臧　熹，楊　博，齊建偉，向夏蕓

(1. 武漢大學(xué)，湖北 武漢 430072； 2. 中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

An Improved Topographic Correction Method of Remote-sensing Images

ZANG Xi，YANG Bo，QI Jianwei，XIANG Xiayun

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一種改進(jìn)的遙感影像地形校正方法

臧熹1，楊博1，齊建偉2，向夏蕓1

(1. 武漢大學(xué)，湖北 武漢 430072； 2. 中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

An Improved Topographic Correction Method of Remote-sensing Images

ZANG Xi，YANG Bo，QI Jianwei，XIANG Xiayun

摘要：地形校正是遙感影像定量化應(yīng)用環(huán)節(jié)之一，以往的地形校正研究多是針對(duì)一景影像中很小的局部影像塊來進(jìn)行處理研究的，對(duì)整景大場(chǎng)景影像進(jìn)行地形校正的研究尚不多?；诖?本文利用高分一號(hào)的寬視場(chǎng)相機(jī)拍攝的16 m分辨率的遙感影像,研究了大場(chǎng)景下地形校正方法,對(duì)C校正模型進(jìn)行了改進(jìn)，在C校正模型中加入了反射角的影響，并且驗(yàn)證了改進(jìn)模型的合理性；最后對(duì)改進(jìn)的模型與余弦校正模型、傳統(tǒng)的C校正模型的處理結(jié)果進(jìn)行了比較。通過分析，利用改進(jìn)的模型,影像的標(biāo)準(zhǔn)差普遍變小,影像校正后的陰陽(yáng)坡亮度值趨于一致的趨勢(shì)更明顯。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)大場(chǎng)景、非星下點(diǎn)成像的遙感影像利用改進(jìn)模型進(jìn)行地形校正效果明顯增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：地形校正；寬幅；C校正模型；反射角

一、引言

衛(wèi)星傳感器獲得的影像由于受到地形起伏即坡度和坡向變異的影響而導(dǎo)致陰陽(yáng)坡影像亮度值的差異，尤其在丘陵地帶和山區(qū)，地形坡度、坡向和太陽(yáng)光照幾何條件等對(duì)遙感影像的亮度值的影響是非常顯著的，朝向太陽(yáng)的坡面會(huì)接收到更多的光照，在遙感影像上色彩自然要亮一些，背向太陽(yáng)的陰面由于反射的是天空散射光和鄰近地物的散射光，在圖像上表現(xiàn)得要暗淡一些，會(huì)出現(xiàn)同物異譜或同譜異物的現(xiàn)象。復(fù)雜地形地區(qū)遙感影像的這種輻射畸變稱為地形效應(yīng)，這種現(xiàn)象嚴(yán)重干擾了影像中地物的光譜信息，從而導(dǎo)致這些地區(qū)數(shù)字遙感影像自動(dòng)分類的錯(cuò)分、難分現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著數(shù)字遙感影像的信息提取精度和使用[1]。因此必須對(duì)地形效應(yīng)進(jìn)行校正處理，即地形校正。目前的地形校正主要是基于太陽(yáng)入射角的地形校正模型，其主要目的是消除影像亮度值與太陽(yáng)入射角的關(guān)系，將影像斜面上的亮度值投影到水平面上來，從而達(dá)到地形校正的目的。

