环境星CCD数据大气校正研究

利用6S模型和同步气象资料,对国产环境与灾害监测预报小卫星HJ-1 A的CCD1传感器数据进行了大气校正和反射率反演。同时对CCD1传感器1～4波段大气校正前后的反射率变化进行了对比研究,发现大气校正后的1～3波段的地面反射率明显降低,4波段的地面反射率升高;利用同步野外实测地面数据对大气校正后的反射率数据进行了检验,两者结果基本一致;此外,还进行了定量化误差分析,以同步野外实测地面数据作为标准,将大气校正后的反射率数据与之对比,分析了可能带来误差的原因。结果表明,利用6S大气校正方法能够有效去除HJ-1 A星CCD图像的大气影响,获取地物绝对反射率。     

基于神经网络的二类水体大气修正

大气修正是海洋水色遥感中的关键技术之一。近海二类水体大气修正面临两个挑战：浑浊水体造成NIR大气修正波段的离水辐射明显大于零;近海上空存在较强吸收性的气溶胶。本文针对HY-1A CZI,在辐射传输模拟的基础上建立了基于神经网络技术的二类水体大气修正算法,可以由波段1-4的TOA反射率和三个角度反演得到离水反射率、气溶胶光学厚度等参数。利用模拟数据进行了算法的性能评估,并开展了卫星数据处理试验。结果表明,除了在非常浑浊的水体,反演结果基本合理。     

HJ-1A/B卫星CCD影像辅助的MODIS水色大气校正产品质量改进

针对我国近岸高浑浊水体区域MODIS短波红外波段大气校正产品中存在的信号饱和及条带问题,利用神经网络模型,采用准同步的HJ-1A/B卫星CCD影像及实测遥感反射率数据对MODIS/Terra水色遥感大气校正产品进行了质量改进。改进后结果与MODIS/Terra遥感反射率产品相比,平均相对误差为13.3%,信号饱和区域修复结果与实测数据各波段平均相对误差为28.2%。结果表明,该方法在保证结果精度的情况下,能有效地修复MODIS/Terra水色波段因为信号饱和而产生的数据空白区域,同时也能较好地解决MODIS/Terra大气校正产品中的条带问题。     

鄱阳湖HJ-1A/B卫星CCD影像大气校正研究

以准同步的Terra/MODIS反演的气溶胶为辅助,采用FLAASH模型对2009-10-24鄱阳湖HJ-1A/B卫星CCD影像进行大气校正处理。结果表明,大气影响可以被有效去除,在水体遥感反射率较高的红、绿波段,大气校正精度较高,平均相对误差分别为13.4%和9.8%;而在水体遥感反射率较低的近红外、蓝波段,大气校正精度较低,这可能与波段不同的信噪比和陆地邻近像元效应有关。     

中巴地球资源一号卫星CCD图像质量评价和交叉定标研究

使用定量分析方法评价了中巴地球资源卫星CCD相机遥感数据质量 ,在此基础上利用LANDSAT 7ETM 对CCD的对应波段进行交叉定标计算 ,得到了一组CCD的参考定标系数。在遥感数据质量评价研究中 ,使用统计分析方法计算得到了CCD相机图像数据的条纹强度 ;应用结构函数方法计算获得了CCD的噪声数据 ;通过功率谱计算 ,对比分析了CCD和LANDSAT 7ETM 对应波段图像空间纹理特征。该文通过交叉定标计算 ,得到了CCD相机前 4个波段的参考定标系数、动态范围和噪声等效反射率等参考指标 ,并对这组定标系数进行了验证 ,从验证结果中发现CCD1,2 ,3和LANDSAT 7ETM 对应波段反射率最大相差 1 98% ,最小0 0 3% ,平均差要低于 1 31% ,而波段 4最大也仅相差 4 4 1% ,平均差 3 0 2 % ,证明计算得到的交叉定标系数具有较高的参考价值     

