作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院 定量遥感信息技术重点实验室,北京 100094
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
3 芬兰地球空间研究所,芬兰 Masala FI-02430
4 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
5 赫尔辛基大学,芬兰 赫尔辛基 00014
高光谱激光雷达是同时获取光谱和空间信息的主动遥感探测方法。在激光扫描过程中,激光入射角是重要的影响因素之一。在实际应用中,目标表面粗糙度会使其入射角效应偏离朗伯模型。因此,基于Oren-Nayar模型对粗糙表面建立二向反射模型,研究了入射角效应的辐射校正方法。选取8种典型的粗糙表面作为实验对象,分析了各波段后向散射强度与入射角的关系,并量化了粗糙度对强度的影响。基于构建的模型,对该研究样本的入射角效应进行辐射校正。辐射校正后,不同入射角反射率的标准差均不大于0.06;与校正前相比,标准差平均改善率为67.86%。结果表明,所提出的方法提高了提取目标反射特性的准确性,为高光谱激光雷达更好地为开展数据分析与应用提供良好的物理基础。
高光谱激光雷达 二向反射模型 Oren-Nayar模型 后向散射强度 入射角 辐射校正 hyperspectral LiDAR bidirectional reflectance distribution function model Oren-Nayar model backscatter intensity incidence angle radiometric correction 
红外与激光工程
2023, 52(10): 20230108
江军 1,2姚志刚 1,2
作者单位
摘要
1 地理信息工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
2 北京应用气象研究所, 北京 100029
地球的夜间微光信号强度是白天反射的可见光强度的百万分之一, 星载微光CCD成像载荷像元响应特性的微小变化将显著影响成像质量。 针对CCD推扫式载荷在轨响应特性的分析表明, 异常响应导致微光图像中出现多条强弱不一的沿轨亮线, 且具有数量时变性、 位置随机性和响应非线性的特征。 针对异常响应校正中无统一参考目标以及像元响应差异的非线性问题, 提出了一种空间域松弛匹配而辐射域严格映射的修正方法。 通过计算沿轨方向像元辐射均值的相对偏差, 利用直方图分析确定亮线检测阈值并实现自动检测。 在此基础上, 针对每一条亮线采取先建立参考辐射值、 后排序映射的方法实现亮线校正。 为验证算法效果, 分别选取包含海表、 沙漠、 湖冰、 大雾和冰川等5种典型均匀场景的微光观测数据进行测试。 测试结果表明, 校正处理后图像中亮线基本消失, 整体非均匀性相对改进44%、 强亮线非均匀性相对改进60%, 典型暗背景图像的信噪比由2提升至4.2。 该方法具有逐像元实时检测与校正的特点, 适用于无星上定标装置的推扫式CCD光学遥感卫星业务化辐射校正处理。
微光 非均匀性 辐射校正 Low light CCD CCD Nonuniformity Radiometric correction 
光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1175
作者单位
摘要
1 临沂大学资源环境学院(山东省水土保持与环境保育研究所), 山东 临沂 276000
2 华东师范大学地理科学学院, 崇明生态研究院, 地理信息科学教育部重点实验室, 上海 200241
目前, 无人机获取的多光谱遥感数据已被广泛应用于农业、 林业、 环境等领域的定量监测中。 然而, 现有的将多光谱遥感数据转换为地表反射率的方法, 仍然存在一定的缺陷, 如需要依赖地面参考板、 无法适应光照条件变化、 得到的结果不准确等, 从而影响了多光谱遥感数据定量化应用的效果。 为了解决该问题, 提出了一种可以利用无人机搭载的多光谱相机, 直接对地表反射率进行测量的新方法。 该方法具有非常强的适应能力, 即使在环境光照强度变化的条件下, 仍然能够得到准确的地表反射率。 其中, 如何利用倾斜状态下的光强传感器获取准确的太阳辐照度, 是需要解决的关键问题。 对此, 提出了一种利用两个或者更多朝向不同方向的光强传感器, 实现太阳直射和散射辐照度测量的新方法。 利用此方法即可将相机记录的数字量化(DN)值直接转换为地表反射率。 为了验证本方法的实际效果, 设计了具体的实验验证方案, 对不同日期不同光照条件下获取的无人机遥感数据进行验证。 实际测试结果表明: 利用该方法, 得到黑、 灰、 白三张参考板的反射率在5个多光谱(蓝、 绿、 红、 红边和近红外)波段中最大的平均绝对误差为3.34%, 其对应的标准差为2.11%; 三张参考板在所有波段中最大的平均绝对误差为2.94%, 其对应的标准差为1.84%。 由此可见, 在光照强度变化的条件下, 利用该方法实现地表反射率的准确测量是可行性的。 该方法极大地简化了无人机遥感数据转换为地表反射率的过程。 对多光谱无人机的设计, 以及无人机遥感数据的定量化应用, 都具有重要的参考价值。
