CN115096854A - 一种人工靶标支持的塔基高光谱遥感同步大气校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人工靶标支持的塔基高光谱遥感同步大气校正方法，基本步骤为：以高塔上搭载的高光谱相机为基础，观测配套的定标漫反射板和覆盖地表区域内按间隔安装的固定朗伯体靶标，为高光谱相机提供定标，同时为靶标提供反射率变化的***修正；根据人工靶标的已知光谱反射率，按敏感波段进行大气组分参数的斜程含量精细计算，实现反射率固定的人工标靶支撑的大气参数自反演；结合塔基温湿压等参数修正并插值形成大气参数数据集；最后输入辐射传输模型，经过大气校正处理，得到地表反射率。本发明利用得到的高光谱相机数据的部分敏感波段解决全部波段大气校正所需参数反演问题，为塔基遥感地表要素监测奠定定量化数据处理基础。
Description
技术领域
本发明涉及大气校正领域，尤其涉及近地高光谱遥感大气校正的应用领域。
背景技术
以铁塔作为基础平台,利用搭载的相机或其他传感器进行近地面观测被称为塔基遥感。塔基遥感具有不易受到云层遮挡等自然因素影响、可以全天候实时获取遥感信息的特点，有效填补航空航天遥感与地面观测网络之间的尺度空缺，作为连接地面生态观测站点与卫星遥感数据之间的桥梁，并为卫星遥感的地面真实性验证提供数据，已在各个领域得到广泛应用。
随着成像光谱技术的发展，遥感数据空间分辨率和光谱分辨率以及获取数据的能力不断得到提高。高光谱成像仪作为一种图谱融合的成像技术，已经在精细农业、生态保护、城市规划、灾害监测等诸多领域得以应用。高光谱成像仪不仅可以获得目标的几何特征，还能够定量化反演光谱反射、辐射和吸收信息。然而，遥感器测得的地面目标的总辐射亮度并不是地表真实反射率，其中包含了由大气吸收、散射作用等造成的辐射能量误差。地表遥感必须要扣除大气的干扰。大气校正就是消除大气造成的辐射误差，反演地物真实反射率的过程。特别是高光谱遥感影像，开展地表定量处理与应用之前，必须进行大气校正。目前，大气校正的方法主要有基于图像特征的相对订正法、基于地面线性回归模型法、大气辐射传输模型法和复合模型法等。其中定量遥感以大气辐射传输模型法为最佳选择，需要外界提供精确的大气参数，然而在近地面观测的塔基遥感中，斜程大气参数的获取面临着比卫星遥感更大的难度。
因此，针对具体的应用场景，考虑塔基遥感介于实验室理想环境遥感和卫星遥感之间，提出一种借助地面布设靶标等人工目标提供固定辐射参考，利用塔基高光谱相机自身观测数据提取高精度大气参数，进而基于辐射传输模型的大气校正法，完成塔基高光谱相机及其同步观测的其他遥感载荷数据的大气校正。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供了一种人工靶标支持的塔基高光谱遥感同步大气校正方法，该方法充分解决了地面遥感斜程观测大气校正所需参数获取难的问题。
(二)技术方案
本发明包含以下步骤：
(1)以地表要素监测为目的，在监测区中心的高塔上，搭载具有地面倾斜观测能力的高光谱相机及多光谱相机；
(2)在观测覆盖地表区域内按间隔安装固定朗伯体靶标，按照90度间隔的4个水平方向分远中近共布设12个靶标，并在高光谱相机同步安装密封但可机动打开的定标漫反射板；
(3)定标漫反射板定期为高光谱相机提供定标，且同时为靶标提供反射率变化的***修正，保证相机和靶标的辐***度；
(4)晴空条件下，通过高光谱相机观测布设的朗伯体靶标，根据12个靶标的已知光谱反射率，分别按敏感波段通过斜程含量精细计算反演斜程气溶胶光学厚度、水汽柱含量、氧气柱含量等大气组分参数；
(5)针对上述获取的12组大气组分参数，利用塔基温度、湿度、气压等参数修正并插值形成高光谱观测区域全覆盖的大气参数数据集；
(6)基于辐射传输模型，利用大气参数数据集，对高光谱相机及其他同步观测遥感载荷数据开展包括程辐射和邻近效应等校正的大气校正处理，得到真实地表反射率。
进一步，所述步骤(3)中实现了遥感器和人工固定靶标的同时辐射标定。
进一步，所述步骤(4)中实现了以已知反射率的人工固定靶标为支撑的高光谱相机大气参数自反演。
(三)有益效果
本发明的优点体现在：
(1)本发明从光谱信号处理角度考虑，通过人工布设的固定朗伯体标靶，利用高光谱相机自身观测数据的部分敏感波段解决全部波段大气校正所需参数反演问题，并通过局地温湿压测量进行修正，支持同步大气校正并获得地表反射率。
