遙感制圖第三章-遙感影像圖的輻射校正與修復(fù)課件

1、遙感制圖第三章 遙感影像圖的輻射校正與修復(fù)提 綱遙感傳感器輻射校正 遙感影像大氣輻射校正航空影像的不均勻校正影像條帶去除與修復(fù)2356 遙感影像輻射校正概念1 太陽(yáng)、地形輻射校正4遙感影像去云處理7輻射校正概述 利用傳感器觀測(cè)目標(biāo)的反射或輻射的電磁能量時(shí)，傳感器所得到的測(cè)量值與目標(biāo)的光譜反射率或光譜輻射亮度等物理量是不一致的。 這是由于遙感圖像的成像過(guò)程非常復(fù)雜，傳感器輸出的能量包含了由于太陽(yáng)位置和角度條件、大氣條件、地形影響和傳感器本身的性能所引起的各種失真。 這些失真不是地面目標(biāo)本身的輻射，會(huì)對(duì)圖像的使用和理解產(chǎn)生一定影響。為了得到地面目標(biāo)的真實(shí)光譜特性，必須清除這些失真的影響，進(jìn)行輻射校

2、正。輻射校正概述輻射校正概述 輻射校正：在遙感領(lǐng)域，消除圖像數(shù)據(jù)中依附在輻射亮度中各種失真的過(guò)程稱(chēng)為遙感圖像輻射校正。 輻射定標(biāo)：一般把消除傳感器本身影響的輻射校正過(guò)程稱(chēng)之為輻射定標(biāo)。 引起輻射誤差的主要原因有： 因傳感器本身的響應(yīng)特性引起的輻射誤差； 因大氣影響引起的輻射誤差； 因太陽(yáng)光照條件引起的輻射誤差； 因地形影響引起的輻射誤差。輻射校正概述絕對(duì)輻射校正：對(duì)目標(biāo)做定量描述，要得到目標(biāo)的輻射絕對(duì)值。相對(duì)輻射校正：只得到目標(biāo)中某一點(diǎn)（波段）輻射亮度與其它點(diǎn)（波段）的相對(duì)值。相對(duì)輻射定標(biāo)恢復(fù)丟失信息CCD間校正CCD內(nèi)校正去條帶輻射校正概述 原始數(shù)字信號(hào) 遙感器校正 大氣校正 光照及地形校正

3、 遙感器入瞳輻射值 地表輻射值 地表真實(shí)反射值 完整的輻射校正過(guò)程 大氣輻射傳輸理論 輻射能量 : 以電磁波形式向外傳播的能量，單位為焦（J）。輻射通量：輻射功率，單位時(shí)間通過(guò)某一表面的輻射能量，單位位焦耳/秒，瓦（J/s）輻射出射度：輻射通量密度，單位時(shí)間單位面積輻射的輻射能量，單位瓦/米 輻射照度：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位面積接收的輻射能量，單位瓦/米 輻射強(qiáng)度：點(diǎn)輻射源在單位立體角、單位時(shí)間，向某一方向發(fā)射的輻射能量，單位：瓦/球面度輻射亮度：簡(jiǎn)稱(chēng)輻亮度，輻射源在單位立體角、單位時(shí)間內(nèi)向垂直于輻射方向單位面積上輻射的輻射能量，單位：瓦/球面度*米 大氣輻射傳輸理論 可見(jiàn)光及近紅外譜段（0.42.5u

4、m） 大氣輻射傳輸理論式中： 衛(wèi)星遙感器入瞳處接收的輻射亮度； 地面接收到的輻射亮度； 大氣透過(guò)率和由于大氣散射造成的相上大氣光譜輻射亮度，即路 程總輻射 地物表面反射率 大氣層外相應(yīng)波長(zhǎng)的太陽(yáng)光譜輻射照度 太陽(yáng)天頂角 遙感器觀測(cè)角 大氣向地面散射相應(yīng)波長(zhǎng)的太陽(yáng)光譜輻照度 入射方向的大氣輻射總透過(guò)率。 觀測(cè)方向的大氣輻射總透過(guò)率。 大氣輻射傳輸理論熱紅外波段 ：35um和814um兩個(gè)大氣窗口 大氣輻射傳輸理論 為遙感器接收到的輻射亮度；為地表物理溫度 時(shí)的普朗克黑體輻射亮度；為地表比輻射率；為觀測(cè)方向的大氣輻射總透過(guò)率；為大氣上行輻射和下行輻射。 提 綱遙感傳感器輻射校正 遙感影像大氣輻射校

