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一种高分卫星宽视场成像仪的昼夜分离替代定标方法.pdf

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一种 高分 卫星 视场 成像 昼夜 分离 替代 定标 方法
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摘要
申请专利号:

CN201410229197.6

申请日:

2014.05.27

公开号:

CN104133204A

公开日:

2014.11.05

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01S 7/497申请日:20140527|||公开
IPC分类号: G01S7/497 主分类号: G01S7/497
申请人: 中国资源卫星应用中心
发明人: 韩启金; 张学文; 傅俏燕; 潘志强; 王爱春; 刘李
地址: 100094 北京市海淀区永丰产业基地丰贤东路5号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 中国航天科技专利中心 11009 代理人: 庞静
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法律状态
申请(专利)号:

CN201410229197.6

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2016.06.29|||2014.12.10|||2014.11.05

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

一种高分卫星宽视场成像仪的昼夜分离替代定标方法,(1)读取高分卫星宽视场成像仪夜间海洋场景的遥感图像数据,依据各探元自身暗噪声引起的灰度值,计算每个波段的暗噪声偏移量;(2)确定卫星成像仪入瞳处光谱辐亮度计算模型;(3)成像仪观测特定场地并成像,地面同步观测步骤(2)中模?#22270;?#31639;需要的辅助数据,根据成像仪观测特定场地输出的遥感图像数据,提取特定场地各波段平均计数值;(4)计算卫星成像仪的各波段入瞳处光谱辐亮度;再结合成像仪波段光谱响应函数特性,计算成像仪入瞳处波段等效辐亮度;(5)根据步骤(1)中的暗噪声偏移量、步骤(3)中的特定场地各波段平均计数值以及步骤(4)的成像仪入瞳处波段等效辐亮度,计算在轨绝对辐射定标系数。

权利要求书

权利要求书
1.  一种高分卫星宽视场成像仪的昼夜分离替代定标方法,其特征在于步骤如下: 
(1)读取高分卫星宽视场成像仪夜间海洋场景的遥感图像数据,依据各探元自身暗噪声引起的灰度值,计算每个波段的暗噪声偏移量; 
(2)确定卫星成像仪入瞳处光谱辐亮度计算模型; 
(3)成像仪观测特定场地并成像,地面同步观测步骤(2)中模?#22270;?#31639;需要的辅助数据,根据成像仪观测特定场地输出的遥感图像数据,提取特定场地各波段平均计数值
(4)利用步骤(3)中的辅助数据代入步骤(2)中的模型,计算卫星成像仪的各波段入瞳处光谱辐亮度;再结合成像仪波段光谱响应函数特性,计算成像仪入瞳处波段等效辐亮度; 
(5)根据步骤(1)中的暗噪声偏移量、步骤(3)中的特定场地各波段平均计数值以及步骤(4)的成像仪入瞳处波段等效辐亮度,计算在轨绝对辐射定标系数。 

2.  根据权利要求1所述的一种高分卫星宽视场成像仪的昼夜分离替代定标方法,其特征在于:所述步骤(1)中的暗噪声偏移量计算公式如下: 

式中:为宽视场成像仪波段λi的自身暗噪声偏移量; 
为宽视场成像仪波段λi的夜间海洋场景遥感图像对应计数值; 
kj为宽视场成像仪波段λi的整景遥感图像数据中大小出现的频次; 
n为宽视场成像仪遥感图像中计数值的变化区间。

3.  根据权利要求1所述的一种高分卫星宽视场成像仪的昼夜分离替代定标方法,其特征在于:所述步骤(5)中的在轨替代辐射定标系数公式如下: 

式中:Lsλi为卫星成像仪波段λi的等效辐亮度; 
为卫星成像仪波段λi的平均计数值; 
卫星成像仪波段λi的自身暗噪声偏移量; 
为卫星成像仪波段λi的在轨替代辐射定标系数,即辐射响应度。 

