遙感干涉高光譜成像儀定標技術

第 1章 概述 1
1.1 高光譜遙感 1
1.1.1 高光譜遙感的基本概念 1
1.1.2 高光譜遙感的特點 3
1.1.3 高光譜遙感的發(fā)展 7
1.1.4 高光譜遙感的應用 15
1.1.5 光譜成像儀的分類 17
1.1.6 干涉型光譜成像儀 23
1.1.7 不同類型光譜成像儀的性能比較 35
1.2 國外遙感高光譜成像儀及采用的定標技術 36
1.2.1 MODIS 36
1.2.2 Hyperion 38
1.2.3 FTHSI 39
1.3 國內遙感高光譜成像儀及采用的定標技術 42
1.3.1 環(huán)境衛(wèi)星HJ-1A高光譜成像儀HSI 42
1.3.2 CE-1 52
1.3.3 時空調制干涉光譜成像儀 55
1.3.4 風云氣象衛(wèi)星 57
1.3.5 FY-4 60
1.3.6 高分-5號（GF-5） 62
1.4 輻射定標的定義和定標的意義 66
1.5 遙感干涉光譜成像儀定標的方法和特點 68
1.5.1 光譜定標 68
1.5.2 光譜輻射度的相對定標 69
1.5.3 光譜輻射度的絕對定標 70
1.5.4 衛(wèi)星發(fā)射前的實驗室定標 70
1.5.5 衛(wèi)星發(fā)射前的外場定標 70
1.5.6 衛(wèi)星發(fā)射后的星上定標 70
1.5.7 衛(wèi)星發(fā)射后的場地定標 71
1.5.8 衛(wèi)星發(fā)射后的交叉定標及其他定標方法 71
1.6 參考文獻 71
第 2章 輻射度測量、輻射傳輸、輻射定標的基礎理論 78
2.1 輻射基本物理量和定律、輻射源 78
2.1.1 光及有關電磁輻射的物理量 79
2.1.2 電磁波頻譜 81
2.1.3 遙感空間的有關角度 83
2.1.4 黑體和電磁輻射定律 84
2.1.5 太陽輻射 86
2.1.6 人工光源 87
2.1.7 地球的反射和發(fā)射輻射 87
2.2 輻射傳輸 88
2.2.1 光輻射能在傳輸路徑上的反射、透射和吸收 88
2.2.2 物體表面的反射 88
2.2.3 輻射度學的兩個基本定律 90
2.2.4 光輻射能在空間的傳輸 92
2.2.5 大氣光學特性 95
2.2.6 大氣輻射傳輸 99
2.2.7 大氣輻射傳輸模型 103
2.3 光譜輻射量標準與輻射標準傳遞 107
2.3.1 量值傳遞 107
2.3.2 輻射標準 107
2.3.3 標準輻射源 108
2.3.4 標準探測器 115
2.3.5 光輻射計量的發(fā)展 134
2.4 輻射傳輸?shù)墓ぷ饔嬃科骶吆陀嬃績x器 137
2.4.1 積分球 137
2.4.2 漫射白板 144
2.4.3 照度計 144
2.4.4 太陽輻射計 145
2.4.5 單色儀 149
2.4.6 光譜輻射度計 152
2.4.7 波長計 154
2.4.8 光纖光譜儀 158
2.5 定標結果的評價——測量不確定度 158
2.6 測量誤差 159
2.6.1 誤差及其產生原因 159
2.6.2 誤差的分類與處理 159
2.7 測量不確定度的定義和相關術語 167
2.8 測量不確定度的評定和應用 171
2.8.1 標準不確定度的評定方法 171
2.8.2 測量不確定度的計算 174
2.8.3 測量不確定度報告 177
2.8.4 測量不確定度的應用 178
2.9 參考文獻 178
第3章 遙感干涉高光譜成像儀發(fā)射前的定標 181
3.1 發(fā)射前定標的意義和要求 181
3.1.1 遙感干涉高光譜成像儀發(fā)射前定標的意義和作用 181
