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随着卫星影像空间分辨率的提高,大气气溶胶对成像信号的干扰作用在影像上呈现的更加复杂。一方面,在中低空间分辨率影像上可以假定大范围均匀分布的大气气溶胶在高分辨率影像上会显示出不均匀分布;另一方面,由大气气溶胶的散射作用造成的非目标像元对目标像元的辐射贡献,即地面目标间的邻近效应会随着影像分辨率的提高而越来越明显。为了扣除这些干扰,基于辐射传输理论对影像进行大气校正是目前定量化精度最高的方法。在辐射传输计算中起决定作用的气溶胶参数主要有气溶胶的光学厚度和气溶胶模型参数。其中,气溶胶的光学厚度随着时间而快速变化,气溶胶的模型参数会随着目标区域的地理位置和季节等因素变化。因此,对高分辨率卫星影像进行大气校正需要准确的同步气溶胶参数。 本文对朗伯体地表假设下的不同气溶胶光学厚度和模型参数对表观反射率的影响进行了模拟。气溶胶的模型选用的是MODIS气溶胶反演算法中的三种细模态气溶胶和一种粗模态气溶胶。结果显示,在地表反射率小于0.2时,表观反射率随着气溶胶中细粒子比例的增加而增大;当地表反射率大于0.2时,表观反射率随弱吸收性细粒子的比例增加而增大,随强吸收性细粒子的比例增加而减小。 虽然通过统计分析、聚类等各种手段建立典型地区气溶胶模型的研究很多,但是从目前已有的相关研究中很难找到一种气溶胶类型可以用来描述山区的气溶胶特性。本文针对山区气溶胶特性研究较少的问题,基于中国SONET气溶胶观测网嵩山站点近2年的地基观测数据,对我国嵩山地区的气溶胶季节特性进行了分析,建立了山区气溶胶的动态模型并进行了验证。模型参数显示该地区春季和冬季气溶胶以散射性的沙尘粗粒子为主;夏季以强散射性的硫酸盐细粒子为主,且气溶胶存在吸湿增长的现象;另外冬季受燃煤影响,气溶胶中含有强吸收性的煤烟细粒子成分。以GF-1卫星在嵩山地区的多光谱影像为例,基于该气溶胶动态模型进行大气校正计算,结果显示与卫星过境时刻的地面同步气溶胶模型校正结果一致性很好。 目前的相关研究中对于邻近效应窗口大小的选择并没有明确的标准,本文基于指数衰减点扩散函数分别以不同的邻近效应窗口对GF-1卫星MSS影像进行了邻近效应校正,并根据光谱特性和图像细节信息对校正后的影像进行分析。结果显示,当邻近效应校正中设置的窗口大于21×21个像元时,窗口大小的增加对提升影像信息的作用很小,因此,选择21×21作为GF-1卫星MSS影像的邻近窗口大小较合适。 针对高分辨率卫星影像大气校正需要高空间分辨率气溶胶光学厚度产品的问题,本文采用暗通道法与辐射传输方法进行联合大气校正。首先,利用地面测量的同步气溶胶光学厚度基于辐射传输模型对卫星影像进行初步的大气校正,得到红光波段的初始地表反射率以及NDVI图像;然后,将NDVI图像进行重采样并与当天的MODIS2.1μm反射率进行匹配,提取暗像元的NDVI阈值;接着,利用暗通道法对GF-1卫星MSS影像进行去雾霾处理,提取出影像上每一个像元的大气透过率值;将NDVI阈值以及红光波段反射率作为约束条件,以20×20像元的窗口依次对大气透过率图像上的像元进行筛选,最后得到整景影像的平均大气透过率;依据地基仪器观测数据与卫星产品的匹配准则,利用地面同步测量的气溶胶光学厚度插值得到整景影像的气溶胶光学厚度值。最后,将得到的光学厚度图像用于卫星影像的大气校正,并通过定量参数进行评价,效果很好。 综上所述,本文针对高分辨率卫星影像校正中需要更准确的气溶胶模型和气溶胶光学厚度的问题,建立了适用于山区卫星影像校正的山区气溶胶动态模型,并利用暗目标方法的暗像元选取条件,建立暗通道方法的大气透过率与气溶胶光学厚度的转换模型,这两方面的研究成果对GF-1卫星影像的大气校正效果均有明显提升作用。