基于ZY-3 CCD相机数据的暗像元大气校正方法分析与评价-论文.pdf

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1、第34卷，第8期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．8，pp2203—22072014年8月SpectroscopyandSpectralAnalysisAugust，2014基于ZY一3CCD相机数据的暗像元大气校正方法分析与评价郭红，顾行发h，谢勇，余涛，高海亮，魏香琴，刘其悦1．中国科学院遥感与数字地球研究所，遥感科学国家重点实验室，北京1001012．中国科学院大学，北京100049摘要ZY-3是我国首颗民用高空间分辨率光学传输型立体测图卫星，可为国土资源调查、生态环境监测等发挥重要作用，而大气校正是制约其广泛定量应用的关键问题之一。由于实测地面光谱数据和大气参数难以实时获

2、取，针对这种情况下如何反演得到高空间分辨率卫星精确的地表反射率这一问题，基于2012年内蒙古野外实验实测数据，对四种暗像元大气校正方法进行了分析与评价研究。分析了四种暗像元大气校正算法中的关键参数对ZY-3CCD数据应用效果的影响，结果表明：(1)四种暗像元大气校正方法在第1，2和3波段均有明显的校正效果，其中DOS4方法在第4波段大气校正效果最好，DOSI和DOS3方法在第4波段大气校正效果不明显，DOS2方法在第4波段大气校正效果最差。(2)DOS1方法大气校正结果在4个波段的相对误差均大于1O。DOS2方法在第1波段校正效果最好(AE一0．0019和RE=4．32)，而在第4

3、波段校正误差最大(AE一0．0464和RE=19．12)。DOS3方法大气校正结果在4个波段的相对误差均约1O左右。(3)DOS4方法大气校正结果在4个波段的绝对误差均小于0．02和相对误差均小于10，大气校正精度最高。关键词ZY-3CCD相机；暗像元；大气校正；地表反射率中图分类号：P237文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2014)08—2203—050．59，0．63～O．69邮A和一个近红外波段0．77～0．89m，引言可为国土资源调查、生态环境监测等发挥重要作用，而大气校正是制约其应用的关键问题之一。大气校正是消除太阳辐射在到达地表传

4、播过程中被大气在多数情况下，实测地面光谱数据和大气参数难以实时散射、吸收的影响，获取地表真实反射率，是定量遥感必不获取，因而无法利用地面线性回归经验方法和辐射传输理论可少的一步。大气校正方法主要分为3类r1]：图像特征方法、方法，而此时则可以应用图像特征的暗像元法对影像进行大地面线性回归经验方法和大气辐射传输理论方法。图像特征气校正，获取精确的地表反射率。但是，到目前为止，针对方法是基于图像本身的信息进行大气校正，如暗像元法等。我国高空间分辨率卫星数据的暗像元大气校正方法评价较地面线性回归经验方法需进行地面同步定标点的光谱测量，少。因此，本工作基于ZY-3卫星高空间分辨率多光谱数据

5、，且对地面定标点的要求严格。辐射传输理论方法是以准确的以实测地物光谱数据和6SV模型为基准分析和评价了四种辐射传输模型和良好的大气参数获取方法，能反演得到精确暗像元大气校正方法的效果，为高空间分辨率数据更广泛的的地表反射率，如6SvL3J等。应用提供理论依据和数据支持。高空间分辨率卫星由于“纯像元”更容易获取，因此高空间分辨率卫星的精细化、定量化应用变得更加容易。2012年暗像元法大气校正原理1月9日成功发射的资源三号(ZY-3)卫星是我国首颗民用高空间分辨率光学传输型立体测图卫星，其有效载荷包括多光假设天空辐照度各向同性和地表朗伯面反射，并忽略大谱相机和全色相机。其中多光谱相机幅

6、宽为51km，像元空气的折射、偏振和邻近效应，地表辐亮度表示为]间分辨率为6ITI，包括三个可见光波段0．45～O．52，0．52～Lo一(o／7c)×(Eocos(0~)+Ed～)(1)收稿日期：2013—09—24。修订日期：2013—12—08基金项目：国家(973)项目(2010CB950800)，国家自然科学基金青年基金项目(41101402)和遥感科学国家重点实验室基金项目(RC12—3)资助作者简介：郭红，1982年生，中国科学院遥感与数字地球研究所助理研究员e-mail：guohong@irsa．ac．cn*通讯联系人e-mail：xfgu@irsa．ac．cn22

7、04光谱学与光谱分析第34卷由卫星接收到的表观辐亮度是地表辐亮度、大气透射时假设暗像元的反射率为0．0，即一L南，然而Mo-率、大气反照率和由于大气散射造成的向上大气光谱辐亮度ran[]等研究得出的暗像元反射率为0．01，因此在上述学者的函数，即研究的基础上，改进IX)S4方法，即计算时假设暗像元的L一Lo／(1一sD)+L(2)反射率为0．01，利用式(4)计算。具体计算过程为：首先设置其中，p为地表反射率，S为大气下界的半球反射率，Lo为AOD为0．05，按照步长