以海洋一号C/D卫星中国水色水温扫描仪［COCTS （HY-1C/D）］的光学薄膜研制为例，介绍了海洋水色定量化遥感中应用的光学薄膜技术。在单片基片的不同通道区域依次镀制多块滤光膜以抑制杂散光的产生，充分研究了光束空间角频率分布带来的光谱及偏振影响，实现了5%带宽的定位精度，将通道滤光膜对偏振灵敏度的影响降到0.3%以下，采用双离子束溅射工艺来保证膜层的可靠性和光谱性能。此外，通过光学薄膜元件的偏振调控设计以及元件间的偏振补偿，实现了系统偏振灵敏度达到国际先进水平，0°扫描角时的平均偏振灵敏度小于1%。光学薄膜技术的应用有效提升了海洋水色的定量化遥感质量，结合大气校正，COCTS （HY-1C/D）获得的水色产品数据量化精度与美国的中分辨率成像光谱仪（MODIS）和可见光红外成像辐射仪（VIIRS）相当。

水色遥感产品的三要素为：叶绿素、悬浮物质和黄色物质。水色水温扫描仪（简称水色仪）作为海洋一号卫星的主载荷之一，设置了8个可见近红外探测通道，主要目的是获取全球的海色三要素分布产品，为全球海洋初级生产力分布研究提供数据。2007年发射的HY-1B星水色仪，作为零辐射基准的冷空位置在入轨初期即存在光污染，导致近红外探测通道深海水域信号出现截止，并且纬度越低冷空信号越大。为了研究此问题的存在机理并对B星水色仪的历史数据进行修复，在实验室对问题产生源的特性进行了验证，并对其影响机理进行了分析。通过获取C星水色仪耀光能量与太阳天顶角的关系，计算B星水色仪在不同太阳天顶角的耀光能量。根据辐射定标系数可得到耀光能量对应的信号码值和码值修复量。结果表明，该修复值与由太阳天顶角计算得到的能量成线性关系，并可用于对B星水色仪其他目标信号进行修复。该算法可用于对B星水色仪近9年的遥感数据的修复，为后续与同类海洋遥感仪器的数据比对并反演水色产品奠定了理论基础。

多光谱成像技术是遥感领域的一项重要技术。多光谱图像配准技术可以提高遥感图像的应用效率和能力。基于边缘结构在多光谱图像中较为稳定这一特性，提出了一种基于对称性边缘的多光谱图像配准方法，该方法主要包含“图像比例调整”、“对称性边缘提取”和“互信息配准”等三个步骤。基于天宫二号宽波段成像仪的遥感数据设计了一种多子图配准方案，验证了所提方法在可见光、短波红外和长波红外三个谱段之间图像配准的有效性。设置对比实验，将所提配准方法与其他多光谱图像配准方法进行比较，结果表明该方法在天宫二号宽波段遥感图像的配准中具有较高的精度。

我国正处于海洋高频观测的发展阶段，作为海洋观测的一个重要途径，静止轨道海洋成像辐射计的发展具有重要的战略意义。本文分析了静止轨道二维指向面阵成像光学系统所引入的像旋误差，提出了针对面阵误差的图像消旋算法，并且给出了消旋算法有效性的验证方法。经验证，本文提出的消旋算法，消除了39%像面旋转的影响，可以大大提高二维指向成像的地理定位精度，提升遥感仪器的准确度，因此本工作为二维指向面阵成像系统后续图像处理奠定了基础。

精确的光谱定标是定量化反演地物信息的前提与基础。 光栅色散型可见近红外成像光谱仪(VNS)主要用于海洋水色遥感和海岸带监测, 采用推扫式成像方式, 工作波段范围覆盖400～1 040 nm, 空间维视场像元总数为1 024, 共设置256个光谱通道, 光谱采样步长为2.5 nm。 针对仪器入轨后可能发生的光谱通道中心波长漂移或通道宽度展宽问题, 基于光谱特征曲线匹配思想, 提出了利用太阳大气廓线和星上定标器镨钕特征光谱进行在轨光谱定标的新方法。 开展了在轨光谱真实性检验与定标的地面模拟实验, 采用最小差值与相关系数联合算法对数据进行了处理。 以大气氧气吸收763 nm波段为例, 介绍了在轨光谱定标的步骤。 给出了太阳夫郎和费517 nm、 Pr-Nd玻璃685 nm和氧气吸收763 nm三个典型波段对应VNS的光谱通道的定标结果: 三个通道穿轨视场Smile效应幅度相近, 约为0.6 nm; 中心波长漂移方向和大小各异, 分别为0.707, -0.369和0.293 nm; 对穿轨方向各像元的测量值进了二次曲线拟合, 763 nm通道标准偏差小于另外两个通道, 三个通道的光谱定位精度较高优于0.176 nm。 为成像光谱仪开发出一种适用的在轨光谱定标算法。

采用比辐射计进行比对测量是监测光学遥感仪器星上定标光源载体漫射板反射性能在轨变化的有效手段。用于海洋水色遥感的新一代星载成像光谱仪必须设计成以太阳作光源的在轨绝对辐射定标系统，才能满足定量化产品反演的使用要求。国外星上定标器的漫反射板长期跟踪测量结果表明，漫射板的反射性能一直在发生变化，且波长越短变化越大，而海洋水色遥感要素的探测恰恰集中在靠近紫外的波长区域。针对这个问题，设计了分谱比辐射计，并对其辐射探测性能进行了理论分析与实验测量。结果表明，在整个动态测量范围内线性相关系数优于0.9991，在轨输入能量条件下的分谱信噪比在整个使用波长范围内优于100，可以满足成像光谱仪星上定标源反射特性标定的精度要求。