現(xiàn)有的地形校正模型很多，其中C校正模型因其簡(jiǎn)單的使用條件和輸入?yún)?shù)及較好的普適性，成為應(yīng)用最廣泛的校正模型之一。之前的研究對(duì)象大都是選取一景影像的一小部分影像塊，此時(shí)，影像覆蓋范圍比較小，像元數(shù)量比較少，像元的反射角對(duì)C校正模型經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的擬合可能沒有太大的影響，而且可以不用考慮像元的反射角在影像塊內(nèi)部的差異。但是當(dāng)遙感影像的幅寬比較寬時(shí)，由于覆蓋區(qū)域廣，一景影像的像元數(shù)量非常多，在成像范圍內(nèi)，像元的反射角及像元在景內(nèi)位置的差異引起的反射角的變化對(duì)整景影像的校正方程的相關(guān)性及擬合經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的計(jì)算就可能產(chǎn)生累積性和趨勢(shì)性的影響。尤其是當(dāng)衛(wèi)星不是星下點(diǎn)成像時(shí)，反射角的影響可能會(huì)更明顯。對(duì)于大場(chǎng)景遙感影像的地形C校正，考慮到反射角可能造成的影響，本文在C校正模型的基礎(chǔ)上加入了反射角，對(duì)C校正模型進(jìn)行了改進(jìn)；利用高分一號(hào)的寬視場(chǎng)相機(jī)拍攝的16 m分辨率的200 km幅寬的遙感影像對(duì)改進(jìn)的方法進(jìn)行了驗(yàn)證，證明了反射角確實(shí)對(duì)校正結(jié)果有著比較大的影響，并且將校正結(jié)果與余弦模型和傳統(tǒng)的C模型進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)校正后影像的方差有所降低，陰陽(yáng)坡亮度值趨于一致的趨勢(shì)更加明顯。

二、改進(jìn)的地形校正模型

1. C校正模型

C校正模型[2]是朗伯體模型，其假定地表具有朗伯體反射特性，即地表是一理想散射反射體，入射太陽(yáng)輻射在各個(gè)方向和任意波長(zhǎng)具有均等反射可能性。除了入射太陽(yáng)輻射，地表像元接收到的輻射還包括鄰近地形的散射輻射和天空漫散射輻射，因此C校正中引入?yún)?shù)C用來描述大氣和鄰近地形對(duì)像元的散射輻射的貢獻(xiàn)，從而減弱余弦校正中的過校正問題。研究表明，對(duì)于任意波段影像的像素DN值和其對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)入射角余弦值都遵循線性關(guān)系[3]。

在斜面上，像素亮度值與光照系數(shù)(太陽(yáng)入射角余弦值)滿足關(guān)系式

LT=a+b·cosi

(1)

式中，LT為校正前影像斜面的亮度值；i為斜面的太陽(yáng)入射角；a和b是通過LT與cosi的關(guān)系擬合出的直線的截距和斜率。太陽(yáng)入射角i與像元的地理經(jīng)緯度、太陽(yáng)高度角和方位角，以及像元的坡度和坡向有關(guān)系，計(jì)算公式為

cosi=cosθSZcosθS+sinθSZsinθScos(φS-φA)

(2)

式中，i為太陽(yáng)入射角；θSZ為太陽(yáng)天頂角；θS為像元坡度角；φS為太陽(yáng)方位角；φA為像元坡向角。

對(duì)于水平面，太陽(yáng)入射角就是太陽(yáng)天頂角，其像素亮度值與光照系數(shù)的關(guān)系式為

LH=a+b·cosθSZ

(3)

式中，LH為水平面的像元亮度值。

將傾斜地面的直線投影到水平地面的直線，即

即可得到C校正模型的方程

(4)

式中，參數(shù)C是根據(jù)像元亮度值與光照系數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，由線性回歸擬合得到的斜率b和截距a可計(jì)算得到C=a/b。

參數(shù)C并沒有明確的物理含義，但根據(jù)像元受到的散射輻射隨著擬合出來的截距a的增大而增大，通?？梢姽獠ǘ伪燃t外波段的C值要大一些，因?yàn)榭梢姽獠ǘ蔚牟ǘ味?，受到大氣和鄰近地形的散射輻射更?yán)重[4]。C校正模型簡(jiǎn)單易行，并且在一定程度上避免了低光照區(qū)域的過校正，可以對(duì)遙感影像有比較好的地形校正效果。

