CN116625647B - 光学遥感器响应度系数确定方法、设备、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种光学遥感器响应度系数确定方法、设备、装置、计算机设备和存储介质。方法包括：在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光谱辐射计，获取白板的反射辐亮度，并获取目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；利用天空漫射与总辐射的比值，对白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到校正后的双向反射分布函数；根据校正后的双向反射分布函数，以及白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度；基于朗伯体的反射辐亮度，以及大气透过率，得到目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；根据入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到目标光学遥感器的响应度系数。采用本方法能够提高在复杂测量环境下得到的光学遥感器响应度系数的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及光学遥感技术领域，特别是涉及一种光学遥感器响应度系数确定方法、设备、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
随着光学遥感技术的发展，光学遥感技术已经在测绘制图、城市规划以及军事侦察等领域有重要的应用意义，并且由于观测目标的生物物理参数等遥感数据产品，和遥感器的辐射响应有直接关系，因此遥感器运行期间的响应度系数的精确度直接影响着其遥感数据应用的广度和深度。
光学遥感器发射前在实验室中测量的响应度系数通常情况下是最准确的，但是因为发射时的剧烈振动、外太空恶劣的环境以及光学元件的老化等因素，光学遥感器在使用过程中响应度系数会发生变化，因此为了获取准确的响应度系数，通常需要利用地球表面大面积均匀稳定的地物目标，确定出光学遥感器入瞳辐亮度，从而实现响应度系数确定。
然而，上述响应度系数的确定方法，只能适用于选择要求非常苛刻的场地，对于具有复杂环境的场地，确定出的光学遥感器入瞳辐亮度精确度较低，因此难以得到精确的响应度系数。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高复杂环境得到的光学遥感器响应度系数精确性的光学遥感器响应度系数确定方法、设备、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
第一方面，本申请提供了一种光学遥感器响应度系数确定方法，所述方法包括：
在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取所述光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，并获取所述目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；其中，所述光谱辐射计的探头设置于所述白板的辐射反射区域内；
利用所述天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的所述白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到所述白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数；
根据所述校正后的双向反射分布函数，以及所述白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度；
基于所述朗伯体的反射辐亮度，以及所述测量环境的大气透过率，得到所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；
根据所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到所述目标光学遥感器的响应度系数。
在其中一个实施例中，所述通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取所述光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，包括：在所述目标光学遥感器的过顶时刻，通过所述白板将太阳辐射光辐射至所述光谱辐射计，获取所述光谱辐射计测量得到的第一响应值和第一暗电流计数值；根据预先确定的所述光谱辐射计的响应度、所述第一响应值和第一暗电流计数值，得到所述白板的反射辐亮度。
在其中一个实施例中，所述得到所述白板的反射辐亮度之前，还包括：通过积分球辐射源在所述测量环境下辐射所述光谱辐射计，获取所述光谱辐射计测量得到的第二响应值以及第二暗电流计数值；获取所述积分球辐射源的辐亮度；根据所述积分球辐射源的辐亮度、所述第二响应值以及第二暗电流计数值，得到所述光谱辐射计的响应度。
在其中一个实施例中，所述积分球辐射源的光源为白光LED，所述积分球辐射源的涂层采用聚四氟乙烯压制或烧结形成。