3.1.2 遙感干涉高光譜成像儀發(fā)射前定標的分類和要求 182
3.1.3 定標數(shù)據(jù)的相關符號 182
3.2 實驗室定標 183
3.2.1 實驗室定標設備 183
3.2.2 暗電流測試和數(shù)據(jù)處理 183
3.3 實驗室定標——相對定標 185
3.3.1 相對定標的定義、作用、影響因素 185
3.3.2 干涉型光譜成像儀相對定標的特點及方法 186
3.4 實驗室定標——五棱鏡相對定標法 187
3.4.1 五棱鏡光譜成像儀相對定標的幾種方法 188
3.4.2 相對定標程序 191
3.4.3 相對定標數(shù)據(jù)處理 192
3.4.4 相對定標精度分析 194
3.4.5 五棱鏡相對定標法的特點 195
3.5 實驗室定標——二步相對定標法 196
3.5.1 探測器像元間響應不均勻性修正系數(shù)C1 196
3.5.2 測試光譜成像儀全系統(tǒng)響應不均勻性系數(shù)C2 201
3.6 實驗室定標——光譜定標 207
3.6.1 光譜定標的原理 207
3.6.2 光譜定標的實驗測試設備 209
3.6.3 光譜定標的方法和實驗測試設備 211
3.6.4 光譜定標程序 217
3.6.5 光譜定標數(shù)據(jù)處理 218
3.6.6 光譜定標精度分析 221
3.7 實驗室定標——光譜輻射度的絕對定標 222
3.7.1 光譜輻射度絕對定標的原理 222
3.7.2 光譜輻射度的絕對定標的設備和方法 227
3.7.3 光譜輻射度的絕對定標的程序 230
3.7.4 光譜輻射度絕對定標的精度分析 232
3.8 光譜輻射度定標的數(shù)據(jù)處理 233
3.8.1 干涉數(shù)據(jù)光譜復原的數(shù)據(jù)處理 233
3.8.2 光譜復原數(shù)據(jù)處理的新方法和新發(fā)展 244
3.8.3 干涉型光譜成像儀輻射定標后的光譜特性評價 258
3.9 發(fā)射前的外場定標 259
3.9.1 發(fā)射前的外場定標的目的和意義 259
3.9.2 發(fā)射前外場定標的原理和方法 260
3.9.3 實驗準備與要求 262
3.9.4 外場定標的環(huán)境條件、試驗布局、主要試驗設備和試驗流程 263
3.9.5 外場定標的結果 264
3.9.6 外場定標的精度分析 266
3.10 參考文獻 267
第4章 遙感干涉光譜成像儀在軌星上定標 270
4.1 遙感干涉光譜成像儀星上定標系統(tǒng)的作用和意義 270
4.2 遙感干涉光譜成像儀星上定標系統(tǒng)的要求和設計難點 270
4.2.1 定標功能的要求 271
4.2.2 建立定標測量傳遞標準的要求 271
4.2.3 對星上定標系統(tǒng)結構的要求 271
4.3 遙感干涉光譜成像儀星上定標輻射光源 272
4.3.1 星上定標系統(tǒng)內置光源 272
4.3.2 星上定標系統(tǒng)外置光源 276
4.4 星上定標光學器件及標準傳遞器具 284
4.4.1 漫射板 284
4.4.2 積分球 285
4.4.3 光譜玻璃和光譜反射板 286
4.4.4 光輻射探測器 288
4.4.5 太陽輻射衰減器 289
4.4.6 光導纖維和自聚焦透鏡 290
4.4.7 星上定標器的單色儀 291
4.4.8 標準探測器 291
4.4.9 低溫輻射計 292
4.5 遙感干涉光譜成像儀星上定標系統(tǒng)的定標方法 292
4.5.1 星上輻射度的相對定標 292
4.5.2 星上光譜定標 292
4.5.3 星上輻射度的絕對定標 295
