星载多相机拼接成像传感器在轨辐射定标方法

星载传感器在轨辐射定标是定量遥感的核心和基础,其定标精度将直接决定定量遥感产品的质量。但是对于多相机拼接成像传感器而言,现有在轨辐射定标方法无法实现各相机绝对辐射定标与相机间相对辐射校正的一体化处理。因此,本文以高分一号(GF-1)卫星宽视场(WFV)传感器为例,提出了一种基于改进型辐射区域网平差的在轨辐射定标方法。该方法首先利用传统的交叉定标方法获取WFV传感器各相机的辐射控制点信息,然后在同轨相邻相机影像重叠区域中提取辐射连接点信息,最后在考虑相机间相对辐射校正与绝对辐射定标之间的耦合关系后,采用整体平差的方式同时获取各相机在轨绝对辐射定标系数及辐射约束条件方程参数。试验结果表明采用该方法获得的各波段在轨绝对辐射定标系数的相对误差均优于9.34%,同时利用该定标系数能够实现同轨相邻相机影像间相对辐射校正处理,其重叠区域各波段表观辐亮度差异绝对值的平均值均小于1.63 W·m~(-2)·sr~(-1)·μm~(-1)。     

基于高分一号对资源三号卫星交叉定标的研究

为了研究在不依靠国外辐射基准卫星为参考的情况下,基于国产高分辨率卫星对资源三号(ZY-3)卫星交叉定标的可行性,该文提出了一种基于国产高分辨率卫星高分一号(GF-1)的交叉定标方法。实验对ZY-3多光谱传感器MUX进行了两次交叉定标实验:第一次以GF-1PMS为参考传感器;第二次以GF-1 WFV2传感器为参考。两次交叉定标结果与MUX场地定标系数对比,以PMS为参考的交叉定标相对误差在4个波段分别为-1.16%、3.19%、1.62%和5.64%;以WFV2为参考的交叉定标相对误差在4个波段分别为2.83%、17.30%、20.85%和7.54%。采用Landsat-8数据作为验证参考,利用PMS-MUX交叉定标结果反演辐亮度值,在4个波段的最大相对误差为-6.88%。经过分析讨论,PMS-MUX交叉定标结果的不确定度为6%。     

GF-1卫星WFV影像间匀色方法

影像匀色方法是决定拼接后影像能否进一步用于遥感定量化应用的重要环节之一。本文针对我国高分辨率对地观测系统的首发星——GF-1卫星宽覆盖WFV传感器4相机拼接成像特点,提出了一种基于交叉辐射定标的影像间匀色方法。该方法首先利用传统的交叉定标方法获取某一台WFV相机在轨绝对辐射定标系数,然后采用统计分析和仿真模拟方法建立了相邻相机影像间DN值、表观辐亮度的相关模型,在完成相机间绝对辐射性能传递的同时,实现了影像间匀色处理。试验结果表明利用本文获取的交叉辐射定标系数能够有效地消除相邻相机影像重叠区域辐射不一致性的问题,实现WFV影像间匀色。该匀色方法可为其他类似卫星传感器影像间匀色提供参考依据。     

GF-1、GF-2与Landsat-8卫星多光谱数据的交互对比

基于两组敦煌定标场的GF-1 PMS2、GF-2 PMS1与Landsat-8 OLI(operational land imager)同步影像,对3种传感器之间表观反射率数据的一致性进行交互对比。结果表明,两颗国产高分卫星的表观反射率数据具有很高的一致性,但它们与Landsat-8数据之间存在着一定的差异,其中尤以近红外波段的差异最为明显。在可见光波段,3种传感器的信号强度关系为:GF-2 PMS1GF-1 PMS2Landsat-8 OLI,在近红外波段的关系为:Landsat-8 OLIGF-1 PMS2GF-2 PMS1。试验结果表明,所提出的数据转换模型能够有效地降低两种国产高分卫星传感器与Landsat-8 OLI在近红外波段的明显差异,且当选择与被转换影像地物比例一致性较高的模型进行转换时,转换精度能够进一步提高。     