在其中一个实施例中，所述利用所述天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的所述白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到所述白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数，包括：获取所述白板在所述标准环境下测量得到的方向-半球反射比因子，以及所述白板在所述标准环境下的双向反射分布函数；以所述天空漫射与总辐射的比值为权重，对所述方向-半球反射比因子，以及所述白板在所述标准环境下的双向反射分布函数与圆周率的乘积进行加权处理，得到所述校正后的双向反射分布函数。
在其中一个实施例中，所述得到所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度之前，还包括：在所述目标光学遥感器的过顶时刻，获取所述测量环境的大气光学厚度；根据所述大气光学厚度，确定所述测量环境的大气透过率。
第二方面，本申请还提供了一种光学遥感器响应度系数确定设备，所述设备用于实现如第一方面任一项实施例所述的方法，所述设备包括：设置于支撑台面的白板、光谱辐射计，以及可活动的遮光设备；其中，
所述光谱辐射计的探头设置于所述白板的辐射反射区域内，用于在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光谱辐射计获取白板的反射辐亮度；
所述遮光设备包括遮挡板与支撑所述遮挡板的支撑杆，所述遮光设备用于在所述目标光学遥感器的过顶相邻时刻，调节所述遮挡板遮挡太阳辐射光，以获取所述目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值，并在所述目标光学遥感器的过顶时刻，调节所述遮挡板不遮挡所述白板，以获取所述白板的反射辐亮度。
第三方面，本申请还提供了一种学遥感器响应度系数确定装置，所述装置包括：
白板辐亮度确定模块，用于在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取所述光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，并获取所述目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；其中，所述光谱辐射计的探头设置于所述白板的辐射反射区域内；
反射分布函数校正模块，用于利用所述天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的所述白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到所述白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数；
朗伯体辐亮度确定模块，用于根据所述校正后的双向反射分布函数，以及所述白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度；
遥感器辐亮度确定模块，用于基于所述朗伯体的反射辐亮度，以及所述测量环境的大气透过率，得到所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；
响应度系数确定模块，用于根据所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到所述目标光学遥感器的响应度系数。
第四方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取所述光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，并获取所述目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；其中，所述光谱辐射计的探头设置于所述白板的辐射反射区域内；
利用所述天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的所述白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到所述白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数；
根据所述校正后的双向反射分布函数，以及所述白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度；
基于所述朗伯体的反射辐亮度，以及所述测量环境的大气透过率，得到所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；
根据所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到所述目标光学遥感器的响应度系数。
第五方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取所述光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，并获取所述目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；其中，所述光谱辐射计的探头设置于所述白板的辐射反射区域内；