5、正航空影像的不均勻校正影像條帶去除與修復(fù)2356 遙感影像輻射校正概念1 太陽(yáng)、地形輻射校正4遙感影像去云處理7傳感器的輻射定標(biāo) 傳感器定標(biāo)是遙感信息定量化的前提，遙感數(shù)據(jù)的可靠性及應(yīng)用的深度和廣度在很大程度上取決于遙感器的定標(biāo)精度。 所謂遙感器定標(biāo)就是指建立遙感器每個(gè)探測(cè)元所輸出信號(hào)的數(shù)值量化值與該探測(cè)器對(duì)應(yīng)象元內(nèi)的實(shí)際地物輻射亮度值之間的定量關(guān)系。 波段i的入瞳輻射能量； 波段i感器輸出的亮度值； 波段i的定標(biāo)增益系數(shù)； 波段i的定標(biāo)偏置量。 傳感器的輻射定標(biāo) 傳感器定標(biāo)容包括發(fā)射前的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)、星上定標(biāo)和輻射校正場(chǎng)定標(biāo)。 發(fā)射前的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)是原始定標(biāo), 準(zhǔn)確度最高，隨后各階段的定標(biāo)應(yīng)在此

6、原始數(shù)據(jù)上對(duì)比、修正；星上絕對(duì)定標(biāo)也很重要, 因?yàn)樗苯臃从沉诉b感器隨衛(wèi)星發(fā)射入軌運(yùn)行的實(shí)際情況；輻射校正場(chǎng)是綜合性定標(biāo), 是在地面用多種方法對(duì)比的真實(shí)性檢驗(yàn), 對(duì)前兩項(xiàng)定標(biāo)進(jìn)行修正, 它是衛(wèi)星上天后重要的定標(biāo)方法。 實(shí)驗(yàn)室定標(biāo) 衛(wèi)星在發(fā)射前都要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)，為了得到增益和偏置，一般方法是使傳感器對(duì)著n檔已知輻亮度的輻射源進(jìn)行測(cè)量，從而得到n個(gè)量測(cè)方程，對(duì)方程進(jìn)行求解得到增益系數(shù)和偏置量，如最小二乘求解的公式如下： 實(shí)驗(yàn)室定標(biāo) 另外，如果知道傳感器輸出及對(duì)應(yīng)光源輻射值的上下限，可以直接用以下公式得到增益和偏置： 傳感器能夠輸出的最大值 傳感器能夠輸出的最小值 對(duì)應(yīng)的光源輻射值 對(duì)應(yīng)的光源輻射

7、值 實(shí)驗(yàn)室定標(biāo) 積分球： 在實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)過(guò)程中，要得到已知輻射能量的輻射源，其中積分球輻射源是各類(lèi)光學(xué)輻射測(cè)量?jī)x器輻射定標(biāo)的主要設(shè)備。積分球是一個(gè)內(nèi)壁均勻噴涂高反射率漫射材料（如聚四氟乙烯、硫酸鋇等）并內(nèi)置多個(gè)小體積光源的球形腔體。在利用積分球輻射源進(jìn)行輻射定標(biāo)工作時(shí)，可通過(guò)改變內(nèi)部點(diǎn)亮的燈的個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)其輻射輸出。由于積分球內(nèi)壁漫反射涂層的“積分”作用，理論上可以在積分球出光面任一位置獲得均勻的朗伯輻射，且通過(guò)點(diǎn)亮燈個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)亮階，并能保持色溫不變。實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)星上定標(biāo) 當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射入軌后，由于發(fā)射的影響和空間工作的環(huán)境溫度變化，發(fā)射前的定標(biāo)關(guān)系可能發(fā)生變化，這要采用新的定標(biāo)源，得出新的定

8、標(biāo)系數(shù)，即進(jìn)行星上定標(biāo)。星上定標(biāo)既可以檢測(cè)衛(wèi)星內(nèi)部變化，又能提供實(shí)時(shí)定標(biāo)數(shù)據(jù)。實(shí)標(biāo)系數(shù)直接用于傳感器計(jì)數(shù)值向輻亮度和等效亮溫轉(zhuǎn)換。 根據(jù)定標(biāo)源的不同又分為星上定標(biāo)燈定標(biāo)、太陽(yáng)定標(biāo)、月亮定標(biāo)等。輻射校正場(chǎng)定標(biāo) 基于地面輻射較正場(chǎng)的定標(biāo)，特指在遙感輻射定標(biāo)場(chǎng)地選擇的基礎(chǔ)上，在遙感器處在正常運(yùn)行和外界環(huán)境條件下，通過(guò)同步測(cè)量來(lái)對(duì)遙感器定標(biāo)的一種方法。即在遙感器飛越輻射定標(biāo)場(chǎng)上空，在定標(biāo)揚(yáng)選擇若干像元區(qū)，測(cè)量遙感器對(duì)應(yīng)的各波段地物的光譜反射率和大氣光譜參量，并利用大氣輻射傳輸模型給出遙感器入瞳處各光譜帶的輻射亮度，最后確定它與遙感器對(duì)應(yīng)輸出的數(shù)字量化的數(shù)量關(guān)系，求解定標(biāo)系數(shù)，并進(jìn)行誤差分析。 輻射校正

