一种涉及航空高光谱遥感反演边界层气溶胶光学厚度的大气校正法，尤指一种针对国产航空高光谱遥感器得到的高光谱图像，实现城市大气边界层气溶胶光学厚度的反演，属于大气环境遥感应用领域。该方法主要解决如何从大气透射光谱中提取边界层气溶胶光学厚度信息及如何进行大气校正等技术问题；该方法通过大气辐射传输原理，从大气透射光谱中提取边界层气溶胶光学厚度信息，通过将大气模式、气溶胶模式在边界层内进行再次插值得到表现反射率，实现反演边界层气溶胶光学厚度的计算。本发明专利技术的优点：本发明专利技术针对ＯＭＩＳ成像光谱仪，结合边界层大气辐射传输原理，从大气透射光谱中提取气溶胶光学厚度信息并进行大气校正。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种航空高光谱遥感反演边界层气溶胶光学厚度的大气校正法，该方法应用于中科院上海技术物理研究所航空遥感研究室研制的航空高光谱遥感器得到的高光谱图像，通过基于辐射传输机理的大气校正法，实现城市大气边界层气溶胶光学厚度的反演，属于大气环境遥感应用领域。
技术介绍
大气气溶胶是指大气中悬浮的半径小于几十微米的固态或液态微粒，气溶胶在地球大气辐射收支平衡和全球气候中扮演着重要的角色，是大气物理学中的重要研究对象。一方面，气溶胶通过散射和吸收太阳辐射以及地面辐射直接影响着地-气系统的辐射收支平衡；另一方面，气溶胶还参与大气的多个物理过程，如云雾形成的微物理机制和臭氧平衡等；以吸收和散射方式干扰着遥感传感器接收的信号。因此，精确测量分析气溶胶，对于了解气候变化，去除遥感数据中的大气影响，提高遥感定量应用水平都具有重要意义。气溶胶光学厚度是气溶胶最重要的参数之一，是表征大气混浊度的重要物理量，也是确定气溶胶气候效应的一个关键因子和大气模型的一个重要参量。探测气溶胶光学厚度可以采用地基探测方法，如太阳辐射计、粒子计数器、辐射总表等。地基探测方法虽然可以准确提供当地的气溶胶信息，但不能获得大范围内的气溶胶时空分布。遥感反演气溶胶光学厚度可以克服地基探测方法的先天不足，为人们全天候、实时了解大范围内的气溶胶变化提供了可能。近年来，遥感反演气溶胶光学厚度已经成为快速、有效地获得大气气溶胶信息的手段，尤其在卫星遥感方面取得了很好的研究成果，已经有了比较成熟的反演算法，但主要是采用暗像元法(或暗目标法)通过6S建立查找表来实现气溶胶的反演，且这些算法大多是针对卫星资料的。暗像元法利用大多数陆面在红(0.6~0.68μm)和蓝(0.40~0.48μm)波段反射率低的特性，以植被指数(NDVI)或近红外通道(2.1μm)反射率将森林判识为暗像元，用于反演气溶胶光学厚度。毛节泰在试验利用暗像元法反演北京、香港城市污染气溶胶光学厚度时认为，在北京地区借助近红外通道表观反射率以固定比例系数关系式确定植被暗像元红、蓝通道地表反射率的方法存在较大误差。这表明利用暗像元法反演北京地区气溶胶光学厚度存在一定难度。对比方法是早期研究陆地污染气溶胶采用的卫星遥感方法。原则上讲美国NASA已经可以用MODIS图像给出全球大部分地区的气溶胶光学厚度，但是其空间分辨率仅10km，且卫星高度在700多公里，得到的是整个对流层内的气溶胶光学厚度，而气溶胶主要集中在从地面到城市边界层这样一个垂直范围内，因此从机载高光谱图像反演城市边界层气溶胶光学厚度成为我们关注的问题。实用型模块化成像光谱仪(OMIS-I)由中科院上海技术物理研究所航空遥感研究室研制，从可见、近红外到热红外(波长范围在0.46-12.5μm)共有128个连续光谱通道，光谱分辨率达到10nm级别，详细技术指标见表-1。OMIS平均飞行高度为2km，地面瞬时视场为3mrad，总视场大于70度，中心像元的地面分辨率约6m*6m，图像边缘点的空间分辨率低。
