CN103438900B - 三线阵相机影像协同绝对辐射定标和校正方法 - Google Patents

Abstract

三线阵相机影像协同绝对辐射定标和校正方法，步骤为：1）三线阵相机影像分别相对辐射校正；2）地表靶标反射率计算；3）大气参数计算；4）三线阵相机分别光谱响应计算；5）三线阵相机分别入瞳辐亮度计算；6）三线阵协同绝对辐射定标系数计算；7）基于三线阵协同绝对辐射定标系数的绝对辐射校正。本发明将三线阵相机正视、前视和后视影像的辐射响应关系构建统一模型，使三线阵影像的辐射响应真实地反映地物实际光谱特性，为摄影测量立体测图和遥感定量化应用奠定基础。

Description

三线阵相机影像协同绝对辐射定标和校正方法

技术领域

本发明涉及一种三线阵相机影像协同绝对辐射定标和校正方法，属于遥感卫星图像处理技术领域，用于测绘型光学遥感卫星三线阵相机影像辐射定标和辐射校正处理。

背景技术

三线阵相机是测绘型光学遥感卫星所搭载的一种主要光学载荷之一，它具有正视（又称下视）、前视和后视三个观测方向的相机，各个观测方向的相机之间具有精确标定及控制的几何关系。通过三线阵相机，可在单颗卫星上实现对同一区域、同一目标在卫星飞行轨迹星下点、飞行轨迹前方和飞行轨迹后方的成像，并通过不同方向影像的处理分析，实现对地物目标的立体观测，获取精确的地理信息，生产数字地形图等测绘产品。

光学遥感影像辐射校正是光学遥感卫星相机影像处理的主要内容之一，其目的是减少或消除遥感影像的各类辐射误差，提升遥感影像辐射精度，增强遥感影像反映实际地物真实物理特性的能力，其内容主要包括两个方面：一是消除影像自身像元之间的辐射响应不一致性，称之为相对辐射校正；二是将遥感影像的量化维度由传感器器件的数字响应计数值即DN值转化为实际地物辐射能量值，称之为绝对辐射校正。以上目的与内容适用于采用CCD作为探测器件的可见光全色、近红外、多光谱等各类常用光学遥感影像的辐射校正处理。

对于三线阵相机遥感影像，其辐射校正处理除具备上述光学遥感影像辐射校正处理的一般特征以外，还应在提升单相机影像自身辐射精度的基础上，进一步考虑正视、前视和后视相机影像之间的辐射相对比例关系与绝对辐射量化程度，减少或消除由于传感器器件光谱响应不一致性、电磁波谱在大气中的方向性传输光谱透射能力不一致性和地物光谱方向性反射特性等光谱响应误差，提升三线阵遥感影像随波长变化的光谱响应精度，准确量化和标定三线阵相机之间的辐射响应关系，减少和消除不同相机影像间的辐射响应差异，提升三线阵影像立体观测和数字测图精度。

目前光学遥感影像的绝对辐射定标和校正处理，主要是面向常规星下点成像模式实现的。这种处理方法在三线阵相机遥感影像绝对辐射定标和校正处理中存在的主要问题和缺陷是：以星下点成像为基本假设，没有考虑三线阵相机各自的观测方向性差异对定标结果和校正效果的影响；三线阵相机的光谱响应曲线参数没有进行归一化处理，没有构建不同相机之间在光谱响应上的关系，导致定标和校正结果缺乏协同的相关性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于绝对辐射定标的三线阵相机影像协同辐射定标和校正方法，使三线阵影像的辐射响应真实地反映地物实际光谱特性，为摄影测量立体测图和遥感定量化应用奠定基础。

本发明的技术方案是：三线阵相机影像协同绝对辐射定标和校正方法，步骤如下：

1）根据测量获取的遥感卫星三线阵正视、前视和后视相机各自独立的实验室相对定标系数，采用灰度线性变换方法对辐射定标场靶标的三线阵相机原始影像逐相机逐像元进行相对辐射校正，获得辐射定标场靶标相对辐射校正影像；

