專利名稱：一種衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法及其模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理，特別是指ー種大氣校正方法。
背景技術(shù)：
遙感影像大氣校正是進行遙感定量反演的前提和關(guān)鍵，大氣校正的精度與速度直接影響到遙感實際應(yīng)用。太陽輻射從穿過大氣層到達(dá)地表然后被反射再次穿過大氣層到達(dá)遙感傳感器的過程中，受到大氣分子、氣溶膠和云粒子等大氣成分吸收與散射的影響，使其獲取的遙感信息中帶有一定的非目標(biāo)地物的成像信息，因此需要進行大氣校正去除遙感影像中的大氣影響。大氣校正的目的在于從遙感傳感器觀測到的輻射信號中去除大氣、光照等因素對地物反射的影響，得到地物真實反射率。 目前大氣校正方法主要分為兩種絕對大氣校正、相對大氣校正。絕對大氣校正方法有:福射傳輸模型法，包括 FLAASH (Fast Line of SightAtmospheric Analysis ofSpectral Hypercube)模型、MORTRAN (ModerateResolution Transmission)模型、LOWTRAN(Low Resolution Transmission)模型、ATC0R(Atmospheric and Topographic Correctionfor Airborne ScannerData)豐旲型、6S (Second Simulation of a Satellite Signal inthe Solar Spectrum)模型等；統(tǒng)計學(xué)模型法(平場域、對數(shù)殘差、內(nèi)部平均、經(jīng)驗線性等)；黑暗像元法等。相對大氣校正方法有不變目標(biāo)法，直方圖匹配法，參考值大氣校正法，大氣抗阻植被指數(shù)法等。輻射傳輸模型法由于普適性好、精度較高，得到了廣泛應(yīng)用。其中，6S輻射傳輸模型考慮了氣體吸收、分子和氣溶膠散射，預(yù)先設(shè)置了 50多種波段模型，可以很好地模擬太陽光在太陽-地面目標(biāo)-傳感器的傳輸過程中所受到的大氣影響。然而，對于幅寬較小的遙感影像，大氣影響因素相對均一，隨著影像幅寬的増大、分辨率的提高，各個像元的差異比較大，此時需要考慮各個像元大氣狀況、觀測角度等條件的差異，創(chuàng)建大氣校正參數(shù)查找表，逐像元進行大氣校正成為研究的熱點。隨著面向遙感應(yīng)用需求的拓展、深化，以及自主數(shù)據(jù)接受系統(tǒng)的建立，遙感信息應(yīng)用所日常接收和處理的遙感影像數(shù)據(jù)量劇増，單機設(shè)備處理海量數(shù)據(jù)速度慢，難以滿足業(yè)務(wù)化應(yīng)用的需求。如何在保證大氣校正精度的條件下，快速實現(xiàn)遙感影像的逐像元大氣校正成為迫切需要解決的問題。高性能集群技術(shù)的發(fā)展為遙感影像快速大氣校正提供了有效的手段。集群計算機系統(tǒng)由ー些相互獨立的計算機(節(jié)點)高度緊密地協(xié)作完成計算工作，其處理能力、存儲能力、管理能力、讀寫能力、可靠性都得到了大幅的提升，可有效緩解單機處理速度難以滿足海量遙感影像數(shù)據(jù)處理時效要求的矛盾，實現(xiàn)海量遙感數(shù)據(jù)的高效處理。因此，創(chuàng)建大氣校正參數(shù)查找表，利用高性能計算技術(shù)和海量存儲管理技術(shù)，快速實現(xiàn)遙感影像的逐像元精確大氣校正，是當(dāng)前遙感影像大氣校正發(fā)展的ー種重要趨勢
