地表双向反射特性对遥感图像的影响分析

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1、第32卷第4期航天返回与遥感2011年8月SPACECRAFTREC0VERY&REMOTESENSING45地表双向反射特性对遥感图像的影响分析彭妮娜王琨李涛(北京空间机电研究所，北京100076)摘要在进行空中和地面遥感观测时，从不同高度和方位观察同一地物，会发现其亮度和对比度等特征将发生明显的变化。而且．这种差异不仅与太阳入射角及观测角度有关还随物体空间结构要素的变化而变化。文章通过6S辐射传输模型仿真分析了土壤、植被、水体以及城市的双向反射特性及其对遥感成像的影响，重点结合QuickBird图像和真实场景比较分

2、析了屋顶的BRDF特性，讨论了引起图像中部分区域饱，和导致CCD弥散的原因．并给出了地表双向反射特性对遥感图像影响的一般规律。‘关键词双向反射分布函数朗伯反射前向散射后向散射热点效应遥感图像中图分类号：rP751文献标识码：A文章编号：1009—8518(2011)04—0045—08_-．ResearchofBRDFEfectsonRemoteSensingImageryPengNinaWangKunLiTao(BeijingInstituteofspaceMechanics&Electricity，Beijing1

3、00076，China)AbstractThegraydistributionandcontrastoftheopticalsatelliteremotesensingimageryinthesamekindofgroundsurfaceacquiredbysensorisquitedifferent，itnotonlydependsonthesatellite’Sobservationandthesunincidenceorientationbutalsothestructuralandopticalproperti

4、esofsurface．Therefore，theobjectiveofthisresearchwastoanalyzethediffe~'entBRDFcharactersofsoil，vegetation，waterandurbansurfaceandalsotheirBRDFeffectsonthequalityofsatelliteimagethroughsimulationusing6Sradiativetransfermode1．Furthermore，thecausationofCCDbloomingan

5、dspillingbygroundreflectancewasdiscussedwithQUICKBIRDimagedataandthecorrespondinggroundimagedata．ThegeneralconclusionofBRDFeffectsonremotesensingimagerywasproposed．KeywordsBidirectionalreflectrancedistributionfunctionLambertreflectionForwardscatterBackwardscatte

6、rHotspoteffectRemotesensingimagery1引言自然界中几乎所有的自然表面和大气对太阳光的反射既不是理想的镜面反射也不是理想的漫反射，而是介于这两者之间，具有明显的方向性，即BRDF(BidirectionalReflectranceDistributionFunction)特性。也就是说，随着太阳入射角及观测角度的变化，物体表面反射特性有明显的差异。这种差异不仅与两种角度有关还随物体空间结构要素的变化而变化。地表的这种双向反射特性使得同种地物由于表面形状结构的差异在遥感影像上的灰度分布存在很

7、大的不同，给遥感图像的分类识别以及定量应用带来很大困难，严重影响了图像的品质。另外，随着高空间分辨率光学遥感相机的发展，光学遥感相机的空间分辨率已经达到lm以下，使收稿日期：2011-03—24航天返回与遥感2011年第32卷得由地表双向反射特性引起的辐射失真尤为突出，部分图像的亮度偏高甚至是饱和，导致整幅或部分图像数据不可用。如图l所示，图1(a)为美国商业卫星IKONOS遥感图像，图l(b)为美国商业卫星QUICKBIRD遥感图像，图1(c)为中巴资源卫星HR相机获取的一幅城市区域的图像。图l中每幅图像的中间都有部

8、分区域饱和，导致CCD弥散而影响了其它临近像元，严重影响了像质。本文通过6S辐射传输模型仿真分析了地表的双向反射特性及其对遥感成像的影响，讨论了引起图像中部分区域饱和导致CCD弥散的原因。总结出灰度值偏离正常值的一般规律(a)IKONOS遥感图像(b)QUICKBIRD遥感图像c)中巴资源HR遥感图像图1CCD弥散对成像的影响2B