4.5.4 星上定標光源引入主系統(tǒng)的結構形式 296
4.6 國內遙感干涉光譜成像儀的星上定標 299
4.6.1 環(huán)境衛(wèi)星高光譜成像儀星上定標系統(tǒng) 299
4.6.2 某型號衛(wèi)星高光譜成像儀星上光譜定標系統(tǒng) 303
4.6.3 積分球星上定標系統(tǒng) 304
4.6.4 FY-3 305
4.7 國外遙感干涉光譜成像儀的星上定標 306
4.7.1 MODIS 307
4.7.2 TRUTHS 317
4.7.3 MERIS 318
4.7.4 Hyperion 320
4.7.5 MISR 323
4.8 光譜成像儀星上定標技術發(fā)展趨勢 324
4.9 參考文獻 325
第5章 遙感干涉高光譜成像儀輻射校正場定標 329
5.1 遙感干涉高光譜成像儀輻射校正場定標的目的和要求 329
5.2 輻射場定標研究的國內外發(fā)展現(xiàn)狀 330
5.3 輻射定標試驗場的要求和選擇原則 331
5.3.1 輻射定標試驗場地表特性 331
5.3.2 場地大氣特性 332
5.4 國內外輻射定標試驗場 333
5.4.1 國內試驗場 333
5.4.2 國外輻射場 362
5.5 輻射校正場定標測試的基本設備 367
5.6 輻射場測試內容和數(shù)據(jù)處理 368
5.6.1 試驗場地表光學特性測量 368
5.6.2 場區(qū)大氣光學特性測量 372
5.6.3 場區(qū)氣象參數(shù)測量 374
5.7 輻射校正場定標的基本方法和原理 374
5.7.1 反射率基法 375
5.7.2 輻照度基法 377
5.7.3 輻亮度基法 379
5.7.4 3種定標方法的比較 380
5.8 我國環(huán)境衛(wèi)星高光譜成像儀的輻射場定標 382
5.8.1 高光譜成像儀的輻射場定標方法 383
5.8.2 高光譜成像儀的輻射場定標試驗 384
5.8.3 高光譜成像儀的輻射場定標精度分析 388
5.9 環(huán)境衛(wèi)星高光譜成像儀定標系數(shù)真實性檢驗 390
5.9.1 衛(wèi)星遙感器定標結果真實性檢驗的意義和基本方法 390
5.9.2 環(huán)境衛(wèi)星HSI基于地面實測數(shù)據(jù)的表觀輻亮度產品真實性檢驗 391
5.9.3 環(huán)境衛(wèi)星HSI基于參考衛(wèi)星數(shù)據(jù)的表觀輻亮度產品真實性檢驗 399
5.10 高光譜成像儀光譜復原圖像條帶噪聲處理 403
5.10.1 圖像條帶噪聲的特征 405
5.10.2 條帶噪聲的產生機理 405
5.10.3 圖像條帶噪聲去除處理方法 406
5.10.4 去噪聲圖像質量評價方法 412
5.10.5 HJ-1A高光譜成像儀圖像數(shù)據(jù)條帶噪聲處理實驗 417
5.11 光譜成像儀在飛行中的光譜定標 421
5.11.1 利用大氣吸收譜線進行飛行中光譜定標的原理、方法 421
5.11.2 在大氣吸收波段采用光譜匹配技術的特點 428
5.11.3 技術應用 429
5.12 光譜成像儀在飛行中的相對定標 433
5.12.1 基于統(tǒng)計方法的在軌相對輻射定標 434
5.12.2 基于相位匹配的飛行中相對輻射定標 437
5.13 場地自動化定標 441
5.13.1 場地自動化定標發(fā)展歷史 441
5.13.2 場地自動化定標的方法及設備 447
5.13.3 場地自動化定標的應用 452
5.14 參考文獻 457
第6章 遙感干涉高光譜成像儀的交叉定標 463
