環境一號衛星遙感數據處理（簡體書）

《環境一號衛星遙感數據處理》主要介紹了我國環境一號衛星及其特點，對環境一號衛星數據處理中的關鍵問題進行了研究、總結，並針對這些問題介紹了環境一號衛星遙感數據的預處理技術，主要包括高精度輻射校正與輻射定標技術、多尺度遙感數據自動配准技術、環境一號衛星CCD相機雲檢測與大氣訂正技術、面向環境遙感監測的環境一號衛星數據融合技術，並介紹了環境一號衛星遙感數據處理系統。本書可供從事遙感技術和應用研究的科學工作者閱讀，也可供高等院校遙感、地球信息科學等專業的師生參考使用。

《環境一號衛星遙感數據處理》圍繞環境一號衛星各遙感器并結合其它多源衛星遙感數據，研究解決面向環境監測的遙感數據高精度輻射校正、自動配準、大氣訂正及數據融合等數據處理關鍵技術，研發環境一號衛星遙感數據處理應用軟件，為環境一號等衛星在環境檢測中的應用提供技術支持。

前言第1章 緒論1．1 環境衛星介紹1．2 環境衛星數據特點1．3 環境衛星數據處理中的關鍵問題第2章 多源環境遙感數據的高精度輻射校正和交叉輻射定標2．1 高精度可見光近紅外場地輻射定標與交叉輻射定標2．1．1 光學輻射定標開展相關方法研究及實驗2．1．2 CCD相機高精度輻射定標研究2．2 高光譜成像儀輻射定標研究2．2．1 高光譜成像儀定標方法2．2．2 高光譜成像儀定標結果2．2．3 傳感器探元響應不均一性校正2．3 紅外相機輻射定標研究2．3．1 紅外相機定標方法2．3．2 紅外相機時間序列定標與驗證2．4 高精度SAR場地輻射定標與交叉輻射定標2．4．1 S波段SAR輻射定標數理模型2．4．2 S波段SAR天線方向圖校正2．4．3 S波段SAR輻射定標技術 2．4．4 S波段SAR輻射定標誤差及不確定性因素分析2．4．5 基於替代數據源的S波段SAR輻射定標軟件系統2．5 傳感器MTF校正2．5．1 曹妃甸在軌MTF測量實驗2．5．2 HJ-1衛星CCD相機在軌MTF測量方法2．5．3 HJ-1衛星CCD相機在軌MTF測量結果 2．5．4 HJ-1B衛星CCD相機MTF補償算法 2．5．5 MTFC結果2．5．6 MTFC算法評價2．6 光學傳感器多源數據歸一化2．6．1 光譜歸一化處理方法 2．6．2 BRDF角度歸一化處理方法2．7 本章小結參考文獻第3章 多尺度環境遙感數據自動配准3．1 主流配准算法的比較3．1．1 基於灰度區域的圖像配准方法3．1．2 基於特徵的圖像配准方法3．1．3 基於物理模型的圖像配准3．1．4 結論 3．2 同一傳感器不同波段之間的配准3．2．1 配准特點3．2．2 配准方法3．2．3 實驗結果3．3 環境一號星座不同衛星平臺傳感器的自動配准模型3．3．1 HJ-1A/B/C星傳感器特點 3．3．2 配准模型3．3．3 模型特點3．4 同類傳感器間的圖像配准3．4．1 配准特點3．4．2 配准方法3．4．3 實驗結果3．5 異類傳感器間的圖像配准3．5．1 配准特點3．5．2 配准方法3．5．3 實驗結果 3．6 基於自動影像配准的遙感圖像定位和幾何精校正技術3．7 面向數據配准的遙感數據空間分辨率轉換方法3．7．1 從低空間分辨率到高空間分辨率的尺度變換算法3．7．2 從高空間分辨率到低空間分辨率的尺度變換算法3．7．3 實驗結果3．8 本章小結參考文獻第4章 環境一號衛星CCD相機雲檢測與大氣訂正4．1 雲檢測方法4．1．1 雲特性分析 4．1．2 CCD相機雲檢測 4．2 CCD相機水環境遙感高精度大氣校正方法4．2．1 國內外研究現狀及存在問題 4．2．2 水體大氣校正方程及處理流程 4．2．3 查找表構建 4．2．4 算法結果與驗證4．