上散射，可W表征大氣 組分特征。從原始的遙感影像像元值中"分離"出大氣程福射遙感值，生成一幅新的遙感影 像一一大氣程福射遙感影像，W此來研究大氣環(huán)境質(zhì)量。大氣程福射的產(chǎn)生的物理意義是 本專利申請的能產(chǎn)生社會效應(yīng)的依據(jù)。 對于公式（7)，逐點計算面aw需要獲取每個像元的Ei,、ri,、Τι,。本實施例的研究區(qū) 定為杭州市，ru通過杭州典型地面波譜測量W及混合像元分解方法來獲取?，F(xiàn)在需要求出 Ei，、τ1,，按照常規(guī)計算方法，需要獲取成像當天的氣象條件，顯然對計算要求較高，不適合 技術(shù)推廣。本次計算采用假設(shè)推算法。 假設(shè)在lkm2范圍內(nèi)，大氣狀況均一，在此范圍內(nèi)，τι,、Ει,不變。因此我們可W將一幅 30m*30m空間分辨率的影像，按照lkm*lkm大小重新劃定網(wǎng)格，每個網(wǎng)格內(nèi)可W逐點計算。 其方法是： 對于lkm2的網(wǎng)格內(nèi)，可W計算兩個相鄰的像元點（Ai和A2)的大氣程福射遙感值DNa^i、DNaA2。根據(jù)假設(shè)，該兩點位置中，應(yīng)存在W下等式： Eai=Ea2=E，0化41= 〇化化=0化，τAi=τa2=T做 根據(jù)公式（8)和公式（7)，可得： 歴a=DNAi-r"X(DNai-DNa2) / (rw-r化）(9) 式（9)中，DNai、DNa2為相鄰的像元Ai、Az的像元遙感值。從結(jié)果可W看出，若想等式成 立或者能計算得到結(jié)果，Γαι、Γα2必須不相等，即Ai、Az像元代表的地物必須是不同的地物類 型，即同一地物類型的區(qū)域需要其他計算方法。對于城市區(qū)域而言，30m的像元尺度很少有 同質(zhì)像元，相鄰的同質(zhì)像元更少。因此我們在計算的時候，只計算相鄰像元不相等情況下的 DNA值；當相鄰像元相等時，先不進行計算。 研究區(qū)的未計算的相鄰像元、像元值相等的區(qū)域，計算方法如下。 根據(jù)大氣福射過程對像元點的原始值、大氣程福射遙感值、地面反射率值之間的相關(guān) 關(guān)系進行理論推導(dǎo)。 大氣福射過程中傳感器接受的信號可表示為： L=τL〇+D化（10) 式中L為傳感器接受的信號；面a為大氣呈福射（太陽福射通過大氣分子與氣溶膠的 單次散射和多次散射）；L。為直接太陽福射和太陽福射通過大氣分子與氣溶膠的單次散射 及多次散射經(jīng)地面目標反射到傳感器方向的福射；τ為大氣光譜透過率。 根據(jù)圖像構(gòu)成，傳感器輸出的遙感圖像的福照度，即通常本領(lǐng)域所認為的DN值）可表 示為： DN=HL+Z(11) 式中：Η代表傳感器對不同波段的輸入響應(yīng)，W便在不同的光照條件下得到合理的讀 數(shù)范圍；Ζ為傳感器的零輸入響應(yīng)。 在理想的漫反射（即目標為朗伯體），目標上的福照度為E，目標上的反射率為r則
對傳感器的某一波段λ而言，存在下列關(guān)系式：
公式（13)表明某一波段像元的程福射值與地物的DN值、反射率值呈回歸關(guān)系。 圖斑內(nèi)部同質(zhì)像元的遙感值計算可W利用圖斑周邊像元已知大氣呈福射遙感值、地物 的DN值、反射率值，用最小二乘法來計算式（13)中回歸系數(shù)曰，b，C;然后利用圖斑同質(zhì)像 元的地物的DN值和反射率值計算得到同質(zhì)像元的大氣程福射值。 ri,的計算方法。與原來依靠±地利用現(xiàn)狀圖的方法不同的是，本次依靠混合線性像元 分解方法來獲取。線性混合像元分解中，在任意一個波段上，任意一個像元的響應(yīng)是該像元 內(nèi)各組分響應(yīng)的線性和。因此，像元第i波段的反射率P可W表示為：
(14) 式（14)中，P1為包含一個或多個組分的像元在第i個波段上的平均光譜反射率；α。 為像元內(nèi)第i個波段上第j個組分的反射率；X，為像元內(nèi)第j個組分所占的比例；e1為第i 個光譜波段的誤差項；假設(shè)一像元內(nèi)有η個組分（j= 1，2，，η)，傳感器系統(tǒng)的波段數(shù)為m(i =1，2,，m)。此處需對方程加W約束條件，即
且0《1 (15)
(16) 當RMS滿足規(guī)定要求，光譜分解結(jié)果可信。依靠MNF(MinimumNoise化action化ansform)方法，進行光譜端元選擇，實現(xiàn)線性光譜分解。根據(jù)城市地物特征，本次專利選 擇的光譜端元為植被端元、高照度不透水面端元（高反照率）、低照度不透水面端元（低反 照率），具體的端元選擇過程如圖2所示。 (10)式中的曰1，，通過實測研究區(qū)地物波譜，建立城市典型地物波譜庫，并在光譜端元 概況的基礎(chǔ)上獲取。表1為本次研究的Ξ個端元在TM8的各個波段上的地物反射率概括值 (曰ij值）。 表1基于Landsat8光譜端元的地物反射率概括值