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出ー種針對衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法以及運用該方法完成大氣校正的模塊。通過本發(fā)明所提供的大氣校正方法，能夠快速實現(xiàn)衛(wèi)星遙感影像的逐像元精確大氣校正，克服傳統(tǒng)大氣校正精度相對低、速度慢等問題?；谏鲜瞿康谋景l(fā)明提供的衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法，至少包括以下步驟根據(jù)不同的氣象條件參數(shù)，利用6S輻射傳輸模型，創(chuàng)建由大氣校正參數(shù)組成的大氣校正參數(shù)查找表；根據(jù)各個波段的増益與偏移值將影像的像素值轉(zhuǎn)為亮度值；根據(jù)太陽天頂角、大氣外部的太陽輻照度、地球太陽距離系數(shù)將亮度值轉(zhuǎn)為大氣頂層表觀反射率；根據(jù)像元所處的波段、太陽天頂角、衛(wèi)星天頂角、相對方位角，查找大氣校正參數(shù)查找表表中對應(yīng)的大氣校正參數(shù)，利用氣溶膠光學(xué)厚度對該數(shù)據(jù)進行插值計算得到像元處 的大氣校正參數(shù)，根據(jù)此大氣校正參數(shù)將大氣層頂表觀反射率轉(zhuǎn)為地表反射率。優(yōu)選地,所述大氣校正參數(shù)查找表的建立包括如下步驟，根據(jù)研究區(qū)域的地理氣象條件以及影像的獲取時間，確定大氣環(huán)境參數(shù)；利用6S輻射傳輸模型，創(chuàng)建不同大氣校正輸入?yún)?shù)等條件下的大氣校正參數(shù)查找表；所述大氣校正參數(shù)查找表的輸出參數(shù)包括內(nèi)部大氣反射率、總透過率、球面反照率。可選的，所述大氣環(huán)境參數(shù)包括大氣模式、氣溶膠模式、氣壓、水汽含量、臭氧含量、目標(biāo)海拔高度；所述大氣校正輸入?yún)?shù)包括氣溶膠光學(xué)厚度、太陽天頂角、衛(wèi)星天頂角、太陽與衛(wèi)星相對方位角。所述影像亮度值的計算使用如下公式
jrk
4a,= —— +爲(wèi)
^CS)其中為亮度(単位=WnT2Sf1unT1), Xk為輸入影像的像素值，a k為每個波段的増益，Pk為每個波段的偏移；所述大氣層頂表觀反射率的計算使用如下公式
Pk =_....................................................................................................................( fi )
f；lcos(0JJfd9其中，/^^為大氣層頂表觀反射率，93為太陽天頂角，拉為離地球も量測的大氣
外部的太陽輻照度，d/d0為地球太陽距離系數(shù)；所述地表反射率的計算依據(jù)如下公式
muf^H \
P、. =———I I }
I + SA
權(quán)利要求
1.ー種衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法，其特征在于，至少包括以下步驟 根據(jù)不同的氣象條件參數(shù)，利用6S輻射傳輸模型，創(chuàng)建由大氣校正參數(shù)組成的大氣校正參數(shù)查找表； 根據(jù)各個波段的増益與偏移值將影像的像素值轉(zhuǎn)為亮度值； 根據(jù)太陽天頂角、大氣外部的太陽輻照度、地球太陽距離系數(shù)將所述亮度值轉(zhuǎn)為大氣層頂表觀反射率； 根據(jù)像元所處的波段、太陽天頂角、衛(wèi)星天頂角、相對方位角，查找大氣校正參數(shù)查找表中對應(yīng)的大氣校正參數(shù)，利用氣溶膠光學(xué)厚度對查找到的大氣校正參數(shù)進行插值計算得到像元處的大氣校正參數(shù)，根據(jù)該像元處的大氣校正參數(shù)將大氣頂層表觀反射率轉(zhuǎn)為地表反射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法，其特征在于，所述大氣校正參數(shù)查找表的建立包括如下步驟， 根據(jù)研究區(qū)域的地理氣象條件以及影像的獲取時間，確定大氣環(huán)境參數(shù)；利用6S輻射傳輸模型，創(chuàng)建不同大氣校正輸入?yún)?shù)條件下的大氣校正參數(shù)查找表；所述大氣校正參數(shù)查找表輸出的大氣校正參數(shù)包括內(nèi)部大氣反射率、總透過率、球面反照率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法，其特征在于，所述大氣環(huán)境參數(shù)包括大氣模式、氣溶膠模式、氣壓、水汽含量、臭氧含量、目標(biāo)海拔高度；所述大氣校正輸入?yún)?shù)包括氣溶膠光學(xué)厚度、太陽天頂角、衛(wèi)星天頂角、太陽與衛(wèi)星相對方位角。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法，其特征在于，所述影像的亮度值的計算使用如下公式