3 CCD相機城市環境遙感高精度大氣校正方法4．3．1 國內外研究現狀及存在問題 4．3．2 基於“譜像合一”的環境一號衛星城市氣下墊面氣溶膠反演研究．4．3．3 基於輻射傳輸模型的大氣校正方法4．4 本章小結參考文獻第5章 面向環境遙感監測的環境一號衛星數據融合5．1 圖像融合研究進展5．1．1 融合的概念 5．1．2 圖像融合常用方法5．1．3 融合效果評價 5．2 面向環境遙感監測的環境一號衛星圖像融合技術5．2．1 基於環境一號衛星B星的CCD與紅外數據融合5．2．2 基於環境一號衛星A星的超光譜成像儀與CCD數據融合 5．3 基於環境一號衛星CCD與SAR數據融合5．4 基於環境一號衛星多時相CCD數據融合5．5 本章小結參考文獻……第6章 環境一號生星遙感數據處理系統彩圖

2）MODTRAN模型
MODTRAN（Moderate Resolution Transmission）模型主要是對LOWTRAN 7模型的光譜分辨率進行了改進，它把光譜分辨率從20 cm-1減少到2 cm-1，發展了一種2 cm-1光譜分辨率的分子吸收的算法和更新了對分子吸收的氣壓溫度關系的處理，同時維持LOWTRAN 7的基本程序和使用結構。重新處理的分子有H2O、CO2、O3、N2O、CO、CH4和O2、NO、SO2、NO2等。新的帶模式參數仍是從HITRAN譜線參數匯編計算的范圍覆蓋了0～17900 cm-1。而可見光和紫外線這些較短的波長上，仍使用LOWTRAN 7的20 cm-1的分辨率。在MODTRAN中，分子透過率的帶模式參數在1 cm-1的光譜間隔上計算。在這樣間隔上的分子透過率計算包括三部分：
（1）在此間隔上積分“平均譜線”的voigt線形。
（2）當該間隔包含了同種分子的多于一條譜線時，假定這些線是隨機分布的。
（3）將相鄰間隔中譜線的貢獻看作分子連續吸收來處理。
LOWTRAN中其他光譜結構變化大于1 cm-1的成分，則仍用LOWTRAN的5 cm-1分辨率計算并內插到1 cm-1求得總透過率。這些1 cm-1的間隔互不重疊，并可用一個三角狹縫函數將其光譜分辨率降低到所需的分辨率。由于這些間隔是矩形的且互不重疊，MODTRAN的光譜分辨率為2 cm-1。
在程序處理上。MODTRAN的構造保持了對LOWTRAN的改動最小，MODTRAN作為附加的中分辨率光譜計算能力的選擇項而不干擾原LOWTRAN的執行。氣溶膠模式、多次散射計算、用戶定義的大氣模式等都不改變。MODTRAN使用的分子帶模式參數數據作為外部數據文件讀入。
對于使用者來說，MODTRAN的輸入卡僅對LOWTRAN輸入卡作了三處改動：在卡片一的最前面加了一個邏輯變量，用于選擇是否使用MODTRAN，將卡片四的輸入改為整形；并加了一個輸入參數IFWHM定義三角狹縫函數的寬度。
MODTRAN和LOWTRAN在計算分子透過率上的區別有幾點：LOWTRAN使用單參數帶模式及分子密度的標度函數。MODTRAN使用3個與溫度有關的參數：吸收系數、線密度和平均線寬。對于每種分子，其光譜區分為1 cm-1的間隔。將線中心在間隔內和間隔外的鄰近譜線分別建模。間隔內的譜線采用Voigt線型積分得到。采用Curtis-Godson近似將多層的分層路徑近似為等價的均勻路徑。
LOWTRAN使用單參數帶模式，并且其標度函數與光譜波長無關。而MODTRAN采用了Voigt線形和線參數對溫度和壓力的顯式表達，比LOWTRAN更好地適用于完全處于30 km高度以上的路徑。對于60km以上的路徑，許多分子處于非局地熱力平衡狀態（NLTE）。對于這類問題，MODTRAN不再適用。
3）6S模型
