CN109325973B - 一种城市河网区水体大气校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市河网区水体大气校正方法，步骤是：对遥感数据进行预处理，获得辐射亮度图像；尽可能多的选取图像上位于阴影区的水体像元作为暗像元，统计所有选中的暗像元在各个波段的最小值；优化求解成像时的气溶胶浑浊度系数及波长指数，计算各个波段的气溶胶光学厚度；用原始辐射亮度图像各个波段减去阴影像元辐亮度，再根据气溶胶光学厚度计算各个波段大气上行透过率，进而得到水体的离水辐亮度。将离水辐亮度转换为遥感反射率或者离水反射率，完成水体大气校正。本发明解决了城市河网区难以找到清深水体作为暗像元的问题，能够通过城市河网区周边常见的建筑、桥梁阴影实现城市河网区Ⅱ类浑浊水体的大气校正。

Description

一种城市河网区水体大气校正方法

技术领域

本发明属于遥感技术领域，涉及一种基于高分辨率遥感数据对城市河网区水体进行大气校正的方法。

背景技术

水质遥感技术可以快速地获取大范围的水质信息，被越来越多地运用到水环境监测中。水体相较于陆地上的植被、土壤、建筑物而言，属于低反射地物，可见光波段的反射率一般在2％-5％之间。而卫星传感器在大气顶层接收到的水体信号一般能达到8％-10％，甚至以上。大气散射对于水体的光谱信息造成了很大的干扰，影响了水质参数的遥感提取。因此，对于水质遥感技术而言，大气校正的精度决定了水质反演的精度。

常用的水体大气校正技术以清深水体作为暗像元，通过假设暗像元在红外波段的离水辐射为0，则其红外波段的信号全部为大气散射贡献，以此推算其他波段的气溶胶散射实现大气校正。由于Ⅱ类水体的水体较浑浊，在红外波段的反射率不为0，因此在运用此方法进行水体校正时，反射率经常出现负值，即过校正的情况。也有一些学者提出了针对Ⅱ类浑浊水体的大气校正方法，认为浑浊水体在短波红外波段可视为暗像元，但是这类方法对于只覆盖可见光和近红外波段的卫星并不适用。还有一些方法利用清深水体估算气溶胶参数将其传递给临近的浑浊水体，这个方法需要影像图幅范围内存在典型的清深水体像元，较难应用到城市区域。

高分辨率遥感影像成图精细，可有效观测到城市河道水质变化。但是高分数据的幅宽一般较窄(50km左右)，加之城市河网区水质大多受到一定程度的污染，图幅范围内难以找到清深水体开展大气校正，阻碍了遥感技术在城市水质监测的应用。因此，需要一种适用于城市河网区的高分遥感数据水体大气校正方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种城市河网区水体大气校正方法。该方法解决了城市河网区难以找到清深水体作为暗像元的问题，能够通过城市河网区周边常见的建筑、桥梁阴影实现城市河网区Ⅱ类浑浊水体的大气校正。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种城市河网区水体大气校正方法，包括以下步骤：

A、对遥感数据进行预处理，获得辐射亮度图像。

B、尽可能多的选取图像上位于阴影区的水体像元作为暗像元。统计所有选中的暗像元在各个波段的最小值，认为该最小值等于天空光在水表形成的漫反射和大气散射辐亮度之和。

C、利用步骤B中所得各个波段的水体阴影辐亮度最小值，优化求解成像时的气溶胶浑浊度系数及波长指数，由此推算各个波段的气溶胶光学厚度。

D、用原始辐射亮度图像各个波段减去步骤B中所得阴影像元辐亮度，再根据步骤C得到的气溶胶光学厚度计算各个波段大气上行透过率，进而得到水体的离水辐亮度。

E、将离水辐亮度根据需求转换为遥感反射率或者离水反射率，完成水体大气校正。

优选地，所述步骤A具体包括：

A1：获取卫星数据的辐射定标参数：国产卫星数据定标参数每年都有变化，一般在中国资源卫星应用中心官网(URL：http://www.cresda.com/CN/)公布；国外数据定标参数一般从头文件中读取。

A2：对遥感数据进行预处理：根据卫星数据公布的辐射定标方法及定标参数，对原始数据进行辐射定标，获得辐射亮度图像L(λ)。

对于水体像元而言：

L(λ)＝L_w(λ)T_↑(λ)+rL_sky(λ)T_↑(λ)+L_g(λ)+L_ap(λ)+L_rp(λ) (1)

