本发明专利技术公开了一种星载多光谱相机的大气校正处理方法，步骤如下：计算表观辐亮度；建立大气校正计算模型；测量并计算气溶胶光学厚度；大气校正快速计算。本发明专利技术对所在区域进行气溶胶光学厚度进行精确测量，获取得到高精度的气溶胶光学厚度参数，实现星载相机的大气校正，消除大气对遥感卫星影像的影响，增强卫星影像中地表反射率信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种星载相机多光谱大气校正方法，可以实现星载相机的地表反射率 生产，适用于在星载相机的实时大气校正处理。
技术介绍
资源三号卫星（以下简称ZY-3卫星）是我国第一颗高分辨测绘卫星，能获取多光 谱数据（MUX，5. 8米），载荷具体参数如表1所示。ZY-3卫星的高分辨多光谱数据在资源调 查和监测等领域广泛应用，为防灾减灾、农林水利、环境保护、城市规划与建设、交通、国家 重大工程等领域提供动态信息服务。开展ZY-3卫星数据大气校正工作并评价其反演地表 参数的能力，为ZY-3卫星的业务应用提供高精度的大气校正产品，能够进一步提高ZY-3卫 星的应用水平。 表1 ZY-3多光谱相机技术参数 大气校正的方法主要有基于影像本身的暗目标法、基于地面的线性经验模型法和 辐射传输模型法等3种方法。ZY-3卫星数据业务化应用要求从卫星数据本身来反演气溶胶 光学厚度，进而完成大气校正处理，这就需要针对大气辐射特性设置用于反演大气参数的 波段，而ZY-3卫星缺乏用于反演大气参数的波段，给ZY-3卫星数据的大气校正带来困难。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种星载相机多光谱大 气校正方法，本专利技术克服ZY-3卫星多光谱数据由于缺少短波红外数据而不能采用暗目标 法计算气溶胶光学厚度的缺陷，通过建立卫星多光谱数据大气校正计算模型以及利用气溶 胶光学厚度等参数计算地表反射率，实现在轨卫星数据高精度大气校正处理，提高了计算 效率。 本专利技术的技术解决方案是： -种星载多光谱相机的大气校正处理方法包括步骤如下： (1)计算表观辐亮度： L = GainXDN+Bias (1) 其中，L为表观辐亮度；Gain和Bias为星载相机增益和偏差值；DN为图像灰度值； (2)建立大气校正计算模型： 其中，L为表观辐亮度；L。为地表反射等于0时大气引起的程辐射；T为地表到传 感器的大气透过率；F d为到达地表的下行辐射通量密度；s为大气底层球面反照率；P为地 表反射率； ⑶计算气溶胶光学厚度τ aeraDl ( λ ): 其中，τ。2( λ )为臭氧的光学厚度；τ J λ )为大气分子瑞利散射光学厚度，4为观测点的海拔，λ为波 长；P为观测点在观测期间的大气气压；Ε0( λ)为日地平均距离处 地球大气上界的太阳单色直射辐照度，4为日地距离修正因子，E ( λ )为通过地球到达地面 的太阳单色直射辐照度；(4)大气校正计算 (4a)根据真实地表反射率的值域范围，设定3个地表反射率特征值，分别是P a， P b，P。，将太阳-相机几何角度和步骤（3)得到的气溶胶光学厚度以及设定的地表反射率 特征值代入M0DTRAN辐射传输模型，计算得到表观辐亮度L a，Lb，L。； (4b)将步骤（4a)设定的地表反射率特征值P a，P b，P。以及计算得到的表观辐 亮度La，Lb，L。带入式（2)，求出大气系数s、L。、T的值； (4c)将步骤（1)中计算得到的实际观测点的表观辐亮度L和步骤（4b)求得大气 系数s、L。、T的代入（Ib)中求得真实的地表反射率，完成对图像的逐像元进行大气校正计 算。 步骤（3)中计算气溶胶光学厚度τ aCTacil ( λ )的具体方式如下： (3a)计算日地距离修正因子ds: 其中，r。为日地平均距离；r为观测日期日地距离；η为正整数；a JPb "为日地距 离修正因子； (3b)计算太阳赤炜δ : 其中，(^和(1"为太阳赤炜计算系数，η为正整数； (3c)计算观测时刻太阳时角ω : 其中，μ t为观测时刻的格林威治时间；Φ为观测点经度，其每度对应的 时间为4分钟，东经为正，西经为负；e为真太阳时与地方平均太阳时的修正系数，d为积日，d = O为1月1日，d = 364代表12月31日； (3d)计算太阳天顶角Θ s: 其中，笋为观测地点的地理炜度； (3e)计算观测点大气质量m : (3f)计算吸收气体的透过率tg( λ ): 其中，tM( λ)为臭氧的透过率，τΜ( λ)为臭氧的光学厚度，，α Μ ( λ )为臭氧吸收系数，U为臭氧含量（DU); (3g)计算通过地球到达地面的太阳单色直射辐照度E ( λ ): E ( λ ) = E0 ( λ ) dsexp (-m τ atm ( λ )) tg ( λ ) 其中，Ε0(λ)为日地平均距离处地球大气上界的太阳单色直射辐照度；d s为日地 距离修正因子;m为大气质量；τ atni( λ )为大气光学厚度，主要是大气分子瑞利散射光学厚 度和气溶胶光学厚度； (3h)根据步骤（2g)和（2f)的公式可以得到下式： E ( λ ) = E0 ( λ ) dsexp (~m* ( τ atm ( λ ) + τ oz ( λ ))) 对上式两边取自然对数可得： 由上面两式得： 太阳分光光度计输出的电压值（DN)与太阳辐照度之间是线性的： 气溶胶的光学厚度： Taeraol(A) = τ?