遥感干涉高光谱成像仪定标技术

第 1章 概述 1
1.1 高光谱遥感 1
1.1.1 高光谱遥感的基本概念 1
1.1.2 高光谱遥感的特点 3
1.1.3 高光谱遥感的发展 7
1.1.4 高光谱遥感的应用 15
1.1.5 光谱成像仪的分类 17
1.1.6 干涉型光谱成像仪 23
1.1.7 不同类型光谱成像仪的性能比较 35
1.2 国外遥感高光谱成像仪及采用的定标技术 36
1.2.1 MODIS 36
1.2.2 Hyperion 38
1.2.3 FTHSI 39
1.3 国内遥感高光谱成像仪及采用的定标技术 42
1.3.1 环境卫星HJ-1A高光谱成像仪HSI 42
1.3.2 CE-1 52
1.3.3 时空调制干涉光谱成像仪 55
1.3.4 风云气象卫星 57
1.3.5 FY-4 60
1.3.6 高分-5号（GF-5） 62
1.4 辐射定标的定义和定标的意义 66
1.5 遥感干涉光谱成像仪定标的方法和特点 68
1.5.1 光谱定标 68
1.5.2 光谱辐射度的相对定标 69
1.5.3 光谱辐射度的绝对定标 70
1.5.4 卫星发射前的实验室定标 70
1.5.5 卫星发射前的外场定标 70
1.5.6 卫星发射后的星上定标 70
1.5.7 卫星发射后的场地定标 71
1.5.8 卫星发射后的交叉定标及其他定标方法 71
1.6 参考文献 71
第 2章 辐射度测量、辐射传输、辐射定标的基础理论 78
2.1 辐射基本物理量和定律、辐射源 78
2.1.1 光及有关电磁辐射的物理量 79
2.1.2 电磁波频谱 81
2.1.3 遥感空间的有关角度 83
2.1.4 黑体和电磁辐射定律 84
2.1.5 太阳辐射 86
2.1.6 人工光源 87
2.1.7 地球的反射和发射辐射 87
2.2 辐射传输 88
2.2.1 光辐射能在传输路径上的反射、透射和吸收 88
2.2.2 物体表面的反射 88
2.2.3 辐射度学的两个基本定律 90
2.2.4 光辐射能在空间的传输 92
2.2.5 大气光学特性 95
2.2.6 大气辐射传输 99
2.2.7 大气辐射传输模型 103
2.3 光谱辐射量标准与辐射标准传递 107
2.3.1 量值传递 107
2.3.2 辐射标准 107
2.3.3 标准辐射源 108
2.3.4 标准探测器 115
2.3.5 光辐射计量的发展 134
2.4 辐射传输的工作计量器具和计量仪器 137
2.4.1 积分球 137
2.4.2 漫射白板 144
2.4.3 照度计 144
2.4.4 太阳辐射计 145
2.4.5 单色仪 149
2.4.6 光谱辐射度计 152
2.4.7 波长计 154
2.4.8 光纤光谱仪 158
2.5 定标结果的评价——测量不确定度 158
2.6 测量误差 159
2.6.1 误差及其产生原因 159
2.6.2 误差的分类与处理 159
2.7 测量不确定度的定义和相关术语 167
2.8 测量不确定度的评定和应用 171
2.8.1 标准不确定度的评定方法 171
2.8.2 测量不确定度的计算 174
2.8.3 测量不确定度报告 177
2.8.4 测量不确定度的应用 178
2.9 参考文献 178
第3章 遥感干涉高光谱成像仪发射前的定标 181
3.1 发射前定标的意义和要求 181
3.1.1 遥感干涉高光谱成像仪发射前定标的意义和作用 181
3.1.2 遥感干涉高光谱成像仪发射前定标的分类和要求 182
3.1.3 定标数据的相关符号 182
3.2 实验室定标 183
3.2.1 实验室定标设备 183
3.2.2 暗电流测试和数据处理 183
3.3 实验室定标——相对定标 185
3.3.1 相对定标的定义、作用、影响因素 185
3.3.2 干涉型光谱成像仪相对定标的特点及方法 186
3.4 实验室定标——五棱镜相对定标法 187
3.4.1 五棱镜光谱成像仪相对定标的几种方法 188
3.4.2 相对定标程序 191
3.4.3 相对定标数据处理 192
3.4.4 相对定标精度分析 194
3.4.5 五棱镜相对定标法的特点 195
3.5 实验室定标——二步相对定标法 196
3.5.1 探测器像元间响应不均匀性修正系数C1 196
3.5.2 测试光谱成像仪全系统响应不均匀性系数C2 201
3.6 实验室定标——光谱定标 207
3.6.1 光谱定标的原理 207
