同時反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標參數的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及遙感傳感器技術領域，具體而言，特別涉及同時反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標參數的方法。
【背景技術】
[0002]在軌傳感器的性能指標評價，主要用于對在軌運行的高光譜傳感器的性能指標進行監測，包括輻射定標參數(增益和偏移)和光譜定標參數(中心波長和波段寬度)，數據生產商或用戶根據定標的結果進行遙感數據生產和處理，保證遙感數據本身的準確性和可靠性。
[0003]傳感器平臺(星載或空載)的抖動、儀器老化及周圍環境的變化使得在軌傳感器輻射及光譜定標參數較發射前的實驗室測量的初始值會發生變化，如不及時糾正，則會影響所接收的遙感圖像的質量和準確性，只有準確定標后的數據才能被正確使用，用戶才能從圖像上獲得可靠的信息。
[0004]對傳感器定標而言，輻射定標和光譜定標二者理論上應該同步進行，因為輻射地表的參數在光譜定標的時候需要，而光譜定標的參數值輻射定標的時候也需要，二者相互影響，需要同步反演。
[0005]目前，已有的技術輻射定標相對比較成熟，通常利用地面靶標進行在軌傳感器增益和偏移參數的反演，基于此可以將遙感圖像的數字值(DN，Digital Number)轉換成具有物理意義的輻射亮度；而光譜定標則更多的研宄只反演中心波長的偏移，不考慮波段寬度。此外，在進行輻射定標和光譜定標時，二者定標過程是相互獨立的，獨立定標將導致所得的福射定標參數和光譜定標參數都不準確，影響數據質量。
[0006]針對現有技術中定標方法得到的輻射定標參數和光譜定標參數準確性較低的問題，目前尚未提出有效的解決方法。
【發明內容】
[0007]本發明的主要目的在于提供一種同時反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標參數的方法，以解決現有技術中定標方法得到的輻射定標參數和光譜定標參數準確性較低的冋題。
[0008]依據本發明的一個方面，提供了一種同時反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標參數的方法。該方法包括:通過大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度；根據發射前實驗室測量的傳感器的光譜定標參數計算傳感器的入瞳輻射亮度LI ;獲取待反演定標參數的高光譜DN值圖像；根據發射前實驗室測量的傳感器的輻射定標參數和高光譜DN值圖像計算高光譜DN值圖像的輻射亮度L2 ;對LI和L2分別進行導數計算，依次得到第一求導結果和第二求導結果；對第一求導結果分別進行歸一化處理、包絡線去除處理和計算光譜角處理，依次得到第一歸一化結果al、第一包絡線去除結果bl和第一計算光譜角結果Cl ;對第二求導結果分別進行歸一化處理、包絡線去除處理和計算光譜角處理，依次得到第二歸一化結果a2、第二包絡線去除結果b2和第二計算光譜角結果c2 ;以al、bl、cl、a2、b2、c2為基礎，采用優化算法迭代對比LI和L2的差別，迭代過程中優化算法自動調整待反演參數，直到LI和L2的差別滿足預設條件，此時的待反演參數即為反演結果，其中，待反演參數包括增益、偏移、中心波長和波段寬度。
[0009]進一步地，通過大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度具體為:以預設的大氣溫度、濕度、氣溶膠能見度以及在軌傳感器的角度和太陽的角度為驅動數據，驅動大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度。
[0010]進一步地，在驅動大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度時，地表的反射率設置為0.1-0.3之間的常數。
[0011]進一步地，大氣輻射傳輸模型為MODTRAN5大氣輻射傳輸模型。
[0012]進一步地，根據發射前實驗室測量的傳感器的光譜定標參數計算傳感器的入瞳輻射亮度LI具體為:以發射前實驗室測量的傳感器的光譜定標參數為初值，對模擬得到的I納米分辨率的輻射亮度采用高斯函數進行卷積計算，得到傳感器的入瞳輻射亮度LI。
[0013]進一步地，根據發射前輻射定標參數和高光譜DN值圖像計算對應的輻射亮度L2具體為:利用發射前實驗室測量的傳感器的輻射定標參數對高光譜DN值圖像進行輻射定標，得到高光譜DN值圖像的輻射亮度L2。
[0014]進一步地，預設條件為由al與a2的均方根誤差、bl與b2的均方根誤差、cl與c2的均方根誤差構成的三個均方根誤差之和最小。
[0015]通過本發明，提供了一種同時反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標參數的方法，在該方法中，通過大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度，然后根據發射前實驗室測量的傳感器的光譜定標參數、輻射定標參數分別計算傳感器的入瞳輻射亮度LI和待反演定標參數的高光譜圖像的輻射亮度L2，再對LI和L2分別進行導數計算后歸一化處理、包絡線去除處理和計算光譜角處理，最后對處理結果利用優化算法迭代計算，當LI和L2的差別達到最小時即為反演結果，也即增益、偏移、中心波長和波段寬度，從而實現在軌傳感器輻射定標參數(增益和偏移)和光譜定標參數(中心波長和波段寬度)的同步反演，彌補已有技術只能確定部分參數的缺陷，為生產高質量遙感數據提供了技術保障。
[0016]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉本發明的【具體實施方式】。
【附圖說明】
[0017]通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明的限制。在附圖中:
[0018]圖1是根據本發明第一實施例的同時反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標參數的方法的流程圖；
[0019]圖2是根據本發明第二實施例的同時反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標參數的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。需要指出的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0021]實施例一
[0022]首先，本發明實施例一提供了一種同時反演在軌高光譜傳感器輻射及光譜定標參數的方法，參見圖1，該方法可以包括以下步驟:
[0023]步驟S102:通過大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度。
[0024]其中，可以預設的大氣溫度、濕度、氣溶膠能見度以及在軌傳感器的角度和太陽的角度為驅動數據，驅動MODTRAN5大氣輻射傳輸模型模擬大氣層頂部I納米分辨率的輻射亮度，模擬過程中，地表的反射率設置為0.1-0.3之間的常數。
[0025]步驟S104:根據發射前實驗室測量的傳感器的光譜定標參數計算傳感器的入瞳輻射亮度LI。
[0026]具體地，以發射前實驗室測量的傳感器的光譜定標參數為初值，對模擬得到的輻射亮度采用高斯函數進行卷積計算，得到傳感器的入瞳輻射亮度LI。
[0027]步驟S106:獲取待反演定標參數的高光譜DN值圖像。
[0028]步驟S108:根據發射前實驗室測量的傳感器的輻射定標參數和高光譜DN值圖像計算高光譜DN值圖像的輻射亮度L2。
[0029]具體地，利用發射前實驗室測量的傳感器的輻射定標參數對高光譜DN值圖像進行輻射定標，得到高光譜DN值圖像的輻射亮度L2。
[0030]步驟SllO:對LI和L2分別進行導數計算，依次得到第一求導結果和第二求導結果O
[0031]步驟S112:對第一求導結果分別進行歸一化處理、包絡線去除處理和計算光譜角處理，依次得到第一歸一化結果al、第一包絡線去除結果bl和第一計算光譜角結果Cl。
[0032]步驟S114:對第二求導結果分別進行歸一化處理、包絡線去除處理和計算光譜角處