传感器定标系数会随时间漂移
复杂的辐射定标方法，如热红外定标需要逐扫描线对比 黑体观测给出动态的定标系数
22
2. 遥感数据产品生产的流程

2.2 遥感数据预处理
遥感数据的几何校正

几何校正的目的：
把遥感图像的图像坐标与真实目标的地理坐标联系起来

遥感几何校正的注意事项

几何校正具有误差，特别是对于批量生产的产品，目前 自动校正的几何误差可能有数百米到数公里

线性回归模型 多项式回归模型


指数函数模型
多变量回归模型
经验模型的优点与局限

优点：一般比较简单，计算量小，易反演 局限：受限于提取模型用的训练数据，如果时间、地点、 目标改变了，模型就不再适用
32
2. 遥感数据产品生产的流程

2.3 遥感反演
半经验模型（物理模型简化）

非线性模型线性化，非敏感参数用常数值代替 优点：既简单又有一定物理意义
20
2. 遥感数据产品生产的流程

2.2 遥感数据预处理
传感器辐射畸变类型

坏像元

探测器损坏或者数据传输过程中 丢失 点缺失、行缺失或者列缺失来自探测器之间的差异

面阵探测器，线阵探测器 低信噪比波段和红外探测器容易 受到探测器差异的影响
机载WiDAS传感器近红外 图像辐射畸变校正前后

光学系统透过率的非均匀
正演
物理参数
3
遥感信号
反演
1. 遥感反演概述

1.2 遥感反演问题的本质和科学问题

遥感的本质是反演，而从反演的数学来源讲，反演研究 所针对的首先是数学模型。……，首先要解决的问题是 对地表遥感像元信息的地学描述。 但陆地遥感反演的根本问题在于定量遥感往往需要用少 量观测数据估计非常复杂的地表系统的当前状态，本质 上是一个病态反演问题。 解决病态反演问题的办法，一是扩充信息源，比如综合 使用多源遥感数据或地面观测资料，引入先验知识；二 是控制信息分配，让有限的观测信息尽量分配到目标参 数，抑制反演过程中的误差传播。
E0
就可直接求出逆向公式
Ltoa L0 E0 ( Ltoa L0 ) s cos( s ) i v

1. 遥感反演概述

BRDF及反照率产品
线性方程求解

线性核驱动模型
R(i , v , ) f iso f geok geo (i , v , ) f vol kvol (i , v , )

校正方式
多项式校正、样条校正、三角网格校正
24
正射校正
2. 遥感数据产品生产的流程

2.2 遥感数据预处理
遥感数据的大气校正

大气校正的目的：
消除大气辐射的影响，恢复大气下界的地面反射率或者地面辐射 亮度

大气影响的表现方式
大气吸收，大气层辐射，相邻像元的影响

大气校正的难度——大气参数的获取


2.2 遥感数据预处理
思考：遥感数据预处理中的哪些误差 会传递到最终的数据产品？
传感器的缺陷，不准确的定标，不准确的几何 位置，重采样误差，大气校正误差，薄云等
27
2. 遥感数据产品生产的流程

2.3 遥感反演
遥感反演的三要素
模型
反演算法
信息源
28
2. 遥感数据产品生产的流程

2.3 遥感反演

2.3 遥感反演
遥感物理模型的优点与局限

优点
原理比较清晰，可以分析原理改进模型

不足
非线性，计算量大，不容易反演
模型依赖于对目标的一些假设，不满足假设的目标不适用
即使最严格物理模型，仍然是对复杂自然现象的近似，因此仍然 有误差
31
2. 遥感数据产品生产的流程

2.3 遥感反演
遥感经验模型（统计模型）
经验公式、查找表 经验公式、查找表 公式推导
公式推导（线性方程求解）
公式推导、迭代优化
叶面积指数
经验回归、公式＋查找表
1. 遥感反演概述

气溶胶产品
1.
查找表
2.
3.
选择暗目标：2100纳米反射率和440纳米反射率之间有 经验关系，假设２１００纳米处无大气影响，可得440 纳米处的地表反射率。 建立440纳米处地表反射率、气溶胶类型、气溶胶光学 厚度、太阳角度、观测角度等自变量与TOA反射率的查 找表。 根据各种已知条件（即上面用下划线表示的量）就可从 查找表中得到气溶胶光学厚度。
遥感模型

