航空高光谱遥感反演边界层气溶胶光学厚度的大气校正法

摘要

一种涉及航空高光谱遥感反演边界层气溶胶光学厚度的大气校正法，尤指一种针对国产航空高光谱遥感器得到的高光谱图像，实现城市大气边界层气溶胶光学厚度的反演，属于大气环境遥感应用领域。该方法主要解决如何从大气透射光谱中提取边界层气溶胶光学厚度信息及如何进行大气校正等技术问题；该方法通过大气辐射传输原理，从大气透射光谱中提取边界层气溶胶光学厚度信息，通过将大气模式、气溶胶模式在边界层内进行再次插值得到表现反射率，实现反演边界层气溶胶光学厚度的计算。本发明的优点：本发明针对OMIS成像光谱仪，结合边界层大气辐射传输原理，从大气透射光谱中提取气溶胶光学厚度信息并进行大气校正。

主权项

1、一种航空高光谱遥感反演边界层气溶胶光学厚度的大气校正法，其特征在于：该方法通过大气辐射传输原理，从大气透射光谱中提取边界层气溶胶光学厚度信息，通过将大气模式、气溶胶模式在边界层内进行再次插值得到表现反射率，实现反演边界层气溶胶光学厚度的计算，其具体计算步骤是：步骤1：高光谱遥感图像的辐射定标a)、读取高光谱遥感图像(10)读取由标准格式的机载航空高光谱遥感图像(10)；b)、转换成辐射值(20)高光谱遥感图像(10)模块的输出信号传送到辐射值(20)模块的输入端，根据辐射定标文件中每一波段对应的斜率和截距两个系数，按照公式辐射值＝DN值*斜率+截距，将高光谱遥感图像(10)的数字序号DN值转换成辐射值(20)；步骤2、计算表观反射率，选取暗目标a)、计算将步骤1输出的辐射值(20)，按下述公式计算为传感器上得到的表观反射率： R＝π*L/(μ*f)式中：R为表观反射率； L为辐射值； μ为太阳天顶角的余弦； f为大气上界太阳辐射通量密度；b)、选取暗目标辐射值(20)模块的输出信号传送到暗目标表观反射率(30)模块，选取近红外2.1um通道上的表观反射率，在0.036～0.044范围内的像元为暗目标；步骤3、大气校正(40)暗目标表观反射率(30)模块的输出信号传送到大气校正(40)模块，根据步骤2得到的暗目标表观反射率(30)进行大气校正(40)；其具体工作步骤如下：a)、定义几何参数(41)在几何参数(41)模块中输入飞机相对于像元的高度角、天顶角，太阳高度角、天顶角以及观测日期，其几何参数(41)模块的输出信号传送到大气校正(40)模块；b)、定义大气模式(42)在大气模式(42)模块中定义模式所采用的大气模式，其大气模式(42)模块的输出信号传送到大气校正(40)模块；c)、定义气溶胶类型(43)模式在气溶胶类型(43)中定义模式所用的边界层气溶胶模式中的消光和气象视距类型，若同时定义了能见度，则取代气溶胶类型中缺省值定义的气象视距，气溶胶类型(43)模块的输出信号传送到大气校正(40)模块；d)、定义气溶胶浓度(44)模式在气溶胶浓度(44)中定义模式所用的气溶胶浓度模式，输入550nm的气溶胶光学厚度或水平能见度，气溶胶浓度(44)模块的输出信号传送到大气校正(40)模块；e)、输入地物高程(45)将输入地物高程(45)模块的输出信号传送到大气校正(40)模块；f)、输入飞机飞行高度(46)将输入飞机飞行高度(46)模块的输出信号传送到大气校正(40)模块；步骤4、大气校正参数提取a)、信号传送大气校正(40)模块的输出信号分别传送到气溶胶散射相函数(51)模块和气溶胶单次散射反射率(52)模块；b)、进行大气校正根据步骤3中的各输入参数，对选择的航空高光谱遥感图像上的暗目标进行大气校正；c)、校正参数从输出结果中提取校正参数气溶胶散射相函数(51)和气溶胶单次散射反射率(52)；步骤5、计算边界层气溶胶光学厚度(60)a)、信号传送气溶胶散射相函数(51)模块和气溶胶单次散射反射率(52)模块的输出信号传送到气溶胶光学厚度(60)模块；b)、计算按下述公式计算边界层大气的表观反射率：${\rho }^{*}({\theta }_S,{\theta }_v,{\phi }_S-{\phi }_v,z)=\mathrm{Tg}({\theta }_S,{\theta }_v,z)/[{\rho }_r\left(z\right)+{\rho }_a\left(z\right)+\frac{{\rho }_t}{1-S\left(z\right){\rho }_t}T({\theta }_v,z)T({\theta }_S,z)]$ c)、计算边界层气溶胶光学厚度(60)由步骤4得出的气溶胶散射相函数(51)和气溶胶单次散射反射率(52)，计算出边界层气溶胶光学厚度(60)；步骤6、判断a)、信号传送气溶胶光学厚度(60)模块的输出信号传送到比较(70)模块；b)、计算地面能见距将同步的地面能见距资料根据公式V＝3.91·H·1/τ式中：V是地面能见距； H是不同季节的气溶胶标高； τ是气溶胶光学厚度；c)、比较将计算出的气溶胶光学厚度值与步骤5得到的气溶胶光学厚度(60)进行比较(70)；当两者的差值＜0.1，将比较(70)模块的输出信号传送到输出(80)模块，输出为气溶胶光学厚度(60)；否则反馈到大气校正(40)模块，回到步骤3重新进行大气校正，重新输入大气校正所需要的各项参数，循环重复。