[发明专利]一种航空中红外高光谱数据温度和发射率反演方法

说明书

本发明属于遥感图像处理技术领域，具体涉及一种航空中红外高光谱数据温度和发射率反演方法，包括如下步骤：步骤一：对航空中红外高光谱遥感数据进行预处理选最小噪声波段；步骤二：中红外辐射传输过程分析，推导中红外辐射传输方程；步骤三：利用大气廓线数据进行时空插值模拟各大气参数；步骤四：根据中红外大气辐射传输方程消除太阳辐射和大气热辐射效应得到离地辐射；步骤五：利用NEM模块迭代消除离地辐射中下行辐射，获取地表温度和发射率；步骤六：利用RAT模块计算相对比辐射率，保持NEM模块反演的发射率波谱形状不变；步骤七：利用MMD模块、RAT模块发射率波谱形状参数与通道发射率最小值的经验关系，获取地表温度和发射率。

技术领域

本发明属于遥感图像处理技术领域，具体涉及一种航空中红外高光谱数据温度和发射率反演方法。

背景技术

热红外数据反演得到地物的发射率光谱和温度对科学研究和实际应用具有极其重要的作用。地物发射率是地物的一个重要的特征物理量，通过发射率可以进行地物识别和特征判读；温度数据是人类了解地球表面特征和状态的重要参数，通过获取特定地表类型和生物物理组成的表面温度，可以分析特定地表现象和过程的能量平衡特征。地面观测手段相较于快速动态变化的发射率和地表温度时空分布，存在时效性差、人工成本高、观测区域受限等缺陷，而航空遥感技术是在区域尺度下高效、精确获取研究区域地表温度和地表发射率的又一有效技术手段。

利用航空中红外高光谱遥感数据进行地表温度和发射率反演需要考虑地球表面地物和太阳热辐射特性的差异。太阳表面平均温度约为6000K，地球表面平均温度为300K左右。将二者都近似作为黑体处理，由维恩位移定律可知：太阳辐射峰值对应波长为0.48μm，处于可见光波段。地球辐射峰值对应波长为9.66μm，位于热红外波段。由于地球辐射和太阳辐射的不同特性，地球电磁辐射波谱的能量分布也呈现相应的规律。在可见光近红外(Visual-Near Infrared，VNIR，0.3～2.5μm)波段，地球和大气对太阳辐射的散射在所有辐射中占主导地位，来自地球的长波热辐射部分可以忽略。在热红外(Thermal Infrared，TIR，8～11.5μm)波段则与之相反：即地球和大气的热辐射占主导地位，地球和大气对太阳辐射的散射作用可以忽略。中红外(Mid-wave Infrared，MWIR，3～5μm)光谱区域位于太阳辐射和地球长波辐射的发射辐射峰值中间位置，其辐射水平相较于VNIR和TIR辐射区域都较低。此外，由于中红外谱段位于两种热辐射源的重叠光谱范围，传感器接收的辐射包括地球和大气系统对太阳辐射的散射和地球和大气系统自身的热辐射，且二者在3～4μm波段上辐射水平相当，二者的耦合作用使得中红外辐射传输过程更加复杂。在3～3.4μm谱段范围，传感器接受到的辐射能量中地表热辐射贡献较小，且整天的辐射水平较低，信噪比较低；在4.2～4.5μm谱段范围大气透过率很低，几乎为零，这一区域是水汽的强吸收通道。3.5～4.1μm和4.5～5μm波段是中红外谱段的两个主要大气窗口，传感器接收辐射由上行热辐射和太阳辐射、地表反射的下行热辐射和太阳以及地表热辐射组成，辐射原理较为复杂。