创意无极限，仪表大发明。今天为大家介绍一项国家发明授权专利——同时反演在轨高光谱传感器辐射及光谱定标参数的方法。该专利由中国科学院遥感与数字地球研究所申请，并于2017年8月8日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及遥感传感器技术领域，具体而言，特别涉及同时反演在轨高光谱传感器辐射及光谱定标参数的方法。

发明背景

在轨传感器的性能指标评价，主要用于对在轨运行的高光谱传感器的性能指标进行监测，包括辐射定标参数(增益和偏移)和光谱定标参数(中心波长和波段宽度)，数据生产商或用户根据定标的结果进行遥感数据生产和处理，保证遥感数据本身的准确性和可靠性。

传感器平台(星载或空载)的抖动、仪器老化及周围环境的变化使得在轨传感器辐射及光谱定标参数较发射前的实验室测量的初始值会发生变化，如不及时纠正，则会影响所接收的遥感图像的质量和准确性，只有准确定标后的数据才能被正确使用，用户才能从图像上获得可靠的信息。

对传感器定标而言，辐射定标和光谱定标二者理论上应该同步进行，因为辐射地表的参数在光谱定标的时候需要，而光谱定标的参数值辐射定标的时候也需要，二者相互影响,需要同步反演。

目前，已有的技术辐射定标相对比较成熟，通常利用地面靶标进行在轨传感器增益和偏移参数的反演，基于此可以将遥感图像的数字值(DN，Digital Number)转换成具有物理意义的辐射亮度；而光谱定标则更多的研究只反演中心波长的偏移，不考虑波段宽度。此外，在进行辐射定标和光谱定标时，二者定标过程是相互独立的，独立定标将导致所得的辐射定标参数和光谱定标参数都不准确，影响数据质量。

针对现有技术中定标方法得到的辐射定标参数和光谱定标参数准确性较低的问题，目前尚未提出有效的解决方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种同时反演在轨高光谱传感器辐射及光谱定标参数的方法，以解决现有技术中定标方法得到的辐射定标参数和光谱定标参数准确性较低的问题。

图为根据本发明第一实施例的同时反演在轨高光谱传感器辐射及光谱定标参数的方法的流程图

依据本发明的一个方面，提供了一种同时反演在轨高光谱传感器辐射及光谱定标参数的方法。该方法包括：通过大气辐射传输模型模拟大气层顶部1纳米分辨率的辐射亮度；根据发射前实验室测量的传感器的光谱定标参数计算传感器的入瞳辐射亮度L1；获取待反演定标参数的高光谱DN值图像；根据发射前实验室测量的传感器的辐射定标参数和高光谱DN值图像计算高光谱DN值图像的辐射亮度L2；对L1和L2分别进行导数计算，依次得到第一求导结果和第二求导结果；对第一求导结果分别进行归一化处理、包络线去除处理和计算光谱角处理，依次得到第一归一化结果a1、第一包络线去除结果b1和第一计算光谱角结果c1；对第二求导结果分别进行归一化处理、包络线去除处理和计算光谱角处理，依次得到第二归一化结果a2、第二包络线去除结果b2和第二计算光谱角结果c2；以a1、b1、c1、a2、b2、c2为基础，采用优化算法迭代对比L1和L2的差别，迭代过程中优化算法自动调整待反演参数，直到L1和L2的差别满足预设条件，此时的待反演参数即为反演结果，其中，待反演参数包括增益、偏移、中心波长和波段宽度。

进一步地，通过大气辐射传输模型模拟大气层顶部1纳米分辨率的辐射亮度具体为：以预设的大气温度、湿度、气溶胶能见度以及在轨传感器的角度和太阳的角度为驱动数据，驱动大气辐射传输模型模拟大气层顶部1纳米分辨率的辐射亮度。

在驱动大气辐射传输模型模拟大气层顶部1纳米分辨率的辐射亮度时，地表的反射率设置为0 .1-0 .3之间的常数。大气辐射传输模型为MODTRAN5大气辐射传输模型。根据发射前实验室测量的传感器的光谱定标参数计算传感器的入瞳辐射亮度L1具体为：以发射前实验室测量的传感器的光谱定标参数为初值，对模拟得到的1纳米分辨率的辐射亮度采用高斯函数进行卷积计算，得到传感器的入瞳辐射亮度L1。

根据发射前辐射定标参数和高光谱DN值图像计算对应的辐射亮度L2具体为：利用发射前实验室测量的传感器的辐射定标参数对高光谱DN值图像进行辐射定标，得到高光谱DN值图像的辐射亮度L2。预设条件为由a1与a2的均方根误差、b1与b2的均方根误差、c1与c2的均方根误差构成的三个均方根误差之和最小。

通过本发明，提供了一种同时反演在轨高光谱传感器辐射及光谱定标参数的方法，在该方法中，通过大气辐射传输模型模拟大气层顶部1纳米分辨率的辐射亮度，然后根据发射前实验室测量的传感器的光谱定标参数、辐射定标参数分别计算传感器的入瞳辐射亮度L1和待反演定标参数的高光谱图像的辐射亮度L2，再对L1和L2分别进行导数计算后归一化处理、包络线去除处理和计算光谱角处理，最后对处理结果利用优化算法迭代计算，当L1和L2的差别达到最小时即为反演结果，也即增益、偏移、中心波长和波段宽度，从而实现在轨传感器辐射定标参数(增益和偏移)和光谱定标参数(中心波长和波段宽度)的同步反演，弥补已有技术只能确定部分参数的缺陷，为生产高质量遥感数据提供了技术保障。