[发明专利]一种在线计算查找表的逐像元大气校正方法

摘要

本发明公布了一种基于6S大气辐射传输软件包在线计算的遥感影像逐像元大气校正方法，本发明方法利用6S在线并行计算查找表，首先生成遥感影像在不同成像几何与大气模式下不同气溶胶光学厚度的查找表，基于该查找表获取气溶胶分布数据，然后生成大气校正系数的查找表，基于该查找表进行逐像元大气校正，该发明改善了传统方法离线建立查找表存在的适用范围有限、建表量大以及逐像元多维插值运算复杂的问题，对于高分四号地球同步轨道卫星在全天任意时刻获取的高分辨率遥感影像大气校正都具有较高的稳定性与适用性。

主权项

1.一种在线计算查找表的逐像元大气校正方法，该方法针对静止卫星高分辨率遥感图像辐射预处理应用，特别是GF‑4卫星大气校正应用，其特征在于包括以下实施步骤：A数据准备，辐射定标与计算表观反射率，通过参数解析自动获得大气模式、气溶胶模式与平均高程，在6S软件包中添加卫星多光谱数据各波段光谱响应数据；所述数据准备，包括辐射定标与计算表观反射率，通过参数解析自动获得大气模式、气溶胶模式与平均高程，在6S软件包中添加GF‑4卫星多光谱数据各波段光谱响应数据。所述辐射定标与计算表观反射率，目的是将遥感图像原始的DN(DigtialNumber)值转换到表观反射率；所述通过参数解析自动获得大气模式、气溶胶模式与平均高程，是通过卫星数据XML辅助文件中获取的成像时间与地理范围，结合低分辨率的全球高程数据确定平均高程，结合低分辨率的全球地表分类数据确定大气模式与气溶胶模式，其中全球地表分类数据分类类别包含裸地、水体、城市、荒漠、高原积雪5类；所述在6S软件包中添加GF‑4卫星多光谱数据各波段光谱响应数据，采用的6S版本为6SV2.1，通过修改6S源码的方式添加GF‑4卫星多光谱数据各波段光谱响应数据并重新编译，使得6S软件包原生支持GF‑4卫星数据，避免每次在线调用重新定义光谱条件；B在线生成查找表，利用自动获取的太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角、成像时间、大气模式、气溶胶模式与平均高程，针对不同的气溶胶光学厚度，在线调用6S生成针对当前图像的气溶胶光学厚度查找表与大气校正参数查找表；所述的在线生成查找表，包括利用自动获取的太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角、成像时间、大气模式、气溶胶模式与平均高程，针对不同的气溶胶光学厚度，在线调用6S生成针对当前图像的气溶胶光学厚度查找表与大气校正参数查找表；所述针对不同的气溶胶光学厚度，是在常用气溶胶光学厚度取值范围[0,3.5]内，根据查找表建表插值精度确定气溶胶光学厚度的个数，气溶胶光学厚度查找表取值为(0,0.05,0.1,0.2,0.5,1,1.5,2)共8个值，大气校正参数查找表取值为(0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,2,2.5,3,3.5)共20个值；所述气溶胶光学厚度查找表，内容为对于参与气溶胶估计的波段，每个气溶胶光学厚度值对应三个由在线调用6S获取的变量值T、ρ₀、S，采用的辐射传输方程为其中ρ_s为地表反射率、ρ_TOA为表观反射率、T为大气透过率、ρ₀为大气的路径辐射项等效反射率、S为大气下界的半球反射率；所述大气校正参数查找表，内容为对于多光谱图像的所有波段，每个气溶胶光学厚度值对应三个由在线调用6S获取的变量值a、b、c，采用的大气校正公式为y＝aρ_TOA‑b，C气溶胶光学厚度反演，利用气溶胶查找表，结合图像波段特性与修正的DDV(dark dense vegetation)法反演暗植被像元处的气溶胶光学厚度，剔除非暗植被点，再通过克里金插值与大尺度中值滤波平滑获取整幅图像的气溶胶分布数据；述序气溶胶光学厚度反演，包括利用气溶胶查找表，结合图像波段特性与修正的DDV法反演暗植被像元处的气溶胶光学厚度，剔除非暗植被点，再通过克里金插值与大尺度中值滤波平滑获取整幅图像的气溶胶分布数据；所述结合图像波段特性与修正的DDV法反演暗植被像元处的气溶胶光学厚度，是利用在暗植被处像元红波段地表反射率与蓝波段地表反射率存在固定的线性关系红蓝地表反射率比率k取值为2，计算方法是利用表观反射率计算归一化植被指数将NDVI值大于0.6的像元标记为暗植被，对于每一个暗植被像元，将红蓝波段气溶胶光学厚度查找表8个不同的气溶胶光学厚度值所对应的T、ρ₀、S参数带入辐射传输方程，由最满足该线性关系的两个气溶胶光学和厚度之间插值出该暗植被像元处的气溶胶光学厚度值；所谓剔除非暗植被点，是考虑到暗植被的选取是在有大气的影响下确定的，当气溶胶光学厚度过大时可能会出现误判，剔除误判的方法是将所有反演得到的气溶胶光学厚度代入红波段与近红外波段的大气校正参数查找表，插值出大气校正参数，代入大气校正公式得到地表反射率，根据地表反射率重新计算NDVI，将大气校正后NDVI小于0.6的像元反演的气溶胶光学厚度值剔除；所述通过克里金插值与大尺度中值滤波平滑获取整幅图像的气溶胶分布数据，是将只在暗植被处反演得到的气溶胶光学厚度值插值到整个图像的过程，克里金插值在固定插值半径的情况下被执行多次直到所有像素位置都获得气溶胶光学厚度，最后利用大尺度中值滤波进行平滑处理；所述大尺度中值滤波指滤波半径大于10个像素的中值滤波，目的是获得边缘过度更加平滑的、更符合实际气溶胶空间分布特性的气溶胶光学厚度图像；D逐像元大气校正，利用大气校正参数查找表与气溶胶分布数据，逐像元查找表插值出大气校正参数，并代入大气校正公式获得地表反射率数据；所述逐像元大气校正，包括利用大气校正参数查找表与气溶胶分布数据，逐像元查找表插值出大气校正参数，并代入大气校正公式获得地表反射率数据；所述逐像元查找表插值出大气校正参数，是对于GF‑4每一个波段的表观反射率数据，逐像素在气溶胶光学厚度数据中找到对应的气溶胶光学厚度值，根据气溶胶光学厚度值在该波段的大气校正参数查找表中从该气溶胶光学厚度值所在的前后两个气溶胶光学厚度值对应的大气校正参数中线性插值出3个大气校正参数，与表观反射率一同代入大气校正公式计算得到该像元的地表反射率。