一种气溶胶光学厚度反演方法技术

本申请提供了一种气溶胶光学厚度反演方法，涉及遥感图像处理技术领域，包括：对获取的静止卫星的遥感影像进行预处理，去除云像元、水像元以及冰雪像元，得到影像AOD反演区域；针对反演区域的各暗像元，通过对短波红外波段、红光波段和蓝光波段进行地气解耦，得到暗像元的红光地表反射率和蓝光地表反射率；读取可见红光波段查找表和蓝光波段查找表，通过求解暗像元的第一代价函数最小值，获取暗像元的最优气溶胶光学厚度；针对反演区域的各亮像元，基于地表反射率库计算亮像元的蓝光地表反射率；读取蓝光波段查找表，通过求解亮像元的第二代价函数最小值，获取亮像元的最优气溶胶光学厚度。从而能够提高静止卫星遥感影像的气溶胶光学厚度反演精度。学厚度反演精度。学厚度反演精度。

【技术实现步骤摘要】
一种气溶胶光学厚度反演方法


[0001]本申请涉及遥感图像处理
，尤其是涉及一种气溶胶光学厚度反演方法。

技术介绍

[0002]气溶胶对全球大气环境、气候变化以及人类健康具有重要影响，气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth ，AOD）是气溶胶最重要的参数之一，也是评价大气污染程度的关键因子。AOD的监测有两种途径：地基观测和卫星反演。地基监测仪器价格昂贵，并且仪器的操作和维护过程较为繁琐，因此地基观测能力十分有限，无法满足长时序、高频次、大范围动态监测AOD的要求。而卫星反演的AOD可以有效满足以上要求。
[0003]目前应用最广的极轨卫星MODIS_AOD产品主要关注区域的某一时刻的瞬时AOD，不具备观测区域全天的AOD分布和变化情况的能力。利用静止气象卫星数据反演的AOD可以大幅度提高观测频率，产品虽然能达到一定的精度水平，但受限于静止卫星光谱分辨率、空间分辨率以及定标精度较低等因素，很难对其反演的误差进行控制。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供了气溶胶光学厚度反演方法，能够解决现有卫星反演气溶胶光学厚度存在精度不高的技术问题。
[0005]本申请实施例提供了一种气溶胶光学厚度反演方法，包括：对获取的静止卫星的遥感影像进行预处理，去除云像元、水像元以及冰雪像元，得到影像AOD反演区域；对于影像AOD反演区域的各暗像元，通过对短波红外波段、红光波段和蓝光波段进行地气解耦，得到所述暗像元的红光地表反射率和蓝光地表反射率，由此计算模拟红光表观反射率和模拟蓝光表观反射率；读取预先建立的可见红光波段查找表和蓝光波段查找表，通过求解所述暗像元的第一代价函数最小值，获取所述暗像元的最优气溶胶光学厚度；所述第一代价函数值根据所述暗像元的实际红光表观反射率、实际蓝光表观反射率、模拟红光表观反射率和模拟蓝光表观反射率计算得到；对于影像AOD反演区域的各亮像元，基于预先建立的地表反射率库计算所述亮像元的蓝光地表反射率，由此计算模拟蓝光表观反射率；读取所述蓝光波段查找表，通过求解所述亮像元的第二代价函数最小值，获取所述亮像元的最优气溶胶光学厚度，所述第二代价函数值根据所述亮像元的模拟蓝光表观反射率以及实际蓝光表观反射率计算得到。
[0006]进一步的，所述方法还包括：构建基于6S辐射传输模型的可见红光波段查找表和蓝光波段查找表，具体为：在预设时间段内，调用6S辐射传输模型，在可见红光波段内，建立针对所有可能的太阳天顶角、卫星观测角、相对方位角和气溶胶光学厚度情况下得到的大气半球反射率、太阳
‑
地面的大气路径透过率、地面
‑
传感器的大气路径透过率和大气程辐射反射率，形成可见红光波段查找表；
在预设时间段内，调用6S辐射传输模型，在蓝光波段内，建立针对所有可能的太阳天顶角、卫星观测角、相对方位角、气溶胶光学厚度情况下得到的大气半球反射率、太阳
‑
地面的大气路径透过率、地面
‑
传感器的大气路径透过率和大气程辐射反射率，形成蓝光波段查找表。