2）获取在轨辐射定标场野外测量的光谱辐照度数据，计算得到地表靶标反射率参数；

3）获取在轨辐射定标场野外测量的太阳辐照度数据、太阳天顶角和方位角参数、靶标大地坐标、卫星成像时刻轨道和姿态参数、气象参数，计算大气参数；所述大气参数包括气溶胶光学厚度、气体吸收光学厚度和瑞利光学厚度；

4）根据测量获取的三线阵正视、前视和后视相机各自的实验室光谱响应曲线参数，计算三线阵正视、前视和后视相机各自的光谱响应归一化参数；

5）根据步骤2）得到的地表靶标反射率参数、步骤3）得到的大气参数和步骤4）得到的相机光谱响应归一化参数，分别计算三线阵正视、前视和后视相机各自的入瞳辐亮度参数；

6）根据步骤1）得到的辐射定标场靶标相对辐射校正影像和步骤5）得到的入瞳辐亮度参数，建立靶标影像DN值与入瞳辐亮度之间的对应关系，通过线性拟合方法计算三线阵正视、前视和后视相机各自的绝对辐射定标系数；

7）根据步骤6）得到的绝对辐射定标系数，对三线阵正视、前视和后视相机的原始影像进行绝对辐射校正，得到三线阵相机协同绝对辐射校正影像。

所述步骤3）中具体实现方法如下：

3.1）根据大气测量数据计算大气光谱光学厚度，具体公式如下：

$\mathrm{\τ}\left(\mathrm{\λ}\right)=-\frac{1}{m}\ln \frac{E_{\mathrm{dir}}\left(\mathrm{\λ}\right)}{d_s{E}_s\left(\mathrm{\λ}\right)}$

式中，τ(λ)为大气光谱光学厚度；E_dir(λ)为波长λ处到达地面的太阳直射光谱辐照度，单位为W·m^-2·μm^-1；E_s(λ)为波长λ处的大气外太阳光谱辐照度，单位为W·m^-2·μm^-1；d_s为日－地距离订正因子，其随儒略历天数J的变化公式为：

$d_s=\frac{1}{1-0.01673\·\cos [0.9856\mathrm{\π}(J-4)/180]}$

m为大气光学质量，其公式为：

$m=\frac{1}{\cos {\mathrm{\θ}}_s+0.15\·{(93.885-{\mathrm{\θ}}_s)}^{-1.253}}\·\frac{P}{1013.25}$

上式中：θ_s是太阳天顶角，单位为度；P是大气压强，单位为Pa；

3.2）将大气光谱光学厚度分为三个部分：

τ(λ)=τ_Ray(λ)+τ_aer(λ)+τ_gas(λ)

上式中，τ_Ray(λ)是瑞利光学厚度；τ_aer(λ)是气溶胶光学厚度；τ_gas(λ)是气体吸收光学厚度；

3.3）计算瑞利光学厚度τ_Ray(λ)，具体公式如下：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{Ray}}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{P\·(84.35\·{\mathrm{\λ}}^{-4}-1.255\·{\mathrm{\λ}}^{-5}+.40\·{\mathrm{\λ}}^{-6})}{1013.25\×{10}^4}$

3.4）选取n个间距较远，且无气体吸收的波长，即τ_gas(λ)=0，计算其对应的瑞利光学厚度τ_Ray(λ₁)、τ_Ray(λ₂)…τ_Ray(λ_n)；

计算这n个波长的剩余光学厚度，即气溶胶光学厚度τ_aer(λ₁)、τ_aer(λ₂)…τ_aer(λ_n)，具体公式如下：

τ_aer(λ_i)=τ(λ_i)-τ_Ray(λ_i)

上式中，i=1,2···n；

3.5）根据气溶胶光学厚度与波长的转换关系公式

τ_aer(λ)=k·λ-^(υ-2)=k·λ^-α

以及已知的气溶胶光学厚度τ_aer(λ₁)、τ_aer(λ₂)…τ_aer(λ_n)，计算常数k和Junge幂指数α的值；

3.6）将α代入步骤3.5）中的公式计算出其它波长，即有气体吸收波长上的气溶胶光学厚度，进而由公式

τ_gas(λ)=τ(λ)-τ_Ray(λ)-τ_aer(λ)

