一种Aster热红外遥感数据大气校正方法与系统技术方案

本申请涉及一种Aster热红外遥感数据大气校正方法与系统，涉及热红外遥感地质调查领域，解决了在应用热红外数据时往往难以获得准确的大气反演参数，使得后续无法反演得到准确的地物比辐射率波谱进而准确识别地物成分的问题，其包括：基于黑体地物在Aster的可见光近红外、短波红外波段的波谱特征，通过波段比值法得到黑体像元掩膜；将所述黑体像元掩膜标记的像素利用ISAC算法反演得到大气透过率和大气路径辐射；进行大气校正。本申请具有如下效果：充分利用了Aster可见光近红外波段和短波红外波段预识别黑体地物，光谱信息明确，代替目前ENVI等主流商业软件中使用的ISAC算法中基于经验统计的黑体像元标定方法，取得了更加稳健、精确的Aster热红外数据大气校正参数。精确的Aster热红外数据大气校正参数。精确的Aster热红外数据大气校正参数。

【技术实现步骤摘要】
一种Aster热红外遥感数据大气校正方法与系统


[0001]本申请涉及热红外遥感地质调查领域，尤其是涉及一种Aster热红外遥感数据大气校正方法与系统。

技术介绍

[0002]Aster是搭载在Terra卫星上的高级星载热辐射和反辐射仪（Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer），其主要任务是通过跨可见光
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近红外（VNIR，3个波段，15米空间分辨率）、短波红外（SWIR，6个波段，30米空间分辨率）和热红外（TIR，5个波段，90米空间分辨率）的14个通道获取整个地表的高分辨解析图像数据，已广泛应用于生态、地理、地质、农业等有关国计民生的各个领域。
[0003]凭借热红外遥感相较于可见光、近红外和短波红外遥感在地质矿物识别方面的巨大技术优势，Aster数据的五个热红外通道在地质矿物信息识别方面也取得了广泛的应用。热红外遥感精准识别矿物的关键在于反演得到地物精确的比辐射率和温度信息。在热红外窗口，传感器接收的热红外辐射除了地表信息以外，还受大气吸收以及大气辐射等因素的影响。为了得到精确的地表温度与比辐射率数据，从热红外数据有效去除大气因素的干扰是至关重要的。
[0004]目前，最流行的遥感软件ENVI在进行热红外数据预处理时，仅提供一种由StephenJ.Young等于1998年开发的ISAC（An in
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scene method for atmospheric compensation）算法。该算法假设大气参数横向稳定性明显优于地物，即大气在一定区域范围内均一不变，而对应的地表温度及地物类型变化较大。在热红外波段，很多地物，诸如水体、植被及粗糙的地表，具有高且平滑的比辐射率谱。对于这些热红外行为近似黑体的地物，传感器接收辐射亮度可简化为：。
[0005]因此，通过对传感器接收的辐射亮度L(λ)与近黑体地表发射辐射亮度B(T,λ)进行线性拟合，便可获得大气透过率τ(λ)和大气上行辐射Lu(λ)。
[0006]针对上述中的相关技术，专利技术人认为存在有如下缺陷：决定ISAC算法性能的核心在于能否标定黑体像元，ISAC算法通过复杂的经验统计方法来标定黑体像元，缺乏明确的光谱诊断意义，在应用于Aster遥感热红外数据时往往得不到与Modtran等辐射传输模型一致的大气反演参数，使得后续难以获得准确的地物比辐射率波谱。