(2)本发明为塔基遥感地表要素监测奠定定量化数据处理基础。
附图说明
图1为塔基遥感设备布置图，
图2为大气参数反演的步骤流程图，
图3为基于大气参数反演的高光谱大气校正流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图和实施例，对本发明的实施方案进行完整、清除地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方案进行详细介绍。
参照图1，本发明的具体实施步骤为：
(1)以地表要素监测为目的，在监测区中心的高塔上，搭载具有倾斜对地观测功能的高光谱相机及多光谱相机，相机具有旋转观测能力，水平方向旋转角可达0～360°，竖直方向旋转角可达0～90°，相机位置无法移动，所以瞬时成像覆盖范围由地理位置、相机姿态、视场角决定。
(2)在成像覆盖范围内按照90°间隔的4个水平方向分远中近共布设12个人工固定朗伯体靶标P1-P12，朗伯体靶标作为辐射参考可支持高光谱相机提取大气组分参数，形成成像覆盖范围内离散的全覆盖大气参数提取能力，高光谱相机与靶标之间无遮挡，同时为了避免尘土等对靶标反射率的影响，为高光谱相机配套安装密封但可机动打开的定标漫反射板。
(3)定标漫反射板定期为高光谱相机提供定标，且同时为靶标提供反射率变化的***修正，保证相机和靶标的辐***度。
(4)参照附图2，晴空条件下，通过高光谱相机观测布设的朗伯体靶标，根据12个靶标的已知光谱反射率，分别按敏感波段通过斜程含量精细计算反演斜程气溶胶光学厚度、水汽柱含量、氧气柱含量等大气组分参数。
(5)参照附图2，针对上述获取的12组大气组分参数，利用塔基温度、湿度、气压等参数修正并插值形成高光谱观测区域全覆盖的大气参数数据集。
(6)参照附图3，基于辐射传输模型，利用大气参数数据集，对高光谱相机数据开展程辐射和邻近效应等大气校正处理，得到地表反射率。
进一步，所述步骤(3)中实现了遥感器和人工固定靶标的同时辐射标定。
进一步，所述步骤(4)中实现了以已知反射率的人工固定靶标为支撑的高光谱相机大气参数自反演。
Claims (3)
1.一种人工靶标支持的塔基高光谱遥感同步大气校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以地表要素监测为目的，在监测区中心的高塔上，搭载具有地面倾斜观测能力的高光谱相机及多光谱相机；
(2)在观测覆盖地表区域内按间隔安装固定朗伯体靶标，按照90度间隔的4个水平方向分远中近共布设12个靶标，并在高光谱相机同步安装密封但可机动打开的定标漫反射板；
(3)定标漫反射板定期为高光谱相机提供定标，且同时为靶标提供反射率变化的***修正，保证相机和靶标的辐***度；
(4)晴空条件下，通过高光谱相机观测布设的朗伯体靶标，根据12个靶标的已知光谱反射率，分别按敏感波段通过斜程含量精细计算反演斜程气溶胶光学厚度、水汽柱含量、氧气柱含量等大气组分参数；
(5)针对上述获取的12组大气组分参数，利用塔基温度、湿度、气压等参数修正并插值形成高光谱观测区域全覆盖的大气参数数据集；
(6)基于辐射传输模型，利用大气参数数据集，对高光谱相机及其他同步观测遥感载荷数据开展包括程辐射和邻近效应等校正的大气校正处理，得到真实地表反射率。
2.根据权利要求1所述的一种人工靶标支持的塔基高光谱遥感同步大气校正方法，其特征在于：所述步骤(3)中实现了遥感器和人工固定靶标的同时辐射标定。
3.根据权利要求1所述的一种人工靶标支持的塔基高光谱遥感同步大气校正方法，其特征在于：所述步骤(4)中实现了以已知反射率的人工固定靶标为支撑的高光谱相机大气参数自反演。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116413233A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-07-11 | 生态环境部卫星环境应用中心 | 一种塔基遥感斜程大气透过率获取方法 |
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2022
- 2022-06-22 CN CN202210712245.1A patent/CN115096854A/zh active Pending
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