计算出气体吸收光学厚度τ_gas(λ)；

所述步骤4）中具体实现方法如下：

4.1）获取三线阵正视、前视和后视相机各自的光谱响应函数s_NAD(λ)、s_FWD(λ)、s_BWD(λ)；

4.2）获取各相机光谱响应函数中响应度的最大值s_max；

4.3）计算三线阵各相机的归一化光谱响应函数R_NAD(λ)、R_FWD(λ)、s_BWD(λ)，具体公式如下：

$R\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{s\left(\mathrm{\λ}\right)}{s_{\max }}$

所述步骤5）中具体实现方法如下：

5.1）获取步骤2）得到的地表靶标反射率参数、步骤3）得到的大气参数和步骤4）得到的相机光谱响应归一化参数，包括：

d²——日地距离修正因子；

T_g(λ)——波长λ处向上和向下两方向的大气总吸收透过率；

ρ(λ)——波长λ处的地面双向反射率因子，此处为不同靶标各自的反射率；

E_s(λ)——波长λ处的大气外太阳光谱辐照度，单位为W·m^-2·μm^-1；

μ_s——太阳天顶角θ_s的余弦，即cosθ_s；

μ_v——观测天底角θ_v的余弦，即cosθ_v；

E_d(λ)——波长λ处入射到地表的大气漫射辐照度，单位为W·m^-2·μm^-1；

τ'——太阳到地面方向的垂直大气散射光学厚度；

e-τ(λ)/μ_s——太阳到地面方向的大气散射透过率；

τ(λ)——地面到遥感卫星相机方向的垂直大气散射光学厚度；

e-τ(λ)/μ_v——地面到遥感卫星相机方向的大气散射透过率；

L_p(λ)——波长λ处的大气路径散射辐射度，单位为W·m^-2·μm^-1。

5.2）根据在轨辐射定标野外测量数据计算地面检校场在轨定标靶标的在轨入瞳辐亮度L_s(λ)，具体公式如下：

$L_s\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{{\mathrm{\πd}}^2}\left\{T_g\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)\right[{\mathrm{\μ}}_s{E}_s\left(\mathrm{\λ}\right)e^{-\mathrm{\τ}\left(\mathrm{\λ}\right)/{\mathrm{\μ}}_s}+E_d\left(\mathrm{\λ}\right)e^{-\mathrm{\τ}\left(\mathrm{\λ}\right)/{\mathrm{\μ}}_v}]+L_p\left(\mathrm{\λ}\right)\}$

5.3）计算相机光谱辐射响应的等效辐亮度，具体公式如下：

$L={\∫}_{{\mathrm{\λ}}_1}^{{\mathrm{\λ}}_2}{L}_s\left(\mathrm{\λ}\right)R\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

式中，L_s(λ)为三线阵正视、前视和后视相机各自的在轨入瞳辐亮度，R(λ)为各相机光谱响应函数，λ₁、λ₂为相机光谱响应范围上下限。

所述步骤6）中具体实现方法如下：

6.1）获取三线阵正视、前视和后视相机各自的定标场靶标影像，在影像中量测不同反射率靶标的影像DN值DN_NAD-i、DN_FWD-i、DN_BWD-i，其中i=1,2···n为反射率依次由低至高的靶标序号；

6.2）获取三线阵正视、前视和后视相机各自的定标场靶标在轨等效辐亮度L_NAD-i、L_FWD-i、L_BWD-i，其中i=1,2···n为反射率依次由低至高的靶标序号，结合步骤6.1）建立不同反射率靶标影像各自的DN值与入瞳辐亮度之间的对应关系；

6.3）按照辐亮度-反射率关系公式

L_i=gain·DN_i+offset

通过线性拟合方法，计算三线阵正视、前视和后视相机各自的绝对定标系数（gain_NAD,offset_NAD），（gain_FWD,offset_FWD）、（gain_BWD,offset_BWD）。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）本发明将三线阵相机正视、前视和后视影像的辐射响应关系构建统一模型，使三线阵影像的辐射响应真实地反映地物实际光谱特性，为摄影测量立体测图和遥感定量化应用奠定基础；