式中，λ为卫星传感器各通道的中心波长，单位μm；L_w(λ)是进入水体被水体散射回来的离水辐亮度，包含了水质信息；T_↑为沿着观测方向的大气上行透过率；rL_sky(λ)T_↑(λ)为天空光被水面反射后被卫星观测到的辐亮度，不包含水体信息，其中L_sky(λ)为天空光辐亮度，r为气-水界面反射率；L_g(λ)为水面对太阳直射光的镜面反射，传感器成像时的观测天顶角和太阳天顶角一般不等，认为可避开水面对太阳光的镜面反射，该项为0；L_ap(λ)为气溶胶散射形成的大气程辐射；L_rp(λ)为大气瑞利散射形成的大气程辐射。因此，在忽略水体镜面反射时，卫星传感器接收水体总的辐亮度L(λ)为：

L(λ)＝L_w(λ)T_↑(λ)+rL_sky(λ)T_↑(λ)+L_ap(λ)+L_rp(λ) (2)

优选地，所述步骤B具体包括：

B1：尽可能多的选取图像上位于阴影区的水体像元，包括建筑物、桥梁等在水中形成的阴影，将其作为暗像元。

B2：统计选中的暗像元辐亮度在各个波段的最小值L_shd(λ)(一般而言，在大气情况相同的情况下，暗像元的反射率应当近似相等。但是由于周围环境光、混合像元、传感器辐射误差等原因，选中的暗像元反射率存在些许的差异。此处取最小值是为了避免出现过校正的情况)，认为该值等于天空光在水表形成的漫反射和大气散射辐亮度之和，即：

L_shd(λ)＝rL_sky(λ)T_↑(λ)+L_ap(λ)+L_rp(λ) (3)

优选地，所述步骤C具体包括：

C1：从遥感数据的头文件中读取成像时的太阳天顶角θ、卫星观测天顶角

太阳方位角φ_s、卫星方位角φ_v及大气层外太阳辐照度E₀(λ)。

C2：计算大气瑞利散射形成的程辐射辐亮度值：

P_r(Θ)为瑞利散射相函数，Θ为散射角，其中：

τ_r(λ)＝0.008524λ^-4(1+0.0113λ^-2+0.00013λ^-4) (8)

τ_r(λ)为大气分子光学厚度，τ_oz(λ)为臭氧层光学厚度。

C3：利用各个波段的水体阴影辐亮度最小值L_shd(λ)计算气溶胶光学厚度τ_a(λ)，具体求解过程如下：

首先，气溶胶散射形成的程辐射辐亮度值可依据式(10)表示为：

其中：ω₀为气溶胶单次散射反照率(single scattering albedo，即散射比，散射能量与衰减总能量的比值)，P_a(Θ)为气溶胶散射相函数。

ω₀可表示为：

ω₀＝PER×1.00+(1-PER)×0.90 (11)

式中，系数1.00和0.90分别对应没有气溶胶吸收的理想瑞利大气环境和有着较多气溶胶吸收的雾霾大气环境；PER(the percentage of molecular atmosphere)为大气分子比例，可定义为：

PER＝(λ^-α-λ^-0.8)/(λ^-4.08-λ^-0.8) (12)

式中，α为气溶胶波长指数，与气溶胶平均半径有关，平均半径越小，其值越小。气溶胶散射相函数P_a(Θ)可表示为：

P_a(Θ)＝PER×P_r(Θ)+PER×P′_a(Θ) (13)

式中，P′_a(Θ)＝[af(Θ,g₁)+(1-a)f(Θ,g₂)]。其中，f(Θ,g)为Henyey-Greenstein解析相函数(式14)，a、g₁、g₂为非对称参数。

根据气溶胶类型按照表1取值(Sasithorn，1983)：

其次：天空光漫射到地面的辐照度E_sky(λ)可表示为：

C_a为气溶胶散射光下行部分与总能量的比例。假设天空光下行辐射各项同向性，则

气溶胶光学厚度根据

公式可表示为：

τ_a(λ)＝βλ^-α (18)

式中，α同式12，为气溶胶波长指数；β为混浊度系数，表征了整层大气中气溶胶的数量。

然后：大气上行透过率T_↑(λ)可根据比尔定律表示为：

其中，τ(λ)为大气整层光学厚度，可写为：

τ(λ)＝τ_a(λ)+τ_r(λ)+τ_oz(λ) (20)

最后：将式4、10、17、19代入式3可知，L_shd(λ)是气溶胶波长指数α、混浊度系数β、气溶胶散射光下行比例C_a的函数：

L_shd(λ)＝F(α，β，C_a)+L_rp(λ) (21)