技术实现思路

[0007]为了提高Aster热红外数据大气校正方法的准确率，本申请提供一种Aster热红外遥感数据大气校正方法与系统。
[0008]第一方面，本申请提供一种Aster热红外遥感数据大气校正方法，采用如下的技术方案：一种Aster热红外遥感数据大气校正方法，其特征在于，包括：获取调查区Aster遥感影像数据，Aster遥感影像数据包含3个可见光近红外波段
数据、6个短波红外波段数据和5个热红外波段数据，其中可见光近红外波段数据包括第1波段数据至第3波段数据，短波红外波段数据包括第4波段数据至第9波段数据，热红外波段数据包括第10波段数据至第14波段数据；对Aster遥感热红外波段数据进行辐射定标；基于黑体地物在Aster的可见光近红外波段、短波红外波段的波谱特征，通过波段比值法得到黑体像元掩膜；将所述黑体像元掩膜标记的像素利用ISAC算法反演得到大气透过率和大气路径辐射；利用大气透过率和大气路径辐射对Aster遥感热红外数据进行大气校正。
[0009]通过采用上述技术方案，基于Aster遥感影像数据所包含的适配的不同波段数据，采用比值法，使黑体地物在所生成的指数影像中得到最大的亮度增强，而其他背景地物则受到普遍抑制，从而达到突出感兴趣地物的目的，然后做阈值切割分析获取黑体像元掩膜，并结合ISAC算法假设整幅影像内的大气水平均一且影像内部存在黑体或近似黑体像元的特定属性，反演获得大气透过率和大气路径辐射，从而作更加准确的大气校正。
[0010]可选的，对Aster遥感热红外波段数据进行辐射定标包括：使用进行Aster热红外波段数据辐射定标，其中，代表遥感器瞳孔接收热辐射亮度值；代表影像像元DN值；为Aster热红外波段数据增益；为偏移定标参数。
[0011]通过采用上述技术方案，在需要计算相关地物的光谱反射率时，可以有效将图像的亮度灰度值转换为绝对的辐射亮度，从而减少传感器由于接收到电磁性能量与目标本身辐射的能量不同所造成的图像信息失真，更加准确的计算出相关地物的光谱反射率，为后续作更加准确的大气校正奠定基础。
[0012]可选的，基于黑体地物在Aster的可见光近红外波段、短波红外波段的波谱特征，通过波段比值法得到黑体像元掩膜包括：对可见光近红外波段数据按照热红外波段数据空间范围和分辨率进行重采样；对上述重采样过的可见光红外波段数据，计算第3波段数据与第2波段数据的比值，并做高端阈值切割，即float(第3波段数据)/float(第2波段数据)>1.2,得到植被掩膜，将植被掩膜作为黑体像元掩膜。
[0013]通过采用上述技术方案，考虑到植被近似黑体，此处应用植被作为黑体，考虑反映植被的最强反射波段为红边波段即第3波段数据，反映植被的最弱波段为第1波段数据，取两者的比值可以让植被在所生成的指数影像上得到最大程度的亮度增强，然后考虑植被阈值高于1.2的特性，做高端阈值切割，以区分植被和其他物体，从而准确有效获取植被掩膜，为后续作更加准确的大气校正奠定基础。
[0014]可选的，基于黑体地物在Aster的可见光近红外波段、短波红外波段的波谱特征，通过波段比值法得到黑体像元掩膜，包括：对可见光近红外波段数据以及短波红外波段数据按照热红外波段数据空间范围
和分辨率进行重采样，并打包；对上述重采样并打包过的可见光近红外波段数据和短波红外波段数据，计算第9波段数据与第1波段数据的比值，并做低端阈值切割，即float(第9波段数据)/float(第1波段数据)<0.8，得到水体掩膜，将水体掩膜作为黑体像元掩膜。
[0015]通过采用上述技术方案，考虑到水体近似黑体，此处应用水体作为黑体，考虑反映水体的最强反射波段为第1波段数据，反映水体的最强反射波段为第9波段数据，通过计算第9波段数据与第1波段数据的比值，并结合低端阈值切割，可以很好区分水体和其他物体，从而准确有效获取水体掩膜，为后续作更加准确的大气校正奠定基础。