可以注意到，式(1)中表達(dá)的是地表像元在地面處接收到的輻射。但是地表像元在地面處接收到的輻射還需要經(jīng)過反射才能到達(dá)傳感器，因此式(1)并不能很好地對(duì)傳感器接收到的輻射進(jìn)行表示。當(dāng)影像幅寬比較寬時(shí)，由于影像覆蓋范圍比較廣，景內(nèi)像元的最左端和最右端的反射角的大小就會(huì)有比較大的差異。而當(dāng)衛(wèi)星不是星下點(diǎn)成像時(shí)，傳感器和地表像元連線與地表像元天頂線形成的反射角不再為0，這對(duì)景內(nèi)像元的反射角的影響也是不可忽視的。因此有必要考慮反射角，從而更好地模擬到達(dá)傳感器處的輻射量。

2. 加入反射角的改進(jìn)模型

(1) 加入反射角的模型原理

傳感器接收到的輻射包括以下幾部分：地表像元反射的太陽(yáng)直射輻射、鄰近地形的散射輻射、天空漫散射輻射及程輻射[4]。由于是相對(duì)地形校正，校正的目的主要是消除影像亮度值與太陽(yáng)入射角的關(guān)系，即校正太陽(yáng)直射輻射的部分，而鄰近地形的散射輻射、天空漫散射輻射及程輻射這3個(gè)量對(duì)于傳感器接收到的總輻射來說是加性輻射量，因此統(tǒng)一將這3個(gè)輻射量作為一個(gè)變量a來表示。成像時(shí)刻太陽(yáng)直射輻射在大氣下層的輻射量為b；考慮到成像時(shí)刻的太陽(yáng)天頂角，則到達(dá)地表像元的太陽(yáng)直接輻射量為b·cosi；考慮到像元的反射角，基于地表反射是朗伯體的假定，地表像元接收到的輻射在像元與傳感器連線這一反射方向上，實(shí)際被地表像元反射的太陽(yáng)輻射則表示為b·cosi·cose。

因此，在斜面上，傳感器接收到的總輻射表示為

LT=a+b·cosi·coset

(5)

式中，LT為校正前影像斜面的亮度值；i為斜面像元的太陽(yáng)入射角；et為斜面像元的反射角；a和b的求解與C校正模型中的類似，是通過LT與cosi·coset的關(guān)系，擬合出的直線的截距和斜率。

類似的，在水平面上，傳感器接收到的總輻射表示為

LH=a+b·cosθSZ·coseh

(6)

式中，LH表示水平面像元的亮度值；θSZ表示太陽(yáng)天頂角；eh表示水平面的像元反射角。

將傾斜地面的直線投影到水平地面，即

即可得到以下C校正模型的方程

(7)

式中，參數(shù)C=a/b。

(2) 反射角的計(jì)算

① 平面像元反射角的計(jì)算

當(dāng)衛(wèi)星不是星下點(diǎn)成像時(shí)，衛(wèi)星和地面目標(biāo)的關(guān)系如圖1所示[5]。

圖1中，α是地面目標(biāo)的天頂方向與地面目標(biāo)和衛(wèi)星連線方向所成的夾角，稱為衛(wèi)星天頂角；β是衛(wèi)星的星下點(diǎn)(即天底)至地面目標(biāo)點(diǎn)的張角，稱為衛(wèi)星星下點(diǎn)角。衛(wèi)星天頂角與衛(wèi)星的星下點(diǎn)角存在的幾何關(guān)系，可由正弦定理表示為

(8)

式中，H為衛(wèi)星飛行的平均軌道高度；R為地球半徑。

由圖1可知，衛(wèi)星天頂角α就是地面目標(biāo)像元的反射角，因此有

(9)

