CN101793954A - 一种通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法，包括收集地表数据、气象数据及遥感器参数；建立辐射传输数值模型，利用该模型结合遥感器、地物和太阳的空间方位及所述地表数据进行地表可见光-热红外辐射传输模拟，并输出地表辐射模拟；建立关于气象数据的大气辐射传输数值模型，利用该模型结合输出的地表辐射值信息，模拟输出经过大气传输作用的大气辐射信息；遥感器接收大气辐射信息，对大气信息进行响应并成像；对成像数据进行检测和分析误差。本发明建立包含物理变量的辐射传输数值模型，将地表-大气-遥感器链接成一体，能够模拟不同条件下的遥感器图像，方法适合不同的光学遥感器，通用性较强。

Description

一种通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法

技术领域

本发明涉及遥感成像技术领域，特别涉及一种通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法。

背景技术

随着遥感科学技术的不断发展，针对各种行业应用需求的光学传感器不断发展。光学遥感器所覆盖的波段范围为可见光-热红外(0.4um-15um)。传感器类型包括多光谱、高光谱及超光谱等，并同时具备多角度、不同空间分辨率观测特点。面对未来各国庞大的卫星发展计划，遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像可为卫星载荷设计、研制及评价提供科学手段评，避免盲目设计导致卫星升空后无法发挥实际作用；此外，也为遥感数据业务化应用建设过程中模型、算法及系统的验证、测试及调试提供基础科学数据。传统遥感成像模拟大多采用物理环境法，在室内构建与遥感器升空后最接近的物理环境，实现遥感成像模拟，但过程繁杂，费用昂贵，通用性不足；此外，还有采用图像合成方法或计算机图形学方法进行成像模拟，但缺乏辐射传输过程，难以和实际遥感成像的物理过程建立联系，通用性亦不足，难以适合其他光学遥感器。总之传统的成像模拟方法有如下缺陷：

1、没有建立起通用的光学遥感器全链路辐射传输过程计算机数值模拟与成像方法。

2、仅仅侧重在遥感器端的测试，没有考虑地表、大气辐射传输过程，无法获得各种地表、大气条件下的遥感数据。

3、全链路辐射传输模型与方法亟待补充完善，需要考虑辐射传输过程中地表、大气及遥感器的主要参量。

4、现有模拟方法缺乏通用性，针对不同遥感器需要全部重新建立，且代价昂贵。

5、波段范围有限，不能将可见光-热红外统一起来进行模拟计算。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明的目的是提供一种通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法，充分利用地表专题数据(地表分类、地物波谱库等)的条件下，结合建立的地表辐射传输数值计算模型、大气辐射传输数值计算模型及遥感器辐射与几何响应模型，进行全链路遥感器辐射过程的模拟与成像，并考虑辐射传输过程中涉及的地表、大气及遥感器等各种条件，实现由地表-大气-传感器间复杂辐射传输过程的模拟与成像，以解决现有技术中的缺陷。

(二)技术方案

一种通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法，包括以下步骤：

S1：收集地表数据、气象数据及遥感器参数，所述地表数据包括：地形数据、地表分类数据、地物光谱库数据和地表观测数据，气象数据包括：大气能见度距离、水汽含量、气温和风速，遥感器参数包括：成像模式，探测器尺寸、波段设置、A/D转换阶数和图像格式；

S2：根据地表不同地物类别建立对应的辐射传输数值模型，利用该模型结合遥感器、地物和太阳的空间方位及所述地表数据进行地表可见光-近红外反射辐射模拟和地表热红外发射辐射传输模拟，并输出地表模拟辐射图像，图像中保存的是地表辐射值信息，所述地表模拟辐射图像包括目标辐射图像和背景辐射图像；

S3：根据所述气象数据，建立关于气象数据的大气辐射传输数值模型，利用该模型结合输出的地表辐射值信息，模拟输出经过大气传输作用的大气辐射信息，所述大气辐射信息包含地表辐射信息经过大气后的衰减和来自大气自身的辐射贡献；