利用所述天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的所述白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到所述白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数；
根据所述校正后的双向反射分布函数，以及所述白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度；
基于所述朗伯体的反射辐亮度，以及所述测量环境的大气透过率，得到所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；
根据所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到所述目标光学遥感器的响应度系数。
第六方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取所述光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，并获取所述目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；其中，所述光谱辐射计的探头设置于所述白板的辐射反射区域内；
利用所述天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的所述白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到所述白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数；
根据所述校正后的双向反射分布函数，以及所述白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度；
基于所述朗伯体的反射辐亮度，以及所述测量环境的大气透过率，得到所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；
根据所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到所述目标光学遥感器的响应度系数。
上述光学遥感器响应度系数确定方法、设备、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，通过在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，并获取目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；其中，光谱辐射计的探头设置于白板的辐射反射区域内；利用天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数；根据校正后的双向反射分布函数，以及白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度；基于朗伯体的反射辐亮度，以及测量环境的大气透过率，得到目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；根据目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到目标光学遥感器的响应度系数。本申请通过在光学遥感器过顶时刻，利用光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，来获取该设备中白板的反射辐亮度，同时可以利用天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正，从而得到白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数，并利用校正后的双向反射分布函数与白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度，从而利用朗伯体的反射辐亮度与测量环境的大气透过率，最终得到目标光学遥感器的响应度系数。该方式通过得到测量环境下校正后的双向反射分布函数与大气透过率，从而可以提高光学遥感器响应度系数确定设备在复杂测量环境下得到的光学遥感器响应度系数的准确性。
附图说明
图1为一个实施例中光学遥感器响应度系数确定方法的流程示意图；
图2为一个实施例中获取白板的反射辐亮度的流程示意图；
图3为一个实施例中确定光谱辐射计的响应度的流程示意图；
图4为一个实施例中积分球辐射源的设置示意图；
图5为一个实施例中积分球辐射源的结构示意图；
图6为一个实施例中光学遥感器响应度系数确定设备的结构示意图；
图7为一个实施例中复杂背景环境下光学遥感器辐射定标方法的流程图；
图8为一个实施例中现场测量数据的示意图；
图9为一个实施例中光学遥感器观测灰阶目标的入瞳辐亮度组成示意图；
图10为一个实施例中光学遥感器响应度系数确定装置的结构框图；
图11为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种光学遥感器响应度系数确定方法，本实施例以该方法应用于终端进行举例说明，可以理解的是，该方法也可以应用于服务器，还可以应用于包括终端和服务器的系统，并通过终端和服务器的交互实现。本实施例中，该方法包括以下步骤：