无人机遥感 多光谱相机 地表反射率 辐射校正 太阳辐照度 UAV-based remote sensing Multispectral camera Land surface reflectance Radiometric calibration Solar irradiance 
光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1581
作者单位
摘要
南京航空航天大学 航天学院, 江苏 南京 210016
主动光学成像探测是海底形貌与环境探测的重要方式,广泛应用于大洋勘探、海底探测等领域。然而,由于海水对光的衰减作用,造成光学影像照度不均、颜色失真、对比度低等质量退化问题。本文依据水下主动光学成像探测的特点,提出了一种基于相对辐射校正原理的水下图像增强方法。该方法将增强过程分为亮度补偿和色彩恢复两个阶段。在亮度补偿阶段,依据水下点光源的成像特点和辐射衰减机制,采用相对辐射校正原理对水下图像分通道进行补偿,消除因光源不均、光程不同等因素造成的亮度畸变。在色彩恢复阶段,首先对红通道图像进行自适应补偿和色彩粗平衡,在此基础上进一步利用Retinex模型对图像进行色彩恢复。利用实际的海底勘探图像进行实验验证,结果表明本文方法的增强结果亮度均匀、色彩自然,有效提升了图像质量。相较现有方法,本文方法的结果无论主观感受还是客观评价整体更优。同时,由于本文方法不需要光源、相机等特性参数,仅利用实际观测图像本身进行校正,因而具有更好的适应性。
水下图像增强 水下光学图像 相对辐射校正 水下主动成像 Retinex理论 underwater image enhancement underwater optical image relative radiation correction underwater active imaging retinex model 
中国光学
2022, 15(4): 689
作者单位
摘要
1 吉林大学地球探测科学与技术学院,吉林 长春 130012
2 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
敦煌校正场是我国最重要的辐射校正场,地面目标的方向反射特性是影响场地定标精度的重要参数。对于在什么情况下需要校正地表反射率及采用哪种双向反射分布函数(BRDF)进行校正,尚无明确的研究。由于中等分辨率成像光谱仪(MODIS)精度较高,对MODIS影像进行了分析。首先利用2020年9月敦煌场地6组不同测量时刻下的无人机多角度观测数据,分别以6种不同核函数组合方式建立36个不同的BRDF模型,针对不同观测角度下的MODIS影像,分别计算BRDF校正前和BRDF校正后的表观反射率;而后与卫星实测表观反射率进行相对偏差的比较。实验结果表明,以28°的观测角度为界,当观测角度大于28°时相对偏差较大,且BRDF校正对结果的影响较大;在所建立的BRDF模型中,采用接近卫星过境时刻测量的多角度观测数据所建立的BRDF模型校正效果更好;且基于Rossthick-Lidense、RossThick-LiSparseR和Rossthin-LisparseR这三种核函数组合方式的BRDF模型所计算的表观反射率与卫星观测值的相对偏差都比较小。
遥感 双向反射分布函数模型 反射率基法 敦煌辐射校正 表观反射率 
激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1628005
李秀举 1,2王保勇 1,2吴亚鹏 1,2韩昌佩 1,2,*[ ... ]李盼盼 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室,上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083

多通道扫描成像辐射计(Advanced Geostationary Radiation Imager,AGRI)是风云四号A星的主要有效载荷之一。为了满足AGRI长波红外遥感数据高精度定量化应用的要求,构建了扫描镜热辐射随机械转角变化的函数模型,提出了一种可用于星上黑体和地球场景观测遥感数据的校正算法。基于FY-4A星AGRI的在轨数据,分析了模型参数对扫描镜温度的依赖性,研究评估了校正算法对长波红外定标精度的改善效果。在扫描镜温度场平稳时间段内,扫描镜热辐射校正后,B11(8.0~9.0 μm)、B12(10.3~11.3 μm)、B13(11.5~12.5 μm)波段的定标偏差分别可以得到-2.81 K~+1.06 K、-0.60 K~+0.19 K、-0.68 K~+0.24 K的显著改善。与IASI交叉定标检验结果表明,改善后的在轨定标亮度温度偏差优于0.5 K@290 K。

辐射校正 定标 仪器背景辐射 扫描镜 AGRI 风云四号 thermal radiation correction calibration instrument background radiation scan mirror AGRI FY-4 
红外与毫米波学报
2022, 41(3): 608
向光峰 1,2,3,**孟炳寰 1,3,*李双 1,3韩琳 1,3[ ... ]洪津 1,3,***
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