（2）通过根据正视、前视和后视相机的观测方向应差异，计算不同观测方向的气溶胶消光系数等大气参数，从而获取大气方向性参数，标定和减少光学遥感电磁波谱的大气传输方向性差异，提高绝对辐射定标和校正精度；

（3）通过对三线阵正视、前视和后视相机各自的实验室光谱响应曲线参数统一进行归一化处理，而不是各个相机单独进行归一化处理，计算得到统一光谱辐射响应基准上的光谱响应曲线，减少和消除不同相机影像间的辐射响应差异，提高绝对辐射定标和校正精度。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明方法做进一步描述：

1）根据测量获取的遥感卫星三线阵正视、前视和后视相机各自独立的实验室相对定标系数，采用灰度线性变换方法对辐射定标场靶标的三线阵相机原始影像逐相机逐像元进行相对辐射校正，获得辐射定标场靶标相对辐射校正影像。

1.1）获取遥感卫星三线阵正视、前视和后视相机各自独立的实验室相对定标系数：获取三线阵相机各相机各探元的相对定标系数gain_{relative(k,i)}与offset_{relative(k,i)}，其中gain_{relative(k,i)}表示增益，offset_{relative(k,i)}表示偏移量，k表示相机序号，i表示每一相机CCD各探元序号；

1.2）相对辐射校正：按照公式

DN_{relative(k,i)}=gain_{relative(k,i)}·DN_orin(k,i)+offset_{relative(k,i)}

对三线阵相机各相机各像元的DN值进行校正，其中DN_orin(k,i)表示第k相机的第i探元的原始DN值，DN_{relative(k,i)}表示第k相机的第i探元的相对辐射校正后影像的DN值。

2）地表靶标反射率计算：获取在轨辐射定标场野外测量的光谱辐照度数据，计算得到地表靶标反射率参数。

2.1）获取在轨辐射定标场野外测量的光谱辐照度数据，主要包括：

——第i个采样点附近的N条测量数据的平均光谱；

——第i个采样点测量前后两次参考板数据的平均光谱；

ρ(λ)_panel——参考板光谱反射率因子；

2.2）根据测量数据计算地表靶标反射率参数，具体公式如下：

$\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\stackrel{\‾}{V}{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{\mathrm{ground},i}}{\stackrel{\‾}{V}{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{\mathrm{panel},i}}\×\mathrm{\ρ}{\left(\mathrm{\λ}\right)}_{\mathrm{panel}}$

式中，ρ(λ)为地表光谱反射率参数；

3）大气参数计算：获取在轨辐射定标场野外测量的太阳辐照度数据、太阳天顶角和方位角参数、靶标大地坐标、卫星成像时刻轨道和姿态参数、气象参数，计算大气参数；所述大气参数包括气溶胶光学厚度、气体吸收光学厚度和瑞利光学厚度；

3.1）根据大气测量数据计算大气光谱光学厚度，具体公式如下：

$\mathrm{\τ}\left(\mathrm{\λ}\right)=-\frac{1}{m}\ln \frac{E_{\mathrm{dir}}\left(\mathrm{\λ}\right)}{d_s{E}_s\left(\mathrm{\λ}\right)}$

式中，τ(λ)为大气光谱光学厚度；E_dir(λ)为波长λ处到达地面的太阳直射光谱辐照度，单位为W·m^-2·μm^-1；E_s(λ)为波长λ处的大气外太阳光谱辐照度，单位为W·m^-2·μm^-1；d_s为日－地距离订正因子，其随儒略历天数J的变化公式为：

$d_s=\frac{1}{1-0.01673\·\cos [0.9856\mathrm{\π}(J-4)/180]}$

m为大气光学质量，其公式为：

$m=\frac{1}{\cos {\mathrm{\θ}}_s+0.15\·{(93.885-{\mathrm{\θ}}_s)}^{-1.253}}\·\frac{P}{1013.25}$

