一种针对宽视场角多光谱传感器的自动交叉辐射定标方法技术

本发明专利技术公开了一种针对宽视场角多光谱传感器的自动交叉辐射定标方法，分别模拟不同地物在参考传感器和待定标传感器各波段上的反射率，并利用多元线性回归模型计算模拟反射率转换系数，根据反射率转换系数和参考传感器真实的地表反射率获得模拟的待定标传感器地表反射率；对模拟的待定标传感器地表反射率进行BRDF校正，获得模拟的校正后的待定标传感器方向反射率。本发明专利技术不依赖于固定野外定标场实测结果的定标，因而具有高频次的定标能力。不依赖于具有相同观测时间和角度的影像对，因而能够针对具体的应用场景自动的开展定标工作。不依赖于对具体的地面目标的观测，因而能够广泛选取样本，提高待定标传感器辐射定标系数的稳定性。定性。定性。

【技术实现步骤摘要】
一种针对宽视场角多光谱传感器的自动交叉辐射定标方法


[0001]本专利技术属于卫星遥感领域，具体涉及一种针对宽视场角多光谱传感器的自动交叉辐射定标方法。适用于大视场角中高空间分辨率遥感卫星数据的自动化交叉辐射定标。

技术介绍

[0002]遥感影像的辐射定标是指将卫星观测获得的无物理意义的数字信号(digital number，DN)转换为有物理意义的辐射亮度(单位：W
·
m
‑2·
sr
‑1·
μm
‑1)的过程。一般来说，线性定标的基本公式为：
[0003]L
λ
＝gains
·
DN+offset
ꢀꢀ
(1)
[0004]其中，L指卫星入瞳处的辐亮度，λ指波长，DN指遥感影像未经处理的原始值，gains和offset分别为偏置和增益，又叫定标系数。遥感影像线性定标的过程即为获取定标系数的过程。
[0005]交叉辐射定标是利用定标精度较高的遥感器作为参考，对目标传感器进行定标。其工作的核心是对参考传感器与目标传感器进行光谱响应函数以及成像时的太阳入射
‑
卫星观测角度的匹配。交叉辐射定标具有简便易行的特点，能够提高传感器辐射定标的频率，是缺乏星载定标系统传感器辐射定标的重要方法。
[0006]宽视场角多光谱卫星数据具有光谱覆盖广、观测角度大的特点，与主流参考传感器数据存在较大差异，给此类卫星传感器的辐射定标提出了挑战。有研究表明，目标传感器与参考传感器的光谱和太阳入射
‑
卫星观测角度的差异能给交叉辐射定标分别带来10％和15％的偏差。因此对参考传感器数据与目标传感器数据的匹配是交叉辐射定标的重点。
[0007]为了匹配不同传感器数据的光谱特征，利用高光谱影像和不同传感器的光谱响应函数模拟传感器的光谱反射率，并建立参考传感器同目标定标传感器间的转换系数是一个理想的解决方案。然而由于高光谱影像的时空不连续性，特定区域的高光谱影像往往不可得。另一种方法是将高光谱影像替换为地物波谱库，通过线性回归估计不同传感器对应波段的转换系数，然而该方法无法较好地估计宽波段与窄波段传感器间的转换系数。
[0008]为了匹配不同传感器数据的太阳入射
‑
卫星观测角度，选择两个传感器同时在垂直下视条件下获取的影像能够较好避免数据间角度的差异。然而，宽视场角传感器观测角度变化大，垂直下视条件的观测少，使得该方法难以适用。利用卫星地表双向反射率分布函数(bi
‑
directional reflectance distribution function,BRDF)产品来估计两个传感器在两种太阳入射
‑
卫星观测角度下的反射率，建立两者的线性关系模型，模拟待定标影像的方法成为主流。然而目前该方法主要用于窄视场角传感器，较少用于宽视场角传感器。这是因为宽视场角传感器与参考传感器反射率存在明显的非线性分布，用一个线性关系模型来估计某一方向的反射率容易产生较大的偏差，影响最终交叉定标的精度。另外，卫星地表BRDF产品与待定标卫星数据的空间分辨率差异较大，容易受到“混合像元”问题的影响。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对现有技术在对不同观测条件下的影像波段转换和BRDF校正存在的技术问题，提出了一种针对宽视场角多光谱传感器的自动交叉辐射定标方法。
[0010]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0011]一种针对宽视场角多光谱传感器的自动交叉辐射定标方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1、分别模拟不同地物在参考传感器和待定标传感器各波段上的反射率，并利用多元线性回归模型计算模拟反射率转换系数，根据反射率转换系数和参考传感器真实的地表反射率获得模拟的待定标传感器地表反射率；
[0013]步骤2、对模拟的待定标传感器地表反射率进行BRDF校正，获得模拟的校正后的待定标传感器方向反射率；
[0014]步骤3、利用校正后的待定标传感器方向反射率以及辐射传输模型，计算待定标传感器辐射定标系数。
[0015]如上所述的步骤1包括以下步骤：
[0016]步骤1.1、利用不同地物的实测波谱以及待定标传感器的光谱响应函数和参考传感器的光谱响应函数模拟出不同地物在待定标传感器各波段的反射率和参考传感器各波段的反射率；
