辐射定标

辐射定标（像元亮度值，辐射亮度/亮温）、表观反射率、地表反射率、反照率、比辐射率(转)

(2012-11-28 13:58:29)

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(2012-01-26 01:18:44)

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环境一号卫星光学数据绝对定标 环境一号卫星光学数据的遥感器校正分为绝对定标和相对辐射定标。 对目标作定量的描述，得到目标的辐射绝对值。要建立传感器测量的数字信号与对应的辐射能量之间的数量关系，即定标系数，在卫星发射前后都要进行。卫星发射前的绝对定标是在地面实验室或实验场，用传感器观测辐射亮度值已知的标准辐射源以获得定标数据。卫星发射后，定标数据主要采用敦煌外场测量数据，此值一般在图像头文件信息中可以读取。以下两表为敦煌场地测定的绝对定标数据。 表 HJ 1A/B星绝对辐射定标系数（DN/W?m?2?sr?1??m?1） 卫星 传感器 Band1 HJ1A HJ1B CCD1 CCD2 CCD1 CCD2 0.5763 0.6360 0.5329 0.5782 定标系数（DN/W?m?2?sr?1??m?1） Band2 0.5410 0.5910 0.52895 0.5087 Band3 0.6824 0.8142 0.68495 0.6825 Band4 0.7209 0.8768 0.72245 0.6468 利用绝对定标系数将DN值图像转换为辐亮度图像的公式为： L=DN/coe 式中coe为绝对定标系数，转换后辐亮度单位为W?m?2?sr?1??m?1。 由于以上定标系数为敦煌场采用单点法对中等反射率目标（戈壁）测定的结果，因此对于太阳反射光谱波段，建议针对中等反射率地物采用上面提供的绝对辐射定标系数。 对于HJ1B的红外相机，近红外波段绝对定标系数为4.2857，短波红外波段绝对定标系数为18.5579。定标公式同前。HJ-1B红外相机热红外通道绝对辐射定标系数为：增益53.473，单位：DN/（W?m?2?sr?1??m?1）；截距26.965，单位：DN。利用绝对定标系数将DN值图像转换为辐亮度图像的公式为L=（DN-b）/coe，式中coe为绝对定标系数的增益，b为截距，转换后辐亮度单位为

W?m?2?sr?1??m?1。HJ1B红外相机中红外波段则条带较为严重，不利于定量化应用。

遥感数字图像

遥感数字图像是以数字形式记录的二维遥感信息，即其内容是通过遥感手段获得的，通常是地物不同波段的电磁波谱信息。 其中的像素值称为亮度值（或称为灰度值、DN值）。

遥感概念 DN值（Digital Number ）是遥感影像像元亮度值，记录的地物的灰度值。无单位，是一个整数值，值大小与传感器的辐射分辨率、地物发射率、大气透过率和散射率等有关。

遥感图像量化image quantification。释文：按一定的函数关系将图像所代表的物理量分割成有限的离散等级,以使观测数据可用一定字长的二进制码表示,因此又称为数据编码。量化后的级别称为图像的像元值、灰度或亮度,记为DN(digital number)。

DN值没有单位，数量级与像素深度有关，如果是无符号整型的就是0-255，符点型，无符号16位均根据其类型确定。

在遥感领域，定标一般分为几何定标和辐射定标两种。

几何定标即指对遥感图像几何特性进行校正，以还原为真实情况。 辐射定标指对遥感图像的辐射度进行校准，以实现定量遥感。

辐射定标一般也可称为校准，其主要目的是保证传感器获取遥感数据的准确性。通常，采用系统自身内部监视环路和外部标准目标方法对系统链路中的各个环节进行误差修正，来实现辐射定标过程。

一般在主动式遥感系统中，辐射定标可以作得很好，可以认为在一定误差范围内实现了定量遥感。而被动式遥感系统相对困难些。 几何定标相对简单，就不多说了。

辐射定标是对传感器引起的误差校正，将影像校正为星上反射率

辐射定标和辐射校正——遥感数据定量化的最基本环节 由于遥感图像成像过程的复杂性，传感器接收到的电磁波能量与目标本身辐射的能量是不一致的。传感器输出的能量包含了由于太阳位置、大气条件、地形影响和传感器本身的性能等所引起的各种失真，这些失真不是地面目标的辐射，因此对图像的使用和理解造成影响，必须加以校正和消除，而校正和消除的基本方法就是辐射定标和辐射校正。

辐射定标是指传感器探测值的标定过程方法，用以确定传感器入口处的准确辐射值。辐射校正是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。

一般情况下，用户得到的遥感图像在地面接收站处理中心已经作了辐射定标和辐射校正。

大气对电磁波的作用基本可以归纳为两种物理过程，即吸收和散射。对环境遥感来说，大气的吸收与散射作用均可使电磁波受到削弱，此谓大气效应。 大气纠正，即大气效应纠正，其基本目标是＂如何将星载传感器所测得的辐射亮度值（ＤＮ）中的大气效应消除掉，从而获得地表真实的辐射亮度值＂。 辐射校正是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。辐射校正包括三个方面： １、影像的辐射校正

