专利名称：一种卫星遥感影像大气校正方法及其模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星遥感数据处理，特别是指ー种大气校正方法。
背景技术：
遥感影像大气校正是进行遥感定量反演的前提和关键，大气校正的精度与速度直接影响到遥感实际应用。太阳辐射从穿过大气层到达地表然后被反射再次穿过大气层到达遥感传感器的过程中，受到大气分子、气溶胶和云粒子等大气成分吸收与散射的影响，使其获取的遥感信息中带有一定的非目标地物的成像信息，因此需要进行大气校正去除遥感影像中的大气影响。大气校正的目的在于从遥感传感器观测到的辐射信号中去除大气、光照等因素对地物反射的影响，得到地物真实反射率。 目前大气校正方法主要分为两种绝对大气校正、相对大气校正。绝对大气校正方法有:福射传输模型法，包括 FLAASH (Fast Line of SightAtmospheric Analysis ofSpectral Hypercube)模型、MORTRAN (ModerateResolution Transmission)模型、LOWTRAN(Low Resolution Transmission)模型、ATC0R(Atmospheric and Topographic Correctionfor Airborne ScannerData)丰旲型、6S (Second Simulation of a Satellite Signal inthe Solar Spectrum)模型等；统计学模型法(平场域、对数残差、内部平均、经验线性等)；黑暗像元法等。相对大气校正方法有不变目标法，直方图匹配法，參考值大气校正法，大气抗阻植被指数法等。辐射传输模型法由于普适性好、精度较高，得到了广泛应用。其中，6S辐射传输模型考虑了气体吸收、分子和气溶胶散射，预先设置了 50多种波段模型，可以很好地模拟太阳光在太阳-地面目标-传感器的传输过程中所受到的大气影响。然而，对于幅宽较小的遥感影像，大气影响因素相对均一，随着影像幅宽的増大、分辨率的提高，各个像元的差异比较大，此时需要考虑各个像元大气状况、观测角度等条件的差异，创建大气校正參数查找表，逐像元进行大气校正成为研究的热点。随着面向遥感应用需求的拓展、深化，以及自主数据接受系统的建立，遥感信息应用所日常接收和处理的遥感影像数据量剧増，单机设备处理海量数据速度慢，难以满足业务化应用的需求。如何在保证大气校正精度的条件下，快速实现遥感影像的逐像元大气校正成为迫切需要解决的问题。高性能集群技术的发展为遥感影像快速大气校正提供了有效的手段。集群计算机系统由ー些相互独立的计算机(节点)高度紧密地协作完成计算工作，其处理能力、存储能力、管理能力、读写能力、可靠性都得到了大幅的提升，可有效缓解单机处理速度难以满足海量遥感影像数据处理时效要求的矛盾，实现海量遥感数据的高效处理。因此，创建大气校正參数查找表，利用高性能计算技术和海量存储管理技术，快速实现遥感影像的逐像元精确大气校正，是当前遥感影像大气校正发展的ー种重要趋势
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出ー种针对卫星遥感影像大气校正方法以及运用该方法完成大气校正的模块。通过本发明所提供的大气校正方法，能够快速实现卫星遥感影像的逐像元精确大气校正，克服传统大气校正精度相对低、速度慢等问题。基于上述目的本发明提供的卫星遥感影像大气校正方法，至少包括以下步骤根据不同的气象条件參数，利用6S辐射传输模型，创建由大气校正參数组成的大气校正參数查找表；根据各个波段的増益与偏移值将影像的像素值转为亮度值；根据太阳天顶角、大气外部的太阳辐照度、地球太阳距离系数将亮度值转为大气顶层表观反射率；根据像元所处的波段、太阳天顶角、卫星天顶角、相对方位角，查找大气校正參数查找表表中对应的大气校正參数，利用气溶胶光学厚度对该数据进行插值计算得到像元处 的大气校正參数，根据此大气校正參数将大气层顶表观反射率转为地表反射率。优选地,所述大气校正參数查找表的建立包括如下步骤，根据研究区域的地理气象条件以及影像的获取时间，确定大气环境參数；利用6S辐射传输模型，创建不同大气校正输入參数等条件下的大气校正參数查找表；所述大气校正參数查找表的输出參数包括内部大气反射率、总透过率、球面反照率。可选的，所述大气环境參数包括大气模式、气溶胶模式、气压、水汽含量、臭氧含量、目标海拔高度；所述大气校正输入參数包括气溶胶光学厚度、太阳天顶角、卫星天顶角、太阳与卫星相对方位角。所述影像亮度值的计算使用如下公式
jrk
4a,= —— +爲
^CS)其中为亮度(単位=WnT2Sf1unT1), Xk为输入影像的像素值，a k为每个波段的増益，Pk为每个波段的偏移；所述大气层顶表观反射率的计算使用如下公式