步骤S101，在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，并获取目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；其中，光谱辐射计的探头设置于白板的辐射反射区域内。
其中，目标光学遥感器指的是需要进行响应度系数确定的光学遥感器，而光学遥感器响应度系数确定设备则指的是用于进行针对目标光学遥感器的响应度系数确定的设备，该设备可以包含光谱辐射计以及白板，并且光谱辐射计的探头设置于白板的辐射反射区域内，可以接收白板反射的太阳辐射。过顶时刻指的是目标光学遥感器运动至白板顶上的时刻，反射辐亮度则指的是白板的反射太阳辐射的辐亮度，该反射辐亮度可以由光谱辐射计测量得到。而天空漫射与总辐射的比值则是测量环境下，目标光学遥感器的过顶时刻或者过顶时刻前后的天空漫射和总辐射的比值。
具体来说，在需要确定响应度系数的目标光学遥感器的过顶时刻，终端可以接收由光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，采集的该设备中白板反射太阳辐射的反射辐亮度，并且还可以获取在该过顶时刻或者过顶时刻前后的天空漫射与总辐射的比值。
步骤S102，利用天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数。
白板在标准环境下的双向反射分布函数可以指的是该白板在实验室，即理想环境中预先测量的双向反射分布函数，而校正后的双向反射分布函数则指的是在实际测量环境中的双向反射分布函数。本实施例中，白板在不同环境下的双向反射分布函数也有所区别，标准环境下测量的双向反射分布函数无法被直接应用于测量环境，因此为了提高光学遥感器响应度系数确定的精度，在本实施例中可以先利用测量环境下天空漫射与总辐射的比值，对白板的双向反射分布函数进行校正处理，从而得到校正后的双向反射分布函数，作为白板在测量环境下的双向反射分布函数。
步骤S103，根据校正后的双向反射分布函数，以及白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度。
朗伯体的反射辐亮度可以指的是反射率等于1的朗伯体的反射辐亮度，该反射辐亮度可以基于白板校正后的双向反射分布函数，以及白板的反射辐亮度确定得到。由于白板并非反射率等于1的标准朗伯体，因此终端可以利用白板校正后的双向反射分布函数，以及白板的反射辐亮度，来得到在测量环境下朗伯体的反射辐亮度。
步骤S104，基于朗伯体的反射辐亮度，以及测量环境的大气透过率，得到目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；
步骤S105，根据目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到目标光学遥感器的响应度系数。
目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度则指的是在目标光学遥感器的入瞳处朗伯体的反射辐亮度，大气透过率则指的是测量环境中的大气透过率，终端在得到在测量环境下朗伯体的反射辐亮度之后，则可以利用测量环境中的大气透过率，来反推目标光学遥感器在入瞳处的朗伯体反射辐亮度，并且可以利用目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，来得到目标光学遥感器的响应度系数。
上述光学遥感器响应度系数确定方法中，通过在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，并获取目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；其中，光谱辐射计的探头设置于白板的辐射反射区域内；利用天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数；根据校正后的双向反射分布函数，以及白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度；基于朗伯体的反射辐亮度，以及测量环境的大气透过率，得到目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；根据目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到目标光学遥感器的响应度系数。本申请通过在光学遥感器过顶时刻，利用光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，来获取该设备中白板的反射辐亮度，同时可以利用天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正，从而得到白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数，并利用校正后的双向反射分布函数与白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度，从而利用朗伯体的反射辐亮度与测量环境的大气透过率，最终得到目标光学遥感器的响应度系数。该方式通过得到测量环境下校正后的双向反射分布函数与大气透过率，从而可以提高光学遥感器响应度系数确定设备在复杂测量环境下得到的光学遥感器响应度系数的准确性。
在一个实施例中，如图2所示，步骤S101可以进一步包括：