式中：

θ_s是太阳天顶角，单位为度（°）；

P是大气压强，单位为Pa；

3.2）将大气光谱光学厚度分为三个部分：

τ(λ)=τ_Ray(λ)+τ_aer(λ)+τ_gas(λ)

式中：

τ_Ray(λ)是瑞利光学厚度；

τ_aer(λ)是气溶胶光学厚度；

τ_gas(λ)是气体吸收光学厚度；

3.3）计算瑞利光学厚度τ_Ray(λ)，具体公式如下：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{Ray}}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{P\·(84.35\·{\mathrm{\λ}}^{-4}-1.255\·{\mathrm{\λ}}^{-5}+1.40\·{\mathrm{\λ}}^{-6})}{1013.25\×{10}^4}$

3.4）选取n个间距较远，且无气体吸收的波长，即τ_gas(λ)=0，计算其对应的瑞利光学厚度τ_Ray(λ₁)、τ_Ray(λ₂)…τ_Ray(λ_n)；

计算这n个波长的剩余光学厚度，即气溶胶光学厚度τ_aer(λ₁)、τ_aer(λ₂)…τ_aer(λ_n)，具体公式如下：

τ_aer(λ_i)=τ(λ_i)-τ_Ray(λ_i)

式中，i=1,2···n；

3.5）根据气溶胶光学厚度与波长的转换关系公式

τ_aer(λ)=k·λ-^(υ-2)=k·λ^-α

以及已知的气溶胶光学厚度τ_aer(λ₁)、τ_aer(λ₂)…τ_aer(λ_n)，计算常数k和Junge幂指数α的值；

3.6）将α代入步骤3.5）中的公式计算出其它波长，即有气体吸收波长上的气溶胶光学厚度，进而由公式

τ_gas(λ)=τ(λ)-τ_Ray(λ)-τ_aer(λ)

计算出气体吸收光学厚度τ_gas(λ)；

4）三线阵相机分别光谱响应计算：根据测量获取的三线阵正视、前视和后视相机各自的实验室光谱响应曲线参数，计算三线阵正视、前视和后视相机各自的光谱响应归一化参数。

4.1）获取三线阵正视、前视和后视相机各自的光谱响应函数s_NAD(λ)、s_FWD(λ)、s_BWD(λ)；

4.2）获取各相机光谱响应函数中响应度的最大值s_max；

4.3）计算三线阵各相机的归一化光谱响应函数R_NAD(λ)、R_FWD(λ)、s_BWD(λ)，具体公式如下：

$R\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{s\left(\mathrm{\λ}\right)}{s_{\max }}$

5）三线阵相机分别入瞳辐亮度计算：根据步骤2）得到的地表靶标反射率参数、步骤3）得到的大气参数和步骤4）得到的相机光谱响应归一化参数，分别计算三线阵正视、前视和后视相机各自的入瞳辐亮度参数。