9、場(chǎng)定標(biāo) 其重要性在于該定標(biāo)方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)遙感器運(yùn)行狀態(tài)下與獲取地面圖像完全相同條件的絕對(duì)校正，可以從衛(wèi)星發(fā)射到遙感器失效整個(gè)過(guò)程提供校正，可對(duì)遙感器進(jìn)行真實(shí)性檢驗(yàn)和對(duì)一些模型的正確性進(jìn)行檢驗(yàn)。 輻射較正場(chǎng)校正方法有反射基法、改進(jìn)的反射基法（又稱(chēng)輻照度基法）和輻亮度基法，其中反射基法和改進(jìn)的反射基法因其比較易于實(shí)現(xiàn)而常被人們作為場(chǎng)地輻射校正的首選方法。輻射校正場(chǎng)定標(biāo)反射基法 : 此方法在衛(wèi)星過(guò)頂時(shí)，通過(guò)同步測(cè)量獲取地表反射比、大氣總光學(xué)厚度、氣溶膠光學(xué)厚度等參量，然后利用大氣輻射傳輸模型計(jì)算出傳感器入瞳處的輻射度，再與衛(wèi)星遙感圖象上對(duì)應(yīng)區(qū)域象元的灰度值相比，得到衛(wèi)星傳感器的絕對(duì)輻射標(biāo)定系數(shù)。輻射校

10、正場(chǎng)定標(biāo) 輻照度基法: 又稱(chēng)為改進(jìn)的反射基法，主要是在同步觀測(cè)中增加了漫射輻照度與總輻照度的測(cè)量，從而在解大氣輻射傳輸方程中對(duì)大氣氣溶膠模型的依賴(lài)性，這種方法使用解析近似方法來(lái)計(jì)算反射率, 從而可大大縮減計(jì)算時(shí)間和計(jì)算復(fù)雜性。 輻射校正場(chǎng)定標(biāo)輻亮度基法 : 輻亮度基法主要采用經(jīng)過(guò)嚴(yán)格光譜與輻射度標(biāo)定的輻射計(jì)，通過(guò)航空平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星傳感器觀測(cè)幾何相似的同步測(cè)量，把機(jī)載輻射計(jì)測(cè)量的輻射度作為己知量，去標(biāo)定飛行中衛(wèi)星傳感器的輻射量，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星傳感器的標(biāo)定。這種方法要求對(duì)機(jī)載輻射計(jì)要進(jìn)行精確標(biāo)定，星、機(jī)、地同步觀測(cè)，機(jī)、地觀測(cè)幾何一致。并且要對(duì)飛機(jī)與衛(wèi)星之間路徑的大氣影響進(jìn)行訂正。輻射校正場(chǎng)定標(biāo)上述

11、測(cè)量原理決定了輻亮度法具有以下特點(diǎn)： (1)測(cè)量所采用的輻射計(jì)必須進(jìn)行絕對(duì)輻射定標(biāo)，且最終輻射校正系數(shù)的誤差以輻射計(jì)的定標(biāo)誤差為主； (2)由于僅需對(duì)飛行高度以上的大氣進(jìn)行訂正，回避了低層大氣的訂正誤差，有利于提高校正精度； (3)由于搭載于飛機(jī)上的輻射計(jì)地面視場(chǎng)較大，可在瞬間連續(xù)獲取大量數(shù)據(jù)，所以對(duì)場(chǎng)地表面均勻性的要求較低。輻射校正場(chǎng)定標(biāo) 美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局NASA 和亞利桑那(Arizona) 大學(xué)在美國(guó)新墨西哥州的白沙(WSMR) 和加利福尼亞州的愛(ài)德華空軍基地的干湖床( EAFB) 建立了輻射校正場(chǎng),并已對(duì)多顆衛(wèi)星進(jìn)行了場(chǎng)地標(biāo)定工作。 法國(guó)在馬塞市附近也建立了Lacrau 輻射校

