李 鑫， 張黎明*， 陳洪耀， 徐偉偉

1. 中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所， 安徽 合肥 230031

2. 中國科學(xué)院通用光學(xué)定標(biāo)與表征技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 安徽 合肥 230031

基于光譜靶標(biāo)的光學(xué)遙感器光譜響應(yīng)特性在軌評(píng)估方法研究

李 鑫1, 2， 張黎明1, 2*， 陳洪耀1, 2， 徐偉偉1, 2

1. 中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所， 安徽 合肥 230031

2. 中國科學(xué)院通用光學(xué)定標(biāo)與表征技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 安徽 合肥 230031

多光譜遙感技術(shù)在研究地表生物量、 氣候變遷和自然災(zāi)害預(yù)報(bào)等方面有重要應(yīng)用， 遙感器的光譜敏感度與遙感數(shù)據(jù)的定量化存在相關(guān)性。 遙感器在軌運(yùn)行期間， 受空間輻射、 溫度劇變和化學(xué)分子污染或宇宙塵埃等因素的影響， 光學(xué)系統(tǒng)光譜敏感度產(chǎn)生退化， 導(dǎo)致測量值與真值出現(xiàn)偏差， 影響影像產(chǎn)品的精度。 在已有工作的基礎(chǔ)上， 提出了一種簡化的基于人工光譜檢測參照的光譜響應(yīng)特性在軌評(píng)估方法， 通過建立光譜響應(yīng)函數(shù)的退化模型， 結(jié)合光譜靶標(biāo)反射率的測量結(jié)果與影像反演結(jié)果， 實(shí)現(xiàn)遙感器光譜響應(yīng)特性的在軌評(píng)估。 經(jīng)仿真實(shí)驗(yàn)與在軌實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證， 該方法可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜響應(yīng)函數(shù)波長漂移和帶寬縮放變化的檢測， 并有利于提高遙感器長時(shí)間序列數(shù)據(jù)產(chǎn)品精度和多種遙感器數(shù)據(jù)產(chǎn)品的綜合利用水平。

遙感； 光譜定標(biāo)； 多光譜相機(jī)； 光譜響應(yīng)函數(shù)； 光譜靶標(biāo)

引 言

多光譜遙感是在可見光到熱紅外波段范圍內(nèi), 利用多光譜掃描系統(tǒng)通過不同的狹窄波段區(qū)接收地物的反射輻射， 獲得多個(gè)譜段影像的遙感技術(shù)。 通過對(duì)影像數(shù)據(jù)的定量化分析， 可實(shí)現(xiàn)污染物監(jiān)測、 植被營養(yǎng)狀態(tài)監(jiān)測、 森林火災(zāi)預(yù)警等多方面的應(yīng)用[1]。 多光譜遙感器對(duì)入射光譜輻射的響應(yīng)具有選擇性， 光譜響應(yīng)函數(shù)是表征多光譜遙感器對(duì)入射光譜輻射刺激響應(yīng)特性重要物理量， 與遙感數(shù)據(jù)的定量化應(yīng)用密切相關(guān)。

遙感器在軌運(yùn)行期間， 某些光學(xué)元件受到化合物分子污染(如推進(jìn)器羽流， 宇宙塵埃)、 環(huán)境溫度變化以及太陽或宇宙空間輻射影響時(shí)， 響應(yīng)特性會(huì)產(chǎn)生退化， 并且該退化存在光譜特性， 最終導(dǎo)致成像系統(tǒng)光譜響應(yīng)特性與發(fā)射前實(shí)驗(yàn)室測量結(jié)果產(chǎn)生差異， 進(jìn)而影響目標(biāo)物理量真實(shí)性。 由于積累效應(yīng)， 該偏差在長時(shí)間序列的觀測數(shù)據(jù)中會(huì)更加明顯， 這在MODIS的長時(shí)間序列歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品中已經(jīng)得到驗(yàn)證。 人們?cè)趯?duì)MODIS C5植被指數(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行定量分析時(shí)發(fā)現(xiàn)， Terra與Aqua的長時(shí)間序列歸一化植被指數(shù)(NDVI)測量值存在較大偏差， Xiong認(rèn)為Terra遙感器漫反射板的退化導(dǎo)致了該差異， 并基于統(tǒng)計(jì)方法建立了退化模型對(duì)該序列數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。 但該結(jié)論目前無法得到數(shù)據(jù)證明， 從以往的經(jīng)驗(yàn)來看， 依然存在光學(xué)元件光譜響應(yīng)特性退化不一致而形成數(shù)據(jù)差異的可能性。 Horan等通過對(duì)ERTS-1星載MSS(multispectral scanner)定標(biāo)數(shù)據(jù)的分析指出， 導(dǎo)致定標(biāo)數(shù)據(jù)退化的主要原因是鏡頭受到了某些碳?xì)浠衔锏奈廴綶2]。 Vermote等以云和沙漠作為檢測參照， 對(duì)AVHRR/NOAA-9， 11進(jìn)行絕對(duì)輻射定標(biāo)， 并將定標(biāo)結(jié)果應(yīng)用了氣溶膠的觀測， 比較發(fā)現(xiàn)兩者存在較大的差異性， 通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析得出結(jié)論， 第一通道的光譜響應(yīng)函數(shù)有效中心波長由于空間環(huán)境的影響紅移了17 nm[3]。 Lei等[4]發(fā)現(xiàn)， SNPP VIIRS旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡四個(gè)反射鏡在太陽紫外光的照射下會(huì)產(chǎn)生暗化， 進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)光譜響應(yīng)函數(shù)產(chǎn)生退化， 這是由于在制作過程中摻入三氧化鎢而造成的。 由以上資料可以看出， 雖然衛(wèi)星遙感器均帶有嚴(yán)格的保護(hù)裝置， 由于生產(chǎn)工藝或空間環(huán)境的影響， 光譜響應(yīng)函數(shù)的退化依然無法完全避免。