3.6.2 光谱定标的实验测试设备 209
3.6.3 光谱定标的方法和实验测试设备 211
3.6.4 光谱定标程序 217
3.6.5 光谱定标数据处理 218
3.6.6 光谱定标精度分析 221
3.7 实验室定标——光谱辐射度的绝对定标 222
3.7.1 光谱辐射度绝对定标的原理 222
3.7.2 光谱辐射度的绝对定标的设备和方法 227
3.7.3 光谱辐射度的绝对定标的程序 230
3.7.4 光谱辐射度绝对定标的精度分析 232
3.8 光谱辐射度定标的数据处理 233
3.8.1 干涉数据光谱复原的数据处理 233
3.8.2 光谱复原数据处理的新方法和新发展 244
3.8.3 干涉型光谱成像仪辐射定标后的光谱特性评价 258
3.9 发射前的外场定标 259
3.9.1 发射前的外场定标的目的和意义 259
3.9.2 发射前外场定标的原理和方法 260
3.9.3 实验准备与要求 262
3.9.4 外场定标的环境条件、试验布局、主要试验设备和试验流程 263
3.9.5 外场定标的结果 264
3.9.6 外场定标的精度分析 266
3.10 参考文献 267
第4章 遥感干涉光谱成像仪在轨星上定标 270
4.1 遥感干涉光谱成像仪星上定标系统的作用和意义 270
4.2 遥感干涉光谱成像仪星上定标系统的要求和设计难点 270
4.2.1 定标功能的要求 271
4.2.2 建立定标测量传递标准的要求 271
4.2.3 对星上定标系统结构的要求 271
4.3 遥感干涉光谱成像仪星上定标辐射光源 272
4.3.1 星上定标系统内置光源 272
4.3.2 星上定标系统外置光源 276
4.4 星上定标光学器件及标准传递器具 284
4.4.1 漫射板 284
4.4.2 积分球 285
4.4.3 光谱玻璃和光谱反射板 286
4.4.4 光辐射探测器 288
4.4.5 太阳辐射衰减器 289
4.4.6 光导纤维和自聚焦透镜 290
4.4.7 星上定标器的单色仪 291
4.4.8 标准探测器 291
4.4.9 低温辐射计 292
4.5 遥感干涉光谱成像仪星上定标系统的定标方法 292
4.5.1 星上辐射度的相对定标 292
4.5.2 星上光谱定标 292
4.5.3 星上辐射度的绝对定标 295
4.5.4 星上定标光源引入主系统的结构形式 296
4.6 国内遥感干涉光谱成像仪的星上定标 299
4.6.1 环境卫星高光谱成像仪星上定标系统 299
4.6.2 某型号卫星高光谱成像仪星上光谱定标系统 303
4.6.3 积分球星上定标系统 304
4.6.4 FY-3 305
4.7 国外遥感干涉光谱成像仪的星上定标 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 光谱成像仪星上定标技术发展趋势 324
4.9 参考文献 325
第5章 遥感干涉高光谱成像仪辐射校正场定标 329
5.1 遥感干涉高光谱成像仪辐射校正场定标的目的和要求 329
5.2 辐射场定标研究的国内外发展现状 330
5.3 辐射定标试验场的要求和选择原则 331
5.3.1 辐射定标试验场地表特性 331
5.3.2 场地大气特性 332
5.4 国内外辐射定标试验场 333
5.4.1 国内试验场 333
5.4.2 国外辐射场 362
5.5 辐射校正场定标测试的基本设备 367
5.6 辐射场测试内容和数据处理 368
5.6.1 试验场地表光学特性测量 368
5.6.2 场区大气光学特性测量 372
5.6.3 场区气象参数测量 374
5.7 辐射校正场定标的基本方法和原理 374
5.7.1 反射率基法 375
5.7.2 辐照度基法 377
5.7.3 辐亮度基法 379
5.7.4 3种定标方法的比较 380
5.8 我国环境卫星高光谱成像仪的辐射场定标 382
5.8.1 高光谱成像仪的辐射场定标方法 383
5.8.2 高光谱成像仪的辐射场定标试验 384
5.8.3 高光谱成像仪的辐射场定标精度分析 388
5.9 环境卫星高光谱成像仪定标系数真实性检验 390
5.9.1 卫星遥感器定标结果真实性检验的意义和基本方法 390
5.9.2 环境卫星HSI基于地面实测数据的表观辐亮度产品真实性检验 391
5.9.3 环境卫星HSI基于参考卫星数据的表观辐亮度产品真实性检验 399
5.10 高光谱成像仪光谱复原图像条带噪声处理 403