12、正場(chǎng),并開(kāi)展了多次輻射校正工作。 歐空局在非洲撒哈拉沙漠 日本與澳大利亞合作在澳大利亞北部沙漠地區(qū)建立了地面輻射校正場(chǎng)。 根據(jù)美、法公布的資料,目前用輻射校正場(chǎng)的方法對(duì)可見(jiàn)光和近紅外波段的標(biāo)正精度可達(dá)63 %左右。 輻射校正場(chǎng)定標(biāo) 我國(guó)根據(jù)美、法等國(guó)家多年開(kāi)展遙感衛(wèi)星探測(cè)器絕對(duì)輻射校正的經(jīng)驗(yàn)和輻射校正場(chǎng)的選址條件,在國(guó)家計(jì)委、原國(guó)防科工委和原航天總公司領(lǐng)導(dǎo)的支持下,于1993 年和1994 年先后組織有關(guān)專(zhuān)家通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察,確定甘肅省敦煌市西部黨和洪積扇區(qū)為可見(jiàn)光和近紅外波段的絕對(duì)輻射校正場(chǎng),青海省的青海湖為熱紅外波段的絕對(duì)輻射校正場(chǎng) 武漢大學(xué)：河南登封驗(yàn)校場(chǎng)提 綱遙感傳感器輻射校正 遙感影像大

13、氣輻射校正航空影像的不均勻校正影像條帶去除與修復(fù)2356 遙感影像輻射校正概念1 太陽(yáng)、地形輻射校正4遙感影像去云處理7大氣校正 成像光譜儀所獲取的數(shù)據(jù)不能正確反映地物的真實(shí)信息，極大地影響著遙感信息的提取和參數(shù)反演的精度，如大氣的散射作用降低遙感影像的反差比。反差比公式定義為 在實(shí)際遙感影像成像過(guò)程中散射使影像的反差比降低，反差比降低則使影像的分辨率降低。散射作用所增加的亮度值不含有任何地面信息，但卻降低了反差比，因而進(jìn)行大氣校正是十分必要的。 大氣校正基于影像特征模型地面線(xiàn)性回歸經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?利用波段特性進(jìn)行大氣校正 大氣輻射傳輸理論模型方法 基于影像特征模型暗目標(biāo)法： 此方法假設(shè)整幅圖像的大

14、氣散射影響均一，在圖像上選取暗目標(biāo)如“清水”，直接把暗目標(biāo)的亮度值來(lái)取代大氣程輻射。平面場(chǎng)模型： 這種模型要求在處理的影像數(shù)據(jù)中,存在分布均勻、一定面積的非吸收特征的純凈地物。處理時(shí)在其中選擇某一高反照比區(qū)域，并求出樣區(qū)中像元的亮度平均值。然后對(duì)圖像中每一個(gè)像元都除以該光譜灰度值，計(jì)算公式 基于影像特征模型內(nèi)部平均相對(duì)反射模型 ： 對(duì)整個(gè)影像的光譜值進(jìn)行平均,得到整幅圖像的平均參考光譜,對(duì)圖像中每一像元的光譜都除以該平均參考光譜,便得到了定標(biāo)后的成像光譜遙感圖像。 計(jì)算公式： 基于影像特征的模型對(duì)數(shù)殘差模型 ： 該模型是假設(shè)輻射值入瞳 與在波長(zhǎng)處的像元i的反射率 具有以下關(guān)系： 式中, 是地形

15、因子, 對(duì)一給定的像元,相對(duì)所有的光譜段它是一常數(shù),由它可以說(shuō)明輻射亮度的變化是由于探測(cè)角度及坡向的差異帶來(lái)的； 是照度因子,它描述了太陽(yáng)的輻射亮度曲線(xiàn),在給定的光譜段,對(duì)所有的像元它都保持恒定?；谟跋裉卣髂Ｐ蛯?duì)上式進(jìn)行對(duì)數(shù)運(yùn)算,可得： 是像元i在光譜段處信號(hào)值的對(duì)數(shù)； 是對(duì)所有光譜段(每像元一個(gè)值)上,像元i的對(duì)數(shù)平均； 是對(duì)一給定的光譜段(每一個(gè)通道一個(gè)值)上,所有像元對(duì)數(shù)的平均?；谟跋裉卣髂Ｐ?利用上式,對(duì)成像光譜遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,便可對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中,所有波長(zhǎng)上所有像元的對(duì)數(shù)平均(每幅圖像一個(gè)值)值也加在上式中參加運(yùn)算。地面線(xiàn)性回歸經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?這種方法要求野外測(cè)試與衛(wèi)