说明书

说明书一种高分卫星宽视场成像仪的昼夜分离替代定标方法
技术领域
本发明涉及一种高分卫星宽视场成像仪的昼夜分离的替代定标方法,特别涉及高分一号卫星宽视场成像仪的昼夜分离替代定标方法。
背景技术
高分卫星宽视场成像仪是一种快速获取大面积地物目标光学辐射信息的光学遥感器,可同时获取高分辨率、宽覆盖的地物遥感信息,为区域性环境监测和地质研究提供有效的信息资源,而遥感信息深入定量化应用的前提是将遥感器输出信号转换为目标对应的实际物理量,即通过绝对辐射定标确定数字量与物理量之间的数量关系。
目前国内外绝对辐射定标方面的成果较多,但由于卫星光学遥感器的参数设置、特性以及星上功能存在各种差别,再加上各种绝对辐射定标方法的使用条件、计算过程以及模型精度也不同,尤其在缺少星上实时暗噪声信号监测功能的情况下,很难将某种绝对辐射定标方法直接应用于高分卫星宽视场成像仪的在轨替代定标。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供一种可准确获取在轨绝对辐射定标系数的替代定标方法。
本发明的技术解决方案是:一种高分卫星宽视场成像仪的昼夜分离替代定标方法,步骤如下:
(1)读取高分卫星宽视场成像仪夜间海洋场景的遥感图像数据,依据各探元自身暗噪声引起的灰度值,计算每个波段的暗噪声偏移量;
(2)确定卫星成像仪入瞳处光谱辐亮度计算模型;
(3)成像仪观测特定场地并成像,地面同步观测步骤(2)中模?#22270;?#31639;需 要的辅助数据,根据成像仪观测特定场地输出的遥感图像数据,提取特定场地各波段平均计数值
(4)利用步骤(3)中的辅助数据代入步骤(2)中的模型,计算卫星成像仪的各波段入瞳处光谱辐亮度;再结合成像仪波段光谱响应函数特性,计算成像仪入瞳处波段等效辐亮度;
(5)根据步骤(1)中的暗噪声偏移量、步骤(3)中的特定场地各波段平均计数值以及步骤(4)的成像仪入瞳处波段等效辐亮度,计算在轨绝对辐射定标系数。
所述步骤(1)中的暗噪声偏移量计算公式如下:
offsetλi=Σj=0nDNnight,λ1·kjΣj=0nkj]]>
式中:为宽视场成像仪波段λi的自身暗噪声偏移量;
为宽视场成像仪波段λi的夜间海洋场景遥感图像对应计数值;
kj为宽视场成像仪波段λi的整景遥感图像数据中大小出现的频次;
n为宽视场成像仪遥感图像中计数值的变化区间;
所述步骤(5)中的在轨替代辐射定标系数公式如下:
Lsλi=DNλi‾-offsetλigainλi]]>
式中:Lsλi为卫星成像仪波段λi的等效辐亮度;
为卫星成像仪波段λi的平均计数值;
卫星成像仪波段λi的自身暗噪声偏移量;
为卫星成像仪波段λi的在轨替代辐射定标系数,即辐射响应度。
本发明与现有技术相比有益效果为:
(1)本发明利用高分宽视场成像仪夜间海洋场景数据,结合替代定标场地同步观测数据,采用昼夜分离替代定标模型实现了高分卫星宽视场成像仪的在轨绝对辐射定标。
(2)本发明提出的高分卫星宽视场成像仪的昼夜分离替代定标方法,实现了遥感器辐射响应特性的独立定标,克服以往在轨定标算法中假设暗噪声偏移量恒定或者辐射响应与暗噪声偏移量混合计算的缺点,有效地提高了辐射定标的精度。
(3)本发明为高分卫星宽视场成像仪所提出的方法,兼顾了宽视场成像仪的系统性能和算法可行性,对同类卫星光学遥感器的在轨辐射定标也具有很强的实用性。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明,如图1所示,具体步骤如下:
(1)自身暗噪声偏移量计算:读取高分卫星宽视场成像仪夜间海洋场景的原始遥感图像数据,对原始数据进?#24615;?#22788;理,获得对应的一级遥感图像数据,并依据一级图像中各探元的计数值,按照公式①计算成像仪各波段的暗噪声偏移量;