5.1）获取步骤2）得到的地表靶标反射率参数、步骤3）得到的大气参数和步骤4）得到的相机光谱响应归一化参数，包括：

d²——日地距离修正因子；

T_g(λ)——波长λ处向上和向下两方向的大气总吸收透过率；

ρ(λ)——波长λ处的地面双向反射率因子，此处为不同靶标各自的反射率；

E_s(λ)——波长λ处的大气外太阳光谱辐照度，单位为^W·m^-2·μm^-1；

μ_s——太阳天顶角θ_s的余弦，即cosθ_s；

μ_v——观测天底角θ_v的余弦，即cosθ_v；

E_d(λ)——波长λ处入射到地表的大气漫射辐照度，单位为W·m^-2·μm^-1；

τ'——太阳到地面方向的垂直大气散射光学厚度；

e-τ(λ)/μ_s——太阳到地面方向的大气散射透过率；

τ(λ)——地面到遥感卫星相机方向的垂直大气散射光学厚度；

e-τ(λ)/μ_v——地面到遥感卫星相机方向的大气散射透过率；

L_p(λ)——波长λ处的大气路径散射辐射度，单位为W·m^-2·μm^-1。

5.2）根据在轨辐射定标野外测量数据计算地面检校场在轨定标靶标的在轨入瞳辐亮度L_s(λ)，具体公式如下：

$L_s\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{{\mathrm{\πd}}^2}\left\{T_g\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)\right[{\mathrm{\μ}}_s{E}_s\left(\mathrm{\λ}\right)e^{-\mathrm{\τ}\left(\mathrm{\λ}\right)/{\mathrm{\μ}}_s}+E_d\left(\mathrm{\λ}\right)e^{-\mathrm{\τ}\left(\mathrm{\λ}\right)/{\mathrm{\μ}}_v}]+L_p\left(\mathrm{\λ}\right)\}$

5.3）计算相机光谱辐射响应的等效辐亮度，具体公式如下：

$L={\∫}_{{\mathrm{\λ}}_1}^{{\mathrm{\λ}}_2}{L}_s\left(\mathrm{\λ}\right)R\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$

式中，L_s(λ)为三线阵正视、前视和后视相机各自的在轨入瞳辐亮度，R(λ)为各相机光谱响应函数，λ₁、λ₂为相机光谱响应范围上下限。

6）三线阵协同绝对辐射定标系数计算：根据步骤6）得到的绝对辐射定标系数，对三线阵正视、前视和后视相机的原始影像进行绝对辐射校正，得到三线阵相机协同绝对辐射校正影像。

6.1）获取三线阵正视、前视和后视相机各自的定标场靶标影像，在影像中量测不同反射率靶标的影像DN值DN_NAD-i、DN_FWD-i、DN_BWD-i，其中i=1,2···n为反射率依次由低至高的靶标序号；

6.2）获取三线阵正视、前视和后视相机各自的定标场靶标在轨等效辐亮度L_NAD-i、L_FWD-i、L_BWD-i，其中i=1,2···n为反射率依次由低至高的靶标序号，结合步骤6.1）建立不同反射率靶标影像各自的DN值与入瞳辐亮度之间的对应关系；

6.3）按照辐亮度-反射率关系公式

L_i=gain·DN_i+offset

通过线性拟合方法，计算三线阵正视、前视和后视相机各自的绝对定标系数（gain_NAD,offset_NAD），（gain_FWD,offset_FWD）、（gain_BWD,offset_BWD）。

7）基于三线阵协同绝对辐射定标系数的绝对辐射校正：分别获取三线阵正视、前视和后视相机各自的步骤6）得到的绝对辐射定标系数，对各自相机的原始影像进行绝对辐射校正，得到三线阵相机协同绝对辐射校正影像。

7.1）获取三线阵正视、前视和后视相机各自的绝对辐射定标系数（gain_NAD,offset_NAD），（gain_FWD,offset_FWD）、（gain_BWD,offset_BWD）；

7.2）对步骤1）获得的三线阵正视、前视和后视相机相对辐射校正影像，使用各自的绝对辐射定标系数进行绝对辐射校正处理，得到三线阵协同绝对辐射校正影像，具体公式如下：

L_(i,j)=gain·DN_(i,j)+offset

式中，DN_(i,j)为影像坐标_(i,j)处的相对辐射校正影像DN值，L_(i,j)为影像坐标_(i,j)处的绝对辐射校正影像辐亮度。

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (4)

1.三线阵相机影像协同绝对辐射定标和校正方法，其特征在于步骤如下：

1)根据测量获取的遥感卫星三线阵正视、前视和后视相机各自独立的实验室相对定标系数，采用灰度线性变换方法对辐射定标场靶标的三线阵相机原始影像逐相机逐像元进行相对辐射校正，获得辐射定标场靶标相对辐射校正影像；

2)获取在轨辐射定标场野外测量的光谱辐照度数据，计算得到地表靶标反射率参数；

3)获取在轨辐射定标场野外测量的太阳辐照度数据、太阳天顶角和方位角参数、靶标大地坐标、卫星成像时刻轨道和姿态参数、气象参数，计算大气参数；所述大气参数包括气溶胶光学厚度、气体吸收光学厚度和瑞利光学厚度；具体方法为：