技术实现思路
为了克服上述不足之处，本专利技术的主要目的旨在提供一种针对中科院上海技术物理研究所航空遥感研究室研制的实用型模块化成像光谱仪(OMIS-I)，结合大气辐射传输原理，从大气透射光谱中提取边界层气溶胶光学厚度信息的航空高光谱遥感反演边界层气溶胶光学厚度的大气校正法。本专利技术要解决的技术问题是要解决高光谱遥感图像的辐射定标问题；要解决如何在航空高光谱遥感器实用型模块化成像光谱仪0MIS图像上选取暗目标，如何得到表现反射率，反演边界层气溶胶光学厚度计算等问题；要解决如何从大气透射光谱中提取边界层气溶胶光学厚度信息，进行大气校正等有关技术问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是航空高光谱遥感反演边界层气溶胶光学厚度的大气校正法是通过大气辐射传输原理，从大气透射光谱中提取边界层气溶胶光学厚度信息，通过将大气模式、气溶胶模式在边界层内进行再次插值得到表现反射率，实现反演边界层气溶胶光学厚度的计算，其具体计算步骤是步骤1高光谱遥感图像的辐射定标a)、读取高光谱遥感图像读取由标准格式的机载航空高光谱遥感图像；b)、转换成辐射值高光谱遥感图像模块的输出信号传送到辐射值模块的输入端，根据辐射定标文件中每一波段对应的斜率和截距两个系数，按照公式辐射值＝DN值*斜率+截距，将高光谱遥感图像的数字序号DN值转换成辐射值；步骤2、计算表观反射率，选取暗目标a)、计算将步骤1输出的辐射值，按下述公式计算为传感器上得到的表观反射率R＝π*L/(μ*f)式中R为表观反射率；L为辐射值；μ为太阳天顶角的余弦；f为大气上界太阳辐射通量密度；b)、选取暗目标辐射值模块的输出信号传送到暗目标表观反射率模块，选取近红外2.1um通道上的表观反射率，在0.036～0.044范围内的像元为暗目标；步骤3、大气校正暗目标表观反射率模块的输出信号传送到大气校正模块，根据步骤2得到的暗目标表观反射率进行大气校正；其具体工作步骤如下a)、定义几何参数在几何参数模块中输入飞机相对于像元的高度角、天顶角，太阳高度角、天顶角以及观测日期，其几何参数模块的输出信号传送到大气校正模块；b)、定义大气模式在大气模式模块中定义模式所采用的大气模式，其大气模式模块的输出信号传送到大气校正模块；c)、定义气溶胶类型模式在气溶胶类型中定义模式所用的边界层气溶胶模式中的消光和气象视距类型，若同时定义了能见度，则取代气溶胶类型中缺省值定义的气象视距，气溶胶类型模块的输出信号传送到大气校正模块；d)、定义气溶胶浓度模式在气溶胶浓度中定义模式所用的气溶胶浓度模式，输入550nm的气溶胶光学厚度或水平能见度，气溶胶浓度模块的输出信号传送到大气校正模块；e)、输入地物高程将输入地物高程模块的输出信号传送到大气校正模块；f)、输入飞机飞行高度将输入飞机飞行高度模块的输出信号传送到大气校正模块；步骤4、大气校正参数提取a)、信号传送大气校正模块的输出信号分别传送到气溶胶散射相函数模块和气溶胶单次散射反射率模块；b)、进行大气校正根据步骤3中的各输入参数，对选择的航空高光谱遥感图像上的暗目标进行大气校正；c)、校正参数从输出结果中提取校正参数气溶胶散射相函数和气溶胶单次散射反射率；步骤5、计算边界层气溶胶光学厚度a)、信号传送气