２、太阳高度角和地形影响引起的辐射误差校正 ３、大气校正

大气校正只是辐射校正的一个方面。

光学遥感图像例如TM的一些辐射定标工作，总的来说可以有广义和狭义之分： 狭义的是指将图像的DN值转化为有物理量纲的观测目标大气上界的亮度值或者反射率

广义的除了狭义的步骤外还包括去除 大气影响，计算地表目标真实的反射亮度或者是反射率

假如用６Ｓ模型校正，第一步是辐射定标，根据ＤＮ值、影像的ｏｆｆｓｅｔ和ｇａｉｎ计算辐射量度Ｌ；第二步用６Ｓ模型得到大气校正参数ｘａ、ｘｂ、ｘｃ；第三步根据三个大气校正参数和Ｌ就可计算校正后的反射率。从计算方程来看，如果具有相同ＤＮ值的像元，校正后其反射率也相同。

地表反射电磁波，被卫星的传感器记录下来就得到DN值，DN值进过定标和相关的公式能够转变为地表的反射率值。

DN值就是遥感传感器的数字量化输出值，相当于图像的灰度值。。。可以根据记录的原始DN值进行辐射定标，转换为大气外层表面反射率。

DN值就是像素值。DN值的大小代表地物反射电磁波的能力，通俗点就是分辨地物。因为不同的地物应该有不同的DN值。

表观反射率

用多辐射校正水平遥感数据提取植被叶面积指数的精度分析

顾祝军 刘咏梅 陆俊英 南京晓庄学院生物化工与环境工程学院南京211171 土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所）南京210008 选用南京市SPOT5 HRG图像的地物反射率（PAC）、表观反射率（TOA）、星上辐射率（SR）和灰度值（DN）影像,提取了2种植被指数（VI）,即归一化植被指数

（NDVI）和比值植被指数（RVI）,与地面实测的植被叶面积指数（LAI）进行了相关分析,并建立了157个LAI-VI关系模型。结果显示：LAI与VI呈显著的正相关关系（r=0.303~0.927,p〈0.01）,对应不同植被的优选模型自变量包括了3个辐射校正水平的2种植被指数,可见基于不同辐射校正水平的植被指数在LAI遥感反演中具有一定的应用潜力。这些优选模型为：阔叶林：LAI=-3.345＋5.378RVISR＋7.329NDVISR（R2=0.818,RMSE=0.527）,针阔混交林：LAI=1.696＋17.076NDVIDN＋137.684（NDVIDN）2-288.240（NDVIDN）3（R2=0.919,RMSE=0.440）,灌木：LAI=-0.065＋19.112NDVISR-113.820（NDVISR）2＋184.207（NDVISR）3（R2=0.900,RMSE=0.448）,草地：LAI=-5.905＋6.446RVISR＋9.477NDVISR（R2=0.944,RMSE=0.378）,植被总体：LAI=-1.615＋7.199NDVIDN＋2.640NDVISR＋2.105RVIPAC（R2=0.801,RMSE=0.668）。研究表明,基于不同植被类型、不同辐射校正水平影像的LAI遥感估算有利于充分挖掘遥感影像信息,进而提高LAI估算的精度。

由于植被遥感应用定量化和监测等的需求，光学遥感数据的辐射校正更加受到重视该文论述了辐射校正，辐射定标和大气校正的慨念以及它们之间的区别及关系特别对辐射定标的结果之一，大气层顶表观反射率，简称表观反射率(Apparent reflectance)的定义、慨念、计算和它在植被遥感中的应用等方面，进行了详细的论述。

暗像元算法基于表观反射率的大气贡献项,即利用卫星观测的路径辐射反演气溶胶光学厚度。它是目前陆地上空气溶胶遥感应用最为广泛的算法。

遥感反射率的定义：地物表面反射能量与到达地物表面的入射能量的比值。 遥感表观反射率的定义：地物表面反射能量与近地表太阳入射能量的比值。

大气校正就是将辐射亮度或者表观反射率转换为地表实际反射率，目的是消除大气散射、吸收、反射引起的误差。

1、反射率：是指任何物体表面反射阳光的能力。这种反射能力通常用百分数来表示。比如说某物体的反射率是45%，这意思是说，此物体表面所接受到的太阳辐射中，有45%被反射了出去.英文表示：Reflectance

2、地表反射率：地面反射辐射量与入射辐射量之比，表征地面对太阳辐射的吸收和反射能力。反射率越大，地面吸收太阳辐射越少；反射率越小，地面吸收太阳辐射越多，表示：surface albedo

3、表观反射率：表观反射率就是指大气层顶的反射率,辐射定标的结果之一，大气层顶表观反射率，简称表观反射率，又称视反射率。英文表示为：apparent reflectance （=地表反射率+大气反射率。所以需要大气校正为地表反射率）。?5S?和?6S?模型输入的是表观反射率而MODTRAN模型要求输入的是辐射亮度。 4、行星反射率：从文献?一种实用大气校正方法及其在ＴＭ影像中的应用?中看到?卫星所观测的行星反射率（未经大气校正的反射率）?；在?基于地面耦合的TM影像的大气校正-以珠江口为例?一文有?该文应用1998年的LANDSAT5