物理模型 经验模型（统计模型） 半经验模型（物理模型简化） 计算机仿真模型
29



2. 遥感数据产品生产的流程

2.3 遥感反演
遥感物理模型

辐射传输（RT）模型
广泛用于大气、地表、叶片

几何光学（GO）模型
景合成的思想，即像元光谱是组分光谱的面积比例加权平均

GO-RT混合模型
30
2. 遥感数据产品生产的流程

模型的可反演性
合适的参数化方法

反演算法的稳定程度
对噪声的抵抗能力

反演算法中使用约束条件
正则化方法、贝叶斯反演、物理边界

6
优化反演算法以提高计算效率
优化代价函数、选择合适的迭代算法、建立查找表
1. 遥感反演概述
1.5 MODIS数据参数反演系统

气溶胶产品 大气水汽含量
大气校正 BRDF及反照率产品 地表温度
作常数；c)大气温度与下垫面温度相差不大，黑体辐射公
式可以采用线形近似。

公式推导（略） 最终公式

系数获取方法（拟合MODTRAN模拟的数据）
1. 遥感反演概述

地表温度

迭代优化（Z Wan - 1997 ）
MODIS７个波段昼夜两次观测，大气地表参数同时反演

未知数：７个通道的发射率、昼夜两个地表温度、昼夜两
21

透镜系统都会有靠近光轴部分透过率高于远离光轴透过率的现象
2. 遥感数据产品生产的流程

2.2 遥感数据预处理
遥感数据的辐射定标

辐射定标的目的：
把遥感原始数据的DN值与遥感传感器接收到的辐射能量联系起来
L DN a b

遥感数据辐射定标的注意事项

同一传感器的不同个体之间定标系数会有差异

1. 遥感反演概述 2. 遥感数据产品生产的流程

2.1 遥感产品生产线结构 2.2 遥感数据的预处理
2.3 遥感反演
2.4 遥感产品的完善和发布

3. 例子：GLASS叶面积指数产品生产线


3.1 数据源
3.2 预处理 3.3 反演算法

16
3.4 质量控制和质量标志
2. 遥感数据产品生产的流程

局限：作为物理模型的简化，也有一定适用范围
计算机仿真模型

蒙特卡洛仿真 真实景观+三维辐射传输
优点：逼真
局限：计算量非常大
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2. 遥感数据产品生产的流程

2.3 遥感反演
遥感反演的信息源

第三公设: Verstraete 等 (1996) 提出的反演10个公设的第 3 条“定 量遥感反演的必要条件是独立观测的个数大于未知数的 个数”

遥感数据产品生产在遥感信息流中的位置
遥感数据产品生产
17
2. 遥感数据产品生产的流程

2.1 遥感产品生产线结构
遥感数据源
预处理
辐射定标 几何校正 大气校正
参数反演
模型 多源数据引入 反演算法
后处理
质量控制
18
产品完善
格式规范
发布
参数产品的应用
2. 遥感数据产品生产的流程

2.2 遥感数据预处理 辐射畸变校正
遥感反演及遥感数据产品的生产过程

1. 遥感反演概述 2. 遥感数据产品生产的流程

2.1 遥感产品生产线结构 2.2 遥感数据的预处理
2.3 遥感反演
2.4 遥感产品的完善和发布

3. 例子：GLASS叶面积指数产品生产线


3.1 数据源
3.2 预处理 3.3 反演算法

1
3.4 质量控制和质量标志



1. 遥感反演概述

叶面积指数与fPar
公式＋查找表（R Myneni-2002）

辐射传输方程，包含很多参数 将辐射传输方程的求解过程分解，分解后的每一模块只包 含少量参数


对每个模块建立查找表
将观测的多波段（或多角度）数据与查找表对照，就得到
叶面积指数与fPar
第三讲：遥感反演及遥感数据产品的生产过程
遥感反演气溶胶参数（暗目标方法）

25
遥感反演大气温湿度廓线（红外高光谱）
2. 遥感数据产品生产的流程

2.2 遥感数据预处理
遥感数据的云、雪检测

正确的云、雪检测对于遥感产品生产的重要性：

多数遥感产品云、雪检测 效果不理想
薄云、高云阈值的确定 亚像元的云分布 26云与雪的光谱特征的相似与差异
2. 遥感数据产品生产的流程


4
1. 遥感反演概述

1.3 常见的几种遥感反演方法

经验回归
例如逐步多元回归、神经元