敦煌场地CBERS-02 CCD传感器在轨绝对辐射定标研究

对资源一号卫星02星（CBERS-02）,为深入其定量化分析,定期在敦煌绝对辐射校正场地进行了地面同步测量,开展了更新在轨绝对辐射定标研究。另外,运用地表反射率和大气光学特性参量数据,计算出CBERS-02CCD传感器4个波段的绝对辐射标定系数。同时,利用2004年8月25目的Landsat-5 TM图像数据对CBERS-02 CCD传感器的辐射特性进行交叉定标,验证分析了CBERS-02 CCD传感器场地绝对辐射定标的基本特性及其可靠性。另外,为CBERS后续星的传感器改进,提供了分析参量。     

考虑地物BRDF特性改进后的CBERS-02卫星CCD相机的辐射定标系数

在MODIS数据对CBERS-02卫星CCD相机的交叉辐射定标、获得CCD相机时间系列的辐射定标斜率系数与截距基础上，本文考虑地物BRDF特性的影响，开展了提高CCD相机数据定量化应用的辐射定标数据精度的研究，并提供了比较全的时间系列辐射定标系数。     

高分四号静止轨道卫星高精度在轨几何定标

高分四号是世界上第一颗静止轨道高分辨率光学遥感卫星,高精度的几何定标是确保其成像几何质量的关键。本文分析了静止轨道卫星成像几何误差源及成像区域特点,提出了其严格几何成像模型;并在此基础上提出了静止轨道卫星面阵传感器在轨几何定标模型与定标参数估计方案。本文利用Landsat 8数字正射影像与GDEM2数字高程模型对高分四号卫星进行在轨几何定标,结果表明,通过严格的几何定标,可见光近红外传感器与中红外传感器的内部畸变在沿轨与垂轨方向上均稳定优于1个像素,通过统计分析可知,高分四号静止轨道卫星影像的绝对定位精度会受到成像时间与成像角度的影响而存在显著的波动。     

基于PCI2012系统的WorldView-2立体影像DEM自动提取方法研究

利用航天遥感卫星立体影像自动提取数字高程模型是当前研究的热点之一,PCI2012系统则是常用的遥感卫星影像处理系统。PCI2012系统在自动提取DEM时应用所采用的影像校正模型主要有通用成像模型和严格物理模型两种模型。本文基于PCI2012系统,利用WorldView-2立体影像数据,对同一地区分别采用以上两种不同的校正模型提取DEM,对获取的DEM精度进行了对比,并分析了影像DEM精度的主要因素。     

基于准不变目标物的天绘一号多光谱数据交叉定标

为拓展天绘一号多光谱数据定量化应用,本文采用基于准不变反射率目标物的交叉定标法,以HJ1ACCD2作为参考传感器,对天绘一号多光谱数据进行交叉定标处理。首先利用大气辐射传输模型(MODTRAN)对已知辐射定标系数的HJ1A-CCD2数据进行反射率反演,计算待定标数据相同准不变目标物的辐亮度,建立待定标数据辐亮度与DN值之间的线性关系得到辐射定标系数,并利用MODTRAN对天绘一号多光谱数据进行大气校正。对比准不变目标物光谱曲线,水体在红、近红外波段差异较大,裸露地和建筑物屋顶在4个波段吻合较好。误差分析结果表明除蓝波段外,准不变目标物在其他几个波段的相对误差均小于5%。     

单景卫星遥感影像目标运动信息提取技术

深入分析了高分辨率卫星遥感线阵推扫成像过程中运动目标影像的时空移变特性,充分利用卫星多线阵推扫成像传感器排布特点和卫星成像时间、姿态和轨道等辅助参数,建立了线阵推扫时空移变成像模型。提出了一种基于单景卫星影像不同波段信息的目标运动信息提取方法,并采用资源三号多光谱影像进行了飞机飞行速度信息提取试验。试验结果验证了基于单景卫星影像提取速度信息的有效性和稳定性。     