6.1 遙感器交叉定標的目的和要求 463
6.2 遙感器交叉定標的主要方法 464
6.2.1 遙感器交叉定標的主要過程 464
6.2.2 目標遙感器定標系數(shù)的計算 465
6.2.3 遙感器交叉定標的技術流程 466
6.2.4 其他交叉定標方法 467
6.3 遙感器交叉定標的定標精度分析 468
6.4 遙感器交叉定標的發(fā)展及現(xiàn)狀 470
6.5 利用利比亞4準不變定標場對ETM+和MODIS進行交叉定標 473
6.5.1 交叉定標和SBAF 473
6.5.2 交叉定標的背景 474
6.5.3 沒有SBAF補償?shù)慕徊娑? 475
6.5.4 使用EO-1的Hyperion數(shù)據(jù)產生SBAF的應用 476
6.5.5 采用Envisat的SCIAMACHY數(shù)據(jù)產生SBAF的應用 480
6.5.6 從SBAF研究中得出的結論 485
6.6 使用Railroad Valley Playa對多個遙感器進行交叉比較 486
6.6.1 本研究的主要目標——EO-1衛(wèi)星載荷輻射性能的評價 486
6.6.2 交叉定標方法 487
6.6.3 結果 488
6.6.4 不確定度分析 492
6.6.5 結論 493
6.7 我國環(huán)境衛(wèi)星高光譜成像儀的交叉定標 493
6.7.1 定標方法 494
6.7.2 高光譜成像儀的交叉定標試驗 495
6.7.3 定標結果分析 497
6.8 參考文獻 499
第7章 遙感干涉高光譜成像儀的其他定標方法 502
7.1 沙漠場景法 502
7.1.1 沙漠場景法定標基本原理 503
7.1.2 國外沙漠場地 504
7.1.3 國內沙漠場地 506
7.1.4 環(huán)境衛(wèi)星CCD相機基于沙漠場景的輻射定標 508
7.2 極地場景法 515
7.2.1 極地場景法場地 516
7.2.2 極地場景法定標的圖像處理 516
7.2.3 極地場景法定標 518
7.3 海洋場景法 522
7.3.1 瑞利散射法的基本原理 523
7.3.2 海洋場景法定標實例 524
7.4 云場景法 526
7.4.1 云場景法定標的特點 526
7.4.2 DCCT對NOAA-16、NOAA-17進行增益漂移定標 527
7.4.3 云場景法對FY-3A的MERSI的定標 528
7.4.4 云場景定標方法的應用 532
7.5 月亮輻射定標法 536
7.5.1 月亮作為穩(wěn)定目標用于定標 536
7.5.2 月亮作為定標源 536
7.5.3 對傳感器進行定標穩(wěn)定性監(jiān)測 537
7.5.4 儀器相互比較定標 538
7.6 不同定標方法比較 541
7.7 全球定標場網(wǎng)輻射定標 542
7.7.1 全球定標場網(wǎng) 542
7.7.2 場地特性評價 545
7.7.3 全球定標場網(wǎng)在軌輻射定標基本方法 547
7.7.4 全球定標場網(wǎng)在軌輻射定標應用 558
7.8 參考文獻 563
第8章 遙感干涉高光譜成像儀定標技術的發(fā)展趨勢和討論 566
8.1 遙感光譜成像儀的全過程輻射定標 566
8.2 遙感干涉高光譜成像儀定標技術的發(fā)展趨勢 567
8.2.1 遙感干涉高光譜成像儀的發(fā)展對輻射定標技術的新要求 567
8.2.2 更高的定標精度 568
8.2.3 輻射測量新技術的應用 568
8.2.4 相關科學新技術的應用 568
8.2.5 場地定標、交叉定標機會增多 568
8.3 討論 568
8.4 參考文獻 569