一种基于像元分解的遥感图像大气程辐射获取方法
【技术领域】 本发明设及可W应用在市区或者乡镇范围尺度的城乡建设、农业、林业、气象、生态环 境等行业部口的一种基于像元分解的遥感图像大气程福射获取方法，属于遥感成像技术领 域。
【背景技术】 电磁波在大气传输过程中，因为大气中的气体分子、气溶胶等物质存在容易发生散射、 透过等衰减作用，降低传感器接收的电磁波福射信号强度（如图1所示）。尤其是因为散射 造成地物边界模糊、对比度降低等而影响图像质量，该进入传感器的部分称为大气程福射， 对于传统的遥感专题分类研究而言是一个非常大的"噪声"，需要大气校正来提高遥感图像 质量。 反向思维，大气程福射是一个仅反映大气状况、而与地面信息无关的福射能量信号，对 于遥感监测大气气溶胶浓度的空间分布格局有着重要的意义。 传统的去除大气程福射的大气校正方法，主要为两类方法，其一为：暗目标法、波段归 一化比值运算法、直方图匹配法等，运些方法虽然较为简单，但是整幅图像只有一个程福射 值，运用在城市区域显然难W模拟城市大气气溶胶污染的空间差异；而另一种方法为：裂 窗法、6S模型、LOWTRAN模型、MODTRAN模型、ATCOR模型等，运些模型校正结果较为精确，但 是需要相关大气参数。 张兆明等人提出的发明专利"一种逐像元计算卫星遥感影像大气程福射的物理方法"， 它是基于遥感成像物理原理，在MODIS光学厚度相关波段信息基础上进行逐点计算，是一 个较为实用的大气程福射精确值计算的方法。但是该方法基于MODIS数据，计算结果最后 呈现出来的效果对于研究城市市区尺度的大气灰靈浓度的空间差异而言，适用性受到很大 限制。难W应用到城市规划、产业布局规划的管理决策中。 李先华、徐丽华等人提出的"基于±地利用分类图和同期星下点反射率实测方法，逐点 计算大气程福射遥感值"的方法，也是基于遥感成像物理原理，利用TM和MODIS数据，逐点 计算大气程福射精确值的方法。但是该方法基于研究区±地利用分类图和同期、同位置的 地物波谱实测，计算结果最后呈现出来的效果可W很好的反映城市市区尺度的大气灰靈浓 度的空间差异，但是按照该方法每次计算都需要进行地物波谱实测和获取研究区±地利用 现状图，使得后期推广受限。
[0007] 本发明从遥感卫星影像的大气程福射计算的理论基础出发，在前面的基础上，基 于研究区的地物波谱库基础数据库的建立，提出了一种基于像元分解的遥感影像大气程福 射的逐点计算方法，该方法完全基于遥感影像本身，不需要辅助数据，较容易掌握和理解， 对于监测城市灰靈天气有着重要意义。
【发明内容】
本发明的目的在于，提供一种基于像元分解的遥感图像大气程福射获取方法。本发明 的方法仅仅依靠遥感影像本身即可逐点获得遥感影像大气程福射，不需要大气参数等其它 辅助数据，且最后得到的结果可W很好的反映城市市区尺度的大气灰靈浓度的空间差异， 从而可用于实现遥感监测城市气溶胶污染地区差异的目标。 本发明的技术方案：一种基于像元分解的遥感图像大气程福射获取方法，其特点是， 包括W下步骤： 第一步、对原始遥感影像（针对研究区的）进行几何校正。 第二步、将采集的地面波谱数据进行归纳为低照度不透水面、高照度不透水面和植被Ξ种类型的光谱端元，并在遥感影像的波段区间获得各光谱端元在波段区间内的平均反射 率；其中的不透水面包括干燥裸露的±壤；各光谱端元在各波段区间的平均反射率P1可按 公式 ω计算
煎 在公式（1)中，r(x)为实测的波谱数据向量，[a,b]为影像波段区间范围。 第Ξ步、基于像元分解方法，获取原始遥感影像中植被、高照度不透水面、低照度不透 水面Ξ个光谱端元比例分布图；计算是采用基于约束性的混合像元分解方法（下面的公式 2)，得到研究区的植被、高照度不透水面、低照度不透水面的比例图像。