常用高分辨率卫星遥感影像一般包括蓝光、绿光、红光、近红外四个波段，对应上述3个未知参数，可构成一个非线性最小二乘问题。同时，为降低非线性系统求解过程中带来的异常解，这里对未知参数α、β、C_a设置上下限，分别为[0.2,4]、[0.008,1.5]、[0.5,1]。其中，气溶胶波长指数α的上限4对应气溶胶以细粒子为主的情况，下限0.2对应较为灰霾的天气状况；其余2个参数的上限、下限则分别对应气溶胶浓度较高和天气晴朗的状况。故此，以α、β、C_a为未知数x，构造目标函数f(x)(式22)，形成带边界的非线性优化问题(式23)进行求解。

f(x)＝F(α，β，C_a)+L_rp(λ)-L_shd(λ) (22)

优选地，所述步骤D具体包括：

D1：成像时天气晴朗，认为待校正水域入射天空光辐亮度L_sky(λ)一致，用原始辐射亮度图像各个波段L(λ)减去步骤B中统计的L_shd(λ)，根据式2、式3可得：

L(λ)-L_shd(λ)＝L_w(λ)T_↑(λ) (24)

D2：根据步骤C中所得的气溶胶光学厚度，带入(19)式求得大气上行透过率T_↑(λ)，进而得到离水辐亮度L_w(λ)：

优选地，所述步骤E具体包括：

E1：根据遥感反射率的定义，若需要获取水体遥感反射率R_rs(λ)，则根据下式计算完成大气校正：

为刚好在水表面上入射辐照度，包含太阳直射光和天空漫射光，可进一步表示为：

其中，天空漫射光E_sky(λ)可参考公式(15)；T_↓(λ)为大气下行透过率，根据下式计算：

T_↓(λ)＝e^{-τ(λ)/cosθ} (28)

E2：根据行星反射率R的计算公式：

其中，卫星传感器接收的水体总辐亮度L(λ)参考公式(2)可知，仅L_w(λ)包含水体组份信息。因此，若需要获取水体离水反射率R_w(λ)，则根据下式计算完成大气校正：

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明的大气校正方法，它不需要同步的大气、地物标准反射率等外部参数的输入，也不需要借助其他遥感数据，仅仅基于图像本身就可以实现大气校正。而且水体阴影像元的选取简单易行，没有针对于不同图像的阈值判定。尤其对于图幅范围内无法找到清深水体时，本发明提供了一个新的解决办法，避免了内陆浑浊水体经常出现的过校正现象。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

图2是传感器接收的水体信号组成示意图。

图3是传感器接收到的位于阴影区的水体信号组成示意图。

图4(a)-(d)是针对实例1所述图像，选取4个测量点，在每个测量点处本专利的方法与实测光谱数据、未校正影像数据、FLAASH大气校正、QUAC大气校正结果进行对比的效果图。

图5(a)-(h)是针对实例2所述2景图像，每景选取4个测量点，在每个测量点处本专利的方法与实测光谱数据、未校正影像数据、FLAASH大气校正、QUAC大气校正结果进行对比的效果图。

图6(a)-(d)是针对实例3所述图像，选取4个测量点，在每个测量点处本专利的方法与实测光谱数据、未校正影像数据、FLAASH大气校正、QUAC大气校正结果进行对比的效果图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本实施例提供了一种适用于城市河网区的高分辨率遥感数据水体大气校正方法。由于城市河网区周边高层建筑或桥梁投射到水体形成的阴影不受到太阳直射光照射，可以认为水体阴影区的辐亮度最小值不包含出水辐射部分，即该类像元的离水辐射为0。本发明以其为暗像元，计算成像时的气溶胶参数，对图像上的所有水体像元进行大气校正。

本实施例以广州作为城市河网区的示例，以高分1号窄幅数据、高分2号数据、SPOT7作为示例，详细说明利用本发明方法进行水体大气校正的过程。根据图1所示的方法流程图，方法包括步骤：

1：购得研究区2017年12月19日的高分1号窄幅遥感影像，并从中国资源卫星应用中心官网上查询对应辐射定标参数。

2：对原始数据进行辐射定标，获得辐射亮度图像，记辐亮度L(λ)。

3：尽可能多的选取图像上由高层建筑、桥梁等造成的水体阴影区像元。该步骤可以通过ArcGIS软件，用面状矢量把图像中的水体阴影区勾画出来。

4：统计所有选中的阴影像元辐亮度在各个波段的最小值L_shd(λ)。该步骤可以通过ArcGIS软件的统计功能，利用勾画出来的阴影区矢量图层对图像辐射亮度L(λ)进行最小值统计。

