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。針對這兩個問題，本文主要開展了以下三個部分的研究工作： 第一部分：通過星地同步實(shí)驗(yàn)對CBERS-02衛(wèi)星進(jìn)行CCD相機(jī)進(jìn)行場地定標(biāo)研究，充分表明了場地定標(biāo)法難以提供

2、足夠的輻射定標(biāo)系數(shù)。因此，本文通過開展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)不足的問題。研究重點(diǎn)包括：①針對交叉輻射定標(biāo)中光譜匹配因子依賴于同步同測區(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區(qū)的地面光譜來計(jì)算，從而解除了交叉輻射定標(biāo)對同步或同測區(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，從而說明利用一個定標(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，而在2005年反而升高。同時(shí)，對WFI圖像進(jìn)行交叉輻射定標(biāo)，為國內(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)了國內(nèi)WFI無定標(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)的像元級輻射定標(biāo)：①從圖像成像原理分析，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)了原來直接利用跨軌MTF與沿軌MTF的乘積來建立二維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，通過視覺效果與真值檢驗(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CCD相機(jī)圖像的像元級輻射定標(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)像元級定標(biāo)圖像不僅噪聲抑制較好，而且能較好保留原來的物理意義；對于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法，對WFI圖像進(jìn)行MTF評價(jià)及像元級輻射定標(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％；而像元級輻射定標(biāo)可以使位于界線兩側(cè)的不同地物的NDVI值對比更加明顯。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