[发明专利]一种基于多光谱传感器对高光谱传感器交叉辐射定标方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种基于多光谱传感器对高光谱传感器交叉辐射定标方法，属于遥感数据处理方法与应用技术领域，适用于高光谱传感器辐射定标的理论方法和应用技术研究。

(二)背景技术

遥感器辐射定标是遥感数据定量化应用的前提，该类技术的发展能够大大推动遥感数据的应用深度和拓展遥感数据的应用广度。辐射定标作为一种卫星遥感数据预处理技术的一个重要环节，其目的在于建立传感器遥感器入瞳处辐亮度与其输出的数字计数值(DN值)之间的关系，以确定遥感器的输出信号对入瞳辐亮度的响应。在辐射定标中，设DN是遥感影像的数字计数值，L是待定标传感器的入瞳处辐亮度。则辐射定标即是通过如下关系，确定传感器探测单元的定标系数G和B：

L＝G*DN+B

其中，G和B分别是定标系数中的增益(Gain)和偏移(Bias)。

辐射定标方法包括卫星发射前实验室定标、在轨星上定标、场地定标及交叉定标等。不同的定标方法分别在卫星的不同阶段发挥着一定的作用，但每一种定标方法都有其特点与局限适用性。卫星发射前的实验室定标，关键是评估工程设计指标和建立满足不同应用要求的定标系统；在轨星上定标基于星载定标器的飞行中定标采用星上人工辐射源定标、天体或外太空，基于太阳和漫反射板定标，利用星上黑体和冷空间作为辐射参考辐射源定标等手段进行飞行中定标；对于没有星上定标系统的卫星，为了动态跟踪传感器辐射性能的变化，美国、法国在这一方面遥遥领先。在轨运行期间可以采用基于陆地(或海面)特性的“替代定标”，即场地定标。利用一个经过严格鉴定的地表面试验场辐射校正场的地面同步实验和大气辐射传输模式模型，可以实现确定传感器入瞳辐亮度的辐射定标。但由于场地定标需要耗费大量的人力、物力与财力，故通常定标间隔周期较长。因此需要一种更加经济与便捷的方法。利用高辐射精度的卫星传感器对精度相对较低的卫星传感器进行交叉辐射定标方法(简称“交叉定标”)应运而生。交叉辐射定标是新近发展起来的一种无场地定标技术，得到了国际遥感界的广泛重视，被国际地球观测系统委员会(CEOS)定标检验组(WGCV)所推荐。交叉定标是利用一台标定好的传感器与待标定传感器在同一时间和相似的几何条件进行观测，然后进行相对比较，实现定标。

交叉辐射定标方法无需建立地面校正场，该方法最大的优点是定标成本低，可以实现高频次、多传感器间的辐射定标，并且可以实现对历史数据的辐射定标。但是该方法对参考传感器和被定标传感器之间的通道设置、通道光谱响应函数、空间分辨率、过境时间、回访周期、几何配准精度等方面有严格要求，并且定标精度极大的依赖于参考传感器自身的绝对辐射定标精度。

对于缺乏星上定标系统的卫星传感器，只能借助场地定标或交叉定标方法。特别是对于技术水平相对落后的发展中国家的卫星遥感具有重要的作用。国内外关于星-星交叉定标的开展了较多的研究，并取得了较好的效果。但是现有的研究大都是基于多光谱传感器之间的辐射定标，而目前在轨的星载高光谱传感器极少，仅有美国的EO1/Hyperion、欧空局PROBA/CHRIS与中国的HJ/HIS等少数几个。受高光谱数据的可获得性、访问时间、空间覆盖范围、天气条件、空间分辨率的差异等诸多因素影响，通常很难找到匹配的两套高光谱影像。因此对于高光谱的在轨辐射定标需要寻找新的技术方法。本发明就是为解决高光谱在轨辐射定标的一种新型技术。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种基于多光谱传感器对高光谱传感器交叉辐射定标方法，它克服了传统高光谱数据由于不能找到适合的相匹配的参考高光谱影像数据而不能进行交叉定标的局限，有效地提高了高光谱遥感数据的可用性，是一种稳定性好、可靠性高、精确度高的高光谱传感器交叉辐射定标方法。

本发明的技术解决方案是：一种在不能获得辐射定标精度较高的高光谱卫星影像的情况下，利用辐射定标精度较高的多光谱影像实现对高光谱数据辐射定标的方法。该方法主要是基于对波段中心波长位置最接近的波段进行匹配的理论，利用6S大气辐射传输模型对两传感器进行模拟，并通过计算不同波段的光谱匹配因子，最后利用光谱匹配因子实现高光谱数据的交叉定标。光谱匹配因子可以利用6S大气辐射传输模型求得，它主要包括两个传感器对目标地物以及大气的响应差异，观测时间匹配，观测几何条件的匹配，还有因波段范围不同引起的辐亮度幅值差异的匹配。

本发明一种基于多光谱传感器对高光谱传感器交叉辐射定标方法，其步骤如下：

步骤一：选择无云的高光谱影像数据，影像中包含几种大块均匀地物，并对影像进行必要的预处理(如去除坏波段)后，作为待定标的影像；