其中P1为包含一个或多个组分的像元在第i个波段上的平均光谱反射率；α1，为像元 内第i个波段上第j个组分的反射率；X，为像元内第j个组分所占的比例；e1为第i个光 谱波段的误差项；m(i= 1，2,，m)为传感器系统的波段数；RMS《0. 05为最小均方根误差。 第四步、结合第二部和第Ξ部，得到原始遥感影像的地面反射率图像； 经过第Ξ步，获取植被、低照度、高照度Ξ个光谱端元的比例分配遥感图。 在第二步基础上，基于像元尺度，逐点计算第i个波段的地面反射率值而。 Ri=PiXxj巧） ⑥在遥感成像的原理下，根据步骤④得到的地面反射率图像，对像元进行逐点分解，得 到每个像元的大气程福射遥感值。 上述的基于像元分解的遥感图像大气程福射获取方法中，在进行步骤⑥的大气程福射 遥感值的计算前，根据步骤④获得的地面反射率，划定不同地物类型的边界阔值，获得原始 遥感影像所示的研究区的地物类型边界线，从而将整幅图分为同一图斑和不同图斑边界线 两个区域分别计算大气程福射遥感值。 图斑边界线上的大气程福射遥感值根据公式（6)计算。 DNa=DNi-riX值Ni-DNz) / (ri-。）化） 其中DNi、为相邻的不同地物类型的像元遥感值，r1、。为不同遥感像元对应地面的 反射率。 而同一图斑内的大气程福射遥感值是根据地物类型边界线上所有像元点的原始值与 大气程福射遥感值、地面反射率值之间的相关关系利用最小二乘法计算得到的。将图斑边 界线上和同一图斑内的大气程福射遥感值相加，可得到研究区的大气程福射遥感遥感图 像。 前述的基于像元分解的遥感图像大气程福射获取方法中，所述植被Ξ种类型的光谱端 元根据时间分别按照春、夏、秋、冬的波谱测量时间进行分类。 与现有技术相比，本发明的方法完全基于遥感影像本身，从像元成像的角度去实现大 气程福射的逐点获取，从而可W用于实现城市市区范围内的大气气溶胶浓度的遥感监测。 本发明的方法具有W下具体优势： 1、 不需要相关的大气参数，可W应用在任何一个区域范围； 2、 基于像元的计算尺度，可W应用在一个城市市区范围内，直观反映出城市的大气气 溶胶污染空间分布差异； 3、 研究区地物波谱库的建立，可W作为多年科研项目的积累，推广到其他科研项目应 用。 4、 本发明得到的大气程福射的在蓝光波段效果尤为显著，最能反映大气气溶胶的空间 分异特征。 5、 本发明的地物反射率是基于光谱实测得到的，并可结合网络下载的波谱库进行归纳 总结，便于推广应用。 6、 本发明所使用的像元分解算法技术目前较为成熟，是准确获取地面反射率遥感图的 关键。 7、 本方法在用于中等尺度多波段遥感影像时效果更优，如ASTER、LandsatTM、环境卫 星等。 【附图说明】 图1为电磁波福射传输原理示意图 图2为光谱端元选择结果示意图 图3为用本发明实施例中得到的研究区地面反射率分布图； 图4为实施例中根据本发明方法得到的杭州市区大气程福射遥感图像（蓝光波段为 例）。 【具体实施方式】 下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。 实施例。大气程福射是瑞利散射和气溶胶米氏散射综合作用的结果，到达传感器的总 的大气程福射可W看成地表-传感器路径上大气上行福射的积分（如图1所示），程福射的 理论计算公式（7)。当电磁波进入大气层，大气层对电磁波有衰减作用（吸收作用、散射作 用），经地面反射，再次经大气层的衰减作用，最终到达传感器。传感器接收到的能量值一一 DN(单波段）表示为： DN。二KXEyXiYjXTlijXT2ij/η+KXP'Jau=KXEyXiYjXT。/3T+0化。(7) 式（7)中，Κ为卫星传感器所固有的增益系数（可W从影像头文件获取，通常为Gains系数）化,为像元的地面福射照度；r。为像元的地面反射率；τ11,为像元的大气光谱下行 透过率；τ21,为像元的大气光谱上行透过率；则τ1,为像元的大气光谱上行透过率与下行 透过率之积；化1，是大气程福射值；DNi,、面曰1,分别为像元的遥感值和大气程福射遥感值 (汤定元等，1979 ;李先华，1993)。大气程福射遥感值面ay为大气亮度，其物理意义为大 气总的反向散射，是仅与大气状况有关而与地面目标无关的大气向