三線陣相機影像協(xié)同絕對輻射定標和校正方法
【專利摘要】三線陣相機影像協(xié)同絕對輻射定標和校正方法，步驟為：1）三線陣相機影像分別相對輻射校正；2）地表靶標反射率計算；3）大氣參數(shù)計算；4）三線陣相機分別光譜響應(yīng)計算；5）三線陣相機分別入瞳輻亮度計算；6）三線陣協(xié)同絕對輻射定標系數(shù)計算；7）基于三線陣協(xié)同絕對輻射定標系數(shù)的絕對輻射校正。本發(fā)明將三線陣相機正視、前視和后視影像的輻射響應(yīng)關(guān)系構(gòu)建統(tǒng)一模型，使三線陣影像的輻射響應(yīng)真實地反映地物實際光譜特性，為攝影測量立體測圖和遙感定量化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【專利說明】三線陣相機影像協(xié)同絕對輻射定標和校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三線陣相機影像協(xié)同絕對輻射定標和校正方法，屬于遙感衛(wèi)星圖 像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，用于測繪型光學(xué)遙感衛(wèi)星三線陣相機影像輻射定標和輻射校正處理。
【背景技術(shù)】
[0002]三線陣相機是測繪型光學(xué)遙感衛(wèi)星所搭載的一種主要光學(xué)載荷之一，它具有正視 (又稱下視)、前視和后視三個觀測方向的相機，各個觀測方向的相機之間具有精確標定及 控制的幾何關(guān)系。通過三線陣相機，可在單顆衛(wèi)星上實現(xiàn)對同一區(qū)域、同一目標在衛(wèi)星飛行 軌跡星下點、飛行軌跡前方和飛行軌跡后方的成像，并通過不同方向影像的處理分析，實現(xiàn) 對地物目標的立體觀測，獲取精確的地理信息，生產(chǎn)數(shù)字地形圖等測繪產(chǎn)品。
[0003]光學(xué)遙感影像輻射校正是光學(xué)遙感衛(wèi)星相機影像處理的主要內(nèi)容之一，其目的是 減少或消除遙感影像的各類輻射誤差，提升遙感影像輻射精度，增強遙感影像反映實際地 物真實物理特性的能力，其內(nèi)容主要包括兩個方面:一是消除影像自身像元之間的輻射響 應(yīng)不一致性，稱之為相對輻射校正；二是將遙感影像的量化維度由傳感器器件的數(shù)字響應(yīng) 計數(shù)值即DN值轉(zhuǎn)化為實際地物輻射能量值，稱之為絕對輻射校正。以上目的與內(nèi)容適用于 采用CCD作為探測器件的可見光全色、近紅外、多光譜等各類常用光學(xué)遙感影像的輻射校 正處理。
[0004]對于三線陣相機遙感影像，其輻射校正處理除具備上述光學(xué)遙感影像輻射校正處 理的一般特征以外，還應(yīng)在提升單相機影像自身輻射精度的基礎(chǔ)上，進一步考慮正視、前視 和后視相機影像之間的輻射相對比例關(guān)系與絕對輻射量化程度，減少或消除由于傳感器器 件光譜響應(yīng)不一致性、電磁波譜在大氣中的方向性傳輸光譜透射能力不一致性和地物光譜 方向性反射特性等光譜響應(yīng)誤差，提升三線陣遙感影像隨波長變化的光譜響應(yīng)精度，準確 量化和標定三線陣相機之間的輻射響應(yīng)關(guān)系，減少和消除不同相機影像間的輻射響應(yīng)差 異，提升三線陣影像立體觀測和數(shù)字測圖精度。
[0005]目前光學(xué)遙感影像的絕對輻射定標和校正處理，主要是面向常規(guī)星下點成像模式 實現(xiàn)的。