5：从遥感数据头文件中读取成像时的太阳天顶角θ、卫星观测天顶角

太阳方位角φ_s、卫星方位角φ_v及大气层外太阳辐照度E₀(λ)。

6：计算大气瑞利散射形成的程辐射辐亮度值L_rp(λ)(式1～式6)：

P_r(Θ)为瑞利散射相函数，Θ为散射角，其中：

τ_r(λ)＝0.008524λ^-4(1+0.0113λ^-2+0.00013λ^-4) (5)

τ_r(λ)为大气分子光学厚度，τ_oz(λ)为臭氧层光学厚度。

7：按以下步骤构建有边界的非线性优化方程组求解气溶胶光学厚度τ_a(λ)。

首先，气溶胶散射形成的程辐射辐亮度值可依据式(7)表示为：

其中：ω₀为气溶胶单次散射反照率，P_a(Θ)为气溶胶散射相函数。ω₀可表示为：

ω₀＝PER×1.00+(1-PER)×0.90 (8)

式中，系数1.00和0.90分别对应没有气溶胶吸收的理想瑞利大气环境和有着较多气溶胶吸收的雾霾大气环境；PER为大气分子比例，可定义为：

PER＝(λ^-α-λ^-0.8)/(λ^-4.08-λ^-0.8) (9)

式中，α为气溶胶波长指数，与气溶胶平均半径有关，平均半径越小，其值越小。气溶胶散射相函数P_a(Θ)可表示为：

P_a(Θ)＝PER×P_r(Θ)+PER×P′_a(Θ) (10)

式中，P′_a(Θ)＝[af(Θ,g₁)+(1-a)f(Θ,g₂)]。其中，f(Θ,g)为

Henyey-Greenstein解析相函数，a、g₁、g₂为非对称参数，计算f(Θ,g)：

根据影像成像时的天气状况，本实施例选择按表1的“小颗粒气溶胶”类型对这三个参数取值。

表1气溶胶相函数非对称参数的取值

序号	气溶胶类型	g<sub>1</sub>	g<sub>2</sub>	α	适用情况
						1	瑞利散射气溶胶	0.3162	-0.3162	0.5	瑞利散射
2	小颗粒气溶胶	0.7281	-0.7638	0.9752	小颗粒气溶胶<sup>*</sup>
						3	大颗粒气溶胶	0.8838	-0.7490	0.978	大颗粒气溶胶
4	海洋性气溶胶	0.7559	-0.1720	0.978	海岸带气溶胶<sup>*</sup>

^*对应能见度较高的晴朗天气

其次，天空光漫射到地面的辐照度E_sky(λ)可表示为：

C_a为气溶胶散射光下行部分与总能量的比例。假设天空光下行辐射各项同向性,则

气溶胶光学厚度根据

公式可表示为：

τ_a(λ)＝βλ^-α (15)

式中，α同式9，为气溶胶波长指数；β为混浊度系数，表征了整层大气中气溶胶的数量。

然后，大气上行透过率T_↑(λ)可根据比尔定律表示为：

其中，τ(λ)为大气整层光学厚度，可写为：

τ(λ)＝τ_a(λ)+τ_r(λ)+τ_oz(λ) (17)

最后：将式1、7、14、16代入式3可知，L_shd(λ)是气溶胶波长指数α、混浊度系数β、气溶胶散射光下行比例C_a的函数：

L_shd(λ)＝F(α，β，C_a)+L_rp(λ) (18)

参考示例区相关文献，对未知参数α、β、C_a设置上下限，分别为[0.2,4]、[0.008,1.5]、[0.5,1]。故此，以α、β、C_a为未知数x，构造目标函数f(x)(式19)，形成带边界的非线性优化问题(式20)进行求解。

f(x)＝F(α，β，C_a)+L_rp(λ)-L_shd(λ) (19)

lowerBound、upperBound为设置的未知数的上限和下限值。

8：根据求解的气溶胶波长指数α和混浊度系数β，由式15～17计算大气上行透过率T_↑(λ)。

9：根据式19计算离水辐亮度L_w(λ)：

10：根据遥感反射率的定义，若需要获取水体遥感反射率R_rs(λ)，则根据下式计算完成大气校正：

其中，天空漫射光E_sky(λ)可参考公式12；T_↓(λ)为大气下行透过率，根据下式计算：

T_↓(λ)＝e^{-τ(λ)/cosθ} (23)