ο?3?(λ)-τΓ(λ)-τοζ(λ)0 本专利技术与现有技术相比的有益效果是： (1)本专利技术能够大规模业务化生产遥感卫星数据的地表反射率产品，确定了采用 太阳分光度计测量气溶胶光学厚度值和精确的大气计算模型，为精确计算地表反射率产品 提供了条件，提高了计算效率，增强了工程适用性，通用性大大增强，在国内外属于首例。 (2)本专利技术中的气溶胶光学厚度采用先进的地基测量和计算，避免采用误差较大 的气溶胶光学厚度值影响大气校正的精度，为最后的地表反射率的校正提供了准确的支 持。【附图说明】 图1为本专利技术流程图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。 如图1所述，本专利技术包括步骤如下： (1)计算表观辐亮度： L = GainXDN+Bias (1) 其中，L为表观辐亮度；Gain和Bias为星载相机增益和偏差值；DN为图像灰度值； (2)建立大气校正计算模型： 其中，L为表观辐亮度；L。为地表反射等于0时大气引起的程辐射；T为地表到传 感器的大气透过率；Fd为到达地表的下行辐射通量密度；s为大气底层球面反照率；P为地 表反射率； (3)计算气溶胶光学厚度τ aCTacil ( λ ): 其中，τ。2( λ )为臭氧的光学厚度；τ J λ )为大气分子瑞利散射光学厚度，h为观测点的海拔（km)，λ 为波长（μm) ;Ρ为观测点在观测期间的大气气压（Hpa);Ε0( λ)为日地平均距离处 地球大气上界的太阳单色直射辐照度，4为日地距离修正因子，E ( λ )为通过地球到达地面 的太阳单色直射辐照度；计算气溶胶光学厚度τ_Μ?( λ)的具体方式如下： (3a)计算日地距离修正因子ds: 其中，r。为日地平均距离；r为观测日期日地距离；η为正整数；a "和b "为日地距 离修正因子，具体取值如表1所示： 表1日地距离修正因子取值表 (3b)计算太阳赤炜δ : 其中，cdP (1"为太阳赤炜计算系数，η为正整数； 表2计算太阳赤炜的系数 (3c)计算观测时刻太阳时角ω :<当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种星载多光谱相机的大气校正处理方法，其特征在于步骤如下：(1)计算表观辐亮度：L＝Gain×DN+Bias (1)其中，L为表观辐亮度；Gain和Bias为星载相机增益和偏差值；DN为图像灰度值；(2)建立大气校正计算模型：L=L0+ρ1-sρTFdπ---(2)]]>其中，L为表观辐亮度；L0为地表反射等于0时大气引起的程辐射；T为地表到传感器的大气透过率；Fd为到达地表的下行辐射通量密度；s为大气底层球面反照率；ρ为地表反射率；(3)计算气溶胶光学厚度τaeraol(λ)：τaeraol(λ)＝τtotal(λ)‑τr(λ)‑τoz(λ)其中，τoz(λ)为臭氧的光学厚度；τr(λ)为大气分子瑞利散射光学厚度，τr(λ)=0.008569λ-4(1+0.0113λ-2+0.0113λ-4)*p1013.25e-0.125h,]]>h为观测点的海拔，λ为波长；P为观测点在观测期间的大气气压；τtotal(λ)=1m(ln E0(λ)+ln ds-ln E(λ))=1mlnE0(λ)dsE(λ),]]>E0(λ)为日地平均距离处地球大气上界的太阳单色直射辐照度，ds为日地距离修正因子，E(λ)为通过地球到达地面的太阳单色直射辐照度；(4)大气校正计算(4a)根据真实地表反射率的值域范围，设定3个地表反射率特征值，分别是ρa，ρb，ρc，将太阳‑相机几何角度和步骤(3)得到的气溶胶光学厚度以及设定的地表反射率特征值代入MODTRAN辐射传输模型，计算得到表观辐亮度La，Lb，Lc；(4b)将步骤(4a)设定的地表反射率特征值ρa，ρb，ρc以及计算得到的表观辐亮度La，Lb，Lc带入式(1b)，求出大气系数s、L0、T的值；(4c)将步骤(1)中计算得到的实际观测点的表观辐亮度L和步骤(4b)求得大气系数s、L0、T的代入(2)中求得真实的地表反射率，完成对图像的逐像元进行大气校正计算。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，傅俏燕，张学文，隋正伟，高青山，
申请(专利权)人：中国资源卫星应用中心，
类型：发明
国别省市：北京;11
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