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第1页：大气纠正

大气纠正 Atmospheric correction

本章讲解遥感影像大气纠正的基本方法与气溶胶光学厚度反演技术，包括零反射地表假设、参考地物法、暗目标方法与查找表构建。

第2页：电磁波在大气中的传输

电磁波在大气中的传输：太阳辐射穿过大气到达地表，经地表反射后再穿过大气到达传感器，在这一过程中受到大气吸收、散射与自身发射的影响。

第3页：电磁波在大气中的传输（衰减）

电磁波在大气中的传输：传感器接收到的辐射由两部分组成，即大气程辐射（大气自身散射贡献）与经大气衰减后的地表反射辐射。

大气纠正的目标就是剔除程辐射与衰减影响，还原地表真实反射率。

第4页：零反射地表假设

零反射地表假设：零反射地表是对地表—大气耦合系统辐射传输问题的简化，它假设地表反射率为零，传感器接收到的辐射全部来自大气。

通过零反射地表假设，我们可以求解大气程辐射，从而将遥感图像中来自地表的辐射和来自大气的辐射分离，使遥感大气订正模型得以大大简化。

第5页：参考地物法

参考地物法：对于高分辨率的图像，可以假设整幅图像的大气状况相同，图像的观测天顶角也可以近似看作相同（垂直观测）。如果可以在一幅图像中找到若干个（3 个以上）地表反射率固定不变的地物，则可以通过求解方程组得到大气参数，进而达到整幅图像大气校正的目的。

理论上 n ≥ 3 即可求解，但为避免方程的相关性，一般要寻找地表反射率分别为高、中、低（差）的地物作为参考物。该方法对于时间序列的多幅影像的归一化校正适用。

第6页：已知大气状况的校正方法

已知大气状况的校正方法：如果已知大气的垂直廓线（温、湿、压）、大气水汽含量、大气光学厚度（气溶胶）以及气溶胶模式，我们可以通过大气辐射传输模式模拟，计算三个不同地表反射率条件下的大气层顶辐射亮度，进而求解得到 L₀、S 和 F 值，而达到大气效应纠正的目的。

对于可见光/近红外波段而言，大气状况最主要的影响因素是大气气溶胶的变化，即大气光学厚度的变化，因此关键是如何估算遥感图像的气溶胶分布。

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第10页：大气参数信息的提取

大气参数信息的提取

• 气溶胶的光学厚度
• 气体分子的光学厚度
• 气体分子的吸收

其中气溶胶光学厚度时空变化最大，是大气纠正中最关键也最难获取的参数。

第11页：气溶胶的定义

气溶胶光学厚度的提取：气溶胶（aerosol）是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系。其分散相为固体或液体小质点，其大小为 0.001—100 微米。

第12页：辐射传输方程

3.1 辐射传输方程

本节基于辐射传输方程建立气溶胶光学厚度的反演方法，即由卫星观测的大气层顶辐射亮度，结合给定的气溶胶模式，反推大气中气溶胶的含量。

第13页：气溶胶光学厚度 AOD

气溶胶光学厚度：英文名称为 AOD（Aerosol Optical Depth）或 AOT（Aerosol Optical Thickness），定义为介质的消光系数在垂直方向上的积分，是描述气溶胶对光的衰减作用的物理量。

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第15页：辐射值随光学厚度的变化

不同地表反射率条件下辐射值随光学厚度的变化：图中给出地表反射率取不同值时，大气层顶辐射亮度随气溶胶光学厚度变化的曲线。地表反射率越低，辐射对光学厚度变化越敏感，反演精度越高。

第16页：海洋上空气溶胶反演

海洋上空气溶胶反演精度最高：水体在近红外与短波红外波段反射率极低，近似为暗背景，传感器接收辐射主要来自大气，因此气溶胶光学厚度反演精度最高。

第17页：浓密植被上空气溶胶反演

浓密植被上空气溶胶反演精度较高：浓密植被在红、蓝波段反射率很低，可作为暗目标使用，其气溶胶反演精度次于海洋上空。

在陆地上，浓密植被是最常用的暗目标。

第18页：暗目标方法

暗目标方法：如果图像中包含有浓密的植被，因为浓密植被在可见光反射率很低，被称为暗目标，因此传感器所接收的辐射主要来自于大气的程辐射，可以用于大气光学厚度的估算。

其算法的基本思路如下所述（见后续各步）。

第19页：暗目标方法的五个步骤

气溶胶光学厚度反演方法：暗目标方法的算法步骤如下。

• a. 确定暗目标的存在：利用植被指数高和红外波段反射率低的特性；或利用中红外通道的反射率低的特性
• b. 给定气溶胶模式（气溶胶谱分布、折射指数、单次散射反照率等）
• c. 利用气溶胶模型计算辐射传输查找表，将遥感观测的辐射亮度反演为气溶胶光学厚度
• d. 利用得到的气溶胶光学厚度对整幅遥感影像进行内插，得到整幅图像的光学厚度
• e. 对整幅影像进行大气校正

第20页：浓密植被法地表反射率的确定

浓密植被法地表反射率的确定：浓密植被地表，根据 2.1 微米通道反射率与红波段和蓝波段的反射率直接相关的特性，来计算红波段和蓝波段的地表反射率。

第21页：气溶胶反演查找表的构建

气溶胶反演查找表的构建：下表列出查找表构建时的参数设置。

第22页：大气纠正流程

大气纠正：本页给出大气纠正的整体流程，包括大气参数获取、查找表插值与逐像元校正三个环节。

流程的第一步是气溶胶光学厚度反演，第二步是地表反射率计算，第三步为整幅影像的校正输出。

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