這種處理方法在三線陣相機遙感影像絕對輻射定標和校正處理中存在的主要問題 和缺陷是:以星下點成像為基本假設(shè)，沒有考慮三線陣相機各自的觀測方向性差異對定標 結(jié)果和校正效果的影響；三線陣相機的光譜響應(yīng)曲線參數(shù)沒有進行歸一化處理，沒有構(gòu)建 不同相機之間在光譜響應(yīng)上的關(guān)系，導(dǎo)致定標和校正結(jié)果缺乏協(xié)同的相關(guān)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于絕對輻射定標的 三線陣相機影像協(xié)同輻射定標和校正方法，使三線陣影像的輻射響應(yīng)真實地反映地物實際 光譜特性，為攝影測量立體測圖和遙感定量化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:三線陣相機影像協(xié)同絕對輻射定標和校正方法，步驟如 下:[0008]I)根據(jù)測量獲取的遙感衛(wèi)星三線陣正視、前視和后視相機各自獨立的實驗室相對定標系數(shù)，采用灰度線性變換方法對輻射定標場靶標的三線陣相機原始影像逐相機逐像元進行相對輻射校正，獲得輻射定標場靶標相對輻射校正影像；
[0009]2)獲取在軌輻射定標場野外測量的光譜輻照度數(shù)據(jù)，計算得到地表靶標反射率參數(shù)；
[0010]3)獲取在軌輻射定標場野外測量的太陽輻照度數(shù)據(jù)、太陽天頂角和方位角參數(shù)、 革巴標大地坐標、衛(wèi)星成像時刻軌道和姿態(tài)參數(shù)、氣象參數(shù)，計算大氣參數(shù)；所述大氣參數(shù)包括氣溶膠光學(xué)厚度、氣體吸收光學(xué)厚度和瑞利光學(xué)厚度；
[0011]4)根據(jù)測量獲取的三線陣正視、前視和后視相機各自的實驗室光譜響應(yīng)曲線參數(shù)，計算三線陣正視、前視和后視相機各自的光譜響應(yīng)歸一化參數(shù)；
[0012]5)根據(jù)步驟2)得到的地表靶標反射率參數(shù)、步驟3)得到的大氣參數(shù)和步驟4)得到的相機光譜響應(yīng)歸一化參數(shù)，分別計算三線陣正視、前視和后視相機各自的入瞳輻亮度參數(shù)；
[0013]6)根據(jù)步驟I)得到的輻射定標場靶標相對輻射校正影像和步驟5)得到的入瞳輻亮度參數(shù)，建立靶標影像DN值與入瞳輻亮度之間的對應(yīng)關(guān)系，通過線性擬合方法計算三線陣正視、前視和后視相機各自的絕對輻射定標系數(shù)；
[0014]7)根據(jù)步驟6)得到的絕對輻射定標系數(shù)，對三線陣正視、前視和后視相機的原始影像進行絕對輻射校正，得到三線陣相機協(xié)同絕對輻射校正影像。
[0015]所述步驟3)中具體實現(xiàn)方法如下:
[0016]3.1)根據(jù)大氣測量數(shù)據(jù)計算大氣光譜光學(xué)厚度，具體公式如下:
【權(quán)利要求】
1.三線陣相機影像協(xié)同絕對輻射定標和校正方法，其特征在于步驟如下:.1)根據(jù)測量獲取的遙感衛(wèi)星三線陣正視、前視和后視相機各自獨立的實驗室相對定標系數(shù)，采用灰度線性變換方法對輻射定標場靶標的三線陣相機原始影像逐相機逐像元進行相對輻射校正，獲得輻射定標場靶標相對輻射校正影像；.2)獲取在軌輻射定標場野外測量的光譜輻照度數(shù)據(jù)，計算得到地表靶標反射率參數(shù)；.3)獲取在軌輻射定標場野外測量的太陽輻照度數(shù)據(jù)、太陽天頂角和方位角參數(shù)、靶標大地坐標、衛(wèi)星成像時刻軌道和姿態(tài)參數(shù)、氣象參數(shù),計算大氣參數(shù)；所述大氣參數(shù)包括氣溶膠光學(xué)厚度、氣體吸收光學(xué)厚度和瑞利光學(xué)厚度；.4)根據(jù)測量獲取的三線陣正視、前視和后視相機各自的實驗室光譜響應(yīng)曲線參數(shù)，計算三線陣正視、前視和后視相機各自的光譜響應(yīng)歸一化參數(shù)；.5)根據(jù)步驟2)得到的地表靶標反射率參數(shù)、步驟3)得到的大氣參數(shù)和步驟4)得到的相機光譜響應(yīng)歸一化參數(shù)，分別計算三線陣正視、前視和后視相機各自的λ瞳輻亮度參數(shù)；.6)根據(jù)步驟I)得到的輻射定標場靶標相對輻射校正影像和步驟5)得到的λ瞳輻亮度參數(shù)，建立靶標影像DN值與λ瞳輻亮度之間的對應(yīng)關(guān)系，通過線性擬合方法