基于HY-1C卫星CZI影像的多类型内陆水体大气校正及水质参数反演

海洋一号C星(HY-1C)上搭载的海岸带成像仪(CZI)在内陆水体水色遥感应用方面具有较大潜力。目前,HY-1C CZI影像在内陆水体的大气校正和水质反演研究较少,仍然需要解决适用于不同类型内陆水体的大气校正和水质参数建模等问题。因此,本研究在华北平原的小浪底水库、官厅水库、丹江口水库、白龟山水库、白洋淀5个不同浑浊程度的湖泊和水库开展了星地同步实验,获取了85个采样点的水面遥感反射率光谱和水质参数实测数据。发展了基于Sentinel-2 MSI影像均匀不变地物的HY-1C CZI影像相对大气校正算法和系统定标模型。HY-1C CZI的蓝、绿、红、近红外波段遥感反射率反演平均无偏相对误差(AURE)分别为14.7%、11.2%、28.9%、41.7%,蓝、绿、红波段的大气校正精度相对较高;此外,大气校正与实测光谱的相关系数r的平均值为0.978,光谱角度距离(SAD)的平均值为0.109,说明大气校正遥感反射率光谱形状与实测光谱一致性较高。基于实测数据构建了叶绿素a浓度和透明度反演模型,经独立数据验证,HY-1C CZI影像叶绿素a浓度反演的AURE为33.8%,均方根误差(RMSE)...     

瑞利光学厚度模型的适用性讨论与条件性构建

瑞利散射是生活中重要而又常见的自然现象之一,瑞利光学厚度是衡量瑞利散射强度的重要指标。通过对大气散射理论和瑞利光学厚度理论的梳理,总结了现有瑞利光学厚度两类模拟模型的优缺点。随着全球气候变化中CO_2浓度已突破400 ppm,近似数值模型因受到大气温度和CO_2浓度为300 ppm的背景条件的限制会导致部分模型误差的增加;而理论离散模型虽然有明确的物理意义,对CO_2浓度也具有自适应性,模拟结果理论上可信可靠,但各相关输入物理参数求解复杂。为获得满足CO_2浓度为400 ppm的近似数值模型,通过对不同高度和纬度的九个试验地点,以理论离散模型为基础,模拟特定大气条件下(P0=1 atm, T=15℃, CO_2=400 ppm)的瑞利光学厚度。通过拟合分析得出,瑞利散射强度与波长的4.529次方成反比,且在紫外—蓝波段CO_2浓度对瑞利光学厚度的贡献在10~(–4)—10~(–3)数量级。因此,在CO_2浓度发生改变的情况下,以理论离散模型为主要算法模拟瑞利光学厚度将能更好的提高模型的自适应性并减少模型本身带来的误差;并通过该模拟结果可进一步获得该大气条件下的计算简单方便的数值模拟模型。     

利用深蓝算法从HJ-1数据反演陆地气溶胶

大气气溶胶是环境空气污染监测的重要指标,在利用环境一号卫星CCD相机进行气溶胶监测时,暗目标法和结构函数法都有相应的不足。本文从Hsu等人(2004)提出的深蓝算法出发,以MODIS的地表反射率产品为基础建立反射率库,并利用地面观测数据分析了各种典型地物在CCD相机与MODIS蓝波段反射率之间关系,提出了将MODIS地表反射率修正到CCD相机的方法,进而实现地气解耦,反演气溶胶光学厚度。选择北京地区为实验区,进行了算法实验,并用AERONET/PHOTONS北京站的数据进行了验证,结果表明,(1)光学厚度较大时(>0.5),深蓝算法精度能够较好的满足环境一号卫星CCD相机对气溶胶日常监测的要求;(2)气溶胶模式会对结果产生较大的影响,尤其是城市型气溶胶。     

HJ-1 CCD数据大气校正方法研究

本文开展了HJ-1CCD相机数据大气校正方法的研究工作。基于辐射传输模型构建了不同大气条件下的大气校正系数查找表;大气校正中用到的气溶胶光学厚度数据基于浓密植被区域红蓝波段地表反射率之间的关系反演得到。与对应当天的MODIS地表反射率数据的对比分析表明,本文提出的大气校正方法具有较高的精度。本文还从气溶胶光学厚度的反演精度、大气水汽含量的变化、辐射定标精度、海拔高度等方面对大气校正的不确定性进行了分析。     

地物反射光谱对MODIS近红外波段水汽反演影响的模拟分析

在近红外辐射传输方程的基础上,利用近红外波段水汽的不同吸收属性,在MODTRAN的模拟下,深入分析了基于MODIS近红外数据的可降水汽反演算法,并着重讨论了地物反射光谱非线性在可降水汽反演中的影响。研究结果显示,当波段间反射率之比不等于1时,MODIS近红外波段反演水汽将存在较大偏差。同时,在地物光谱库基础上,计算了不同地物反射率比值,其分布表明,大部分地物波段反射率比值不等于1。研究表明,应用现有MODIS近红外波段水汽反演算法,如果不考虑地表反射率光谱变化的影响,由地表反射光谱造成的误差最大约为反射率比值与1偏差的15倍,同时,这一误差还与大气波段透过率之比有关。     

HJ-1卫星CCD数据的大气校正及其效果分析

利用MODTRAN 4模型对地表-大气-遥感器之间的辐射传输过程进行模拟,模拟出对应大气参数下的表观辐亮度;利用模拟生成的大气校正查找表,逐像元对HJ-1卫星CCD数据进行大气校正;并从光谱曲线、与MODIS地表反射率产品比较、归一化植被指数(NDVI)三个方面,探讨了HJ-1卫星CCD数据大气校正效果.结果表明:(1...     