圖1　衛(wèi)星天頂角與地面目標(biāo)星下點(diǎn)角的關(guān)系圖

對(duì)于線陣推掃的傳感器來說，傳感器是垂直于衛(wèi)星軌道進(jìn)行推掃成像，因此在計(jì)算景內(nèi)像元的星下點(diǎn)角時(shí)，近似認(rèn)為影像上每一掃描行內(nèi)的像元的星下點(diǎn)角的大小不同，且與其在景內(nèi)的位置有關(guān)；而影像上掃描行間的相同列的像元的星下點(diǎn)角相同。這樣只需計(jì)算通過中心像元這一掃描行上所有像元的星下點(diǎn)角即可得到一景內(nèi)任意像元的星下點(diǎn)角，進(jìn)一步可以得到一景內(nèi)任意像元的反射角。

根據(jù)景內(nèi)地面目標(biāo)像元的位置差異計(jì)算每個(gè)像元的星下點(diǎn)角β，景內(nèi)任意像元的星下點(diǎn)角與中心像元的星下點(diǎn)角的關(guān)系如圖2所示。

圖2中，O點(diǎn)表示景中心像元的位置；A表示與中心像元O同一掃描行內(nèi)的任意像元A的位置；

M點(diǎn)是星下點(diǎn)；β0表示景中心像元的星下點(diǎn)角；β′表示像元A的星下點(diǎn)角。

圖2　任意像元星下點(diǎn)角與中心像元星下點(diǎn)角的關(guān)系圖

景中心像元的衛(wèi)星天頂角可以從影像的元數(shù)據(jù)中讀出，記為α0，由式(7)可以計(jì)算出景中心像元的星下點(diǎn)角β0，進(jìn)而可以近似計(jì)算出OM的距離

OM=H·tanβ0

(10)

又由像元A與中心像元O的位置關(guān)系，可以計(jì)算AO的距離，從而可以近似得到AM=AO+OM，因此像元A的星下點(diǎn)角β′為

(11)

再由式(8)可得任意像元A的衛(wèi)星天頂角，即反射角α′。

② 斜面像元反射角的計(jì)算

圖3是太陽(yáng)—地面—衛(wèi)星的幾何關(guān)系圖[6]。

圖3　太陽(yáng)—地面—衛(wèi)星的幾何關(guān)系圖

根據(jù)圖3可以給出以下近似計(jì)算斜面像元反射角的關(guān)系：

圖3(a)表示當(dāng)?shù)孛媸瞧矫鏁r(shí)，太陽(yáng)入射角為i，θsz是太陽(yáng)天頂角，衛(wèi)星天頂角為α，平面像元的反射角e=α。

設(shè)衛(wèi)星的方位線與坡向線所成的不大于180°的夾角為δ，圖中θs表示斜面的坡度。

圖3(b)表示當(dāng)?shù)孛媸切泵?，?0°<δ≤180°時(shí)，斜面的坡向背離衛(wèi)星，斜面像元的反射角e=α+θs。

圖3(c)表示當(dāng)?shù)孛媸切泵?，?°≤δ<90°時(shí)，斜面的坡向朝向衛(wèi)星，斜面像元的反射角e=α-θs。

當(dāng)δ=90°時(shí)，斜面像元的反射角e=α。

綜合圖3(b)和圖3(c)可以看出，當(dāng)衛(wèi)星是星下點(diǎn)成像時(shí)，即α=0時(shí)，水平面像元的反射角為0，斜面像元的反射角等于像元的坡度。

③ 像元平面反射角的取值范圍

當(dāng)遙感影像的幅寬比較寬時(shí)，像元在景內(nèi)位置的差異引起的反射角的變化不容忽視。高分一號(hào)衛(wèi)星的寬視場(chǎng)成像儀中的單相機(jī)拍攝的一景影像幅寬為200 km，平均飛行軌道高度為645 km。根據(jù)高分一號(hào)的寬視場(chǎng)數(shù)據(jù)的基本信息來估算一景影像內(nèi)平面反射角的取值范圍。

a. 當(dāng)衛(wèi)星是星下點(diǎn)成像時(shí)，如圖4所示。

圖4　衛(wèi)星是星下點(diǎn)成像時(shí)，像元反射角示意圖

通過計(jì)算可得，α的取值范圍為0～8.8°，可見雖然衛(wèi)星是星下點(diǎn)成像，但當(dāng)影像幅寬比較寬時(shí)，一景影像內(nèi)平面反射角的變化還是很明顯的。