步骤S201，在目标光学遥感器的过顶时刻，通过白板将太阳辐射光辐射至光谱辐射计，获取光谱辐射计测量得到的第一响应值和第一暗电流计数值。
第一响应值指的是白板在目标光学遥感器的过顶时刻，将太阳辐射光辐射至光谱辐射计时，光谱辐射计显示的响应值，而第一暗电流计数值则指的是白板在目标光学遥感器的过顶时刻，将太阳辐射光辐射至光谱辐射计时，光谱辐射计显示的暗电流计数值。具体来说，在目标光学遥感器的过顶时刻，白板可以将太阳辐射光辐射至光谱辐射计，此时光谱辐射计则可以对太阳辐射光进行测量，并显示对应的响应值与暗电流计数值，作为第一响应值和第一暗电流计数值。
步骤S202，根据预先确定的光谱辐射计的响应度、第一响应值和第一暗电流计数值，得到白板的反射辐亮度。
光谱辐射计的响应度则是预先确定出来的，该光谱辐射计的响应度，终端在得到第一响应值和第一暗电流计数值，则可以利用第一响应值和第一暗电流计数值，以及预先确定的光谱辐射计的响应度，来计算出白板的反射辐亮度。
例如，白板的反射辐亮度可以通过以下公式计算得到：
其中，表示白板的反射辐亮度，表示第一响应值，表
示第一暗电流计数值，表示光谱辐射计的响应度。
本实施例中，白板的反射辐亮度可以是通过预先确定的光谱辐射计的响应度，以及光谱辐射计测量得到的第一响应值和第一暗电流计数值计算得到，从而可以提高白板的反射辐亮度的计算效率。
进一步地，如图3所示，步骤S202之前，还可以包括：
步骤S301，通过积分球辐射源在测量环境下辐射光谱辐射计，获取光谱辐射计测量得到的第二响应值以及第二暗电流计数值。
积分球辐射源可以是用于辐射光源的积分球，第二响应值指的是在测量环境下通过积分球辐射源辐射光谱辐射计时，光谱辐射计显示的响应值，而第二暗电流计数值中的指的是通过积分球辐射源辐射光谱辐射计时，光谱辐射计显示的暗电流计数值。
具体来说，如图4所示，积分球辐射源与光谱辐射计可以设置在遮光暗室中，积分球辐射源的出光口对准光谱仪探头，从而可以在测量环境中利用积分球辐射源辐射光谱辐射计，由光谱辐射计测量积分球辐射源的辐射光源，并显示对应的响应值与暗电流计数值，作为第二响应值和第二暗电流计数值。
步骤S302，获取积分球辐射源的辐亮度；
步骤S303，根据积分球辐射源的辐亮度、第二响应值以及第二暗电流计数值，得到光谱辐射计的响应度。
本实施例中，积分球辐射源可以是已知辐亮度的辐射源，终端在得到光谱辐射计测量的第二响应值和第二暗电流计数值之后，则可以利用积分球辐射源的辐亮度、第二响应值以及第二暗电流计数值，得到光谱辐射计的响应度。
具体来说，积分球辐射源的辐亮度可以通过以下公式表示，因此可以基于以下公式计算得到光谱辐射计的响应度：
其中，表示积分球辐射源的辐亮度，表示第二响应值，表示第二暗电流计数值，表示光谱辐射计的响应度。
本实施例中，光谱辐射计的响应度可以是通过积分球辐射源在测量环境下辐射光谱辐射计，由光谱辐射计测量得第二响应值以及第二暗电流计数值，以及积分球辐射源的辐亮度计算得到，通过该方式可以进一步提高光谱辐射计的响应度获取精度。
另外，积分球辐射源的光源为白光LED，积分球辐射源的涂层采用聚四氟乙烯压制或烧结形成。
本实施例中，积分球辐射源的光源可以是白光LED，涂层则采用聚四氟乙烯压制或烧结形成，并且积分球辐射源内直径为50mm，出光口直径为15mm，采用电池供电，电流为0.1A，电压12V，积分球辐射输出稳定性通过Si光电二极管监视，非稳定性小于1%，可如图5所示。
本实施例中，采用的积分球辐射源的光源可以是白光LED，从而可以降低能量的损耗，涂层则采用高反射率的聚四氟乙烯制成，从而可以在出射口得到均匀的朗伯面光源，配合高精度稳压直流电源使其具有高稳定性和高均匀性且多能级的辐射定标源。
在一个实施例中，步骤S102可以进一步包括：获取白板在标准环境下测量得到的方向-半球反射比因子，以及白板在标准环境下的双向反射分布函数；以天空漫射与总辐射的比值为权重，对方向-半球反射比因子，以及白板在标准环境下的双向反射分布函数与圆周率的乘积进行加权处理，得到校正后的双向反射分布函数。
本实施例中，对白板的双向反射分布函数进行校正的方式是，利用天空漫射与总辐射的比值为权重，对白板在标准环境下测量得到的方向-半球反射比因子，以及白板在标准环境下的双向反射分布函数与圆周率的乘积进行加权处理的方式实现，该方向-半球反射比因子可以是白板在实验室中预先测量得到，可如下式所示：
其中，表示校正后的双向反射分布函数，表示标准环境下的双向反射分布函数，α为过顶时刻天空漫射与总辐射的比值，R为白板在标准环境下测量得到的方向-半球反射比因子。
本实施例中，还可以通过将天空漫射与总辐射的比值作为权值，对白板在标准环境下的方向-半球反射比因子，以及白板在标准环境下的双向反射分布函数与圆周率的乘积进行加权处理的方式，来实现双向反射分布函数的校正，从而可以提高双向反射分布函数的准确性。
在一个实施例中，步骤S104之前，还可以包括：在目标光学遥感器的过顶时刻，获取测量环境的大气光学厚度；根据大气光学厚度，确定测量环境的大气透过率。
大气光学厚度是一个用于表征大气介质对辐射衰减程度的无量纲量，本实施例中，终端还可以在目标光学遥感器的过顶时刻，得到测量环境的大气光学厚度，并基于上述大气光学厚度，来确定出测量环境的大气透过率。
本实施例中，终端可以基于实时测量的大气光学厚度，并基于大气光学厚度，确定测量环境的大气透过率，从而可以提高大气透过率获取的实时性。
