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耦合中等分辨率地表反射率信息的GF-1影像辐射归一化方法研究

黄莉婷  
【摘要】:地表反射率对于研究地表-大气辐射能量平衡、地物识别和分类等方面,是一个关键的定量参数。目前可公开获取的Landsat-8和Sentinel-2地表反射率产品都具有较高精度,可是国产卫星地表反射率精度问题依然没有得到足够重视,没有标准的地表反射率产品可以直接提供给用户使用。此外,由于传感器不同以及成像时间、成像条件、大气状况等差异,导致多源、多时相的卫星遥感数据的光谱值不具有可比性;将多源传感器用于共同完成一项对地观测任务时,存在着不同数据辐射度量不一致、谱段设置存在差异等问题。为解决这些问题,本文针对GF-1卫星影像的特点,耦合中等分辨率Landsat-8和Sentinel-2地表反射率信息,通过辐射归一化处理形成在空间、时相、辐射等方面具有一致性的多源遥感数据。本文主要研究工作如下:(1)以GF-1 WFV1和Landsat-8 OLI、GF-1 PMS1和Sentinel-2B MSI两组影像为例,进行地表反射率和植被指数交叉对比,比较分析不同传感器数据间的相关性。结果表明,大气影响、辐射定标精度、光谱响应不一致等会引起实际传感器影像间的差异,但GF-1 WFV1和Landsat-8 OLI、GF-1 PMS1和Sentinel-2B MSI传感器数据之间具有较高的线性相关性,可通过交叉辐射定标、相对辐射校正等方式实现辐射归一化。(2)以Landsat-8 OLI地表反射率影像为基准,针对GF-1 WFV传感器宽覆盖、大角度观测的特点,以及不同卫星传感器的太阳-观测几何和光谱响应差异对影像辐射值造成的影响,提出基于辐射传输模型的交叉辐射定标方法实现辐射归一化。交叉辐射定标系数的验证结果表明,交叉辐射定标的GF-1 WFV4影像与Landsat-8 OLI影像地表反射率、实测数据接近;实测数据的不确定性、交叉定标实验过程中产生的误差以及辐射传输模型大气校正的误差,会影响交叉辐射定标结果。(3)耦合Sentinel-2B MSI地表反射率信息,通过相对辐射校正的方式完成与GF-1PMS1影像的辐射归一化。针对现有的辐射归一化方法存在的不足,本文基于正则化IR-MAD规则筛选高质量不变特征点求解辐射归一化方程,该方法具有普适性,能够适用于不同条件下的影像。相对辐射校正后影像在地表反射率数值、影像色彩、地物光谱曲线上更接近基准影像,表明本文方法对于提高GF-1影像地表反射率精度、提高多源影像辐射一致性具有有效性。研究GF-1卫星与Landsat-8、Sentinel-2的多源遥感数据辐射归一化方法,对于多源遥感数据协同应用、生产定量遥感产品具有重要意义,为多源遥感数据辐射归一化处理系统的建立提供了参考。


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