11：若需要获取水体离水反射率R_w(λ)，则根据下式计算完成大气校正：

本发明具体给出3个实例，来显示本发明水体大气校正方法相较于现有方法的优越性。

参见图4，将该方法应用于2017年12月19日高分1号窄幅遥感影像，从中选取4个测量点，与地面准同步实测样点相比，水体大气校正结果如图4(a)-(d)所示。结果表明，相对于基于MODTRAN的FLAASH大气校正模块、基于经验光谱库的QUAC大气校正方法，经该方法和FLAASH校正后的水体波谱形状较为正常，且该方法在红光、近红外波段更接近实测光谱。

参见图5，将该方法应用于2017年12月3日、2017年12月8日高分2号遥感影像，从中选取8个测量点。与地面准同步实测样点相比，水体大气校正结果如图5(a)-(h)所示。结果表明，相对于基于MODTRAN的FLAASH大气校正模块、基于经验光谱库的QUAC大气校正方法，经该方法和FLAASH校正后的水体波谱形状较为正常，两者在蓝光、绿光波段无明显差异，但该方法在红光、近红外波段的量值更接近实测光谱，且就红光-红外波段区间而言更接近实测光谱形状。

参见图6，将该方法应用于2017年12月29日SPOT7遥感影像，从中选取4个测量点。与地面准同步实测样点相比，水体大气校正结果如图6(a)-(d)所示。结果表明，经过该方法、基于MODTRAN的FLAASH大气校正模块、以及基于经验光谱库的QUAC大气校正方法校正后的水体波谱形状均较为正常，三者在绿光波段无明显差异，较接近实测光谱；在蓝光波段校正效果不一，均略高于实测光谱；但该方法在红光、近红外波段量值更接近实测光谱，且就绿光-红光-红外波段区间而言更接近实测光谱形状。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种城市河网区水体大气校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、对遥感数据进行预处理，获得辐射亮度图像；具体为：

A1：获取卫星数据的辐射定标参数；

A2：对遥感数据进行预处理：根据卫星数据公布的辐射定标方法及定标参数，对原始数据进行辐射定标，获得辐射亮度图像；

B、选取图像上位于阴影区的水体像元作为暗像元，统计所有选中的暗像元在各个波段的最小值，认为该最小值等于天空光在水表形成的漫反射和大气散射辐亮度之和；

C、利用步骤B中所得各个波段的水体阴影辐亮度最小值，求解成像时的气溶胶浑浊度系数及波长指数，由此推算各个波段的气溶胶光学厚度；具体为：

C1：从遥感数据的头文件中读取成像时的太阳天顶角、卫星观测天顶角，太阳方位角、卫星方位角及大气层外太阳辐照度；

C2：计算大气瑞利散射形成的程辐射辐亮度值；

C3：利用各个波段的水体阴影辐亮度最小值计算气溶胶光学厚度；

D、用原始辐射亮度图像各个波段减去步骤B中所得阴影像元辐亮度，再根据步骤C得到的气溶胶光学厚度计算各个波段大气上行透过率，进而得到水体的离水辐亮度；

E、将离水辐亮度根据需求转换为遥感反射率或者离水反射率，完成水体大气校正。

2.根据权利要求1所述的城市河网区水体大气校正方法，其特征在于，所述辐射亮度图像L(λ)计算如下：

L(λ)＝L_w(λ)T_↑(λ)+rL_sky(λ)T_↑(λ)+L_ap(λ)+L_rp(λ)；

式中，λ为卫星传感器各通道的中心波长；L_w(λ)是进入水体被水体散射回来的离水辐亮度，包含了水质信息；T_↑为沿着观测方向的大气上行透过率；rL_sky(λ)T_↑(λ)为天空光被水面反射后被卫星观测到的辐亮度，不包含水体信息，其中L_sky(λ)为天空光辐亮度，r为气-水界面反射率；L_ap(λ)为气溶胶散射形成的大气程辐射；L_rp(λ)为大气瑞利散射形成的大气程辐射。