在一个实施例中，还提供了一种光学遥感器响应度系数确定设备，该设备可以用于实现如上任一项实施例所述的光学遥感器响应度系数确定方法，如图6所示，该设备可以包括设置在支撑台面的白板、光谱辐射计，以及可活动的遮光设备，其中，光谱辐射计可以包含光谱辐射计探头与光谱辐射计主机，并且光谱辐射计的探头设置于白板的辐射反射区域内，例如可以是正对白板。可活动的遮光设备可以包含遮挡板与支撑遮挡板的支撑杆，其中支撑杆的长度可以伸缩，遮挡板的角度也可以调节，来实现遮挡板的移动。
具体来说，光谱辐射计的探头可以设置在白板的辐射反射区域内，从而在目标光学遥感器的过顶时刻，调节遮挡板不遮挡白板，由白板将太阳辐射光辐射至光谱辐射计，以实现白板的反射辐亮度的获取。同时，在目标光学遥感器的过顶相邻时刻，例如可以是目标光学遥感器的过顶前后15分钟，调节遮挡板太阳辐射光，来得到目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值。
本实施例中，还提供了一种光学遥感器响应度系数确定设备，该设备可以包括：设置于支撑台面的白板、光谱辐射计，以及可活动的遮光设备；其中，光谱辐射计的探头设置于白板的辐射反射区域内，用于在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光谱辐射计获取白板的反射辐亮度；遮光设备包括遮挡板与支撑遮挡板的支撑杆，遮光设备用于在目标光学遥感器的过顶相邻时刻，调节遮挡板遮挡太阳辐射光，以获取目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值，并在目标光学遥感器的过顶时刻，调节遮挡板不遮挡白板，以获取白板的反射辐亮度。本实施例通过可活动的遮光设备，白板以及光谱辐射计，实现了目标光学遥感器的过顶时刻测量环境下白板的反射辐亮度获取，以及天空漫射与总辐射的比值获取，从而可以保证基于上述白板的反射辐亮度以及空漫射与总辐射的比值，来得到测量环境下校正后的双向反射分布函数与大气透过率，从而可以提高光学遥感器响应度系数确定设备在复杂测量环境下得到的光学遥感器响应度系数的准确性。
在一个实施例中，还提供了一种复杂背景环境下光学遥感器辐射定标方法，如图7所示，可以包括以下步骤：
（1）光谱辐射计响应度定标：
标准传递积分球辐射源和光谱辐射计预热稳定后，光谱辐射计测量辐亮度已知的朗伯光源，得到其响应度，其中，响应度的计算方式可以通过下式计算得到：
其中，表示积分球辐射源的辐亮度，表示积分球辐射源测
量的响应值，表示积分球辐射源测量的暗电流计数值，表示光谱辐射计的
响应度。
并且，为降低功耗，标准传递积分球辐射源以白光LED为光源，功率仅1.2W，光源发热少，体积小、稳定性好，适合外场条件下使用，积分球涂层采用压制/烧结的聚四氟乙烯，具有反射率高、匀光效率高、稳定性好等特点，同时配备了Si光电二极管作为稳定性监视。从光源、涂层以及探测器监视等3个方面保障外场条件辐射量值传递的精度。
（2）多灰阶目标成像：
在平坦开阔的区域布设灰阶靶标或者从卫星影像上查找可以灰度区分、均匀的三种以上目标，包括水体、植被、沙漠以及路面等。
为了分离光学遥感器入瞳大气程辐射和地气耦合辐射，本申请提出的方法依赖不同灰阶的目标，这些灰阶目标反射率覆盖5%-60%至少三种，尺寸大小不小于7×7像元分辨率，主要用于减小光学遥感器和大气系统点扩散函数的影响。多灰阶目标任意两种之间的距离间隔不少于5个像元分辨率，灰阶目标包括人工靶标和水体、水泥路、植被、裸土等自然目标，目标反射率均匀性不小于5%，至少1种目标的光谱反射率在光学卫星过顶时前后15分钟，通过和白板比对的方法得到，其中白板的反射率为已知值，通过两者信号的比值即可得到灰阶目标的反射率。
（3）现场同步测量：
测量过顶前后进行大气光学厚度、天空漫射/总辐射比、至少一种目标的反射率测量，其中过顶时刻前后测量天空漫射、总辐射比，过顶时刻仅测量白板反射辐亮度，天空漫射/总辐射比可以用于白板BRDF，即双向反射分布函数修正，如图8所示。
其中，白板反射辐亮度可以通过以下计算公式计算得到：
其中，表示白板的反射辐亮度，表示过顶时刻光谱辐射计测量的响
应值，表示光谱辐射计测量的暗电流计数值，表示光谱辐射计的响应度。
另外，该白板采用聚四氟乙烯压制或烧结工艺制成，且其双向反射分布函数（BRDF）/双向反射比因子（BRF）经过实验室检测校准，外场定标时需要经过天空漫射/总辐射修正；白板在过顶时刻太阳天顶角θsun和方位角Φsun下的BRDF 即修正算法如下：
其中，表示校正后的双向反射分布函数，/>表示标准环境，即实验室下的双向反射分布函数，α为过顶时刻天空漫射与总辐射的比值，R为白板在标准环境，即实验室下测量得到的方向-半球反射比因子。
（4）定标数据处理：
得到白板反射辐亮度后，由于入射在白板上的辐照度为天空总辐射（包括太阳直射辐射和天空漫射辐射）产生。因此光学遥感器观测地面灰阶目标，入瞳辐亮度主要包括灰阶目标反射辐亮度、大气程辐射以及地气耦合辐射产生亮度等三部分，如图9所示，因此需要通过以下过程实现定标。
根据辐射传输模型，复杂背景环境下光学遥感器入瞳辐亮度可表示为：
其中Es(λ)为大气外光谱辐照度，μs为太阳天顶角的余弦，为吸收气体透过率，ρa(λ)为大气固有反射率，τ（λ）为大气光学厚度，S(λ)为大气球面反照率，为太阳-地面漫射透过率，ρB(λ)为周围环境反射率，ρt(λ)为目标反射率，为光学遥感器-地面漫射透过率。
根据平面平行大气理论，在一定区域范围内同一时刻，大气固有反射率ρa(λ)、吸收气体透过率和周围环境反射率ρB(λ)为常数，则上述公式可改写为：
并且上式可以改写为：
其中为地面总辐照度；/>为朗伯体反射地面总辐照度产生的辐亮度；/>为地面-遥感器方向大气直射透过率，包括大气吸收和散射透过率；由改写的公式可知，光学遥感器入瞳的辐亮度和地面目标的能级ρt(λ)成一元线性关系；