S4：遥感器接收所述大气辐射信息，根据所述遥感器参数对大气辐射信息进行辐射响应模拟、光谱响应模拟、噪声响应、A/D转换、像元几何变换及按所述图像格式输出模拟图像；

S5：对模拟图像进行对比分析，检测地表数据、大气数据及遥感器参数对最终模拟图像质量的影响，分析各环节中误差的累积大小及分布。

(三)有益效果

本发明提出的通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法充分利用了地表、大气及遥感器数据及信息，并建立包含物理变量的辐射传输数值模型，将地表-大气-遥感器链接成一体，能够模拟不同条件下的遥感器图像，方法适合不同的光学遥感器，通用性较强。由于本技术采用了计算机数值模拟方法，能够快速、准确的模拟给定条件下的遥感数据，为遥感器载荷论证等相关工作提供了高效、精准的科学手段，能够大幅提升遥感器科学评价水平。

附图说明

图1是根据本发明的通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法的流程图。

具体实施方式

本发明提出的通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法，结合附图和实施例说明如下。

如图1所示，首先收集地表数据、气象数据及遥感器参数，所述地表数据主要包括地形数据、地表分类数据、地物光谱库数据和地表观测数据(叶面积指数、覆盖度、建筑物密度、土壤含水量、土壤类型、水体透明度)，气象数据主要包括大气能见度距离、水汽含量、气温和风速等，遥感器参数包括：成像模式，探测器尺寸、波段设置、A/D转换阶数和图像格式。根据地表不同地物类别建立对应的辐射传输数值模型，利用该模型结合遥感器、地物和太阳的空间方位及所述地表数据进行地表可见光反射辐射模拟和地表热红外辐射传输模拟，并输出地表模拟辐射图像，图像中保存的是地表辐射值信息，所述地表模拟辐射图像包括目标辐射图像和背景辐射图像。根据所述气象数据，计算出大气直射和散射透过率，大气上行、下行辐射及程辐射参数，建立关于气象数据的大气辐射传输数值模型，利用该模型结合输出的地表辐射值信息，模拟输出经过大气作用的大气辐射信息，所述大气辐射信息包含地表辐射信息经过大气后的衰减和来自大气自身的辐射贡献。遥感器接收所述大气辐射信息，根据设定的遥感器参数对大气辐射信息进行辐射响应模拟、光谱响应模拟、噪声响应、A/D转换、按几何构象模型进行像元几何变换及按所述图像格式输出模拟图像。对模拟图像进行对比分析，检测地表数据、大气数据及遥感器参数对最终模拟图像质量的影响，分析各环节中误差的累积大小及分布。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (1)

1.一种通用光学遥感器全链路辐射传输过程模拟与成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：收集地表数据、气象数据及遥感器参数，所述地表数据包括：地形数据、地表分类数据、地物光谱库数据和地表观测数据，气象数据包括：大气能见度距离、水汽含量、气温和风速，遥感器参数包括：成像模式，探测器尺寸、波段设置、A/D转换阶数和图像格式；

S2：根据地表不同地物类别建立对应的辐射传输数值模型，利用该模型结合遥感器、地物和太阳的空间方位及所述地表数据进行地表可见光-近红外反射辐射模拟和地表热红外发射辐射传输模拟，并输出地表模拟辐射图像，图像中保存的是地表辐射值信息，所述地表模拟辐射图像包括目标辐射图像和背景辐射图像；

S3：根据所述气象数据，建立关于气象数据的大气辐射传输数值模型，利用该模型结合输出的地表辐射值信息，模拟输出经过大气传输作用的大气辐射信息，所述大气辐射信息包含地表辐射信息经过大气后的衰减和来自大气自身的辐射贡献；

S4：遥感器接收所述大气辐射信息，根据所述遥感器参数对大气辐射信息进行辐射响应模拟、光谱响应模拟、噪声响应、A/D转换、像元几何变换及按所述图像格式输出模拟图像；

S5：对模拟图像进行对比分析，检测地表数据、大气数据及遥感器参数对最终模拟图像质量的影响，分析各环节中误差的累积大小及分布。

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