同時(shí)反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標(biāo)參數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及遙感傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，特別涉及同時(shí)反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標(biāo)參數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在軌傳感器的性能指標(biāo)評(píng)價(jià)，主要用于對(duì)在軌運(yùn)行的高光譜傳感器的性能指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括輻射定標(biāo)參數(shù)(增益和偏移)和光譜定標(biāo)參數(shù)(中心波長(zhǎng)和波段寬度)，數(shù)據(jù)生產(chǎn)商或用戶根據(jù)定標(biāo)的結(jié)果進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)生產(chǎn)和處理，保證遙感數(shù)據(jù)本身的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0003]傳感器平臺(tái)(星載或空載)的抖動(dòng)、儀器老化及周圍環(huán)境的變化使得在軌傳感器輻射及光譜定標(biāo)參數(shù)較發(fā)射前的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的初始值會(huì)發(fā)生變化，如不及時(shí)糾正，則會(huì)影響所接收的遙感圖像的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，只有準(zhǔn)確定標(biāo)后的數(shù)據(jù)才能被正確使用，用戶才能從圖像上獲得可靠的信息。
[0004]對(duì)傳感器定標(biāo)而言，輻射定標(biāo)和光譜定標(biāo)二者理論上應(yīng)該同步進(jìn)行，因?yàn)檩椛涞乇淼膮?shù)在光譜定標(biāo)的時(shí)候需要，而光譜定標(biāo)的參數(shù)值輻射定標(biāo)的時(shí)候也需要，二者相互影響，需要同步反演。
[0005]目前，已有的技術(shù)輻射定標(biāo)相對(duì)比較成熟，通常利用地面靶標(biāo)進(jìn)行在軌傳感器增益和偏移參數(shù)的反演，基于此可以將遙感圖像的數(shù)字值(DN，Digital Number)轉(zhuǎn)換成具有物理意義的輻射亮度；而光譜定標(biāo)則更多的研宄只反演中心波長(zhǎng)的偏移，不考慮波段寬度。此外，在進(jìn)行輻射定標(biāo)和光譜定標(biāo)時(shí)，二者定標(biāo)過程是相互獨(dú)立的，獨(dú)立定標(biāo)將導(dǎo)致所得的福射定標(biāo)參數(shù)和光譜定標(biāo)參數(shù)都不準(zhǔn)確，影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中定標(biāo)方法得到的輻射定標(biāo)參數(shù)和光譜定標(biāo)參數(shù)準(zhǔn)確性較低的問題，目前尚未提出有效的解決方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于提供一種同時(shí)反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標(biāo)參數(shù)的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中定標(biāo)方法得到的輻射定標(biāo)參數(shù)和光譜定標(biāo)參數(shù)準(zhǔn)確性較低的冋題。
[0008]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種同時(shí)反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標(biāo)參數(shù)的方法。該方法包括:通過大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度；根據(jù)發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的傳感器的光譜定標(biāo)參數(shù)計(jì)算傳感器的入瞳輻射亮度LI ;獲取待反演定標(biāo)參數(shù)的高光譜DN值圖像；根據(jù)發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的傳感器的輻射定標(biāo)參數(shù)和高光譜DN值圖像計(jì)算高光譜DN值圖像的輻射亮度L2 ;對(duì)LI和L2分別進(jìn)行導(dǎo)數(shù)計(jì)算，依次得到第一求導(dǎo)結(jié)果和第二求導(dǎo)結(jié)果；對(duì)第一求導(dǎo)結(jié)果分別進(jìn)行歸一化處理、包絡(luò)線去除處理和計(jì)算光譜角處理，依次得到第一歸一化結(jié)果al、第一包絡(luò)線去除結(jié)果bl和第一計(jì)算光譜角結(jié)果Cl ;對(duì)第二求導(dǎo)結(jié)果分別進(jìn)行歸一化處理、包絡(luò)線去除處理和計(jì)算光譜角處理，依次得到第二歸一化結(jié)果a2、第二包絡(luò)線去除結(jié)果b2和第二計(jì)算光譜角結(jié)果c2 ;以al、bl、cl、a2、b2、c2為基礎(chǔ)，采用優(yōu)化算法迭代對(duì)比LI和L2的差別，迭代過程中優(yōu)化算法自動(dòng)調(diào)整待反演參數(shù)，直到LI和L2的差別滿足預(yù)設(shè)條件，此時(shí)的待反演參數(shù)即為反演結(jié)果，其中，待反演參數(shù)包括增益、偏移、中心波長(zhǎng)和波段寬度。
[0009]進(jìn)一步地，通過大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度具體為:以預(yù)設(shè)的大氣溫度、濕度、氣溶膠能見度以及在軌傳感器的角度和太陽的角度為驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度。
[0010]進(jìn)一步地，在驅(qū)動(dòng)大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度時(shí)，地表的反射率設(shè)置為0.1-0.3之間的常數(shù)。