根据光学遥感器辐射定标方程：
以及图像的灰度值和不同能级进行线性回归，得到：
（1）当光学遥感器第i个通道内ρt(λ)=0时，，此时图像灰度值DN为方程的截距/>
（2）当ρt(λ)=1时，，此时图像灰度值DN为方程的斜率
根据上述（1）和（2）得到光学遥感器的响应度定标系数Again：
上述应用实例，可以实现复杂背景环境下光学卫星在轨辐射定标，可减小场地替代定标对大面积均匀场的依赖，提高定标精度和定标频次、降低定标成本。并且提供的定标设备功耗低、稳定性高、便于携带、便于外场使用，保障辐射标准传递的精度。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的光学遥感器响应度系数确定方法的光学遥感器响应度系数确定装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个光学遥感器响应度系数确定装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于光学遥感器响应度系数确定方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图10所示，提供了一种光学遥感器响应度系数确定装置，包括：白板辐亮度确定模块1001、反射分布函数校正模块1002、朗伯体辐亮度确定模块1003、遥感器辐亮度确定模块1004和响应度系数确定模块1005，其中：
白板辐亮度确定模块1001，用于在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，并获取目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；其中，光谱辐射计的探头设置于白板的辐射反射区域内；
反射分布函数校正模块1002，用于利用天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数；
朗伯体辐亮度确定模块1003，用于根据校正后的双向反射分布函数，以及白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度；
遥感器辐亮度确定模块1004，用于基于朗伯体的反射辐亮度，以及测量环境的大气透过率，得到目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；
响应度系数确定模块1005，用于根据目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到目标光学遥感器的响应度系数。
在一个实施例中，白板辐亮度确定模块1001，进一步用于在目标光学遥感器的过顶时刻，通过白板将太阳辐射光辐射至光谱辐射计，获取光谱辐射计测量得到的第一响应值和第一暗电流计数值；根据预先确定的光谱辐射计的响应度、第一响应值和第一暗电流计数值，得到白板的反射辐亮度。
在一个实施例中，白板辐亮度确定模块1001，还用于通过积分球辐射源在测量环境下辐射光谱辐射计，获取光谱辐射计测量得到的第二响应值以及第二暗电流计数值；获取积分球辐射源的辐亮度；根据积分球辐射源的辐亮度、第二响应值以及第二暗电流计数值，得到光谱辐射计的响应度。
在一个实施例中，积分球辐射源的光源为白光LED，积分球辐射源的涂层采用聚四氟乙烯压制或烧结形成。
在一个实施例中，反射分布函数校正模块1002，进一步用于获取白板在标准环境下测量得到的方向-半球反射比因子，以及白板在标准环境下的双向反射分布函数；以天空漫射与总辐射的比值为权重，对方向-半球反射比因子，以及白板在标准环境下的双向反射分布函数与圆周率的乘积进行加权处理，得到校正后的双向反射分布函数。
在一个实施例中，光学遥感器响应度系数确定装置，还包括：大气透过率获取模块，用于在目标光学遥感器的过顶时刻，获取测量环境的大气光学厚度；根据大气光学厚度，确定测量环境的大气透过率。
上述光学遥感器响应度系数确定装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图11所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC（近场通信）或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种光学遥感器响应度系数确定方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random AccessMemory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种光学遥感器响应度系数确定方法，其特征在于，所述方法包括：
在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取所述光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，并获取所述目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；其中，所述光谱辐射计的探头设置于所述白板的辐射反射区域内；