5.10.1 图像条带噪声的特征 405
5.10.2 条带噪声的产生机理 405
5.10.3 图像条带噪声去除处理方法 406
5.10.4 去噪声图像质量评价方法 412
5.10.5 HJ-1A高光谱成像仪图像数据条带噪声处理实验 417
5.11 光谱成像仪在飞行中的光谱定标 421
5.11.1 利用大气吸收谱线进行飞行中光谱定标的原理、方法 421
5.11.2 在大气吸收波段采用光谱匹配技术的特点 428
5.11.3 技术应用 429
5.12 光谱成像仪在飞行中的相对定标 433
5.12.1 基于统计方法的在轨相对辐射定标 434
5.12.2 基于相位匹配的飞行中相对辐射定标 437
5.13 场地自动化定标 441
5.13.1 场地自动化定标发展历史 441
5.13.2 场地自动化定标的方法及设备 447
5.13.3 场地自动化定标的应用 452
5.14 参考文献 457
第6章 遥感干涉高光谱成像仪的交叉定标 463
6.1 遥感器交叉定标的目的和要求 463
6.2 遥感器交叉定标的主要方法 464
6.2.1 遥感器交叉定标的主要过程 464
6.2.2 目标遥感器定标系数的计算 465
6.2.3 遥感器交叉定标的技术流程 466
6.2.4 其他交叉定标方法 467
6.3 遥感器交叉定标的定标精度分析 468
6.4 遥感器交叉定标的发展及现状 470
6.5 利用利比亚4准不变定标场对ETM+和MODIS进行交叉定标 473
6.5.1 交叉定标和SBAF 473
6.5.2 交叉定标的背景 474
6.5.3 没有SBAF补偿的交叉定标 475
6.5.4 使用EO-1的Hyperion数据产生SBAF的应用 476
6.5.5 采用Envisat的SCIAMACHY数据产生SBAF的应用 480
6.5.6 从SBAF研究中得出的结论 485
6.6 使用Railroad Valley Playa对多个遥感器进行交叉比较 486
6.6.1 本研究的主要目标——EO-1卫星载荷辐射性能的评价 486
6.6.2 交叉定标方法 487
6.6.3 结果 488
6.6.4 不确定度分析 492
6.6.5 结论 493
6.7 我国环境卫星高光谱成像仪的交叉定标 493
6.7.1 定标方法 494
6.7.2 高光谱成像仪的交叉定标试验 495
6.7.3 定标结果分析 497
6.8 参考文献 499
第7章 遥感干涉高光谱成像仪的其他定标方法 502
7.1 沙漠场景法 502
7.1.1 沙漠场景法定标基本原理 503
7.1.2 国外沙漠场地 504
7.1.3 国内沙漠场地 506
7.1.4 环境卫星CCD相机基于沙漠场景的辐射定标 508
7.2 极地场景法 515
7.2.1 极地场景法场地 516
7.2.2 极地场景法定标的图像处理 516
7.2.3 极地场景法定标 518
7.3 海洋场景法 522
7.3.1 瑞利散射法的基本原理 523
7.3.2 海洋场景法定标实例 524
7.4 云场景法 526
7.4.1 云场景法定标的特点 526
7.4.2 DCCT对NOAA-16、NOAA-17进行增益漂移定标 527
7.4.3 云场景法对FY-3A的MERSI的定标 528
7.4.4 云场景定标方法的应用 532
7.5 月亮辐射定标法 536
7.5.1 月亮作为稳定目标用于定标 536
7.5.2 月亮作为定标源 536
7.5.3 对传感器进行定标稳定性监测 537
7.5.4 仪器相互比较定标 538
7.6 不同定标方法比较 541
7.7 全球定标场网辐射定标 542
7.7.1 全球定标场网 542
7.7.2 场地特性评价 545
7.7.3 全球定标场网在轨辐射定标基本方法 547
7.7.4 全球定标场网在轨辐射定标应用 558
7.8 参考文献 563
第8章 遥感干涉高光谱成像仪定标技术的发展趋势和讨论 566
8.1 遥感光谱成像仪的全过程辐射定标 566
8.2 遥感干涉高光谱成像仪定标技术的发展趋势 567
8.2.1 遥感干涉高光谱成像仪的发展对辐射定标技术的新要求 567
8.2.2 更高的定标精度 568
8.2.3 辐射测量新技术的应用 568
8.2.4 相关科学新技术的应用 568
8.2.5 场地定标、交叉定标机会增多 568
8.3 讨论 568
8.4 参考文献 569