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法，其特征在于，所述衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法采用數(shù)據(jù)塊驅(qū)動與功能鏈驅(qū)動的并行大氣校正模型，且基于消息傳遞編程模型的主從并行程序設(shè)計模式來執(zhí)行大氣校正。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法，其特征在于，所述衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法采用主從并行計算的模式，包括 主進程分配數(shù)據(jù)及參數(shù)，所述主進程根據(jù)總進程數(shù)和影像大小，計算得到每個從進程分配到的影像塊在整幅影像中的位置，將所述影像塊及主進程所分配的參數(shù)傳遞給所述從進程; 所述從進程讀取大氣校正參數(shù)，并進行參數(shù)配置，所讀取的大氣參數(shù)為増益偏移值、輻照度、大氣校正參數(shù)查找表； 所述從進程根據(jù)主進程傳遞過來的所述影像塊在整幅影像中的位置信息，讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)塊，進行大氣校正； 主進程不斷接收從進程發(fā)送的結(jié)果影像塊，并將其寫入輸出文件。
7.—種衛(wèi)星遙感影像大氣校正模塊，其特征在于，包括如下子模塊 查找模塊、計算模塊、輸入模塊和輸出模塊； 所述查找模塊根據(jù)不同的氣象條件參數(shù)，利用6S輻射傳輸模型，創(chuàng)建由大氣校正參數(shù)組成的大氣校正參數(shù)查找表； 所述輸入模塊用于輸入大氣校正所需參數(shù)； 所述計算模塊根據(jù)各個波段的増益與偏移值將影像的像素值轉(zhuǎn)為亮度值；根據(jù)太陽天頂角、大氣外部的太陽輻照度、地球太陽距離系數(shù)將亮度值轉(zhuǎn)為大氣頂層表觀反射率；根據(jù)像元所處的波段、太陽天頂角、衛(wèi)星天頂角、相對方位角，查找大氣校正參數(shù)查找表表中對應(yīng)的大氣校正參數(shù)，利用氣溶膠光學(xué)厚度對該數(shù)據(jù)進行插值計算得到像元處的大氣校正參數(shù)，根據(jù)此大氣校正參數(shù)將大氣頂層表觀反射率轉(zhuǎn)為地表反射率； 所述輸出模塊輸出大氣校正結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的衛(wèi)星遙感影像大氣校正模塊，其特征在干，所述計算模塊計算影像亮度值時使用如下公式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星遙感影像大氣校正方法及其模塊，利用6S(Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum)輻射傳輸模型建立大氣校正參數(shù)查找表LUT(Look Up Table)，利用消息傳遞編程模型MPI(Message Passing Interface)的主從并行程序設(shè)計模式，設(shè)計數(shù)據(jù)塊驅(qū)動與功能鏈驅(qū)動的并行大氣校正模型，實現(xiàn)基于6S輻射傳輸查找表的并行大氣校正，有效解決衛(wèi)星遙感影像大氣校正的時間和精度問題。本發(fā)明能夠適用于各種衛(wèi)星遙感影像的業(yè)務(wù)化大氣校正。
文檔編號G01S7/497GK102778675SQ201210135140
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者余凡, 劉佳, 李海濤, 顧海燕 申請人:中國測繪科學(xué)研究院