16、星掃描同時(shí)進(jìn)行，通常選用同類(lèi)儀器測(cè)量，將地面測(cè)量結(jié)果與衛(wèi)星影像對(duì)應(yīng)的亮度值進(jìn)行回歸分析，回歸方程為：式中：a為常數(shù)； b為回歸系數(shù) R為地面反射率 L為影像輻射值 地面線(xiàn)性回歸經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?在獲取地面目標(biāo)圖像的同時(shí)，也可預(yù)先在地面設(shè)置反射率已知的標(biāo)志，或事先測(cè)出若干地面目標(biāo)的反射率。由于遙感過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，在地面特定地區(qū)、特定條件和一定時(shí)間段內(nèi)測(cè)定的地面目標(biāo)反射率不具有普遍性，因此該方法僅適用于包含特定地面實(shí)況數(shù)據(jù)的圖像。 利用波段特性進(jìn)行校正 波段間的回歸分析法： 該方法理論依據(jù)在于大氣散射的選擇性，即大氣散射對(duì)短波影響大，對(duì)長(zhǎng)波影響小。因此對(duì)遙感衛(wèi)星來(lái)說(shuō)有些波段受散射影響較重，有些波段受散射影響

17、較小。為處理問(wèn)題方便，可以把受散射影響最小的波段所成影像當(dāng)做無(wú)散射影響的標(biāo)準(zhǔn)影像，通過(guò)對(duì)不同波段的對(duì)比分析計(jì)算出大氣干擾值。 利用波段特性進(jìn)行校正 在不受大氣影響的波段和待校正的波段影像中，選擇從最亮到最暗的一系列目標(biāo)，對(duì)每一個(gè)目標(biāo)兩個(gè)波段進(jìn)行回歸分析。例如我們要用第m波段的數(shù)據(jù)，校正第n波段的數(shù)據(jù)，其亮度值分別是 , 回歸方程為：利用波段特性進(jìn)行校正 直方圖法：如果影像中存在亮度為零的目標(biāo)，如深海水體、陰影等，則其對(duì)應(yīng)影像的的亮度值應(yīng)該為零，實(shí)際上只有在沒(méi)有大氣影響的情況下，其亮度值才可能為零，其它目標(biāo)由于受大氣散射、輻射使得目標(biāo)的亮度值不為零。根據(jù)具體大氣條件，各波段要校正的大氣影響是不同

18、的。為確定的大氣影響，顯示有關(guān)影像的直方圖，從圖上可以得到m波段最黑的目標(biāo)亮度為零，則n波段最小值與其之差即為大氣的影響。輻射傳輸理論模型方法 利用大氣模型進(jìn)行大氣校正可以看做為輻射校正場(chǎng)定標(biāo)中求解入瞳輻射值的反過(guò)程，后者是利用地面量測(cè)值推算入瞳輻射值，前者是利用儀器定標(biāo)后的入瞳輻射值推算地面值。 在當(dāng)前有很多的輻射傳輸模型，應(yīng)用廣泛的有20多個(gè)。其中以MODTRAN、LOWTRAN、6S、ATCOR模型應(yīng)用最為廣泛，它們的共同特點(diǎn)是提供大量的參數(shù)文件查找表以方便用戶(hù)選擇適宜的大氣狀況參數(shù)條件。 提 綱遙感傳感器輻射校正 遙感影像大氣輻射校正航空影像的不均勻校正影像條帶去除與修復(fù)2356 遙感

19、影像輻射校正概念1 太陽(yáng)、地形輻射校正4遙感影像去云處理7太陽(yáng)位置輻射校正 太陽(yáng)高度角引起的輻射畸變校正是將太陽(yáng)光線(xiàn)傾斜照射時(shí)獲取的影像校正為太陽(yáng)光垂直照射時(shí)獲取的影像，因此在做輻射校正時(shí)，需要知道成像時(shí)刻的太陽(yáng)高度角。太陽(yáng)高度角可以根據(jù)成像的時(shí)間、季節(jié)和地理位置確定。 太陽(yáng)高度角； 圖像對(duì)應(yīng)地區(qū)的地理緯度； 太陽(yáng)赤緯（成像時(shí)太陽(yáng)直射點(diǎn)的地理緯度）； t 時(shí)角（地區(qū)經(jīng)度與成像時(shí)太陽(yáng)直射點(diǎn)精度的經(jīng)差）。 太陽(yáng)位置輻射校正 太陽(yáng)高度角的校正是通過(guò)調(diào)整一幅圖像內(nèi)的平均灰度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在太陽(yáng)高度角求出以后，可以用太陽(yáng)斜射與直射得到的圖像和的如下關(guān)系求解： 也可以用以下公式計(jì)算： 式中為天頂角（即90度減

