摘要: 环境卫星超光谱成像仪是我国第一台对地观测的星载高光谱传感器，它于2008年9月6日在太原卫星中心成功发射，标志着我国已经进行星载高光谱遥感的时代。当前，超光谱成像仪已经正常运行近两年，获取了大量的高光谱数据。但是，这些数据的应用效果并不... 展开 环境卫星超光谱成像仪是我国第一台对地观测的星载高光谱传感器，它于2008年9月6日在太原卫星中心成功发射，标志着我国已经进行星载高光谱遥感的时代。当前，超光谱成像仪已经正常运行近两年，获取了大量的高光谱数据。但是，这些数据的应用效果并不理想，很多用户不知道如何利用这些数据。一方面由于超光谱成像仪图像部分通道条带噪声明显，在应用过程中会产生较大的误差，另一方面由于超光谱成像仪的定标精度有限，难以反演出高精度的定量化产品。针对这两个问题，本文主要从以下三个部分开展研究工作： 第一部分：针对超光谱成像仪前二十个通道条带噪声明显的现象，本文提出五种条带噪声去除方法，分别为加性噪声去除法、乘性噪声去除法、单波段图像匹配法、多波段图像匹配法和多波段窗口移动法。选择敦煌地区和广西北部湾地区的两幅超光谱成像仪图像为例，采用五种条带去除方法对图像的条带噪声进行去除。结果表明五种方法都可以有效去除图像的条带噪声，其中，多波段窗口移动法的去除效果最佳，不仅能够有效的去除图像的条带噪声，图像的清晰度也明显提高。为客观评价五种方法的条带去除效果，本文从两个方面进行定量化计算。一方面，通过比较校正前后图像行（列）灰度值、图像均值、图像标准差、差值直方图等，定量化分析各种条带噪声去除算法对原始图像基本信息的保留能力。另一方面，通过计算校正前后图像的条带噪声评价指标和随机噪声评价指标，定量化评价五种方法对原始图像的改善效果。实验结果表明，上述五种方法都可以有效的保留原始图像的基本信息，对图像的绝大多数像元(约为90%)来说，图像灰度值改变量小于4个DN值。同时，五种方法都能有效的去除图像的条带噪声，其中，多波段窗口移动法由于考虑了无噪声波段的信息，图像的随机噪声显著降低，去除效果最佳，同目视评价结果完全吻合。 第二部分：根据超光谱成像仪波段数目多、光谱分辨率高、无光谱响应函数等特点，在常规反射率基法基础上，参考借鉴了超光谱成像仪发射前实验室定标和星上定标的思路，根据辐射传输基本原理，改进了6S辐射传输模型，通过对超光谱成像仪各通道中心波长插值处理，得到各通道表观反射率，经公式转换，最终实现超光谱成像仪在轨辐射定标。文中以2008年10月和2009年8月两次敦煌场地同步测量实验为基础，分别得到卫星发射初期（增益1）和卫星发射一年后(增益2)超光谱成像仪115个通道的辐射定标系数。为确保辐射定标精度，本文从两个方面对定标系数进行敏感性分析。一方面，分析了辐射定标过程中各个因素对定标结果的影响，分别计算出地表光谱、大气参数、观测几何和卫星图像对最终定标结果的不确定性，最终得到超光谱成像仪各通道定标系数的理论精度。另一方面，针对超光谱成像仪无光谱响应函数的特点，构建了多种类型光谱响应函数，通过对不同光谱响应函数的卷积计算，分析光谱响应函数对定标结果的影响。结果表明，除个别通道外，超光谱成像仪总的不确定度在5%-7%之间，平均为6.17%。绝大多数通道（99个）的定标结果受光谱响应函数的影响小于2%，平均误差为0.2%。因此，可以采用脉冲型光谱响应函数进行超光谱成像仪的在轨辐射定标，证明了本文提出定标方法的正确性。 第三部分：以超光谱成像仪表观辐亮度产品为研究对象，采用地面实测数据和卫星影像数据两种方式，开展定量化产品的真实性检验初步研究。其中，地面实测数据包括2008年9月内蒙实验数据、2009年2月澳大利亚Lake Frome实验数据、2009年9月内蒙实验数据，采用同辐射定标过程类似的方法，得到超光谱成像仪各通道表观辐亮度，同卫星反演的辐亮度产品进行比对，实现表观辐亮度产品的真实性检验。三次实验数据分别对超光谱成像仪发射初期、发射六个月和发射一周年后的表观辐亮度产品进行验证。结果表明，三次验证结果都非常理想，绝大多数通道的表观辐亮度差异小于10%，若只考虑500nm-900nm区间的通道（即通道19-108），表观辐亮度的平均差异约为5%。卫星影像数据验证以MODIS传感器表观辐亮度产品为标准，通过卷积处理，定量化计算出超光谱成像仪辐亮度产品同MODIS产品的相对差异，分别选择高、中、低三种地表类型，进行表观辐亮度产品的检验。结果表明，超光谱成像仪表观辐亮度产品对高、中反射率目标的平均误差约为5%，对低反射率目标的误差约为30%；若只考虑500nm-900nm的通道，超光谱成像仪对高反射率目标的平均反演误差降低为1.54%，中反射率目标误差降低为2.6%，低反射率目标相对误差约为15%。 研究结果表明，本文提出的五种条带噪声去除方法都能有效去除图像的条带噪声，其中多波段窗口移动法去除效果最佳;采用新的辐射定标方法可实现超光谱成像仪的快速高精度在轨辐射定标，且大多数通道可以忽略光谱响应函数的影响；基于敦煌定标系数的超光谱成像仪表观辐亮度产品具有较高的可信度，可满足绝大多数定量化应用的需求。 收起