b. 當(dāng)衛(wèi)星不是星下點(diǎn)成像時(shí)，反射角的變化可能會(huì)更明顯。高分一號(hào)衛(wèi)星的寬視場(chǎng)的成像儀由4臺(tái)相機(jī)并排組成，兩兩相機(jī)的主光軸之間有16°的夾角。因此在成像時(shí)并不是星下點(diǎn)成像的，其景中心像元的衛(wèi)星天頂角α0最小可以達(dá)到0，最大可以達(dá)到30°以上。根據(jù)高分一號(hào)寬視場(chǎng)相機(jī)的特點(diǎn)，估算一景影像內(nèi)平面反射角的取值范圍，根據(jù)式(9)—(11)有：當(dāng)α0=10°時(shí)，一景影像的像元平面反射角α的取值范圍為0.3°～19.3°；當(dāng)α0=20°時(shí)，一景影像的像元平面反射角α的取值范圍為10.8°～28.5°；當(dāng)α0=30°時(shí)，一景影像的像元平面反射角α的取值范圍為21.6°～37.6°。

可以看出，當(dāng)衛(wèi)星不是星下點(diǎn)成像時(shí)，一景影像內(nèi)的像元平面反射角的變化更加劇烈。因此，當(dāng)對(duì)寬幅遙感影像進(jìn)行地形校正，尤其是衛(wèi)星不是星下點(diǎn)成像時(shí)，有必要將像元的反射角的影響考慮進(jìn)去。

三、試驗(yàn)驗(yàn)證與分析

1. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本文中所用的3景試驗(yàn)數(shù)據(jù)橫跨河北、河南、山西和陜西4省，景序列號(hào)分別為153580、153595和153610，是高分一號(hào)衛(wèi)星寬視場(chǎng)成像儀于2013年11月3日11:26(北京時(shí)間)拍攝的，其星下點(diǎn)地面像元分辨率優(yōu)于16 m。試驗(yàn)所用數(shù)據(jù)是L1A級(jí)別，經(jīng)過系統(tǒng)的輻射校正，有4個(gè)波段(紅、綠、藍(lán)、近紅外)，每景影像尺寸為12 000像素×13 400像素，其基本信息見表1。試驗(yàn)中所用的全球DEM的空間分辨率為1″(約30 m)，垂直精度20 m，水平精度30 m。

2. 試驗(yàn)過程

1) 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。根據(jù)每景影像的經(jīng)緯度范圍，選取同區(qū)域的全球DEM數(shù)據(jù)切片，對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)縫鑲嵌，從而可以完全覆蓋影像范圍。根據(jù)影像的經(jīng)緯度范圍內(nèi)插出每個(gè)像素的經(jīng)緯度，選用的內(nèi)插方法是雙線性內(nèi)插。通過影像覆蓋區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)，根據(jù)像素的經(jīng)緯度，計(jì)算像素在DEM中的格網(wǎng)的行列號(hào)，得到像素的坡度和坡向。從影像元數(shù)據(jù)中可以獲得成像時(shí)的太陽(yáng)天頂角和太陽(yáng)方位角，進(jìn)一步根據(jù)式(2)計(jì)算出太陽(yáng)入射角。最后根據(jù)第二章中介紹的斜面像元反射角的計(jì)算方法，計(jì)算每個(gè)像素的斜面反射角。

2) 模型驗(yàn)證。用景號(hào)為153580、153595和153610的3景影像，驗(yàn)證本文加入反射角的改進(jìn)地形校正模型，直線擬合的相關(guān)系數(shù)有所提高，證明改進(jìn)模型的合理性，從而可以進(jìn)一步應(yīng)用改進(jìn)的模型對(duì)影像進(jìn)行校正。

