1、第五章第五章 遥感图像处理遥感图像处理辐射校正辐射校正 数字图像上的亮度值（灰度值）数字图像上的亮度值（灰度值）电磁波的辐射电磁波的辐射强度，辐射强度越大，亮度值越大。强度，辐射强度越大，亮度值越大。影响亮度的主要因素：影响亮度的主要因素：太阳辐射照射到地面的辐射强度、地物的光谱反射太阳辐射照射到地面的辐射强度、地物的光谱反射率。率。当太阳辐射相同时，图像上像元亮度值的差异直接当太阳辐射相同时，图像上像元亮度值的差异直接反映了地物目标光谱反射率的差异（理想状态）。反映了地物目标光谱反射率的差异（理想状态）。一、产生辐射畸变的原因一、产生辐射畸变的原因影响遥感图像的辐射失真三个主要因素：影响遥感
2、图像的辐射失真三个主要因素：传感器的光电变换的影响：传感器仪器本身传感器的光电变换的影响：传感器仪器本身的误差的误差大气对辐射的影响大气对辐射的影响 光照条件的影响光照条件的影响辐射畸变辐射畸变由于遥感检测系统、大气散射和吸收等由于遥感检测系统、大气散射和吸收等原因引起的图像模糊失真、分辩率和对比度下降原因引起的图像模糊失真、分辩率和对比度下降等辐射失真。等辐射失真。传感器在光电变换的过程中，对各波段的灵敏度是有差异的，也就是说，传感器对各波段的光谱响应是不同的，由此造成辐射畸变。另外，传感器的光学镜头的非均匀性，会引起边缘减光，也会造成图像辐射的畸变。传感器的光电变换对辐射的影响传感器的光电
3、变换对辐射的影响 地物（目标物）的辐射（反射）经过大气层时，与大气层发生散射作用和吸收作用。吸收作用直接降低地物的辐射能量，引起辐射畸变。散射作用：降低地物的辐射能量；大气向上散射的部分辐射还会进入传感器，直接叠加在目标地物的辐射能量之中，成为目标地物的噪声，降低了图像的质量。大气对辐射的影响大气对辐射的影响 光照条件的不同也会引起辐射畸变，如太阳高度角、地面坡度等，都会引起辐射的畸变。光照条件对辐射的影响光照条件对辐射的影响二、大气影响的定量分析1、无大气影响时，传感器接收的辐照度，只与太阳辐射到地面的辐照度和地物反射率有关。设 为波长的辐照度，为入射方向的天顶角，地面上单位面积的辐照度为：
4、假定地表面是朗伯体，其表面为漫反射，则某方向物体的亮度为：传感器接收信号时，受仪器的影响还有一个系统增益系数因子，进入传感器的亮度值为：0Ecos0EE cos00ERERLcos00SERL2、由于大气存在，在入射方向有与入射天顶角和波长有关的透过率T；在反射方向有与反射天顶角和波长有关的透过率T。进入传感器的有效亮度值为：3、经散射后，以漫入射形式照射地物，其辐照度ED，经地物反射及反射路径上大气的吸收进入传感器，其亮度为：cos01STETRLDESTRL24、相当部分的散射光向上通过大气直接进入传感器，这部分辐射称为程辐射度，亮度为LP。L与波长相关，简化表达式可得到：三、大气散射校正
5、三、大气散射校正 大气校正就是指消除由大气散射引起的辐射误差大气校正就是指消除由大气散射引起的辐射误差的处理过程的处理过程。大气影响的粗略校正：大气影响的粗略校正：通过比较简便的方法去掉上式中的LP，从而改善图像质量。v基本思想：基本思想：一幅图像中总可以找到某种或某几种地物，其辐射亮一幅图像中总可以找到某种或某几种地物，其辐射亮度或反射率接近度或反射率接近0，实测表明，这些位置上的像元亮度不为零，这，实测表明，这些位置上的像元亮度不为零，这个值就应该是大气散射导致的程辐射度值。个值就应该是大气散射导致的程辐射度值。v前提：前提：图像中必须存在反射值为零的区域，如高山阴影区或面积图像中必须存在
6、反射值为零的区域，如高山阴影区或面积大且水体深的水域。大且水体深的水域。v校正方法：首先确定条件满足，将该波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值（见下图B4）。（一）直方图法（一）直方图法 调整前直方图调整后直方图像元数百分比像元数百分比/%/%像元数百分比像元数百分比/%/%原理：原理：大气散射主要影响短波部分，波长较长的波段几乎不大气散射主要影响短波部分，波长较长的波段几乎不受影响，因此用长波数据来校正短波数。受影响，因此用长波数据来校正短波数。方法：方法：在不受大气影响的波段（如在不受大气影响的波段（如TM5或或7）和待校正的某）和待校正的某一波段图像中，选择由最亮至最暗的一系列目标
7、，将每个目一波段图像中，选择由最亮至最暗的一系列目标，将每个目标的两个待比较的波段灰度值提取出来进行回归分析，建立标的两个待比较的波段灰度值提取出来进行回归分析，建立线性回归方程：线性回归方程：（二）回归分析法（二）回归分析法abLL2)()(aabbaaLLLLLL由最小二乘法，作直线按拟合，得到：其中，分别为a，b波段的平均值。可以认为，a是波段b的程辐射度。校正方法，将波段b中每个像元的亮度值减去a，来改善图像，去掉程辐射。bLaLabLLa辐射回归分析图：辐射回归分析图：yx1abLaL太阳高度角引起的畸变校正是将太阳光线倾斜照射时获太阳高度角引起的畸变校正是将太阳光线倾斜照射时获取的
8、图像校正为太阳光线垂直照射时获取的图像。取的图像校正为太阳光线垂直照射时获取的图像。太阳的高度角太阳的高度角可根据成像时刻的时间、季节和地理位可根据成像时刻的时间、季节和地理位置来确定，即：置来确定，即：sin=sin sincos coscost 太阳高度角的校正是通过调整一幅图像内的平均灰度来太阳高度角的校正是通过调整一幅图像内的平均灰度来实现的。实现的。四、四、太阳高度角的辐射误差校正太阳高度角的辐射误差校正太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐射亮度和太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐射亮度和地面倾斜度有关。地面倾斜度有关。若处在坡度为若处在坡度为的倾斜面上的地
9、物影像为的倾斜面上的地物影像为g（x，y），则校正后的），则校正后的图像图像f（x，y）为：）为：地形坡度引起的辐射校正方法需要有图像对应地区的地形坡度引起的辐射校正方法需要有图像对应地区的DEM数数据，校正较为麻烦，一般情况下对地形坡度引起的误差不做校正。据，校正较为麻烦，一般情况下对地形坡度引起的误差不做校正。多光谱图像上的阴影可以通过图像之间的比值予以消除。比值图像多光谱图像上的阴影可以通过图像之间的比值予以消除。比值图像是用同步获取的相同地区的任意两个波段图像相除而得到的新图像。是用同步获取的相同地区的任意两个波段图像相除而得到的新图像。cosyxgyxf，五、地形坡度辐射误差校正五、地形坡度辐射误差校正