溶胶散射相函数模块和气溶胶单次散射反射率模块的输出信号传送到气溶胶光学厚度模块；b)、计算按下述公式计算边界层大气的表观反射率ρ*(θS,θv,φS-φv,z)=Tg(θS,θv,z)/]]>c)、计算边界层气溶胶光学厚度由步骤4得出的气溶胶散射相函数和气溶胶单次散射反射率，计算出边界层气溶胶光学厚度；步骤6、判断a)、信号传送气溶胶光学厚度模块的输出信号传送到比较模块；b)、计算地面能见距将同步的地面能见距资料根据公式V＝3.91·H·1/τ式中V是地面能见距；H是不同季节的气溶胶标高；τ是气溶胶光学厚度；c)、比较将计算出的气溶胶光学厚度值与步骤5得到的气溶胶光学厚度进行比较；当两者的差值＜0.1，将比较模块的输出信号传送到输出模块，输出为气溶胶光学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种航空高光谱遥感反演边界层气溶胶光学厚度的大气校正法，其特征在于：该方法通过大气辐射传输原理，从大气透射光谱中提取边界层气溶胶光学厚度信息，通过将大气模式、气溶胶模式在边界层内进行再次插值得到表现反射率，实现反演边界层气溶胶光学厚度的计算，其具体计算步骤是：步骤１：高光谱遥感图像的辐射定标ａ）、读取高光谱遥感图像（１０）读取由标准格式的机载航空高光谱遥感图像（１０）；ｂ）、转换成辐射值（２０）高光谱遥感图像（１０）模块的输出信号传送到 辐射值（２０）模块的输入端，根据辐射定标文件中每一波段对应的斜率和截距两个系数，按照公式辐射值＝ＤＮ值＊斜率＋截距，将高光谱遥感图像（１０）的数字序号ＤＮ值转换成辐射值（２０）；步骤２、计算表观反射率，选取暗目标ａ）、计算 将步骤１输出的辐射值（２０），按下述公式计算为传感器上得到的表观反射率：Ｒ＝π＊Ｌ／（μ＊ｆ）式中：Ｒ为表观反射率；Ｌ为辐射值；μ为太阳天顶角的余弦；ｆ为大气上界太阳辐射通量密度；ｂ）、 选取暗目标辐射值（２０）模块的输出信号传送到暗目标表观反射率（３０）模块，选取近红外２．１ｕｍ通道上的表观反射率，在０．０３６～０．０４４范围内的像元为暗目标；步骤３、大气校正（４０）暗目标表观反射率（３０）模块的输 出信号传送到大气校正（４０）模块，根据步骤２得到的暗目标表观反射率（３０）进行大气校正（４０）；其具体工作步骤如下：ａ）、定义几何参数（４１）在几何参数（４１）模块中输入飞机相对于像元的高度角、天顶角，太阳高度角、天顶角以及 观测日期，其几何参数（４１）模块的输出信号传送到大气校正（４０）模块；ｂ）、定义大气模式（４２）在大气模式（４２）模块中定义模式所采用的大气模式，其大气模式（４２）模块的输出信号传送到大气校正（４０）模块；ｃ）、定义 气溶胶类型（４３）模式在气溶胶类型（４３）中定义模式所用的边界层气溶胶模式中的消光和气象视距类型，若同时定义了能见度，则取代气溶胶类型中缺省值定义的气象视距，气溶胶类型（４３）模块的输出信号传送到大气校正（４０）模块；ｄ）、 定义气溶胶浓度（４４）模式在气溶胶浓度（４４）中定义模式所用的气溶胶浓度模式，输入５５０ｎｍ的气溶胶光学厚度或水平能见度，气溶...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙娟，段玉森，束炯，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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