[0007]进一步的，对遥感影像进行预处理，去除云像元、水像元以及冰雪像元，得到影像AOD反演区域；包括：将遥感影像从RGB空间转换到HSI空间，构建遥感影像的显著性图像；采用最大类间方差法识别显著性图像中的云像元，去除遥感影像中的云像元，得到影像无云覆盖区域；计算影像无云覆盖区域中各像元的水体指数，根据水体指数识别影像无云覆盖区域中的水像元；去除影像无云覆盖区域中的水像元，得到影像无云无水覆盖区域；计算影像无云无水覆盖区域中各像元的积雪指数，根据积雪指数识别影像无云无水覆盖区域中的冰雪像元；去除影像无云覆盖区域中的冰雪像元，得到影像AOD反演区域。
[0008]进一步的，所述方法还包括：获取影像AOD反演区域的各像元的短波红外地表反射率ρ
swir
，若0.01≤ρ
swir
≤0.25，则像元为暗像元，否则像元为亮像元。
[0009]进一步的，通过对短波红外波段、红光波段和蓝光波段进行地气解耦，得到所述暗像元的红光地表反射率和蓝光地表反射率；包括：计算一个暗像元的短波红外波段及红光波段处的归一化植被指数NDVI
swir
：其中，band
red
为所述暗像元的红光波段；band
swir
为所述暗像元的短波红外波段；根据归一化植被指数NDVI
swir
，确定短波红外地表反射率ρ
swir
与红光地表反射率ρ
red
的关系式，根据所述暗像元的短波红外地表反射率计算所述暗像元的红光地表反射率；根据归一化植被指数NDVI
swir
，选择红光地表反射率ρ
red
与蓝光地表反射率ρ
blue
的关系式，根据所述暗像元的红光地表反射率计算所述暗像元的蓝光地表反射率。
[0010]进一步的，所述方法还包括：构建短波红外地表反射率、红光地表反射率以及蓝光地表反射率的关系，具体为：短波红外地表反射率ρ
swir
与红光地表反射率ρ
red
的关系：当0＜NDVI
swir
≤0.1时：当0.1＜NDVI
swir
≤0.2时：当0.2＜NDVI
swir
≤1.0时：其中，slope
swir/red
和int
swir/red
为短波红外地表反射率与红光地表反射率回归关
系斜率和截距；红光地表反射率ρ
red
与蓝光地表反射率ρ
blue
的关系:当0＜NDVI
swir
≤0.1时：当0.1＜NDVI
swir
≤0.2时：当0.2＜NDVI
swir
≤0.3时：当0.3＜NDVI
swir
≤0.4时：当0.4＜NDVI
swir
≤1时：其中，slope
red/blue
和int
red/blue
为红光地表反射率和蓝光地表反射率回归关系斜率和截距。
[0011]进一步的，读取预先建立的可见红光波段查找表和蓝光波段查找表，通过求解第一代价函数最小值，获取所述暗像元的最优气溶胶光学厚度，包括：获取所述暗像元的太阳天顶角、卫星观测角和相对方位角；读取预先建立的可见红光波段查找表，获取太阳天顶角、卫星观测角和相对方位角对应的所有可能的气溶胶光学厚度、大气半球反射率、太阳
‑
地面的大气路径透过率、地面
‑
传感器的大气路径透过率和大气程辐射反射率；根据所述暗像元的红光地表反射率，以及所有可能的大气半球反射率、太阳
‑
地面的大气路径透过率、地面
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传感器的大气路径透过率和大气程辐射反射率，计算多个模拟红光表观反射率，每个模拟红光表观反射率对应一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，包括：对获取的静止卫星的遥感影像进行预处理，去除云像元、水像元以及冰雪像元，得到影像AOD反演区域；对于影像AOD反演区域的各暗像元，通过对短波红外波段、红光波段和蓝光波段进行地气解耦，得到所述暗像元的红光地表反射率和蓝光地表反射率，由此计算模拟红光表观反射率和模拟蓝光表观反射率；读取预先建立的可见红光波段查找表和蓝光波段查找表，通过求解所述暗像元的第一代价函数最小值，获取所述暗像元的最优气溶胶光学厚度；所述第一代价函数值根据所述暗像元的实际红光表观反射率、实际蓝光表观反射率、模拟红光表观反射率和模拟蓝光表观反射率计算得到；对于影像AOD反演区域的各亮像元，基于预先建立的地表反射率库计算所述亮像元的蓝光地表反射率，由此计算模拟蓝光表观反射率；读取所述蓝光波段查找表，通过求解所述亮像元的第二代价函数最小值，获取所述亮像元的最优气溶胶光学厚度，所述第二代价函数值根据所述亮像元的模拟蓝光表观反射率以及实际蓝光表观反射率计算得到。