20、去太陽(yáng)高度角）。太陽(yáng)位置輻射校正 原始圖像 校正圖像 影像獲取時(shí)間：2000年7月15日13時(shí)30分 經(jīng)度： 緯度： 地形輻射校正 地形坡度對(duì)進(jìn)入傳感器的太陽(yáng)光線(xiàn)的輻射亮度有影響，特別是對(duì)于山區(qū)，由于地形起伏使相同的地物呈現(xiàn)出不同的亮度值。地形輻射校正（余弦校正）簡(jiǎn)單的余弦校正方法： 簡(jiǎn)單的余弦校正方法，由以下公式給出： 傾斜地面象素的輻射值； 水平地面象素的輻射值； 太陽(yáng)天頂角； 光線(xiàn)入射角。地形輻射校正（余弦校正）適用于地形起伏較小、太陽(yáng)高度角較大的情況。在地形起伏較大的情況下，校正結(jié)果會(huì)隨著入射角的變化而顯著變化。極端情況i=90度，結(jié)果無(wú)限大。地形輻射校正（ Minnaert校正）Mi

21、nnaert校正公式k體現(xiàn)地表的粗糙程度和雙向性反射程度，k=1時(shí)表明地表為朗伯體，模型即為余弦校正(0k1) 。C校正 ： C校正是余弦校正中一種具有代表性的校正方法，它是一種線(xiàn)性擬合的方法。其基本思想是通過(guò)選取一定數(shù)量的象素，將象素值和對(duì)應(yīng)的入射角擬合成一條直線(xiàn)，由此確定入射角和象素DN值的關(guān)系。然后將直線(xiàn)投影到水平地表對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)上，從而對(duì)影像進(jìn)行校正。 C校正能較好地模擬影像象素值和入射角之間的關(guān)系，既能保證影像的校正，減小由于坡度產(chǎn)生的同種地物類(lèi)型象素值的差異，又可避免由于入射角太高而引起的校正過(guò)度的情況，因此該方法是目前最常用的校正方法。 地形輻射校正（C校正） C校正模型的基本思想

22、：對(duì)于任意波段中的影像象素的DN值和其對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)入射角都遵循線(xiàn)性關(guān)系。理想情況下，當(dāng)入射角為零或小于零時(shí)，表明該點(diǎn)缺乏太陽(yáng)光照，DN值應(yīng)該為零，該直線(xiàn)應(yīng)通過(guò)原點(diǎn)。然而，在實(shí)際情況下，由于大氣散射和地表相鄰象素折射的緣故，象素DN值和太陽(yáng)入射角滿(mǎn)足：地形輻射校正（C校正） 為傾斜地面象素的輻射值，a、b為擬合的線(xiàn)性方程的系數(shù)， 為象素對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)入射角的余弦值。 對(duì)于水平地面，象素對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)入射角就是太陽(yáng)天頂角，其DN值和太陽(yáng)入射角的關(guān)系為：地形輻射校正（C校正） 其中， 為水平地面象素的輻射值， 為太陽(yáng)天頂角余弦值。 把傾斜地面對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)投影到水平地面對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)上，即 這就得到了C校正方程地形輻

23、射校正（C校正）其中 c=a/b地形輻射校正原始影像余弦校正C校正DEM提 綱遙感傳感器輻射校正 遙感影像大氣輻射校正航空影像的不均勻校正影像條帶去除與修復(fù)2356 遙感影像輻射校正概念1 太陽(yáng)、地形輻射校正4遙感影像去云處理7輻射均勻性校正在遙感數(shù)據(jù)的獲取過(guò)程中，引起圖像中輻射值變化的因素有：地物變化和光照、大氣、成像位置等成像條件的變化。非地物變化因素造成的圖像中輻射值的變化往往使整幅影像呈現(xiàn)出灰度不均勻的現(xiàn)象，稱(chēng)這種現(xiàn)象為輻射不均勻現(xiàn)象。輻射不均勻?qū)b感影像成圖、變化檢測(cè)等圖像后續(xù)處理工作均會(huì)造成影響，因此，消除輻射不均勻的影響，即進(jìn)行輻射均勻性校正，是對(duì)遙感影像后續(xù)應(yīng)用的前提和保證。輻