計算三線陣正視、前視和后視相機各自的絕對輻射定標系數(shù)；.7)根據(jù)步驟6)得到的絕對輻射定標系數(shù)，對三線陣正視、前視和后視相機的原始影像進行絕對輻射校正，得到三線陣相機協(xié)同絕對輻射校正影像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三線陣相機影像協(xié)同絕對輻射定標和校正方法，其特征在于:所述步驟3)中具體實現(xiàn)方法如下:.3.1)根據(jù)大氣測量數(shù)據(jù)計算大氣光譜光學(xué)厚度，具體公式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三線陣相機影像協(xié)同絕對輻射定標和校正方法，其特征在于:所述步驟4)中具體實現(xiàn)方法如下:.4.1)獲取三線陣正視、前視和后視相機各自的光譜響應(yīng)函數(shù).(λ)、sFWD(λ)、sBWD (λ)；.4.2)獲取各相機光譜響應(yīng)函數(shù)中響應(yīng)度的最大值Smax ；.4.3)計算三線陣各相機的歸一化光譜響應(yīng)函數(shù)
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三線陣相機影像協(xié)同絕對輻射定標和校正方法，其特征在于:所述步驟5)中具體實現(xiàn)方法如下:.5.1)獲取步驟2)得到的地表靶標反射率參數(shù)、步驟3)得到的大氣參數(shù)和步驟4)得到的相機光譜響應(yīng)歸一化參數(shù)，包括:d2—日地距離修正因子；Tg(A)—波長λ處向上和向下兩方向的大氣總吸收透過率；P (A)—波長\處的地面雙向反射率因子，此處為不同靶標各自的反射率；Es(A)—波長\處的大氣外太陽光譜輻照度，單位為W .nT2* um-1；U s-太陽天頂角Q s的余弦，即cos 0 s ;U V-觀測天底角0 V的余弦，即cos 0 v ;Ed(A)—波長λ處λ射到地表的大氣漫射輻照度，單位為W .nT2* um-1；T ’ -太陽到地面方向的垂直大氣散射光學(xué)厚度；e- T (X)Zus-太陽到地面方向的大氣散射透過率；T (A)—地面到遙感衛(wèi)星相機方向的垂直大氣散射光學(xué)厚度；e-x (A)/Uv—地面到遙感衛(wèi)星相機方向的大氣散射透過率；Lp ( A )-波長\處的大氣路徑散射輻射度,單位為W ? m_2 ? u HT1。5.2)根據(jù)在軌輻射定標野外測量數(shù)據(jù)計算地面檢校場在軌定標靶標的在軌入瞳輻亮度LsU)，具體公式如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三線陣相機影像協(xié)同絕對輻射定標和校正方法，其特征在于:所述步驟6)中具體實現(xiàn)方法如下:6.1)獲取三線陣正視、前視和后視相機各自的定標場靶標影像，在影像中量測不同反射率靶標的影像DN值DNnaim、DNfwim、DNbwm，其中 i=l,2* ? 為反射率依次由低至高的靶標序號；6.2)獲取三線陣正視、前視和后視相機各自的定標場靶標在軌等效輻亮度Lnad+ LFTO_1、Lmm，其中i=l，2 ? ? ? n為反射率依次由低至高的靶標序號，結(jié)合步驟6.1)建立不同反射率靶標影像各自的DN值與入瞳輻亮度之間的對應(yīng)關(guān)系；6.3)按照輻亮度-反射率關(guān)系公式 LiZgain ? DNj+offset通過線性擬合方法，計算三線陣正視、前視和后視相機各自的絕對定標系數(shù)(gainNAD, 0ffsetNAD), (gain剛，offsetFTO) > (gain腳，offsetBWD) 0
【文檔編號】G01C25/00GK103438900SQ201310317116
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月25日
【發(fā)明者】張曉 , 郝勝勇, 胡沅, 張蕎 申請人:航天恒星科技有限公司