offsetλi=Σj=0nDNnight,λ1·kjΣj=0nkj]]>   ①
式中:为宽视场成像仪波段λi的自身暗噪声偏移量;
为宽视场成像仪波段λi夜间海洋场景遥感图像对应计数值;
kj为宽视场成像仪波段λi整景遥感图像数据中大小出现的频次;
n为宽视场成像仪遥感图像中计数值的变化区间;
(2)光谱辐亮度计算模型确定:依据太阳-大气-地表-成像仪相互作用的大气辐射传输方程,按照公式②确定成像仪对地成像过程中接收的光谱辐亮度:
Ls(λ)=1πd2{Es·μs·T(θs)1-ρnS[ρ(λ)·e-τ/μv+ρn·td(θv)]+Es·μs·ρp}]]>   ②
式中:Ls(λ)为波长λ处的成像仪入瞳处辐亮度;
d2为日地距离修正因子;
Es为大气外太阳光谱辐照度,μs=cosθs(θs为太阳天顶角);
为向下方向(太阳-地表)大气散射透过率;
τ为大气光学厚度;
ρn为目标邻近区地表反射率;
S为大气球面反照率;
μv=cosθv(θv是观测天底角);
ρ(λ)为波长λ处目标反射率;
td(θv)为向上方向(地表-卫星)大气散射透射因子;
ρp为大气路径的反射率。
在假设大气垂?#21271;?#21270;、平面平行大气条件以及场地相对均匀的条件下,对公式②进行变化得到卫星成像仪入瞳处光谱辐亮度计算模型:
Ls(λ)=T(λ)·ρ(λ)1-ρ(λ)S+Lp(λ)]]>   ③
式中:T(λ)=Es·μs·T(θs)·T(θv)πd2,]]>其中T(θv)=e-τ/μv+td(θv)]]>为向上方向
(地表-卫星)大气漫射散射因子;
为波长λ处的大气路径辐亮度。
(3)替代定标辅助数据获取与计数值提取:依据步骤(2)中确定的成像仪入瞳处光谱辐亮度计算模型(公式③),获取成像仪观测替代定标场地时的地表光谱反射率、大气气溶胶光学厚度、场地经纬度信息等辅助数据,若直接采 用公式②进行光谱辐亮度计算,可能需要不同的辅助数据;根据成像仪观测特定场地输出的遥感图像数据提提取特定场地各波段平均计数值
(4)入瞳处辐亮度计算:根据步骤(3)获取的定标场地辅助数据和卫星宽视场成像仪对特定场地成像时的太阳天顶角、太阳方位角、观测天顶角和观测方位角,采用步骤(2)确定的模?#22270;?#31639;出卫星成像仪的各波段入瞳处光谱辐亮度,再结合成像仪波段光谱响应函数特性,按照公式④计算出成像仪入瞳处波段等效辐亮度:
offsetλi=Σj=0nDNnight,λ1·kjΣj=0nkj]]>   ④
式中:Lsλi为卫星成像仪波段λi的等效辐亮度;
fi(λ)为成像仪波段λi的光谱响应函数;
λmin为成像仪波段λi的最小波长,λmin为成像仪波段最大波长。
(5)定标系数计算:综合上述步骤(1)、(4)和(5)获得的成像仪对应波段的自身暗噪声偏移量、等效辐亮度和平均计数值,即可通过成像仪输入输出之间的线性关系式⑤获得在轨替代辐射定标系数:
Lsλi=DNλi‾-offsetλigainλi]]>   ⑤
式中:Lsλi为卫星成像仪波段λi的等效辐亮度;
为卫星成像仪波段λi的平均计数值;
卫星成像仪波段λi的自身暗噪声偏移量;
为卫星成像仪波段λi的在轨替代辐射定标系数,即辐射响应度。
分别利用常规场地定标方法和昼夜分离替代定标方法对高分一号卫星宽视场成像仪进行在轨辐射定标,并利用多种反射目标实测数据对上述两种方法的定标结果进行验证,结果表明:本方法不仅能准确对宽视场成像仪在轨暗噪声偏移量进行标定,而?#19968;?#21462;的辐射定标结果精度明显高于常规单纯依靠场地定标获取的辐射定标结果。本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

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