An approach to the radiometric aerotriangulation of photogrammetric images

Harnessing the radiometric information provided by photogrammetric flights could be useful in increasing the thematic applications of aerial images. The aim of this paper is to improve relative and absolute homogenization in aerial images by applying atmospheric correction and treatment of bidirectional effects. We propose combining remote sensing methodologies based on radiative transfer models and photogrammetry models, taking into account the three-dimensional geometry of the images (external orientation and Digital Elevation Model). The photogrammetric flight was done with a Z/I Digital Mapping Camera (DMC) with a Ground Sample Distance (GSD) of 45 cm. Spectral field data were acquired by defining radiometric control points in order to apply atmospheric correction models, obtaining calibration parameters from the camera and surface reflectance images. Kernel-driven models were applied to correct the anisotropy caused by the bidirectional reflectance distribution function (BRDF) of surfaces viewed under large observation angles with constant illumination, using the overlapping area between images and the establishment of radiometric tie points. Two case studies were used: 8-bit images with applied Lookup Tables (LUTs) resulting from the conventional photogrammetric workflow for BRDF studies and original 12-bit images (Low Resolution Color, LRC) for the correction of atmospheric and bidirectional effects. The proposed methodology shows promising results in the different phases of the process. The geometric kernel that shows the best performance is the Lidense kernel. The homogenization factor in 8-bit images ranged from 6% to 25% relative to the range of digital numbers (0–255), and from 18% to 35% relative to levels of reflectance (0–100) in the 12-bit images, representing a relative improvement of approximately 1–30%, depending on the band analyzed.     

卫星光学传感器全过程辐射定标

光学传感器全过程定标,就是对传感器从研发到使命终结整个过程的检测与定标,它包括在传感器研制过程中在实验室利用人工源和室外自然源对其辐射特性进行检测和定标,也包括建立与传感器一起工作的星上定标系统装置,以便当卫星发射升空传感器开始正常工作后,定期地应用星上定标系统对传感器响应的变化进行相对或绝对的定标,全过程定标同时包括在轨运行期间采用基于陆地(或海面)特性的“替代定标”,或借助其他卫星进行的“交叉定标”,最终依据定标结果来确定传感器使命的终结。全过程定标是一个系统实验过程,提高传感器应用效益是其目的,提高定标精度是目标,标准及标准传递是贯穿全过程定标的主线,为此而发展的定标系统和方法是全过程定标的技术支撑,本文作者及其研究室的工作涉及上述全过程的内容,本文首次将全过程定标所涉及的内容系统地予以阐述。提高定标的精度不仅要从系统硬件构成上考虑,如高精度低温绝对辐射计、传递标准探测器、积分球、标准板等,更需要从方法和实验上解决问题,如标准传递过程误差源的分析与控制,大气空间中辐射传输衰减校正模型以及相关的实验等。     

针对GF-1遥感影像的基于影像与基于辐射传输模型的两种交叉定标方法比较

"高分一号"配置了4台16m分辨率多光谱宽幅(WFV)相机,组合观测幅宽达到800km。为了将其应用于定量遥感,需要对其进行精确的辐射定标。目前针对高分一号卫星有两种交叉定标方法,都在传统方法的基础上进行了改进。一种是基于影像的交叉定标方法(image-based),另一种是基于辐射传输模型和二向反射分布函数的交叉定标方法(RTM-BRDF)。本文采用这两种方法对高分一号(GF-1)的4个相机进行辐射定标,并对这两种方法进行了对比分析,发现对于WFV2和WFV3这两个近似星下点成像相机,image-based方法可以得到精度较高的辐射定标系数,而对于WFV1和WFV4这两个非星下点成像相机来说,RTM-BRDF方法得到的定标系数精度较高。因此,最终将两种方法结合给出GF-1 4个相机最终的定标系数。     

基于TM/ETM和DEM数据的BRDF特征提取

巴丹吉林沙漠地区地物类型单一,地形起伏,形成了天然的二向反射数据集;因此,本研究利用巴丹吉林沙漠地区的ASTER GDEM产品提供的地面高程数据,计算出每个坡元所对应的太阳-观测几何信息(包括太阳天顶角与方位角和观测天顶角与方位角),假设沙丘上每个坡元的表面结构不随其坡度和坡向变化,加上Landsat-TM/ETM+对地观测的信息,就形成了对同一地物的多角度观测数据集,从而可以提取该地区的BRDF特征。为了检验该方法,利用该方法获取的BRDF特征信息模拟了25景Landsat-TM/ETM+数据,并与实际的Landsat-TM/ETM+图像进行对比分析。结果表明, Landsat-TM/ETM+前4个波段的模拟图像与真实图像地表平均反射率相比,平均误差分别为2.80%、1.92%、2.68%和2.32%,高于一般辐射定标中5%—7%的误差要求,因此本研究方法可为高分辨率数据的交叉辐射定标等应用提供参考。     