利用所述天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的所述白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到所述白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数；包括：获取所述白板在所述标准环境下测量得到的方向-半球反射比因子，以及所述白板在所述标准环境下的双向反射分布函数；以所述天空漫射与总辐射的比值为权重，对所述方向-半球反射比因子，以及所述白板在所述标准环境下的双向反射分布函数与圆周率的乘积进行加权处理，得到所述校正后的双向反射分布函数；
根据所述校正后的双向反射分布函数，以及所述白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度；
基于所述朗伯体的反射辐亮度，以及所述测量环境的大气透过率，得到所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；
根据所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到所述目标光学遥感器的响应度系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取所述光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，包括：
在所述目标光学遥感器的过顶时刻，通过所述白板将太阳辐射光辐射至所述光谱辐射计，获取所述光谱辐射计测量得到的第一响应值和第一暗电流计数值；
根据预先确定的所述光谱辐射计的响应度、所述第一响应值和第一暗电流计数值，得到所述白板的反射辐亮度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述得到所述白板的反射辐亮度之前，还包括：
通过积分球辐射源在所述测量环境下辐射所述光谱辐射计，获取所述光谱辐射计测量得到的第二响应值以及第二暗电流计数值；
获取所述积分球辐射源的辐亮度；
根据所述积分球辐射源的辐亮度、所述第二响应值以及第二暗电流计数值，得到所述光谱辐射计的响应度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述积分球辐射源的光源为白光LED，所述积分球辐射源的涂层采用聚四氟乙烯压制或烧结形成。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度之前，还包括：
在所述目标光学遥感器的过顶时刻，获取所述测量环境的大气光学厚度；
根据所述大气光学厚度，确定所述测量环境的大气透过率。
6.一种光学遥感器响应度系数确定设备，其特征在于，所述设备用于实现如权利要求1至5任一项所述的方法，所述设备包括：设置于支撑台面的白板、光谱辐射计，以及可活动的遮光设备；其中，
所述光谱辐射计的探头设置于所述白板的辐射反射区域内，用于在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光谱辐射计获取白板的反射辐亮度；
所述遮光设备包括遮挡板与支撑所述遮挡板的支撑杆，所述遮光设备用于在所述目标光学遥感器的过顶相邻时刻，调节所述遮挡板遮挡太阳辐射光，以获取所述目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值，并在所述目标光学遥感器的过顶时刻，调节所述遮挡板不遮挡所述白板，以获取所述白板的反射辐亮度。
7.一种光学遥感器响应度系数确定装置，其特征在于，所述装置包括：
白板辐亮度确定模块，用于在目标光学遥感器的过顶时刻，通过光学遥感器响应度系数确定设备中的光谱辐射计，获取所述光学遥感器响应度系数确定设备中白板的反射辐亮度，并获取所述目标光学遥感器的天空漫射与总辐射的比值；其中，所述光谱辐射计的探头设置于所述白板的辐射反射区域内；
反射分布函数校正模块，用于利用所述天空漫射与总辐射的比值，对预先测量的所述白板在标准环境下的双向反射分布函数进行校正处理，得到所述白板在测量环境下校正后的双向反射分布函数；进一步用于获取所述白板在所述标准环境下测量得到的方向-半球反射比因子，以及所述白板在所述标准环境下的双向反射分布函数；以所述天空漫射与总辐射的比值为权重，对所述方向-半球反射比因子，以及所述白板在所述标准环境下的双向反射分布函数与圆周率的乘积进行加权处理，得到所述校正后的双向反射分布函数；
朗伯体辐亮度确定模块，用于根据所述校正后的双向反射分布函数，以及所述白板的反射辐亮度，得到朗伯体的反射辐亮度；
遥感器辐亮度确定模块，用于基于所述朗伯体的反射辐亮度，以及所述测量环境的大气透过率，得到所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度；
响应度系数确定模块，用于根据所述目标光学遥感器的入瞳处朗伯体反射辐亮度，得到所述目标光学遥感器的响应度系数。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，白板辐亮度确定模块，进一步用于在所述目标光学遥感器的过顶时刻，通过所述白板将太阳辐射光辐射至所述光谱辐射计，获取所述光谱辐射计测量得到的第一响应值和第一暗电流计数值；根据预先确定的所述光谱辐射计的响应度、所述第一响应值和第一暗电流计数值，得到所述白板的反射辐亮度。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
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