Crop polarisation behavior derived from Multi-Temporal adeos-polder data

This paper reports a study on multi-temporal polarized response of wheat crop from spaceborne ADEOS-POLDER sensor over a homogeneous wheat region of Punjab, India. Both the polarized as well as total reflectance of wheat were observed at different scattering angles for two spectral bands i.e. 670 nm and 865 nm during crop growth from November to April in rabi 1996-97 season. Results show that sun-target-viewing geometry plays an important role in polarization property. The top of atmosphere (TOA) polarized reflectance is found to decrease exponentially with increasing scattering angle. Polarized reflectance of crop was found to be an order of magnitude smaller in comparison to the total reflectance. An attempt was also made to model the observed polarized behavior over an agricultural area using a theoretical simplified crop reflectance model and accounting for atmospheric molecular (Rayleigh) contribution in the single scattering approximation. It was found that there was a decrease in the polarized reflectance at the grain filling (heading) stage of wheat crop. This is in accordance with ground- based observations and can be due to the reduction in the specular component of the reflected light during post-heading stage of the crop.     

利用云下阴影实现陆地上空气溶胶和地表反射率的同时反演—理论方法和模拟

卫星探测信号包含大气中分子和粒子的散射贡献以及地表反射的贡献,在陆地上空二者的贡献相当,并且陆地地表反射率在时间和空间上极度不均一,因此,很难区分二者的各自贡献从而定量提取大气气溶胶和地表反射率,陆地上空气溶胶的反演也一直是一个极具挑战性的课题.而高分辨率卫星资料如TM5的可见光通道能够很好地区分云和云下阴影,如果云是不透光的,在阴影上空,卫星信号仅包含大气散射贡献和地表漫反射贡献,而在邻近的非阴影区上空,卫星探测信号还包含地表直接反射的贡献,根据这个原理,利用辐射传输模式分析了阴影区和非阴影区上空卫星探测的辐射量差别与地表反射率和大气气溶胶的关系,提出一种利用云下阴影来同时提取阴影上空大气气溶胶和地表反射率的单波长反演方案,并对气溶胶单次散射反照率,散射相函数,测量精度以及地表反射率的不均一性进行了敏感性分析.     

采用辐照度基法对FY-1C气象卫星可见近红外通道进行绝对辐射定标

介绍另一种在轨卫星传感器绝对辐射定标——辐照度基法定标,并利用敦煌辐射校正场对FY-1C卫星可见近红外通道进行定标。通常的反射率基法定标,表观反射率计算的一个重要误差来源是对气溶胶散射的近似计算。辐照度基法定标采用实际测量的漫射与总辐射比来代替辐射传输计算的气溶胶散射。利用该方法对FY-1C卫星的5次定标结果表明,大部分日期辐照度基法和反射率基法定标结果非常吻合,肯定了辐照度基法的正确性,但在气溶胶含量较大时,辐照度基法提高定标精度的优点显现出来,能够减少辐射传输模式对气溶胶散射计算带来的误差,提高最终的绝对辐射定标精度。     

Development of a scheme for atmospheric correction of Resourcesat-2 AWiFS data

This paper presents a method called SACRS2, a scheme for atmospheric correction of RS2-AWiFS (Resourcesat2-Advanced Wide Field Sensor) data. The SACRS2 is a computationally fast scheme developed from a physics-based detailed radiative transfer model 6SV for correcting large amount of data from the high-repetivity AWiFS sensor. The method is based on deriving a set of equations with coefficients which depend on the spectral bands of the RS2-AWiFS sensor through forward signal simulations by 6SV. Semi-empirical formulations provided in the SMAC method with a few improvements have been used to describe various atmospheric interactions. A total of 112 coefficients for different equations are determined using the best fit equations against the computations of the 6SV. After the specific coefficients for the RS2-AWiFS spectral bands are determined, the major inputs of the scheme are raw digital numbers recorded by RS2-AWiFS sensor, atmospheric columnar water vapour content, ozone content, aerosol optical thickness at 550 nm and viewing-illumination conditions. Results showed a good performance of the SACRS2 with a maximum relative error in the SACRS2 simulations ranged between 1% for a reflectance of 0.5 and 8.6% for reflectance of 0.05 with respect to 6SV computations. Validation of retrieved surface reflectance using the SACRS2 scheme with respect to in-situ measurements at two sites indicated a capability of this scheme to determine the surface reflectance within 10%. This is a first of its kind scheme developed for the atmospheric correction of any Indian Remote Sensing satellite data. A package containing the SACRS2 software is available on the MOSDAC website for the researchers.     