6S（Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum）模型是在法國大氣光學實驗室D.Tanre，J.L Deuze，M.Herman和美國馬里蘭大學地理系E.Vermote在6S模型的基礎上發展起來的。它主要用來估計在無云的情況下，由氣象傳感器或地球遙感衛星獲取的在0.25～4μm間太陽光譜的輻射其主要特點（Du，2002）。
（1）通過使用了最新近似（the state of the art approximation）和逐次散射SOS（successive order of scattering method）方法來計算散射和吸收求解輻射傳輸方程，能較好地解決瑞利散射和氣溶膠的影響。它將大氣分成12層，離散角分為12個，分別計算不同層和離散角的輻射傳輸值，減少計算量，減少整層處理的難度，減少了計算的誤差。
（2）6S在假定水汽在氣溶膠層之上或之下的情況下，近似解決了水汽與氣溶膠之間的散射和吸收匹配的問題。
（3）計算波段范圍是太陽光譜波段0.25～4μm。
（4）對下墊面的類型有多種選擇，包括朗伯體、非朗伯體以及非均一地表反射可供選擇，引入了BRDF （Bidirectional Reflectance Distribution Funetions）模型來考慮均一地表條件下的二向反射問題。另外，用戶還可以根據實際地表反射率特征進行白定義，同時考慮了地面高程的影響。
（5）模式中氣溶膠模式也很靈活，不但提供了幾種標準氣溶膠模式，還可以根據光度計實測數據或者氣溶膠粒子譜分布來自定義。
（6）除了給出了常用遙感器的波段響應函數，還可以根據用戶需要自行定義波段以及響應函數，擴大了適用傳感器的范圍。
（7）大氣模式有標準和用戶自定義可供選擇，模型對主要大氣效應：H2O、O3、O2、CO2、CH4、N2O等氣體的吸收，大氣分子和氣溶膠的散射都進行了考慮。
（8）有兩種計算方式：正算和反算，正算就是根據地表反射率情況和大氣的環境參數，計算出傳感器應該接收到的輻射亮度值。反算是用戶給定傳感器的輻射亮度與大氣環境參數，計算出大氣的光學參數，進一步利用大氣參數和傳感器接收值反算出地表反射率，即大氣訂正過程。
（9）與LOWTRAN模型、MORTRAN模型比較，6S模型具有較高的精度，且計算速度較快。因此本研究在建立大氣校正輻射傳輸查找表時，選用6S輻射傳輸模型。
（10）模型輸入：具體包括以下4方面：
衛星幾何參數 6S模型中提供了7種類型的衛星對應的幾何條件輸入格式，這些衛星包括Meteosat、NOAA、SPOT、Landsat等。此外，6S模型還提供了一種自定義幾何條件的輸入方式，用戶可以利用太陽天項角、方位角，衛星天頂角、方位角以及成像日期等自定義幾何條件。
大氣模式 6S中包括來自LOWTRAN模式中的6個標準大氣模型，分別是對流層模型、中緯度夏季模型、冬季模型、亞極地夏、冬季模型和標準US62模型。此外，還有兩套用戶自定義大氣模型，一種是在0～100 km高度范圍內，將大氣分成34層，每層假定大氣穩定而且均衡，給出每層的高度、壓強、溫度、水汽和臭氧濃度5個參數。另一種是定義標準的US62條件下設置水蒸氣和臭氧含量來確定。
氣溶膠模式 氣溶膠模式包括定義氣溶膠類型和氣溶膠濃度兩個部分。在6S中同樣定義了7種缺省的氣溶膠模式（大陸型、海洋型、城市型、沙塵型、生物氣溶膠、平流層模型），而且用戶還可以根據實際情況，使用4種基本的類型（沙塵型、水溶型、海洋型和煤煙型）來定義自己的模型。對于氣溶膠濃度的輸入有三種方式：一是輸入能見度；二是輸入550 nm處的氣溶膠光學厚度值；三是如果氣溶膠類型設置為無氣溶膠時，輸入—1。