2.根据权利要求1所述的气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，所述方法还包括：构建基于6S辐射传输模型的可见红光波段查找表和蓝光波段查找表，具体为：在预设时间段内，调用6S辐射传输模型，在可见红光波段内，建立针对所有可能的太阳天顶角、卫星观测角、相对方位角和气溶胶光学厚度情况下得到的大气半球反射率、太阳
‑
地面的大气路径透过率、地面
‑
传感器的大气路径透过率和大气程辐射反射率，形成可见红光波段查找表；在预设时间段内，调用6S辐射传输模型，在蓝光波段内，建立针对所有可能的太阳天顶角、卫星观测角、相对方位角、气溶胶光学厚度情况下得到的大气半球反射率、太阳
‑
地面的大气路径透过率、地面
‑
传感器的大气路径透过率和大气程辐射反射率，形成蓝光波段查找表。3.根据权利要求2所述的气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，对遥感影像进行预处理，去除云像元、水像元以及冰雪像元，得到影像AOD反演区域；包括：将遥感影像从RGB空间转换到HSI空间，构建遥感影像的显著性图像；采用最大类间方差法识别显著性图像中的云像元，去除遥感影像中的云像元，得到影像无云覆盖区域；计算影像无云覆盖区域中各像元的水体指数，根据水体指数识别影像无云覆盖区域中的水像元；去除影像无云覆盖区域中的水像元，得到影像无云无水覆盖区域；计算影像无云无水覆盖区域中各像元的积雪指数，根据积雪指数识别影像无云无水覆盖区域中的冰雪像元；去除影像无云覆盖区域中的冰雪像元，得到影像AOD反演区域。4.根据权利要求3所述的气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，所述方法还包括：获取影像AOD反演区域的各像元的短波红外地表反射率ρ
swir
，若0.01≤ρ
swir
≤0.25，则像元为暗像元，否则像元为亮像元。5.根据权利要求4所述的气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，通过对短波红外波段、红光波段和蓝光波段进行地气解耦，得到所述暗像元的红光地表反射率和蓝光地表反射率；包括：计算一个暗像元的短波红外波段及红光波段处的归一化植被指数NDVI
swir
：
其中，band
red
为所述暗像元的红光波段；band
swir
为所述暗像元的短波红外波段；根据归一化植被指数NDVI
swir
，确定短波红外地表反射率ρ
swir
与红光地表反射率ρ
red
的关系式，根据所述暗像元的短波红外地表反射率计算所述暗像元的红光地表反射率；根据归一化植被指数NDVI
swir
，选择红光地表反射率ρ
red
与蓝光地表反射率ρ
blue
的关系式，根据所述暗像元的红光地表反射率计算所述暗像元的蓝光地表反射率。6.根据权利要求5所述的气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，所述方法还包括：构建短波红外地表反射率、红光地表反射率以及蓝光地表反射率的关系，具体为：短波红外地表反射率ρ
swir
与红光地表反射率ρ
red
的关系：当0＜NDVI
swir
≤0.1时：当0.1＜NDVI
swir
≤0.2时：当0.2＜NDVI
swir
≤1.0时：其中，slop...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄葵，王宇翔，吴月，陈强，白琳，
申请(专利权)人：航天宏图信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：