3) 校正模型。針對(duì)景號(hào)為153610的影像分別采用余弦校正[7]、C校正和本文的改進(jìn)方法進(jìn)行校正，比較試驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1　試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本信息

3. 試驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析

(1) 改進(jìn)的地形校正模型的合理性驗(yàn)證

式(1)描述的是斜面像元的亮度值與太陽(yáng)入射角的線性關(guān)系，LT為因變量，cosi為自變量。對(duì)景號(hào)為153580、153595和153610的3景影像的4個(gè)波段分別應(yīng)用式(1)進(jìn)行最小二乘擬合，擬合出來的直線的相關(guān)系數(shù)見表2。

表2　根據(jù)式(1)擬合的三景影像各波段的相關(guān)系數(shù)

式(5)描述的是考慮反射角后斜面像元的亮度值與太陽(yáng)入射角及像元的反射角的關(guān)系，LT為因變量，cosi·coset為自變量。對(duì)景號(hào)為153580、153595和153610的3景影像分別應(yīng)用式(5)進(jìn)行最小二乘擬合，擬合出來的直線的相關(guān)系數(shù)見表3。

表3　根據(jù)式(5)擬合的三景影像各波段的相關(guān)系數(shù)

對(duì)比表2和表3可以看出，在模型中加入反射角的影響后，3景影像擬合出的直線相關(guān)系數(shù)有大幅度的提升。這說明影像像元的亮度值不僅與太陽(yáng)入射角有關(guān)，還與像元的反射角有著密切的聯(lián)系，反射角的大小對(duì)最終到達(dá)傳感器處的輻射量有著很大的影響。進(jìn)一步表明加入反射角的改進(jìn)的地形校正模型的合理性。

(2) 改進(jìn)的地形校正模型的試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)

① 視覺評(píng)價(jià)

由于高分一號(hào)寬視場(chǎng)相機(jī)拍攝的影像尺寸比較大，因此在這里截取整景地形校正后影像中的一塊影像，對(duì)這一區(qū)域影像塊進(jìn)行放大顯示。圖5(a)、(b)、(c)、(d)分別為校正前影像、余弦校正的影像、C校正的影像、改進(jìn)方法校正的影像。

圖5　原影像及3種方法校正后的影像圖

從圖5可以看出，校正前的影像有明顯的地勢(shì)起伏，立體感很強(qiáng)烈，陰坡陽(yáng)坡的亮度值差異很大；校正后，3種地形校正方法基本上都達(dá)到了地形校正的效果，地形起伏對(duì)像元亮度值的影響基本上都消除了；但從余弦校正后的影像上可以看到，在太陽(yáng)入射角很低的地方出現(xiàn)了大量的亮區(qū)，即出現(xiàn)過校正的現(xiàn)象；而在C校正和改進(jìn)的校正模型的校正后影像上則沒有過校正的情況。仔細(xì)對(duì)比圖5(c)和圖5(d)可以發(fā)現(xiàn)，本文的改進(jìn)方法校正后影像的陰影地區(qū)的地表信息恢復(fù)得更好，陰陽(yáng)坡像元的亮度值趨于一致的趨勢(shì)更加明顯。

② 影像統(tǒng)計(jì)信息評(píng)價(jià)

為了進(jìn)一步對(duì)影像的校正質(zhì)量進(jìn)行定量的客觀的評(píng)價(jià)，本文列出了影像校正后最大值、最小值、均值及標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)量(見表4)。地形校正的效果越好，陰陽(yáng)坡的像元的亮度值越接近，陰陽(yáng)坡趨于一致的趨勢(shì)更加明顯，影像的標(biāo)準(zhǔn)差就更小。