24、射不均勻影像舉例輻射均勻性校正方法1- Mask法Mask原理Mask技術(shù)是攝影中一種影像復(fù)制方法。用一張模糊的透明正片作為遮光板，這張影像模糊的或邊緣不清晰的透明正片稱(chēng)為Mask，然后將這張模糊的透明正片和負(fù)片按輪廓線(xiàn)疊加在一起，使用硬性相紙曬像使得負(fù)片中大反差減小、小反差增大，以達(dá)到反差基本一致，最終得到一張照度與顏色均勻并且反差適中的相片，即恢復(fù)影像。Mask反差疊加曬像的結(jié)果反差結(jié)果反差（經(jīng)進(jìn)一步硬性相紙?zhí)幚恚㎝ask原理示意圖：原始負(fù)片反差Mask法用于遙感影像輻射均勻性校正模型其中， 表示不均勻光照影像， 表示理想條件下受光均勻的影像，即通過(guò)均勻性校正后的影像， 表示背景影像。由此

25、模型可以看出，輻射不均勻影像可以看做是由輻射均勻影像疊加了一個(gè)背景影像的結(jié)果。如果能很好的模擬出背景影像，并將其從原影像中減去即可得到輻射均勻的影像。Mask法用于遙感影像輻射均勻性校正算法流程圖輸入影像低通濾波背景影像相減運(yùn)算拉伸處理輸出影像這里，低通濾波采用高斯濾波，且高斯核的大小隨影像尺寸的增大而增大原始影像應(yīng)用舉例Mask校正后影像輻射均勻性校正方法2-同態(tài)濾波法原理圖象的灰度由照射分量和反射分量合成。反射分量反映圖象內(nèi)容，隨圖象細(xì)節(jié)不同在空間上作快速變化。照射分量在空間上通常均具有緩慢變化的性質(zhì)。照射分量的頻譜落在空間低頻區(qū)域，反射分量的頻譜落在空間高頻區(qū)域。特點(diǎn)頻率域運(yùn)算消除不均勻

26、照度的影響, 增強(qiáng)圖象細(xì)節(jié)。輻射均勻性校正方法2-同態(tài)濾波法圖像的照度-反射模型其中 為照度， 為反射系數(shù)同態(tài)濾波的目的：消除不均勻照度的影響而又不損失圖象細(xì)節(jié)。lnFFTH(u,v)FFT-1exp輸入影像 f(x,y)輸入影像 g(x,y)同態(tài)濾波流程圖： 確定H(u,v) 壓縮i(x,y)分量的變化范圍，削弱I(u,v)； 增強(qiáng)r(x,y)分量的對(duì)比度，提升R(u,v)，增強(qiáng)細(xì)節(jié)。 具體步驟：具體步驟：rL1由于該種形式的濾波器與高通濾波器相似，我們可以通過(guò)稍微修改Gassian濾波器來(lái)得到：確定H(u,v)具體步驟： 應(yīng)用舉例原始影像同態(tài)濾波后影像輻射均勻性校正方法3- Retinex

27、法Retinex理論為什么叫做 Retinex? Retinex：Retina(視網(wǎng)膜)+cortex(大腦皮層)； 一種跨越了影像和人類(lèi)視覺(jué)鴻溝的方法起源 最早由 Edwin Land 于1963年提出； 它是一種人類(lèi)視覺(jué)對(duì)亮度和色彩感觀的模型； 1977年 E.Land 在美國(guó)科學(xué)雜志上發(fā)表了The Retinex Theory of Color Vision無(wú)理論，只有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Retinex 一種自動(dòng)的影像處理過(guò)程； 獨(dú)立于屏幕顯示變量輻射均勻性校正方法3- Retinex法Retinex原理影像可以分為兩部分：光照分量與反射分量，二者的乘積即為影像本身。 通過(guò)視網(wǎng)膜和大腦皮層的神經(jīng)反

28、饋與處理，人眼最終感受到的是由每個(gè)點(diǎn)的反射值組成的影像，這一幅影像不會(huì)因?yàn)楣庹諚l件的變化而發(fā)生變化，即保持了影像的亮度和色彩恒常性。因此，Retinex理論屬于一種恒常理論。輻射均勻性校正方法3- 變分Retinex法算法模型其中，S為原始影像，L為光照分量，R為反射分量。該模型與同態(tài)濾波模型類(lèi)似，不同的是運(yùn)算直接在空間域進(jìn)行。算法流程圖光照分量估計(jì)方法隨機(jī)路徑法運(yùn)算速度慢，效率不高中心環(huán)繞法以高斯核模糊影像作為光照分量，會(huì)產(chǎn)生光暈現(xiàn)象多尺度的中心環(huán)繞法可以在一定程度上削弱光暈現(xiàn)象基于模型方程的方法泊松方程變分方程基于變分Retinex的輻射不均勻性校正最小化:約束條件: 并且 on 懲罰項(xiàng)1