3.根据权利要求2所述的城市河网区水体大气校正方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

B1：选取辐射亮度图像上位于阴影区的水体像元作为暗像元；

B2：统计选中的暗像元辐亮度在各个波段的最小值L_shd(λ)，认为该值等于天空光在水表形成的漫反射和大气散射辐亮度之和，即：

L_shd(λ)＝rL_sky(λ)T_↑(λ)+L_ap(λ)+L_rp(λ)。

4.根据权利要求3所述的城市河网区水体大气校正方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

C1：从遥感数据的头文件中读取成像时的太阳天顶角θ、卫星观测天顶角

太阳方位角φ_s、卫星方位角φ_v及大气层外太阳辐照度E₀(λ)；

C2：计算大气瑞利散射形成的程辐射辐亮度值：

P_r(Θ)为瑞利散射相函数，Θ为散射角，其中：

τ_r(λ)＝0.008524λ^-4(1+0.0113λ^-2+0.00013λ^-4)

其中，τ_r(λ)为大气分子光学厚度，τ_oz(λ)为臭氧层光学厚度；

C3：利用各个波段的水体阴影辐亮度最小值L_shd(λ)计算气溶胶光学厚度τ_a(λ)，具体求解过程如下：

首先，气溶胶散射形成的程辐射辐亮度值表示为：

其中：ω₀为气溶胶单次散射反照率，P_a(Θ)为气溶胶散射相函数，PER为大气分子比例，定义为：

PER＝(λ^-α-λ^-0.8)/(λ^-4.08-λ^-0.8)

式中，α为气溶胶波长指数；气溶胶散射相函数P_a(Θ)表示为：

P_a(Θ)＝PER×P_r(Θ)+PER×P′_a(Θ)

式中，P′_a(Θ)＝[af(Θ，g₁)+(1-a)f(Θ，g₂)]，其中，f(Θ，g)为Henyey-Greenstein解析相函数，a、g₁、g₂为非对称参数；

其次：天空光漫射到地面的辐照度E_sky(λ)表示为：

C_a为气溶胶散射光下行部分与总能量的比例；假设天空光下行辐射各项同向性，则

气溶胶光学厚度表示为：

τ_a(λ)＝βλ^-α

式中，α为气溶胶波长指数；β为混浊度系数，表征了整层大气中气溶胶的数量；

然后：大气上行透过率T_↑(λ)可根据比尔定律表示为：

其中，τ(λ)为大气整层光学厚度，为：

τ(λ)＝τ_a(λ)+τ_r(λ)+τ_oz(λ)

最后，将上述各个参数的表示形式代入L_shd(λ)＝rL_sky(λ)T_↑(λ)+L_ap(λ)+L_rp(λ)中，得到L_shd(λ)是气溶胶波长指数α、混浊度系数β、气溶胶散射光下行比例C_a的函数，表示形式如下：

L_shd(λ)＝F(α，β，C_a)+L_rp(λ)

以α、β、C_a为未知数x，构造目标函数f(x)，形成带边界的非线性优化问题进行求解：

f(x)＝F(α，β，C_a)+L_rp(λ)-L_shd(λ)

通过上述目标函数得到最优的气溶胶光学厚度τ_a(λ)，lowerBound、upperBound为设置的未知数的上限和下限值。

5.根据权利要求4所述的城市河网区水体大气校正方法，其特征在于，在进行优化问题求解时，对未知参数α、β、C_a设置上下限，分别为[0.2，4]、[0.008，1.5]、[0.5，1]。

6.根据权利要求4所述的城市河网区水体大气校正方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：

D1：用原始辐射亮度图像各个波段L(λ)减去步骤B中统计的L_shd(λ)：

L(λ)-L_shd(λ)＝L_w(λ)T_↑(λ)；

D2：根据步骤C中所得的气溶胶光学厚度，求得大气上行透过率T_↑(λ)，进而得到离水辐亮度L_w(λ)：

7.根据权利要求4所述的城市河网区水体大气校正方法，其特征在于，所述步骤E中，将离水辐亮度转换为遥感反射率完成水体大气校正的方法是：

根据遥感反射率的定义，若需要获取水体遥感反射率R_rs(λ)，则根据下式计算完成大气校正：

为刚好在水表面上入射辐照度，包含太阳直射光和天空漫射光，可进一步表示为：

其中，E_sky(λ)为天空漫射光辐照度，T_↓(λ)为大气下行透过率，根据下式计算：

T_↓(λ)＝e^{-τ(λ)/cosθ}。

8.根据权利要求4所述的城市河网区水体大气校正方法，其特征在于，所述步骤E中，将离水辐亮度转换为离水反射率完成水体大气校正的方法是：

若需要获取水体离水反射率R_w(λ)，则根据下式计算完成大气校正：

其中，E_sky(λ)为天空漫射光辐照度。

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