航天高光谱遥感器CHRIS的水体图像大气校正

CHRIS(Compact High Resolution Imaging Spectrometer)是欧空局于2001年10月发射的PROBA-1卫星上搭载的探索性高光谱遥感器,它具备高空间分辨率、多角度观测、高光谱成像等特点,为水质遥感监测提供不可多得的数据源。基于卫星遥感图像定量监测水质,一个关键步骤就是进行精确的大气校正,提取水面反射率。相比陆地遥感图像,水面反射率是弱信号,对大气校正的要求更高。6S(Second Simulation of SatelliteSignal in the Solar Spectrum)和MODTRAN(MOderate resolution TRANsmittance code)是两种常用的大气辐射传输模型。本文选取基于6S的REMS(Remote Sensing Environmental Monitoring System)和基于MODT-RAN的ACORN(Atmospheric CORrection Now)两种大气校正软件,对太湖梅梁湾的三景不同成像角度CHRIS图像进行大气校正,将大气校正后的图像水体反射率与地面同步实测水体反射率进行比较分析。结果表明,经过大气校正的CHRIS图像得到的水面反射率与实测反射率波形十分地接近,在全部波长范围内的相关系数达到90%。分析实测的水体反射率角度特征,发现图像的角度特征更明显。三个观测角度下反射率之间的各差值都呈现出在绿光波段较大,在红光和近红外波段偏小的特点,这和实测结果相符。ACORN校正后的图像的角度特征更好地与实测结果吻合。     

Day-1 INSAT-3DR Vicarious Calibration Using Reflectance-Based Approach Over Great Rann of Kutch

This study describes the post-launch calibration for visible (VIS) and shortwave infrared (SWIR) bands of Indian National Satellite System (INSAT)-3DR imager over Great Rann of Kutch (GROK) on Day-1 (15th September 2016), when the first time INSAT-3DR Imager camera was switched on. In order to account the characterization of errors and undetermined post-launch changes in sensor spectral response, this calibration activity was performed and extended for its monitoring to Day-56 (since the Day-1; 09th November 2016). A reflectance based technique is used in the present study. The surface reflectance and atmospheric variables were measured over the site as per solar and viewing geometry of the INSAT-3D scan. Top of atmosphere (TOA) spectral radiances were computed using 6SV (second simulation of the satellite signal in the solar spectrum) radiative transfer code with the in situ measurements as well as spectral response function of each channel. Preliminary results of the Day-1 vicarious calibration yield gain coefficients of 0.974 and 0.820 for VIS and SWIR channels respectively despite the inhomogeneity of the ground target caused by sufficient sub-surface soil moisture. In extension of the present study, the obtained gain coefficients were 1.001 and 0.9887 for VIS and SWIR, respectively, during Day-56 which indicates the performance of sensor is within the range of pre-launch laboratory calibration.     

Landsat TM/ETM+与HJ-1A/B CCD数据自动相对辐射处理及精度验证

全球地表覆盖遥感制图与关键技术研究项目要求对两个基准年度(2000年,2010年)的全球覆盖30 m分辨率遥感数据进行辐射处理,转换到地表反射率,数据以Landsat TM/ETM+为主,HJ-1A/B CCD数据为补充。海量数据中有些不适宜进行绝对大气校正,为了保证全球覆盖,对这些数据设计开发了一套自动的相对辐射处理及精度验证流程算法,利用相邻数据重叠区域进行相对辐射校正的方式,将数据由Oigital Number(DN)值直接转换为地表反射率,精度验证以MODIS地表反射率产品MOD09GA作为参考,比较对应波段数据的相对一致性,算法采用了图像分块处理技术及OpenMP加速技术提高效率,实际应用结果表明该算法流程可以满足项目对辐射处理精度、速度及自动化程度的要求。