“拨云往雾见地表”，全色卫星影像来帮手

本文为中国激光第2867篇。

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当谈到气象、天气时，你会想到什么？

现现在，全球天气变热，极端灾害性气候广发、频发、并发，为全世界敲响警钟，应对天气改变 迫在眉睫。

面临全球变热，我国积极参与全球天气治理，施行应对天气改变的国度战术，节能减排，绿色低碳；面临极端性气候天气事务，早预警、早动作，积极鞭策防灾减灾动作。

雾霾等倒霉气象前提不单影响天气改变，也严峻影响卫星对地看测的效能，招致目标看不清、看禁绝、看不实。 为了“看”得更清，中国科学院空天信息立异研究院李正强研究员课题组提出了一套适用于高辨认率全色卫星影像的大气校正办法，实现“拨云往雾见地表”。

该办法往除大气及四周情况对卫星进瞳信号的影响，针对卫星影像中的临近效应问题，全面提拔卫星影像的量量，可利用于高辨认率卫星及其搭载的大气同步校正仪。

相关成果被选为 《光学学报》“空间、大气、海洋与情况光学”（SAME）专题刊 2023年第6期封面文章。

封面解读

封面形象地展现了高分二号卫星在成像过程中，除了大气骚乱，目标地物四周情况的辐射信息也会对卫星进瞳信号产生影响，那部门影响被称为临近效应。因而，针对高辨认率光学卫星的大气校正办法，不只要消弭大气的影响，还要处理四周情况所形成的临近效应。

研究布景

在低大气能见度情状下，全色光学卫星影像的成像过程易受大气吸收和散射效应以及临近效应的影响，以致太阳辐射的进瞳信号被削弱，使得影像的辐射信息无法实在反映地物信息，影响卫星影像的可视效果和利用效能。 目前常用的一些大气校正办法和软件受办法自己和输进数据等方面的限造，难以有效处理卫星影像的临近效应校正问题。因而，开展一套适用于全色卫星影像的大气校正办法具有重要利用价值。

展开全文

本文操纵大气辐射传输模子和基于指数衰减模子的大气点扩展函数，开展了一套适用于全色卫星影像的大气校正办法。足够考虑了大气成分及目标像元四周情况对卫星进瞳信号的影响，可以有效往除成像过程中大气及四周情况对进瞳信号的影响，恢复成像区域的实在地表信息，改进低大气能见度情状下全色卫星影像的图像量量。

全色卫星影像大气校正办法

临近效应校正的难点在于临近效应范畴确实定，以及该范畴内各像元受临近效应影响权重值确实定。临近效应影响范畴的大小凡是由影像空间辨认率、大气点扩散函数等因素决定，如图1（b）所示，当卫星影像的空间辨认率为0.8 m时，在目标像元相邻约6250个像元范畴（约5 km范畴）内，那些因素均对目标像元的进瞳信号有奉献。

图1 空间辨认率为0.8 m时，指数衰减点扩散函数随像元间隔的改变。(a)三维曲面图；(b)等值线图

本文所开展的全色卫星影像大气校正办法起首基于6SV模子摘用高精度的同步大气看测参数停止大气辐射校正，通过往除大气的骚乱得到初始地表反射率；然后操纵指数衰减的大气点扩散函数，通过迭代消弭临近效应带来的影响以获取实在地表反射率，典型雾霾前提下校正成果比照如图2所示。

图2 GF-2卫星大气校正前后的全色波段卫星影像。(a)校正前污染大气表看反射率( ρ TOA )；(b)大气辐射校正后污染大气初始地表反射率( ρ t )；(c)临近效应校正后污染大气实在地表反射率( ρ s )

各个影像的量量评判参数比照成果如图3和图4所示。本文开展的大气校正办法校正得到的地表反射率图像相较于未校正前的表看反射率图像的清晰度、比照度、边沿能量、细节能量等目标均显著进步（图3），地物轮廓更为清晰，纹理信息更为丰富，地物辨识度得到了显著提拔。图像调造传递函数（MTF）在雾霾和好天典型前提比拟原图像MTF值至少进步1.69倍。

图3 大气校正前后全色波段卫星影像的清晰度、比照度、边沿能量和细节能量成果比照。(a) 清晰度；(b) 比照度；(c) 边沿能量；(d)细节能量

图4 大气校正前后全色波段卫星影像的MTF。(a) 污染大气；(b) 清洁大气

将来展看

本文所开展的针对全色卫星影像大气校正办法是成立在大气参数同步获取根底上的一种定量计算、高精度校正办法，从利用角度展现了关于高辨认率对地看测卫星，能够通过搭载大气同步校正仪获取高精度的大气参数，切确计算临近校正，通过进步大气校正精度改进影像量量，有看成为此后大气校正开展的一个重要标的目的。

课题组介绍

中国科学院空天信息立异研究院李正强研究员率领的科研团队，围绕生态情况庇护远感范畴的国度严重战术需乞降科技前沿，深进开展了卫星远感和大气情况监测等研究，成立了自主看测大气光学-物理-化学特征的太阳-天空辐射计看测网，鞭策了系列星载偏振载荷的设想论证和算法工程研发，提拔了国产偏振卫星气溶胶看测才能，为我国高分卫星图像量量提拔、定量化利用供给立异支持。

通信做者简介

李正强，中国科学院空天信息立异研究院研究员，博士生导师，国度情况庇护卫星远感重点尝试室主任，国际大气情况远感学会（AERSS）主席，国际偏振看测停顿研讨会主席，大气情况远感与协同阐发论坛主席，全国卫星气象与空间气候原则化手艺委员会副主任委员，天气改变空间站国际组织中方国度代表。国度出色青年科学基金获得者， 颁发SCI等论文300余篇、专著3本，专利30余项。获北京市天然科学奖、情况庇护科学手艺奖、测绘科学手艺奖等多项奖项。

持久处置大气情况远感、卫星定量探测和大气辐射研究。开展了基于偏振的被动光学情况远感手艺，据此提出了系列大气校正仪载荷利用计划，在情况-2A/B卫星（2020年）、高分多模卫星（2020年）、碳生态监测卫星（2022年）上获得利用；创建了SONET气溶胶地基看测网，为全球十余颗卫星和国内数十家机构供给根底数据；提出了星载“偏振交火”PM 2.5 载荷科学计划，在我国GF-5(02)卫星（2021年）、DQ-1卫星（2022年）等工程上获得施行；成立大气颗粒物光学、微物理和化学成分的协同远感探测办法，开垦了通过远感反演手段绘造PM 2.5 浓度改变的情况远感阐发研究路子。在情况卫星定量远感手艺标的目的具有深挚积存和造诣，相关研究和功效具有国际一流影响力，得到国表里同业承认。

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