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顾及成像几何的国产遥感卫星交叉辐射定标方法研究

郭霏霏  
【摘要】:随着我国遥感事业的发展,遥感技术在我国国防建设和国民经济建设中发挥着越来越重要的作用,遥感应用的需求也逐渐由定性走向定量。辐射定标是定量遥感的基础,因此,获取国产遥感卫星的辐射定标系数变得日益迫切。场地定标投入高,实现复杂,定标频率只能维持在一年一次,因此人们迫切要求发展其他替代定标方法。交叉辐射定标方法是在近同步成像的基础上,以一个已定标的卫星传感器作为参考对另一个卫星传感器进行辐射定标。这种定标方法能够避免复杂的同步测量数据的获取操作,以较少的人力、物力投入获得相对较高的辐射定标精度,并且能够实现对历史数据的定标。本文以国产高分辨率卫星高分一号(GF-1)的宽幅相机(WFV)为例,研究国产遥感卫星交叉辐射定标。本文的主要工作和创新如下:(1)针对现有交叉辐射定标方法很少考虑宽幅相机大成像角度的不足,在总结现有国内外宽幅相机研究现状与研究思路的基础上,总结并提出了样本点均匀性评价方法和基于局部匹配的样本点对精确匹配策略,;并通过重计算样本点的成像几何获取较为准确的成像几何角度信息。交叉辐射定标对于样本点的均匀性和样本点对匹配的准确性提出了较高要求。论文制定了样本点均匀性的度量指标,并采取了首先利用尺度不变特征变换SIFT算法获取一定数目的特征点对,并基于特征点距离和夹角加权匹配样本点的策略。(2)提出了顾及成像几何的宽幅相机交叉辐射定标较为完整的技术框架与方法流程。并以Landsat8 OLI和GF-lWFV为例,实验验证了其有效性。利用2014年10月同步成像的Landsat 8 OLI和GF-1 WFV1影像,获取GF-1 WFV1相机四个波段的辐射定标系数。基于上述方法获取精确匹配的样本点对,通过计算获取传感器成像范围内像元的成像几何,综合传感器的光谱响应函数(SRF)、像元高程、大气参数如气溶胶光学厚度(AOD)等信息,利用6S辐射传输模型模拟GF-1 WFV1的表观辐亮度,并进一步拟合出GF-1 WFV1相机的辐射定标系数。(3)基于地表同步测量数据对定标系数进行检验,证明了该方法可推广至国产高分系列卫星辐射定标。基于2014年10月在河南省嵩山区域同步测量的地物光谱数据和覆盖区域的GF-1 WFV1影像,通过光谱数据预处理,插值得到成像日期的等效地表反射率,并与大气校正后的地表反射率进行对比,多种地物类型的多个样区的地表反射率对比结果表示:本文得到的交叉辐射定标系数相比于中国资源卫星应用中心(CCRSDA)公布的系数,更加适用于定量应用,验证了本文方法的可行性。考虑到GF-lWFV1相机特殊的成像几何,本文提出的顾及成像几何的宽幅相机交叉辐射定标的技术框架与方法流程同样适用于其他国产遥感卫星传感器,具有通用性。


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