29、：保證光照影像的空間平滑性懲罰項(xiàng)2：保證 l 和 s 之間的相似度，由參數(shù) 來(lái)控制其權(quán)重懲罰項(xiàng)3：保證 r 的空間平滑性，由參數(shù) 來(lái)控制其權(quán)重模型其中，l, s, r分別對(duì)應(yīng)L, S, R取對(duì)數(shù)后的值應(yīng)用舉例由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，該方法在消除了光照不均的同時(shí)，也消除了原始影像的色偏現(xiàn)象,好于Mask方法。原始航空影像Retinex校正影像Mask校正影像原始航空影像Retinex校正影像Mask校正影像提 綱遙感傳感器輻射校正 遙感影像大氣輻射校正航空影像的不均勻校正影像條帶去除與修復(fù)2356 遙感影像輻射校正概念1 太陽(yáng)、地形輻射校正4遙感影像去云處理7條帶噪聲和死像元橫向條帶死像元列低通濾波

30、條帶修復(fù)Gassian濾波：巴特沃思濾波：矩匹配條帶修復(fù)矩匹配方法步驟： （1）求條帶行（列）的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差, , 。 （2）求參考條帶行（列）的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差， ， 條帶行（列）一般就近選擇； （3）用以下公式進(jìn)行校正去條帶時(shí)，把每一行看作一幅影像，把條帶行的直方圖調(diào)整到參考行的形狀。直方圖匹配條帶修復(fù)直方圖匹配條帶修復(fù)直方圖匹配步驟：對(duì)條帶行（列）作直方圖均衡化處理；按照參考行（列）的灰度概率密度函數(shù)pz(z)，求得變換函數(shù)G(z)；用步驟得到的灰度級(jí)s作逆變換z= G-1(s)。內(nèi)插法死像元修復(fù)內(nèi)插法的基本公式為為權(quán)值。死像元值用它左右或上下的2n個(gè)值加權(quán)平均得到。 最大后驗(yàn)方法建立觀

31、測(cè)模型其中，g為觀測(cè)影像，z為要求影像，G、B為增益和偏置，n為噪聲。死像元修復(fù)時(shí)， B 為0矩陣，G為對(duì)角矩陣，對(duì)角線(xiàn)上元素要么為0，要么為1；條帶修復(fù)時(shí)， G、B為非0對(duì)角矩陣，其值可有基本條帶修復(fù)方法得到，如直方圖匹配。最大后驗(yàn)方法貝葉斯法則：似然函數(shù)最大后驗(yàn)估計(jì)（MAP）理論：先驗(yàn)函數(shù)最大后驗(yàn)方法似然函數(shù)：高斯分布 K 為協(xié)方差矩陣，如果假定噪聲為獨(dú)立分布，其為對(duì)角矩陣最大后驗(yàn)方法先驗(yàn)函數(shù): Huber-Markov先驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒖傋儾睿═V）模型 Huber 函數(shù)最大后驗(yàn)方法梯度最優(yōu)化Butterworth 濾波矩匹配直方圖匹配MAP方法原始影像條帶修復(fù)實(shí)驗(yàn)條帶修復(fù)實(shí)驗(yàn)Mean cros

32、s-track profiles the destriped image original image條帶修復(fù)實(shí)驗(yàn)Butterworth 濾波矩匹配直方圖匹配MAP方法原始影像條帶修復(fù)實(shí)驗(yàn)OriginalButterworthMoment Histogram ProposedAqua Band 26Sample1 (ICV)17.0422.0827.9531.3636.27Sample2 (ICV)16.4123.8630.5027.5635.48Sample3 (MRD)0.0%14.5%0.0%0.0%0.0%Aqua Band 30Sample1 (ICV)7.9414.4924.422

33、2.7227.36Sample2 (ICV)9.6615.7421.0324.8630.52Sample3 (MRD)0.0%62.8%0.0%0.0%0.0%Terra Band 28Sample1 (ICV)12.1121.1025.7227.4732.99Sample2 (ICV)14.5522.7833.9936.3446.98Sample3 (MRD)0.0%8.8%0.0%0.0%0.0%Terra Band 30Sample1 (ICV)60.61134.1861.3570.47177.95Sample2 (ICV)51.8686.4377.6874.8387.17Sample3 (MRD)0.0%11.1%0.0%0.0%0.0%ICV (偏差逆系數(shù) ) 和 MRD