[0011]進(jìn)一步地，大氣輻射傳輸模型為MODTRAN5大氣輻射傳輸模型。
[0012]進(jìn)一步地，根據(jù)發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的傳感器的光譜定標(biāo)參數(shù)計(jì)算傳感器的入瞳輻射亮度LI具體為:以發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的傳感器的光譜定標(biāo)參數(shù)為初值，對(duì)模擬得到的I納米分辨率的輻射亮度采用高斯函數(shù)進(jìn)行卷積計(jì)算，得到傳感器的入瞳輻射亮度LI。
[0013]進(jìn)一步地，根據(jù)發(fā)射前輻射定標(biāo)參數(shù)和高光譜DN值圖像計(jì)算對(duì)應(yīng)的輻射亮度L2具體為:利用發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的傳感器的輻射定標(biāo)參數(shù)對(duì)高光譜DN值圖像進(jìn)行輻射定標(biāo)，得到高光譜DN值圖像的輻射亮度L2。
[0014]進(jìn)一步地，預(yù)設(shè)條件為由al與a2的均方根誤差、bl與b2的均方根誤差、cl與c2的均方根誤差構(gòu)成的三個(gè)均方根誤差之和最小。
[0015]通過本發(fā)明，提供了一種同時(shí)反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標(biāo)參數(shù)的方法，在該方法中，通過大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度，然后根據(jù)發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的傳感器的光譜定標(biāo)參數(shù)、輻射定標(biāo)參數(shù)分別計(jì)算傳感器的入瞳輻射亮度LI和待反演定標(biāo)參數(shù)的高光譜圖像的輻射亮度L2，再對(duì)LI和L2分別進(jìn)行導(dǎo)數(shù)計(jì)算后歸一化處理、包絡(luò)線去除處理和計(jì)算光譜角處理，最后對(duì)處理結(jié)果利用優(yōu)化算法迭代計(jì)算，當(dāng)LI和L2的差別達(dá)到最小時(shí)即為反演結(jié)果，也即增益、偏移、中心波長(zhǎng)和波段寬度，從而實(shí)現(xiàn)在軌傳感器輻射定標(biāo)參數(shù)(增益和偏移)和光譜定標(biāo)參數(shù)(中心波長(zhǎng)和波段寬度)的同步反演，彌補(bǔ)已有技術(shù)只能確定部分參數(shù)的缺陷，為生產(chǎn)高質(zhì)量遙感數(shù)據(jù)提供了技術(shù)保障。
[0016]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
【附圖說明】
[0017]通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的同時(shí)反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標(biāo)參數(shù)的方法的流程圖；
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的同時(shí)反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標(biāo)參數(shù)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。需要指出的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0021]實(shí)施例一
[0022]首先，本發(fā)明實(shí)施例一提供了一種同時(shí)反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標(biāo)參數(shù)的方法，參見圖1，該方法可以包括以下步驟:
[0023]步驟S102:通過大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度。
[0024]其中，可以預(yù)設(shè)的大氣溫度、濕度、氣溶膠能見度以及在軌傳感器的角度和太陽的角度為驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)MODTRAN5大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度，模擬過程中，地表的反射率設(shè)置為0.1-0.3之間的常數(shù)。
[0025]步驟S104:根據(jù)發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的傳感器的光譜定標(biāo)參數(shù)計(jì)算傳感器的入瞳輻射亮度LI。
[0026]具體地，以發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的傳感器的光譜定標(biāo)參數(shù)為初值，對(duì)模擬得到的輻射亮度采用高斯函數(shù)進(jìn)行卷積計(jì)算，得到傳感器的入瞳輻射亮度LI。
[0027]步驟S106:獲取待反演定標(biāo)參數(shù)的高光譜DN值圖像。
[0028]步驟S108:根據(jù)發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的傳感器的輻射定標(biāo)參數(shù)和高光譜DN值圖像計(jì)算高光譜DN值圖像的輻射亮度L2。
[0029]具體地，利用發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的傳感器的輻射定標(biāo)參數(shù)對(duì)高光譜DN值圖像進(jìn)行輻射定標(biāo)，得到高光譜DN值圖像的輻射亮度L2。
[0030]步驟SllO:對(duì)LI和L2分別進(jìn)行導(dǎo)數(shù)計(jì)算，依次得到第一求導(dǎo)結(jié)果和第二求導(dǎo)結(jié)果O
[0031]步驟S112:對(duì)第一求導(dǎo)結(jié)果分別進(jìn)行歸一化處理、包絡(luò)線去除處理和計(jì)算光譜角處理，依次得到第一歸一化結(jié)果al、第一包絡(luò)線去除結(jié)果bl和第一計(jì)算光譜角結(jié)果Cl。
[0032]步驟S114:對(duì)第二求導(dǎo)結(jié)果分別進(jìn)行歸一化處理、包絡(luò)線去除處理和計(jì)算光譜角處