第34卷，第1期 2014年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
起伏地形的高光谱遥感地气耦合辐射建模研究
赵慧洁"，江澄1*，贾国瑞1，2
Vol.34,No.1.pp191-195
January2014
1.北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，教育部精密光机电一体化技术重点实验室，北京100191 2，国土资源部航空地球物理与通感地质重点实验室，北京100083
摘要邻近效应会影响高光谱遥感的定量化应用，而地气耦合辐射是邻近效应的重要组成部分。高光谱遥感数据多受地形背光和阴影的影响，不利于描述地物的光谱特性，并且地形的相互遮蔽使得辐射在大气、地表之间的耦合过程变得更加复杂。为广满足高光谱数据模拟快速性的要求，在深人分析辐射传输过程的基础上，利用邻近地物和目标地物的相对方位以及局地地形特征描述背景等效反射率，计算地气耦合辐射对传感器人瞳辐亮度的贡献，从而在起伏地形下实现了精确的地气耦合辐射建模。将此建模方法应用于高光谱遥感成像仿真，通过对实测图像的模拟，验证模型的有效性。结果表明，模拟图像与实测图像在视觉效果上具有较好的一致性：在地形起伏区域，仿真中采用改进后的地气耦合模型可提高模拟图像与实测图像
的光谱相似度，同时在地形平坦区域保持了较高的仿真精度。关键词高光谱遥感；地形起伏；地气耦合辐射；成像仿真
中图分类号：TP79文献标识码：A
引言
DOI;10,3964/j. issn.1000-0593(2014)01-0191-05
光谱波段卫星信号模拟)模型在处理地气耦合辐射问题时考愿到背景地物的复杂分布，引入广环境函数，将背景平均反射率看作是环境函数与周围背景反射率的卷积3]。Miesch借
在对地观测遥感系统中，遥感器瞬时视场观测到的辐射能量中有来自视场周围环境的贡献，一般称之为“邻近效应”1。“邻近效应”一方面模糊了目标与背景的差别，造成图像钝化与失真，务一方面会造成高光谱图像中相邻像元之间的光谱信息相互干扰，从而影响定量化应用。在周围环境反射的光子中，有一部分光子在大气和地表之间发生多次籍合作用后到达传感器，最终构成传感器人瞳辐亮度的一部分，即地气耦合辐射。为广研究“近效应”间题，必须分析地气耦合辐射的作用机制。
许多年来，国内外一些学者一直致力于地气耦合辐射的研究。多数研究集中在水平均一地表上，一般将整层大气等效为具有均一特性的单层，并采用背景平均反射率表征周围背景的反射特性，对在大气、地表之间反弹一次、二次、三次等的光子分别计算其辐射强度，地气耦合辐射为所有各次反弹强度之和。FLAASH（高光谱快速大气分析模型认为地表只包含目标和背景两种地物并且服从“点-圆"分布，通过设置背景平均反射率计算地气耦合辐射2]。6S（第二代太阳
收稿日期：2013-04-23，修订日期：2013-06-28
鉴了6S的思想，并在COMANCHE（高光谱传感器入瞳处光谱分析)模型中利用环境函数计算水平地表的地气耦合辐射汀。由于真实地表总是一个倾斜、起伏的3D面，为了计算起伏地形下的地气耦合辐射，Miesch在AMARTIS（非均匀地表下的先进大气辐射传输)模型中利用蒙特卡洛光线追踪的方法，通过道踪场景内对自标辐射产生责献的光子，精确计算了地气耦合辐射5]。其他针对起伏地形的模型，如SI-ERRA(地型和大气校正的光谱反射率反演)模型，为了保证计算效率，依然采用与平坦地形相同的方法处理地气耦合辐射。
从目前的研究现状来看，大部分采用环境函数对地气耦合辐射进行分析与处理，而环境函数的获取主要通过蒙特卡洛模拟和高斯函数近似了。由于蒙特卡洛方法需要模拟大量光子的传播行为，计算负荷较大，计算效率并不高，而高光谱遥感具有较高的光谱分辨率，客观上需要一个快速的方式来处理地气耦合辐射。简单的高斯函数并不能精确描述场景中多种地物的复杂分布状况。因而，高光谱遥感地气耦合箱
基金项目：国家自然科学基金项目（41201324/61177008)和国土资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室航遥青年创新基金项目
(2013YFL13)资联
作者简介：赵慧洁，女，1966年生，北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院教授
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