表4　原影像與3種方法校正后的影像統(tǒng)計(jì)量

從表4中可以看出，余弦校正的最大值和均值都明顯大于未校正前的影像，校正后的影像的標(biāo)準(zhǔn)差不降反升，這是由于出現(xiàn)了大量的過校正現(xiàn)象所導(dǎo)致的。C校正和本文方法校正后，均值與原影像相比都沒有太大的變化，而影像的標(biāo)準(zhǔn)差比原影像有所降低，說明這兩種方法都使陰陽(yáng)坡的像元亮度值更加接近，達(dá)到了地形校正的目的。從標(biāo)準(zhǔn)差減小的幅度來看，本文方法校正后影像的標(biāo)準(zhǔn)差減小的幅度更大，說明本文方法對(duì)地形陰影的消除、陰陽(yáng)坡亮度值的均一化效果更好。

③ 像元亮度值與光照系數(shù)的相關(guān)性評(píng)價(jià)

地形校正的主要目的是消除影像亮度值與太陽(yáng)入射角的關(guān)系。相關(guān)系數(shù)的平方即為決定系數(shù)，決定系數(shù)的大小決定了相關(guān)的密切程度，決定系數(shù)說明模型中的自變量對(duì)因變量的影響程度。因此如果像元的亮度值不受太陽(yáng)入射角的影響，則線性擬合方程的決定系數(shù)應(yīng)該接近0，且越接近0說明校正的效果越好。表5列出了影像校正前和用3種方法校正后影像的各個(gè)波段的像元亮度值與光照系數(shù)的判定系數(shù)。

從表5中可以看出，余弦校正的決定系數(shù)比未校正之前要高出許多。這是因?yàn)橛嘞倚Ｕ谐霈F(xiàn)了嚴(yán)重的過校正現(xiàn)象，在很多低光照區(qū)域出現(xiàn)了比原有像素亮度值高出許多的非正常像元導(dǎo)致的，已經(jīng)出現(xiàn)了高度的負(fù)相關(guān)現(xiàn)象。C校正和本文方法校正后的決定系數(shù)比未校正之前都要小，說明兩種方法降低了相關(guān)的密切程度，模型中光照系數(shù)對(duì)影像亮度值的影響程度降低。比較C校正模型和本文方法，除了第一波段，本文方法在其他幾個(gè)波段的決定系數(shù)均小于C校正模型，而且第一波段的決定系數(shù)也非常接近0，說明整體上本文方法是優(yōu)于C校正模型的。

表5原影像與3種方法校正后的影像的各波段擬合決定系數(shù)

band校正方法原影像余弦校正C校正改進(jìn)方法校正band10.0154060.5543990.0002470.007099band20.0236270.3849950.0009340.000797band30.0243930.2279580.0014190.000017band40.0454170.2408060.0023950.000495

四、結(jié)論

1) 本文針對(duì)線陣推掃傳感器的成像特點(diǎn)，給出了像元平面反射角及斜面反射角的計(jì)算方法，對(duì)衛(wèi)星星下點(diǎn)成像時(shí)和非星下點(diǎn)成像時(shí)的平面反射角的范圍進(jìn)行了估算，利用多景影像驗(yàn)證了反射角對(duì)到達(dá)傳感器處的輻射量有影響這一普遍性規(guī)律。

2) 本文模型是在C校正的模型上改進(jìn)的，既保留了C校正的基本思想，又添加了反射角的影響，對(duì)非星下點(diǎn)成像的大場(chǎng)景寬幅遙感影像進(jìn)行了地形校正，并從多個(gè)角度對(duì)校正結(jié)果進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，本文的改進(jìn)方法是合理、有效的，是優(yōu)于傳統(tǒng)的C校正的。

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引文格式： 臧熹，楊博，齊建偉,等. 一種改進(jìn)的遙感影像地形校正方法[J].測(cè)繪通報(bào)，2015(1)：75-80.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0015

作者簡(jiǎn)介：臧熹(1990—)，女，碩士生，主要從事遙感影像處理方面的研究。E-mail： zx901002@sina.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家973計(jì)劃(2014CB744201)；國(guó)家863計(jì)劃(2011AA120203)；國(guó)家自然科學(xué)基金(41371430；91438203)

收稿日期：2014-07-30

中圖分類號(hào)：P237

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2015)01-0075-06