基于大气中性点的地-气分离方法空基验证探究(英文)

偏振遥感是遥感领域的一个新兴对地观测手段,地物反射的偏振效应是偏振遥感进行观测的基础。然而,地物反射具有偏振效应,大气粒子的反射与散射也具有偏振效应,并且大气的偏振效应往往大大强于地物偏振效应。当用偏振遥感器对地表目标进行观测时,大气的强偏振效应会干扰甚至覆盖地物的偏振信息。因此,如何最大限度地消除大气的偏振效应对地物偏振效应的影响是偏振遥感的一个关键性问题。大气中性点是大气中偏振度趋近为零的区域。利用大气中性点进行地-气分离理论的核心思想是将探测器放置于中性点区域进行对地观测,以减弱大气偏振对地物偏振的影响。基于国内首次大气中性点偏振遥感航空飞行实验,通过处理和分析实验所得影像数据,分别得到了中性点位置和非中性点位置影像偏振度分布,发现中性点位置偏振度集中分布区域要明显小于非中性点位置,验证了利用大气中性点进行地-气分离理论的合理性和可行性,提出了利用中性点进行偏振遥感实验所需要的条件,并初步分析出,波长较长的波段更适合于偏振遥感观测。

单次散射条件下大气偏振中性点的特性研究

为了消除大气散射辐射对地物识别的影响,提高地物遥感偏振识别的精度,从平面分层大气中的辐射传输方程入手,推导单次散射时天空散射光的偏振度及偏振中性点的大小与分布,利用全天空遥感偏振测量装置对天空偏振现象进行了观测实验.测量结果表明,天空散射光的偏振度分布与单位体积空气散射光偏振度的分布是一致的;大气偏振中性点在距反日点角距约15°~25°的范围内变化;偏振度围绕偏振中性点有规律的分布.

大倾角光学遥感中大气点扩散函数的近似模型

大气对垂直遥感和大倾角遥感影响的主要差别之一体现于邻近象元的影响。对于垂直遥感，点扩散函数是各向同性的，即邻近象元对于目标象元的影响只与它们之间的距离有关，和它们之间的相对方位无关。但是对于大倾角遥感，点扩散函数不仅依赖于邻近象元和目标象元之间的距离，而且还依赖于它们之间的相对方位，在距离相同时，在观测方位上的邻近象元对目标象元的影响最大。本文用传感器、目标象元和邻近象元构成的几何关系描述来自邻近象元的漫反射再经大气的一次散射而达到传感器的辐射通量，从而得到大气的点扩散函数的近似解析解。这种解析近似同蒙托卡洛的模拟结果有很好的一致。我们用这种方法得了ＡＳＡＳ（ＡｄｖａｎｃｅｄＳｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅＡｒｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｒａｄｉａｍｅｔｅｒ）大倾角观测时的大气的点扩散函数，并设计了一个Ｗｉｅｎｅｒ滤波器去除邻近象元的影响。视觉效果评价和空间相关性分析的结果表明了这种方法的有效性和可行性。

偏振遥感图像的大气校正

为了实现对遥感图像快速、精确的大气校正,提出了一种联合偏振光强度信息和偏振度信息的图像大气校正算法。该算法首先采用矢量偏振辐射传输模型(vectorized linearized discrete ordinate radiative transfer,VLIDORT)建立一个由观测几何、目标偏振信息、大气条件、气溶胶模式等参数组成的查找表,然后通过查找表插值方法对输入的图像进行大气校正。实验结果表明,偏振图像大气校正算法在雾天成像条件下,使得图像对比度提高了41.84%,图像信息熵值提高了0.44,很好地去除了雾对图像的影响。进而说明偏振图像大气校正算法能够很好地还原目标强度信息和偏振度信息,提高图像的对比度,增加图像的信息熵值。

基于偏振信息的遥感图像大气散射校正

大气散射严重影响了航空遥感图像的质量。为了提高航空遥感图像的识别能力,提出一种基于偏振信息的航空遥感图像大气散射校正方法。大气散射具有显著的偏振特性,而对于垂直探测的地物辐射信号偏振度非常低,该方法正是利用大气散射偏振特性与地物目标偏振特性的差别,从图像中提取地物目标辐射信息,从而提高遥感图像的质量。通过机载多波段偏振CCD相机获取航空偏振遥感图像数据,并采用一组443 nm波段的航空偏振图像数据进行图像大气散射校正实验,实验结果表明该方法能有效地进行航空遥感图像的大气散射校正,从而提高了航空遥感图像的识别能力。

偏振遥感的中性点大气纠正方法研究

地表物体具有较强的偏振特性,因此可以作为偏振遥感的信息源。但是,大气的偏振效应强于地表的偏振效应,导致星载遥感器无法有效接收地表目标的偏振信息,大气的起振与退偏效应成为偏振遥感对地表目标进行观测和应用的一个瓶颈问题。本文提出一种利用大气中性点对偏振遥感中地表偏振效应与大气偏振效应进行分离的方法,通过天空中大气线偏振度为零的中性点区域进行对地观测,目的是去除大气偏振作用,进而最大限度地获取地表目标偏振信息。地面实验的结果验证了利用大气中性点进行大气纠正具有理论上的可行性。

大气中性点区域偏振效应的地-气参量研究

随着中国多颗偏振遥感器搭载发射,偏振遥感成为对地观测领域一个新的增长点以及研究热点。由于大气散射具有较强的偏振效应,大气与地表偏振信号的分离是偏振对地进行有效观测和应用的一个现实问题与难点问题。本文利用晴空中有规律的偏振分布以及大气偏振中性点的性质,对利用大气中性点的偏振效应进行地表—大气偏振信息分离的可行性进行了论证。通过对大气中性点在辐射传输过程性质的计算,得出Babinet大气中性点区域的偏振效应以及基于Babinet中性点区域进行偏振对地观测的基本方法,研究重点阐述了从航空遥感和航天遥感两个层面对如何将大气中性点应用于遥感观测进行了讨论。结果表明:(1)Babinet中性点相比于其他两个中性点,更适合于偏振遥感对地观测中地—气偏振参量分离;(2)航空遥感搭载偏振传感器在Babinet中性点区域进行地表探测可以消除大气偏振,突出地物偏振信息,有效进行地—气偏振参量分离;(3)在太阳同步轨道的卫星遥感影像上能够有效识别偏振中性点区域;研究成果有效分离高分辨率偏振遥感地物反演中的大气偏振耦合效应,实现地表偏振反射信息最大化,对于偏振遥感的大气校正以及定量化水平的提升具有实践意义。