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第四章 遥感图像预处理 辐射校正 1、辐射校正（radiometric correction）的概念 ：进入传感器的辐射强度反映在图像上就是灰度值。 这个值受两个量的影响： 一是太阳辐射照射在这个点的辐射强度， 二是地物的光谱反射率。 用公式表示为：f(x,y)=i(x,y)r(x,y) 式中i(x,y)是太阳光对(x,y)这一点的照度 式中r(x,y)是反射率，由地物的物质特性决定， 在照度相同条件下，f(x,y)正比于r(x,y)，而r(x,y)却反映了地物波谱辐射特性。 r(x,y)变化比i(x,y)变化快，这两者的乘积构成了（x,y）点的地物的辐射亮度 实际情况下，辐射强度值f(x,y)还受到其他因素的影响而发生变化。这一改变就是需要校正的部分，所以称为辐射畸变校正。 引起辐射畸变的原因有三个： 传感器本身的误差 太阳高度及地形等引起的畸变校正 大气的影响 由遥感器的特性引起的畸变 由光学系统的特性引起的畸变校正：在使用透镜的光学系统中，例如在摄像面中，存在着边缘部分比中心部分发暗的现象（边缘减光）。如果以光轴到摄象面边缘的视场角为θ，则理想的光学系统中某点的光量与cosnθ几乎成正比，利用这一性质可以进行校正（cosnθ校正）。 由光电变换系统的特性引起的畸变校正：由于多个检测器之间存在差异，以及仪器系统工作产生的误差，导致接受的图像不均匀，产生条纹和噪声。 因太阳辐射引起的辐射误差校正－太阳位置引起的辐射误差校正 公式法 太阳高度角： 太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐射亮度和地面倾斜度有关。对于地形倾斜引起的辐射误差，可以利用地表法线矢量与太阳入射矢量两者的夹角来校正。如果有多个波段辐射的数据，利用波段比值也可以消除地形倾斜的影响。 因太阳辐射引起的辐射误差校正－地形起伏引起辐射误差校正 由遥感器引起的误差或由太阳高度引起的误差，一般在数据生产过程中由生产单位根据遥感器参数进行校正，而不需要用户进行自行处理。用户应该考虑大气影响引起的辐射畸变。 大气影响的定量分析 进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收、散射和透射。 大气影响的定量分析 无大气： 在没有大气存在时，传感器接收的辐照度，只与太阳辐射到地面的辐照度和地物反射率有关。 设E0λ为波长λ的入射辐照度，θ为入射方向的天顶角，当无大气存在时，地面上单位面积的辐照度为： 大气影响的定量分析 假定地表面是朗伯体， 其表面为漫反射，则某方向物体的亮度为： 是地物反射率； 是球面度（半球反射） 大气影响的定量分析 传感器接收信号时， 受仪器的影响还有一个系统增益因子 ，这是进入传感器的亮度值为： 大气影响的定量分析 由于大气的存在， 辐射经过大气吸收和散射，透过率小于1，从而减弱了原信号的强度。同时大气的散射光也有一部分直接或经过地物反射进入到传感器，这两部分辐射又增强了信号，但却不是有用的。在入射方向有与入射角θ和波长λ有关的透过率Tθλ；反射后，在反射方向上有与反射角Φ和波长λ又有关的透过率TΦλ。因此进入传感器的亮度值为 大气影响的定量分析 大气对辐射散射后， 来自各个方向的散射又重新以漫入射的形式照射地物，其辐照度为ED，经过地物的反射及反射路径上大气的吸收进入传感器，其亮度值为（此值通常很小，有人主张忽略不计） 大气影响的定量分析 相当部分的散射光 向上通过大气直接进入传感器，这部分辐射称为程辐射度，亮度为 。 大气影响的定量分析 可见，由于大气影响的存在，实际到达传感器的辐射亮度是前面所分析的三项之和，即 大气影响的定量分析 比较以下两个公式： 大气的主要影响是减少了图像的对比度，使原始信号和背景信号都增加了因子。 大气影响的定量分析 无大气时（a)白处亮度值为50，黑处亮度值为0，则亮度对比C1 =（50－0）／50＝1。 当有大气影响时(b)，乘上透过率后假定减少10％，亮度值减少到45，而由于L2和 Lp 存在，黑白处亮度均增加 10，这样亮度对比变成 C2 =（55-10)/55＝9/11。 大气影响的粗略纠正 严格地说，去除大气影响是将公式 中的附加项和附加因子求出，最终求出地物反射率R，从而恢复遥感影像中地面目标的真实面目。当大气透过率变化不大时，有时只要去掉含ED和Lp的数据项就可修正图像的亮度，使图像中像元之间的亮度变化真正反映不同像元地物反射率之间的变化关系。这种对大气影响的纠正是通过纠正辐射亮度的办法实现的，因此也称作辐射校正。 大气影响的粗略纠正 精确的校正公式需要找出每个波段像元亮度值与地物反射率的关系。为此需得到卫星