高精度的质心定位是基于单平行光管与分离式二维转台的几何定标方法的关键,但仪器的相对响应差异会影响质心定位精度。因此,提出了一种基于相对响应校正的质心定位精度提升方法,可有效地提升质心定位精度,进而提升几何定标精度。基于多角度偏振成像仪的实验室几何定标实验证明了所提方法的提升效果。提升效果在大视场区域中更为显著,最大几何定标精度约为0.1 pixel。最终,基于所提质心定位精度提升方法在实验室中获得了高精度的多角度偏振成像仪几何模型参数,模型拟合残差优于0.1 pixel。
几何光学 几何定标 多角度偏振成像仪 相对辐射校正 几何模型 
光学学报
2022, 42(12): 1208001
孙晗 1潘军 1高海亮 2,*姜鹏 1[ ... ]韩启金 4
作者单位
摘要
1 吉林大学地球探测科学与技术学院,吉林 长春 130012
2 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094
3 中国气象局国家卫星气象中心,北京 100081
4 中国资源卫星应用中心,北京 100094
敦煌国家辐射校正场每年都开展大量实验,为国内外对地观测卫星提供定标服务,但多年来敦煌场进行像元尺度地表反射率获取工作时,有关地面光谱采样方案准确度的研究较少。为定量评估不同地面采样方法的准确度,确定不同像元尺度地表反射率获取时采样点的最佳位置,实现敦煌场高精度高效率业务化测量,利用敦煌高分辨率无人机数据与GF-1卫星2 m全色数据对不同像元尺度地表反射率采样方法准确度进行定量分析。研究结果表明:获取陆地卫星像元尺度地表反射率,建议在敦煌150 m国家场的位置用5点系统采样方案初步标定2 m样方位置,并用光谱仪在各2 m样方内用5点系统采样法进行测量;对于气象卫星像元尺度,建议在新选3 km场地用5点模拟退火采样方案确定2 m样方位置,并用光谱仪在各2 m样方内用5点系统采样法进行测量。
遥感 敦煌辐射校正 像元尺度 地表反射率 采样方法 采样准确度 
激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1028009
作者单位
摘要
中国气象局 国家卫星气象中心 中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室,北京 100081
为有效评估集热塔散射辐射对敦煌场区光环境的影响程度,本文采用Monte Carlo三维辐射传输模型模拟与CE318多通道光度计等高线实测分析相结合的定量分析方法,以解决散射辐射交融于背景辐射中难以定量评估的问题。通过使用新型的ASC200云量自动观测仪,提高晴空辩识精度。通过开发CE318四象限定位修正算法,有效提高观测数据质量。2020年1~3月收集到的有效数据显示除了550 nm通道,集热塔未对天空漫射辐射产生明显影响。对于500 nm通道,在有效数据对应的观测几何下(距离0.87~3.07 km,观测天顶角为77.30°~51.32°),集热塔吸热器对天空漫射辐射的影响不超过0.93%。与模型模拟结果相结合进行分析,得出如下结论:当距离电站2 km时大电站散射辐射带来的天空漫射辐射相对变化<1.62%;当与电站距离≥3 km时相对变化<0.93%。本项研究成果对利用敦煌场开展遥感定量化应用、准确评估发电站引进的不确定度因素具有积极意义。
中国遥感卫星辐射校正 敦煌 熔盐塔式光热发电站 天空漫射辐射 三维辐射传输模拟 云量自动观测 Chinese radiometric calibration sites Dunhuang site molten salt tower solar power station diffuse radiation three-dimensional radiation transmission simulation cloud cover automatic observation 
中国光学
2021, 14(5): 1231
涂碧海 1,2,3姚萍萍 1,3,*韦玮 1,3提汝芳 1,3[ ... ]洪津 1,3
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所,合肥23003
2 中国科学技术大学,合肥3006
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,合肥2001
设计了基于单像元辐射响应模型的相对辐射校正方法和流程。依据信号还原入射光的反演顺序,分析非均匀性干扰信息,依次对探测器、空间杂散光、起偏度和光学系统相对透过率进行校正。在轨测试期间,设计了基于沙漠场反射率法的多角度观测数据快速检验方法,满足了大视场偏振成像仪的相对辐射性能检测需求。实验数据表明,单点相对辐射响应差异均小于4%,相对辐射校正方法合理有效。相对辐射校正和在轨快速检验的方法为相关大视场偏振成像仪的研制和在轨辐射定标提供了参考。
大视场偏振成像仪 多角度观测 相对辐射校正 非均匀性 在轨检验 Large field of view polarization imager Multi angle observation Relative radiometric correction Nonuniformity On orbit validation 
光子学报
2021, 50(1): 103

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