CBERS-02 WFI的辐射交叉定标及其对植被指数的作用

本文以MODIS作为参考传感器，对CBERS-02星上的WFI传感器进行辐射交叉定标，得到WFI两个波段TOA辐亮度、表观反射率的增益与计数值偏移量，两个波段的计数值偏移量分别为42和21个DN左右。利用定标结果计算图像上另一均匀区的表观反射率。与MODIS反演的表观反射率比较验证。WFI与MODIS第1波段的表观反射率相差3．6％，第2波段相差-3．6％。检验结果说明，本文得到辐射交叉定标系数的精度能满足定量化应用的要求。为了说明辐射定标对植被指数的影响，本文选择5个实验区，比较分析了实验区图像辐射定标前后的NDVI。当WFI的DN值扣除定标得到的数字计数值偏移量后，DN值的NDVI与表观反射率的二次非线性拟合度可达99％。另外。WFI辐射定标前后的NDVI、RVI与MODIS反演的NDVI、RVI的比较分析说明，WFI辐射定标后表观反射率值的植被指数与MODI反演植被指数较接近，而且两个传感器RVI的差异小于NDVI的差异。     

Evaluation of directional normalization methods for Landsat TM/ETM+ over primary Amazonian lowland forests

Biodiversity mapping in extensive tropical forest areas poses a major challenge for the interpretation of Landsat images, because floristically clearly distinct forest types may show little difference in reflectance. In such cases, the effects of the bidirectional reflection distribution function (BRDF) can be sufficiently strong to cause erroneous image interpretation and classification. Since the opening of the Landsat archive in 2008, several BRDF normalization methods for Landsat have been developed. The simplest of these consist of an empirical view angle normalization, whereas more complex approaches apply the semi-empirical Ross–Li BRDF model and the MODIS MCD43-series of products to normalize directional Landsat reflectance to standard view and solar angles. Here we quantify the effect of surface anisotropy on Landsat TM/ETM+ images over old-growth Amazonian forests, and evaluate five angular normalization approaches. Even for the narrow swath of the Landsat sensors, we observed directional effects in all spectral bands. Those normalization methods that are based on removing the surface reflectance gradient as observed in each image were adequate to normalize TM/ETM+ imagery to nadir viewing, but were less suitable for multitemporal analysis when the solar vector varied strongly among images. Approaches based on the MODIS BRDF model parameters successfully reduced directional effects in the visible bands, but removed only half of the systematic errors in the infrared bands. The best results were obtained when the semi-empirical BRDF model was calibrated using pairs of Landsat observation. This method produces a single set of BRDF parameters, which can then be used to operationally normalize Landsat TM/ETM+ imagery over Amazonian forests to nadir viewing and a standard solar configuration.     

多元变化检测的相对辐射校正方法研究

基于多元变化检测的相对辐射校正方法通过阈值获取校正点,该方法的校正结果优于传统人工参与的校正方法。文章对方法中阈值选择以及自然景观特征等影响因素做了进一步研究,选择北京市平原区和山区的各2期TM影像作为数据源,运用均方根误差和变异系数2个统计特征参数比较和评价校正结果,结果表明:基于多元变化检测的相对辐射校正方法获得的结果有利于后续数据分析;不同阈值获得的校正结果没有明显差异;不同自然景观特征对该方法影响程度不同。     

基于CBERS-02卫星数据的参数定量反演算法及软件设计

针对中巴资源(CBERS-02)卫星数据的定量化处理技术进行比较概括的阐述.在中国卫星应用中心已有的产品体系基础上,考虑CBERS卫星多波段摄像机、宽视场成像仪及红外多光谱扫描仪数据定量化的特点,建立了CBERS-02卫星数据定量化产品体系.并对其中的主要定量化过程与产品反演算法进行描述,具体包括CBERS-02数据的场地辐射定量标和交叉辐射定标结果、云监测算法、大气校正算法、地表反射率和反照率以及以此为基础的得到的植被指数等相关定量化产品算法.介绍了定量化处理CBERS-02卫星数据的软件,为CBERS-02数据的应用提供了技术支撑.