3.1)根据大气测量数据计算大气光谱光学厚度，具体公式如下：

$\mathrm{\τ}\left(\mathrm{\λ}\right)=-\frac{1}{m}ln\frac{E_{dir}\left(\mathrm{\λ}\right)}{d_s{E}_s\left(\mathrm{\λ}\right)}$

式中，τ(λ)为大气光谱光学厚度；E_dir(λ)为波长λ处到达地面的太阳直射光谱辐照度，单位为W·m^-2·μm^-1；E_s(λ)为波长λ处的大气外太阳光谱辐照度，单位为W·m^-2·μm^-1；d_s为日－地距离订正因子，其随儒略历天数J的变化公式为：

$d_s=\frac{1}{1-0.01673\·cos\[0.9856\mathrm{\π}(J-4)/180\]}$

m为大气光学质量，其公式为：

$m=\frac{1}{{\mathrm{cos\θ}}_s+0.15\·{(93.885-{\mathrm{\θ}}_s)}^{-1.253}}\·\frac{P}{1013.25}$

上式中：θ_s是太阳天顶角，单位为度；P是大气压强，单位为Pa；

3.2)将大气光谱光学厚度分为三个部分：

τ(λ)＝τ_Ray(λ)+τ_aer(λ)+τ_gas(λ)

上式中，τ_Ray(λ)是瑞利光学厚度；τ_aer(λ)是气溶胶光学厚度；τ_gas(λ)是气体吸收光学厚度；

3.3)计算瑞利光学厚度τ_Ray(λ)，具体公式如下：

${\mathrm{\τ}}_{Ray}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{P\·(84.35\·{\mathrm{\λ}}^{-4}-1.255\·{\mathrm{\λ}}^{-5}+1.40\·{\mathrm{\λ}}^{-6})}{1013.25\×{10}^4}$

3.4)选取n个间距较远，且无气体吸收的波长，即τ_gas(λ)＝0，计算其对应的瑞利光学厚度τ_Ray(λ₁)、τ_Ray(λ₂)…τ_Ray(λ_n)；

计算这n个波长的剩余光学厚度，即气溶胶光学厚度τ_aer(λ₁)、τ_aer(λ₂)…τ_aer(λ_n)，具体公式如下：

τ_aer(λ_i)＝τ(λ_i)-τ_Ray(λ_i)

上式中，i＝1,2…n；

3.5)根据气溶胶光学厚度与波长的转换关系公式

τ_aer(λ)＝k·λ^-(υ-2)＝k·λ^-α

以及已知的气溶胶光学厚度τ_aer(λ₁)、τ_aer(λ₂)…τ_aer(λ_n)，计算常数k和Junge幂指数α的值；

3.6)将α代入步骤3.5)中的公式计算出其它波长，即有气体吸收波长上的气溶胶光学厚度，进而由公式

τ_gas(λ)＝τ(λ)-τ_Ray(λ)-τ_aer(λ)

计算出气体吸收光学厚度τ_gas(λ)；

4)根据测量获取的三线阵正视、前视和后视相机各自的实验室光谱响应曲线参数，计算三线阵正视、前视和后视相机各自的光谱响应归一化参数；

5)根据步骤2)得到的地表靶标反射率参数、步骤3)得到的大气参数和步骤4)得到的相机光谱响应归一化参数，分别计算三线阵正视、前视和后视相机各自的入瞳辐亮度参数；

6)根据步骤1)得到的辐射定标场靶标相对辐射校正影像和步骤5)得到的入瞳辐亮度参数，建立靶标影像DN值与入瞳辐亮度之间的对应关系，通过线性拟合方法计算三线阵正视、前视和后视相机各自的绝对辐射定标系数；