[0016]可选的，基于黑体地物在Aster的可见光近红外波段、短波红外波段的波谱特征，通过波段比值法得到黑体像元掩膜，包括：对可见光近红外波段数据以及短波红外波段数据按照热红外波段数据空间范围和分辨率进行重采样；对上述重采样过的可见光红外波段数据，计算第3波段数据与第2波段数据的比值，并做高端阈值切割，即float(第3波段数据)/float(第2波段数据)>1.2,得到植被掩膜；对上述重采样并打包过的可见光近红外波段和短波红外波段数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Aster热红外遥感数据大气校正方法，其特征在于，包括：获取调查区Aster遥感影像数据，Aster遥感影像数据包含3个可见光近红外波段数据、6个短波红外波段数据和5个热红外波段数据，其中可见光近红外波段数据包括第1波段数据至第3波段数据，短波红外波段数据包括第4波段数据至第9波段数据，热红外波段数据包括第10波段数据至第14波段数据；对Aster遥感热红外波段数据进行辐射定标；基于黑体地物在Aster的可见光近红外波段、短波红外波段的波谱特征，通过波段比值法得到黑体像元掩膜；将所述黑体像元掩膜标记的像素利用ISAC算法反演得到大气透过率和大气路径辐射；利用大气透过率和大气路径辐射对Aster遥感热红外数据进行大气校正。2.根据权利要求1所述的一种Aster热红外遥感数据大气校正方法，其特征在于：对Aster遥感热红外波段数据进行辐射定标包括：使用进行Aster热红外波段数据辐射定标，其中，代表遥感器瞳孔接收热辐射亮度值；代表影像像元DN值；为Aster热红外波段数据增益；为偏移定标参数。3.根据权利要求1所述的一种Aster热红外遥感数据大气校正方法，其特征在于，基于黑体地物在Aster的可见光近红外波段、短波红外波段的波谱特征，通过波段比值法得到黑体像元掩膜包括：对可见光近红外波段数据按照热红外波段数据空间范围和分辨率进行重采样；对上述重采样过的可见光红外波段数据，计算第3波段数据与第2波段数据的比值，并做高端阈值切割，即float(第3波段数据)/float(第2波段数据)>1.2,得到植被掩膜，将植被掩膜作为黑体像元掩膜。4.根据权利要求1所述的一种Aster热红外遥感数据大气校正方法，其特征在于，基于黑体地物在Aster的可见光近红外波段、短波红外波段的波谱特征，通过波段比值法得到黑体像元掩膜，包括：对可见光近红外波段数据以及短波红外波段数据按照热红外波段数据空间范围和分辨率进行重采样，并打包；对上述重采样并打包过的可见光近红外波段数据和短波红外波段数据，计算第9波段数据与第1波段数据的比值，并做低端阈值切割，即float(第9波段数据)/float(第1波段数据)<0.8，得到水体掩膜，将水体掩膜作为黑体像元掩膜。5.根据权利要求1所述的一种Aster热红外遥感数据大气校正方法，其特征在于，基于黑体地物在Aster的可见光近红外波段、短波红外波段的波谱特征，通过波段比值法得到黑体像元掩膜，包括：对可见光近红外波段数据以及短波红外波段数据按照热红外波段数据空间范围和分辨率进行重采样，并打包；
对上述重采样的可见光红外波段数据，计算第3波段数据与第2波段数据的比值，并做高端阈值切割，即float(第3波段数据)/float(第2波段数据)>1.2,得到植被掩膜；对上述重采样并打包过的可见光近红外波段数据和短波红外波段数据，计算第9波段数据与第1波段数据的比值，并做低端阈值切割，即float(第9波段数据)/float(第1波段数据)<0.8，得到水体掩膜；将植被掩膜与水体掩膜求并集，作为黑体像元掩膜。6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种Aster热红外遥感数据大气校正方法，其特征在于，将所述黑体像元掩膜标记的像素利用ISAC算法反演得到大气透过率和大气路径辐射包括：选取第13波段作为参考通道，其中，中央波长λ=10.657μm，半峰全宽FWHM=0.7μm，利用普朗克逆函数计算经黑体掩膜标记的黑体像元的地表亮温：；式中，c1=1.19104
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108W/m2/sr
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μm4，c2=14387.7μm
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K，λ=10.657μm，L为第13波段辐射定标后黑体...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永宝，李士杰，任广利，张江伟，
申请(专利权)人：中国地质调查局西安地质调查中心西北地质科技创新中心，
类型：发明
国别省市：