有地理坐標的大氣程福射遙感影像的最終生成。按照上述方法生成的大氣程福射遙感 值，只是矩陣形式，而在空間分析過程中，需要對影像賦予地理坐標。參與計算的遙感影像 與地面反射率圖均是經(jīng)過精糾正，有相同的地理坐標系統(tǒng)和投影信息，因此生成的大氣程 福射遙感影像只需要對矩陣（ascii文件格式）賦予有地理坐標描述和投影信息的頭文件， 便可使用ARCGIS、ERDAS、ENVI等專業(yè)軟件，轉(zhuǎn)為有地理坐標和投影信息的影像文件。該地 理坐標描述和投影，運是將研究結(jié)果進行空間分析的必要前提。 綜合上所述，通過實測地物波譜，在混合線性分解模型基礎(chǔ)上，概況出端元反射率值， 便可逐點計算反演大氣程福射遙感值，從而最終生成有精確坐標的大氣程福射遙感影像。 本次實施例中杭州市LandsatTM8第二波段（藍光波段）反射率遙感圖如圖3所示。 而杭州市LandsatTM8第二波段（藍光波段）大氣程福射遙感圖如圖4所示。
【主權(quán)項】
1. 一種基于像元分解的遙感圖像大氣程輻射獲取方法，其特征在于，包括以下步驟： ① 對原始遙感影像進行幾何校正； ② 將采集的地面波譜數(shù)據(jù)進行歸納為低照度不透水面、高照度不透水面和植被三種類 型的光譜端元，并在遙感影像的波段區(qū)間獲得各光譜端元在波段區(qū)間內(nèi)的平均反射率； ③ 基于像元分解方法，獲取原始遙感影像中植被、高照度不透水面、低照度不透水面三 個光譜端元比例分布圖； ④ 結(jié)合步驟②和③，得到原始遙感影像的地面反射率圖像； ⑤ 在遙感成像的原理下，根據(jù)步驟④得到的地面反射率圖像，對像元進行逐點分解，得 到每個像元的大氣程輻射遙感值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于像元分解的遙感圖像大氣程輻射獲取方法，其特征在 于：在進行步驟⑤的大氣程輻射遙感值的計算前，根據(jù)步驟④獲得的地面反射率，劃定不同 地物類型的邊界閾值，獲得原始遙感影像所示的研究區(qū)的地物類型邊界線，從而將整幅圖 分為同一圖斑和不同圖斑邊界線兩個區(qū)域分別計算大氣程輻射遙感值。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基基于像元分解的遙感圖像大氣程輻射獲取方法，其特征在 于：圖斑邊界線上的大氣程輻射遙感值根據(jù)公式DNa=DNi-riX(DNi-DN^Ari-rJ進行計 算，其中DNpDN2為相鄰的不同地物類型的像元遙感值，rpr2為不同遙感像元對應(yīng)地面的 反射率。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于像元分解的遙感圖像大氣程輻射獲取方法，其特征在 于：同一圖斑內(nèi)的大氣程輻射遙感值是根據(jù)地物類型邊界線上所有像元點的原始值與大氣 程輻射遙感值、地面反射率值之間的相關(guān)關(guān)系利用最小二乘法計算得到的。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于像元分解的遙感圖像大氣程輻射獲取方法，其特征在 于：所述植被三種類型的光譜端元根據(jù)時間分別按照春、夏、秋、冬的波譜測量時間進行分 類。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于像元分解的遙感圖像大氣程輻射獲取方法，它是在像元分解技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過光譜端元概括的方法，在像元尺度上，逐點獲得衛(wèi)星遙感影像的大氣程輻射。本發(fā)明的方法僅僅依靠遙感影像本身即可逐點獲得遙感影像大氣程輻射，不需要大氣參數(shù)等其它輔助數(shù)據(jù)，且最后得到的結(jié)果可以很好的反映城市市區(qū)尺度的大氣灰霾濃度的空間差異，從而可用于實現(xiàn)遙感監(jiān)測城市氣溶膠污染地區(qū)差異的目標。
【IPC分類】G01C11/04
【公開號】CN105403201
【申請?zhí)枴緾N201510682742
【發(fā)明人】徐麗華, 邱布布
【申請人】浙江農(nóng)林大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年10月20日