[0017]步骤1.2、建立模拟的不同地物在待定标传感器的第j波段上的反射率同模拟的地物在参考传感器所有波段上的反射率的多元线性回归模型，计算模拟反射率转换系数，多元线性回归模型如下式所示：
[0018][0019]其中：ρ
′
PMS
(j)是模拟的地物在待定标传感器的第j波段上的反射率；ρ
′
OLI
(i)是模拟的地物在参考传感器的第i波段上的反射率；i是参考传感器的蓝、绿、红和近红外4个波段的波段索引；j是待定标传感器的蓝、绿、红和近红外4个波段的波段索引；C
ij
是模拟的地物在参考传感器的第i波段上的反射率与模拟的地物在待定标传感器的第j波段上的反射率转换系数；
[0020]步骤1.3，根据反射率转换系数C
ij
和参考传感器真实的地表反射率，通过下式获得模拟的待定标传感器地表反射率
[0021][0022]其中：是模拟的待定标传感器地表反射率，ρ
OLI
(i)是参考传感器真实地表反射率。
[0023]如上所述的步骤2包括以下步骤：
[0024]步骤2.1、选取成像光谱仪的BRDF参数文件并结合参考传感器和待定标传感器的太阳入射
‑
卫星观测角度，利用Ross
‑
Li核驱动模型分别模拟出模拟的参考传感器的方向反射率R
′
和模拟的待定标传感器的方向反射率R；
[0025]步骤2.2、以模拟的参考传感器方向反射率R
′
上的像元对应的参考传感器真实地
表反射率像元为中心像元，建立窗口，计算窗口内参考传感器真实地表反射率像元在蓝，绿，红和近红四个波段的变异系数CV，若变异系数CV小于设定变异系数阈值，则中心像元对应的模拟的参考传感器方向反射率像元和模拟的待定标传感器方向反射率像元在第j波段下分别为对应的均一像元和均一像元
[0026]步骤2.3、计算不同地物类型的BRDF校正系数，并根据不同地物类型的BRDF校正系数对模拟的待定标传感器地表反射率进行BRDF校正，得到模拟的校正后的待定标传感器方向反射率ρ
PMS
(j)。
[0027]如上所述的步骤2.3包括以下步骤：
[0028]步骤2.3.1，分别计算步骤2.2选取的选定波段的均一像元和的归一化植被指数，计算步骤1.3获得模拟的待定标传感器地表反射率的归一化植被指数；
[0029]步骤2.3.2，将归一化植被指数划分为连续的多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对宽视场角多光谱传感器的自动交叉辐射定标方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、分别模拟不同地物在参考传感器和待定标传感器各波段上的反射率，并利用多元线性回归模型计算模拟反射率转换系数，根据反射率转换系数和参考传感器真实的地表反射率获得模拟的待定标传感器地表反射率；步骤2、对模拟的待定标传感器地表反射率进行BRDF校正，获得模拟的校正后的待定标传感器方向反射率；步骤3、利用校正后的待定标传感器方向反射率以及辐射传输模型，计算待定标传感器辐射定标系数。2.根据权利要求1所述的一种针对宽视场角多光谱传感器的自动交叉辐射定标方法，其特征在于，所述的步骤1包括以下步骤：步骤1.1、利用不同地物的实测波谱以及待定标传感器的光谱响应函数和参考传感器的光谱响应函数模拟出不同地物在待定标传感器各波段的反射率和参考传感器各波段的反射率；步骤1.2、建立模拟的不同地物在待定标传感器的第j波段上的反射率同模拟的地物在参考传感器所有波段上的反射率的多元线性回归模型，计算模拟反射率转换系数，多元线性回归模型如下式所示：其中：ρ
′
PMS
(j)是模拟的地物在待定标传感器的第j波段上的反射率；ρ
′
OLI
(i)是模拟的地物在参考传感器的第i波段上的反射率；i是参考传感器的蓝、绿、红和近红外4个波段的波段索引；j是待定标传感器的蓝、绿、红和近红外4个波段的波段索引；C
ij
是模拟的地物在参考传感器的第i波段上的反射率与模拟的地物在待定标传感器的第j波段上的反射率转换系数；步骤1.3，根据反射率转换系数C
ij
和参考传感器真实的地表反射率，通过下式获得模拟的待定标传感器地表反射率的待定标传感器地表反射率其中：是模拟的待定标传感器地表反射率，ρ
OLI
(i)是参考传感器真实地表反射率。3.根据权利要求2所述的一种针对宽视场角多光谱传感器的自动交叉辐射定标方法，其特征在于，所述的步骤2包括以下步骤：步骤2.1、选取成像光谱仪的BRDF参数文件并结合参考传感器和待定标传感器的太阳入射
‑
卫星观测角度，利用Ross
‑
Li核驱动模型分别模拟出模拟的参考传感器的方向反射率R
′
和模拟的待定标传感器的方向反射率R；步骤2.2、以模拟的参考传感器方向反射率R
′
上的像元对应的参考传感器真实地表反射率像元为中心像元，建立窗口，计算窗口内参考传感器真实地表反射率像元在蓝，绿，红
和近红四...

【专利技术属性】
技术研发人员：何涛，陆俊，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：