Pk =_....................................................................................................................( fi )
f；lcos(0JJfd9其中，/^^为大气层顶表观反射率，93为太阳天顶角，拉为离地球も量测的大气
外部的太阳辐照度，d/d0为地球太阳距离系数；所述地表反射率的计算依据如下公式
muf^H \
P、. =———I I }
I + SA
权利要求
1.ー种卫星遥感影像大气校正方法，其特征在于，至少包括以下步骤 根据不同的气象条件參数，利用6S辐射传输模型，创建由大气校正參数组成的大气校正參数查找表； 根据各个波段的増益与偏移值将影像的像素值转为亮度值； 根据太阳天顶角、大气外部的太阳辐照度、地球太阳距离系数将所述亮度值转为大气层顶表观反射率； 根据像元所处的波段、太阳天顶角、卫星天顶角、相对方位角，查找大气校正參数查找表中对应的大气校正參数，利用气溶胶光学厚度对查找到的大气校正參数进行插值计算得到像元处的大气校正參数，根据该像元处的大气校正參数将大气顶层表观反射率转为地表反射率。
2.根据权利要求I所述的卫星遥感影像大气校正方法，其特征在于，所述大气校正參数查找表的建立包括如下步骤， 根据研究区域的地理气象条件以及影像的获取时间，确定大气环境參数；利用6S辐射传输模型，创建不同大气校正输入參数条件下的大气校正參数查找表；所述大气校正參数查找表输出的大气校正參数包括内部大气反射率、总透过率、球面反照率。
3.根据权利要求2所述的卫星遥感影像大气校正方法，其特征在于，所述大气环境參数包括大气模式、气溶胶模式、气压、水汽含量、臭氧含量、目标海拔高度；所述大气校正输入參数包括气溶胶光学厚度、太阳天顶角、卫星天顶角、太阳与卫星相对方位角。
4.根据权利要求I所述的卫星遥感影像大气校正方法，其特征在于，所述影像的亮度值的计算使用如下公式
5.根据权利要求I所述的卫星遥感影像大气校正方法，其特征在于，所述卫星遥感影像大气校正方法采用数据块驱动与功能链驱动的并行大气校正模型，且基于消息传递编程模型的主从并行程序设计模式来执行大气校正。
6.根据权利要求5所述的卫星遥感影像大气校正方法，其特征在于，所述卫星遥感影像大气校正方法采用主从并行计算的模式，包括 主进程分配数据及參数，所述主进程根据总进程数和影像大小，计算得到每个从进程分配到的影像块在整幅影像中的位置，将所述影像块及主进程所分配的參数传递给所述从进程; 所述从进程读取大气校正參数，并进行參数配置，所读取的大气參数为増益偏移值、辐照度、大气校正參数查找表； 所述从进程根据主进程传递过来的所述影像块在整幅影像中的位置信息，读取相应数据块，进行大气校正； 主进程不断接收从进程发送的结果影像块，并将其写入输出文件。
7.—种卫星遥感影像大气校正模块，其特征在于，包括如下子模块 查找模块、计算模块、输入模块和输出模块； 所述查找模块根据不同的气象条件參数，利用6S辐射传输模型，创建由大气校正參数组成的大气校正參数查找表； 所述输入模块用于输入大气校正所需參数； 所述计算模块根据各个波段的増益与偏移值将影像的像素值转为亮度值；根据太阳天顶角、大气外部的太阳辐照度、地球太阳距离系数将亮度值转为大气顶层表观反射率；根据像元所处的波段、太阳天顶角、卫星天顶角、相对方位角，查找大气校正參数查找表表中对应的大气校正參数，利用气溶胶光学厚度对该数据进行插值计算得到像元处的大气校正參数，根据此大气校正參数将大气顶层表观反射率转为地表反射率； 所述输出模块输出大气校正結果。
8.根据权利要求7所述的卫星遥感影像大气校正模块，其特征在干，所述计算模块计算影像亮度值时使用如下公式
全文摘要
本发明公开了一种卫星遥感影像大气校正方法及其模块，利用6S(Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum)辐射传输模型建立大气校正参数查找表LUT(Look Up Table)，利用消息传递编程模型MPI(Message Passing Interface)的主从并行程序设计模式，设计数据块驱动与功能链驱动的并行大气校正模型，实现基于6S辐射传输查找表的并行大气校正，有效解决卫星遥感影像大气校正的时间和精度问题。本发明能够适用于各种卫星遥感影像的业务化大气校正。
文档编号G01S7/497GK102778675SQ201210135140
公开日2012年11月14日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者余凡, 刘佳, 李海涛, 顾海燕 申请人:中国测绘科学研究院