16光学影像预处理.docVIP

与表面积法线夹角θ的入射光线，在立体角Ω范围内则表面积dA的辐亮度定义为 dΦ=L dA dΩ cosθ。辐亮度在波长范围内的积分称之为光谱辐亮度，表达为单位波长间隔，单位立体角、单位面积的光子通量功率。 从工程视角看，辐亮度的定量化需呀如下传感器相关知识： ①孔径响应函数，定义为入射夹缝对到达探测器辐射量的灵敏度； ②几何响应函数，定义为仪器对来自地表分辨单元辐射量的灵敏度，常与像素尺寸相混淆； ③光谱响应函数，定义为探测器对不同波长辐射量的灵敏度； ④时间响应函数，定义为探测器灵敏度，随时间的变化。 一个传感器的预处理是一个庞大的系统，需要工程人员、科研院所和商业公司进行运营和维护。大多的情况下向用户提供，入瞳的辐亮度数据和必要的仪器参数，以便处理生产更高级的产品。传感器定标包含有一系列的处理过程，获取定标数据文件以保证仪器辐射、光谱、几何的稳定性。具体如下： ①测量传感器多通道的噪声特性； ②测量传感器各通道的暗电流； ③测量相对光谱响应函数； ④推导各通道的有效光谱带宽； ⑤定义各通道的谱分离； ⑥测量绝对辐射定标系数； ⑦定义多通道的噪声等效辐亮度（NER）和噪声等效温度差（NE DeltaT）； ⑧测量瞬时视场角（IFOV），光谱分辨率和波段配准偏差 （“噪声等效温度差”：探测目标上两个相邻单元（像元）之间的温度差，所给出的信号等于仪器的噪声，此温度差叫噪声等效温差） 光学遥感影像的预处理工作分为以下几步： 首先是传感器标定，包括响应灵敏度与信号退化的纠正和入瞳辐亮度计算。 其次是大气校正，使用经验方法或大气模型补偿大气透射，×辐射和散射得到的地表反射率。 最后是平台标定，包括给予平台运动模型和地形对横滚、俯仰、偏航、高度和地势的校正，得到几何校正的地表反射率产品。 另外，用户可使用卷积滤波方法去除图像中的掉线、椒盐等噪声，以提升图像质量。 传感器定标 传感器或辐射定标包括实验室定标和定期的在轨定标。在轨定标是检测传感器退化并要求估测传感器孔径、时间、几何光谱响应函数。传感器定标要求开发一个线性转换函数，即辐射响应函数，把每个通道的光子即数值（DN值）转换成辐亮度值。因此需要对每个图像通道进行标定，以推导出该通道的辐射响应函数，并利用该线性关系把原始信号（光子计数值，Nphotons）转换入瞳光谱辐亮度值。Nphotons不仅是入射光谱幅亮度的函数，而且还与传感器的光谱响应函数和点扩展函数（PSF）相关。PSF描述的是量测信号在空间上下降，表示为理想点光源在焦平面上的光强，在二维空间的归一化分布。理论上，某一通道或波段的探测器只能感知特定波长的光子能量，但实际上每个每个波段的探测器辐射波长范围会高于或低于中心波长级纳米。这种曲线描述为光谱响应函数（SRF），探测器响应水平眼波长中心向四周的下降，称之为光谱响应函数（SRF）。类似地，点扩展函数PSF描述为信号强度在空间上的下降。符合上述PSF的定义，SRF定义为探测器归一化响应为波长的函数。Brazile（2006）评价不同光谱成像仪SRF的测量方法。Schott（1988）提出了一个辐射定标流程。Guanter（2007）讨论了紧凑型航空光谱成像仪（CASI）的传感器定标。Hook（2007）比较了高级星载热红外发射和反射辐射计（ASTER）和MODIS的在轨和实验室定标结果。 分光计是数字化被记录的不具任何物理意义的光子能量来间接测量地物的物理特性。通过建立原始数字化信号与物理变量（如：单位波长间隔、单位立体角范围内的光子通量功率）之间的关系来进行辐射校正。辐射响应函数就是Nphotons光子轰击探测器产生的信号与入射光谱幅亮度Lλ之间的关系。该函数可以把每个通道的原始DN值转换成过光谱辐亮度。辐射函数有安装在传感器钱的积分球装置测量得到。积分球能产生已知的光谱辐射能量，并与传感器的测量值进行比较，用于与野外分光光度计的测量值进行交叉定标。辐射响应函数用于校正光谱、几何和时间响应，以得到入瞳光谱辐亮度。辐射响应函数是一个线性关系，每个通道有两个偏置c0和增益c1系数来确定。利用偏置和增益系数从DN值计算入瞳辐亮度L（mW cm-2sr-1μm-1）的公式如下： L =c0+c1（DN） （1） 类似地对于热红外传感器，两个黑体（bb），一个温度低Tbb1，另一个温度高Tbb2，线性响应的入瞳辐亮度Lbb推导公式如下： 其中，DNbb1和DNbb2是黑体1和黑体2的DN值，L1（Tbb1）和L2（Tbb2）对应于黑体1和黑体2的光谱幅亮度。图16-1概要展示了大气和最终到达传感器的信号量，并给出了信号从模/数转化过程。根据光子数与辐射水平的线性关系就能得到辐射定标后的入瞳辐亮度。 大气校正 任何高于0 K的物质部分都会发出电磁波。地球表面