CBERS-02衛(wèi)星CCD相機(jī)與WFI成像儀在軌輻射定標(biāo)與像元級(jí)輻射定標(biāo)研究.pdf

1、為了確保遙感數(shù)據(jù)的科學(xué)性及最大限度的定量化應(yīng)用，在衛(wèi)星發(fā)射前后必須對(duì)傳感器各種輻射特性的不確定度和誤差進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的定量化。目前我國(guó)CBERS-02衛(wèi)星的CCD相機(jī)與WFI成像儀存在輻射定標(biāo)系數(shù)不足和圖像模糊的問(wèn)題，這嚴(yán)重影響了CBERS-02衛(wèi)星數(shù)據(jù)的定量化應(yīng)用。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，本文主要開(kāi)展了以下三個(gè)部分的研究工作： 第一部分：通過(guò)星地同步實(shí)驗(yàn)對(duì)CBERS-02衛(wèi)星進(jìn)行CCD相機(jī)進(jìn)行場(chǎng)地定標(biāo)研究，充分表明了場(chǎng)地定標(biāo)法難以提供

2、足夠的輻射定標(biāo)系數(shù)。因此，本文通過(guò)開(kāi)展CCD相機(jī)與MODIS交叉輻射定標(biāo)方法研究，以解決CCD相機(jī)輻射定標(biāo)系數(shù)不足的問(wèn)題。研究重點(diǎn)包括：①針對(duì)交叉輻射定標(biāo)中光譜匹配因子依賴于同步同測(cè)區(qū)地面光譜的不足，探討了光譜匹配因子的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明在相似的觀測(cè)環(huán)境下，同種類型地物的光譜匹配因子不確定性在1％～3％之間。因此，光譜匹配因子可以利用非同步非測(cè)區(qū)的地面光譜來(lái)計(jì)算，從而解除了交叉輻射定標(biāo)對(duì)同步或同測(cè)區(qū)地面數(shù)據(jù)依賴性的缺陷；②基于光譜匹

3、配因子變化規(guī)律的研究結(jié)果，利用多種地物分別進(jìn)行交叉輻射定標(biāo)，證明了CBERS-02衛(wèi)星CCD相機(jī)各波段都存在計(jì)數(shù)值偏移量，從而說(shuō)明利用一個(gè)定標(biāo)點(diǎn)獲得的定標(biāo)系數(shù)誤差較大；因此文中采用多個(gè)定標(biāo)點(diǎn)的交叉輻射定標(biāo)為CCD數(shù)據(jù)的定量化應(yīng)用提供了較高精度的輻射定標(biāo)斜率系數(shù)與計(jì)數(shù)值偏移量；③應(yīng)用以上得到的偏移量，為2004年4月～2005年6月CCD相機(jī)數(shù)據(jù)的持續(xù)定量化應(yīng)用提供了時(shí)間系列的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)，并得到CCD相機(jī)輻射響應(yīng)的變化規(guī)律：即在2004

4、年內(nèi)呈衰減趨勢(shì)，而在2005年反而升高。同時(shí)，對(duì)WFI圖像進(jìn)行交叉輻射定標(biāo)，為國(guó)內(nèi)WFI數(shù)據(jù)定量化應(yīng)用提供了輻射定標(biāo)斜率系數(shù)及計(jì)數(shù)值偏移量，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)WFI無(wú)定標(biāo)數(shù)據(jù)的空白。 第二部分：為了解決CBERS-02衛(wèi)星圖像模糊的問(wèn)題，文中分別從MTF計(jì)算、二維MTF構(gòu)建、MTF改正以及真實(shí)性檢驗(yàn)探討了CCD相機(jī)的像元級(jí)輻射定標(biāo)：①?gòu)膱D像成像原理分析，提出了一種新的計(jì)算MTF方法——模擬理想靶標(biāo)法，獲得CCD相機(jī)沿軌、跨軌與45°方向

5、的MTF；②利用45°方向截止頻率處的MTF值作為極值控制點(diǎn)建立插值二維MTF，改進(jìn)了原來(lái)直接利用跨軌MTF與沿軌MTF的乘積來(lái)建立二維MTF的方法，減小了二維MTF值在高頻處的振蕩現(xiàn)象；③基于3種現(xiàn)有補(bǔ)償模型，通過(guò)視覺(jué)效果與真值檢驗(yàn)分別分析比較了模擬理想靶標(biāo)法與現(xiàn)有的MTF計(jì)算法以及改進(jìn)的插值二維MTF構(gòu)建法與現(xiàn)有的二維MTF構(gòu)建法對(duì)CCD相機(jī)圖像的像元級(jí)輻射定標(biāo)效果。研究結(jié)果表明：基于模擬理想靶標(biāo)法與改進(jìn)的插值二維MTF構(gòu)建法獲得的

6、CCD相機(jī)像元級(jí)定標(biāo)圖像不僅噪聲抑制較好，而且能較好保留原來(lái)的物理意義；對(duì)于CCD相機(jī)圖像，修正的反轉(zhuǎn)濾波器補(bǔ)償模型在3種補(bǔ)償模型中效果最佳。另外，利用CCD圖像，基于高分辨率圖像比對(duì)法，對(duì)WFI圖像進(jìn)行MTF評(píng)價(jià)及像元級(jí)輻射定標(biāo)，從而改善了WFI的圖像質(zhì)量。 第三部分：在以上研究的基礎(chǔ)上，以NDVI為例，定量分析了輻射定標(biāo)及像元級(jí)輻射定標(biāo)等因素在CBERS-02衛(wèi)星定量化應(yīng)用中的作用。研究表明輻射定標(biāo)的影響最大，植被定標(biāo)前后N

7、DVI值的差異可達(dá)13％～97％；而像元級(jí)輻射定標(biāo)可以使位于界線兩側(cè)的不同地物的NDVI值對(duì)比更加明顯。同時(shí)，文中建立了CCD與WFI傳感器之間由于本身光譜響應(yīng)引起的NDVI差異的關(guān)系模型，獲得了各傳感器NDVI隨大氣氣溶膠光學(xué)厚度變化的經(jīng)驗(yàn)公式。 總之，本文研究表明：光譜匹配因子可以不依賴于同步或同測(cè)區(qū)地面數(shù)據(jù)；利用交叉輻射定標(biāo)可為CBERS-02衛(wèi)星可持續(xù)定量化應(yīng)用提供較高精度且穩(wěn)定的輻射定標(biāo)系數(shù)；模擬理想靶標(biāo)法與插值二維M