是太陽天頂角θs的余弦因子，tgas是大氣吸收透過率，τ是大氣光學厚度，td(θs)是向下的大氣散射透過率，s是大氣球面反照率，ρe是背景反射率，ρt是多線性地物的反射率，μv是衛星觀測天頂角的余弦因子，θv是衛星觀測天頂角，t'd(θv)是向上的大氣散射透過率,α(θs)是太陽入射方向的天空漫射輻射/總輻射比；
11、多線性地物布設區域范圍內的背景反射率為常數，則定標場區的地面總照度保持不變，多線性地物上空的大氣程輻射與地-氣耦合輻射是相同的，光學衛星相機的入瞳輻亮度改寫為：
12、l＝aρt+b＝lt+b?(2)
13、其中，a是理想的線性地物反射至光學衛星相機的入瞳輻亮度，即：
14、
15、b是大氣程輻射與地-氣耦合輻射之和，即：
16、
17、光學衛星相機在一定區域范圍內對地面的多線性地物觀測成像，此時大氣程輻射、光學厚度、透過率與球面反照率、漫射/總輻射比、太陽常數參數均為確定值，據此公式(3)與公式(4)所表述的a與b亦為確定值，則根據公式(2)得光學衛星相機入瞳輻亮度l與多線性地物的反射率ρt呈一元線性關系，因此通過在遙感器的動態范圍內設置不同反射率或不同能級的多線性地物，以便在光學衛星影像獲取不同的多線性地物響應值，對不同反射率的多線性地物與其遙感影像響應值進行線性回歸，求取光學衛星相機基于多線性地物的在軌絕對輻射定標系數，具體根據光學衛星相機定標方程(5)，結合多線性地物的遙感圖像計數值與不同反射率，將不同反射率的多線性地物與不同反射率多線性地物遙感影像的計數值進行線性回歸計算得光學衛星相機基于多線性地物的在軌絕對輻射定標系數：
18、
19、其中，lepu,i是衛星遙感器第i通道的入瞳等效輻亮度，ri(λ)是衛星遙感器第i通道的光譜響應函數，again,i是衛星遙感器第i通道的響應度定標系數，dni是遙感器第i通道對多線性地物的響應值，dn0,i是衛星遙感器第i通道暗電流響應值。
20、進一步的，包括如下步驟：
21、(ⅰ)當光學衛星相機第i通道內多線性地物反射率ρt＝0時，相當于光學衛星相機對地觀測場區內沒有設置多線性地物，也就是光學衛星相機對場區背景觀測成像，由公式(2)得衛星遙感器的入瞳輻亮度l＝b，此時圖像計數值即為定標方程線性回歸的截距
22、
23、(ⅱ)當光學衛星相機第i通道內多線性地物反射率ρt≠0時，相當于光學衛星相機對地觀測場區內設置不同反射率或不同能級的多線性地物，也就是光學衛星相機對場區內的多線性地物觀測成像，由公式(2)得衛星遙感器的入瞳輻亮度l＝lt+b，此時根據公式(5)得：...
【技術保護點】
1.一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于，所述步驟2具體獲取步驟如下：
3.根據權利要求2所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于，所述步驟3中在軌絕對輻射定標系數的獲取具體如下：
4.根據權利要求2所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于：
5.根據權利要求3所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于：所述的通過不同反射率的多線性地物設置與不同反射率多線性地物遙感影像響應值進行線性回歸計算得到，或通過多次遙感成像計數值獲得。
6.根據權利要求1所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于：所述的多線性地物是空間尺度不小于10倍的衛星相機地面像元分辨率的大面積漫射源，或是空間尺度不大于10％的衛星相機地面像元分辨率的小尺寸反射源；
7.根據權利要求1所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在
8.根據權利要求1所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于：所述的多線性地物為反射源時，應具有優于2％的均勻一致性，反射率在光學衛星相機通道內具有良好的光譜平坦且差異小于2％。
9.根據權利要求1所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于：所述的多線性地物為反射源時，地物能級應位于光學衛星相機80％以上的動態范圍內，且不少于4種能級，每種能級之間的距離不小于10個像素。
10.根據權利要求1所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于：所述的多線性地物為反射源時，需要布設至少4×4以上的陣列，地物間距為大于5.25像素，檢測相機成像系統的調制傳遞函數，修正遙感器對多線性地物反射源的輻射響應影響。
...【技術特征摘要】
1.一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于，所述步驟2具體獲取步驟如下：
3.根據權利要求2所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于，所述步驟3中在軌絕對輻射定標系數的獲取具體如下：
4.根據權利要求2所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于：
5.根據權利要求3所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于：所述的通過不同反射率的多線性地物設置與不同反射率多線性地物遙感影像響應值進行線性回歸計算得到，或通過多次遙感成像計數值獲得。
6.根據權利要求1所述的一種光學衛星相機基于多線性地物的在軌輻射定標方法，其特征在于：所述的多線性地物是空間尺度不小于10倍的衛星相機地面像元分辨率的大面積漫射源，或是空間尺度不大于10％的衛星相機地面像元分辨率的小尺...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊帥濤，陳卓，何澤凱，趙紀金，周川杰，侯軍燕，宋曉瑞，韓龍，
申請(專利權)人：北京市遙感信息研究所，
類型：發明
國別省市：
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