7)根据步骤6)得到的绝对辐射定标系数，对三线阵正视、前视和后视相机的原始影像进行绝对辐射校正，得到三线阵相机协同绝对辐射校正影像。

2.根据权利要求1所述的三线阵相机影像协同绝对辐射定标和校正方法，其特征在于：所述步骤4)中具体实现方法如下：

4.1)获取三线阵正视、前视和后视相机各自的光谱响应函数s_NAD(λ)、s_FWD(λ)、s_BWD(λ)；

4.2)获取各相机光谱响应函数中响应度的最大值s_max；

4.3)计算三线阵各相机的归一化光谱响应函数R_NAD(λ)、R_FWD(λ)、R_BWD(λ)，具体公式如下：

$R\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{s\left(\mathrm{\λ}\right)}{s_{max}}.$

3.根据权利要求1所述的三线阵相机影像协同绝对辐射定标和校正方法，其特征在于：所述步骤5)中具体实现方法如下：

5.1)获取步骤2)得到的地表靶标反射率参数、步骤3)得到的大气参数和步骤4)得到的相机光谱响应归一化参数，包括：

d²——日地距离修正因子；

T_g(λ)——波长λ处向上和向下两方向的大气总吸收透过率；

ρ(λ)——波长λ处的地面双向反射率因子，此处为不同靶标各自的反射率；

E_s(λ)——波长λ处的大气外太阳光谱辐照度，单位为W·m^-2·μm^-1；

μ_s——太阳天顶角θ_s的余弦，即cosθ_s；

μ_v——观测天底角θ_v的余弦，即cosθ_v；

E_d(λ)——波长λ处入射到地表的大气漫射辐照度，单位为W·m^-2·μm^-1；

τ'——太阳到地面方向的垂直大气散射光学厚度；

e-τ(λ)/μ_s——太阳到地面方向的大气散射透过率；

τ(λ)——地面到遥感卫星相机方向的垂直大气散射光学厚度；

e-τ(λ)/μ_v——地面到遥感卫星相机方向的大气散射透过率；

L_p(λ)——波长λ处的大气路径散射辐射度，单位为W·m^-2·μm^-1；

5.2)根据在轨辐射定标野外测量数据计算地面检校场在轨定标靶标的在轨入瞳辐亮度L_s(λ)，具体公式如下：

$L_s\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{{\mathrm{\πd}}^2}\{T_g\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\ρ}\left(\mathrm{\λ}\right)\[{\mathrm{\μ}}_s{E}_s\left(\mathrm{\λ}\right)e^{-\mathrm{\τ}\left(\mathrm{\λ}\right)/{\mathrm{\μ}}_s}+E_d\left(\mathrm{\λ}\right)e^{-\mathrm{\τ}\left(\mathrm{\λ}\right)/{\mathrm{\μ}}_v}\]+L_p\left(\mathrm{\λ}\right)\}$

5.3)计算相机光谱辐射响应的等效辐亮度，具体公式如下：

$L={\∫}_{{\mathrm{\λ}}_1}^{{\mathrm{\λ}}_2}{L}_s\left(\mathrm{\λ}\right)R\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}$

式中，L_s(λ)为三线阵正视、前视和后视相机各自的在轨入瞳辐亮度，R(λ)为各相机光谱响应函数，λ₁、λ₂为相机光谱响应范围上下限。

4.根据权利要求1所述的三线阵相机影像协同绝对辐射定标和校正方法，其特征在于：所述步骤6)中具体实现方法如下：

6.1)获取三线阵正视、前视和后视相机各自的定标场靶标影像，在影像中量测不同反射率靶标的影像DN值DN_NAD-i、DN_FWD-i、DN_BWD-i，其中i＝1,2…n为反射率依次由低至高的靶标序号；

6.2)获取三线阵正视、前视和后视相机各自的定标场靶标在轨等效辐亮度L_NAD-i、L_FWD-i、L_BWD-i，其中i＝1,2…n为反射率依次由低至高的靶标序号，结合步骤6.1)建立不同反射率靶标影像各自的DN值与入瞳辐亮度之间的对应关系；

6.3)按照辐亮度-反射率关系公式

L_i＝gain·DN_i+offset

通过线性拟合方法，计算三线阵正视、前视和后视相机各自的绝对定标系数(gain_NAD,offset_NAD)，(gain_FWD,offset_FWD)、(gain_BWD,offset_BWD)。