輻射定標(biāo)雖然可以校正遙感器輻射特性的畸變， 但對(duì)于響應(yīng)函數(shù)形狀模式變化而導(dǎo)致的反演結(jié)果偏差卻無能為力， 這是因?yàn)檩椛涠?biāo)系數(shù)是光譜響應(yīng)函數(shù)積分的結(jié)果， 對(duì)于函數(shù)形狀模式的變化不敏感。 實(shí)驗(yàn)室測量光譜響應(yīng)函數(shù)的方法有單色儀掃描方法或基于標(biāo)準(zhǔn)色卡的反演算法[5-7]， 這些方法雖然精度很高但由于測量設(shè)備復(fù)雜或重量限制， 目前仍然不能應(yīng)用于星上檢測。 目前典型的可實(shí)現(xiàn)星上光譜定標(biāo)的星上定標(biāo)器就是Terra和Aqua搭配的MODIS[8]， 它通過光譜定標(biāo)組件來實(shí)現(xiàn)光譜定標(biāo)， 但由于該定標(biāo)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 無法應(yīng)對(duì)所有遙感器均配置這樣的定標(biāo)系統(tǒng)， 而且實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果表明星上定標(biāo)器也會(huì)時(shí)間產(chǎn)生退化， 長期的高精度定標(biāo)需求難以得到滿足。

借鑒在軌輻射定標(biāo)和現(xiàn)有的退化特性評(píng)估方法， 使用人工光譜檢測參照， 實(shí)現(xiàn)了在軌檢測遙感器光譜響應(yīng)函數(shù)的退化特性， 通過對(duì)退化過程進(jìn)行參數(shù)化建模， 并以光譜反射率呈非線性變化的光譜靶標(biāo)為檢測參照， 實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)光譜響應(yīng)函數(shù)帶寬與中心波長退化狀況的定量化檢測， 該方法適用于各種高空間分辨率的多光譜遙感器， 并對(duì)于進(jìn)一步提高我國輻射定標(biāo)精度和長時(shí)間序列遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的前后一致性有重要意義。

1 退化特性檢測算法

1.1 地面目標(biāo)的等效反射率反演

灰階靶標(biāo)是一組光譜反射率近似為常數(shù)的人工靶標(biāo)， 而且組內(nèi)靶標(biāo)間的反射率呈等比例變化， 在實(shí)際定標(biāo)應(yīng)用中， 可用于消除成像路徑大氣程輻射的影響。 結(jié)合遙感器的成像方程， 利用經(jīng)驗(yàn)線性法[9]， 可消除程輻射和暗電流的影響， 同時(shí)擬合直線的斜率即為反射率定標(biāo)系數(shù)。 一景遙感影像的覆蓋范圍與大氣作用范圍比起來是比較小的， 而且成像時(shí)間也在秒級(jí)范圍內(nèi)， 因此可認(rèn)為影像中目標(biāo)上空大氣為平面平行大氣， 具有相同的光學(xué)特性。 可以將反射率定標(biāo)系數(shù)應(yīng)用于遙感影像其他區(qū)域， 來得到其他目標(biāo)的反演反射率。 上述反射率反演流程如圖1所示。

Fig.1 Flow of empirical linear method based on scale targets

1.2 退化模型的建立和在軌檢測算法

多光譜遙感器的成像過程可以下面的形式描述

(1)

其中DNtarget為目標(biāo)的響應(yīng)值，Eground(λ)為到達(dá)地面的光源光譜輻照度，Rtarget(λ,θs,φs,θv,φv)為地面目標(biāo)雙向反射分布函數(shù)，T(λ)為遙感器觀測目標(biāo)路徑上的大氣透過率，DNa, a-g為觀測路徑上大氣程輻射與地氣耦合輻射形成的響應(yīng)值，DN0為遙感器暗電流響應(yīng)值。

以灰階靶標(biāo)為檢測參照， 利用經(jīng)驗(yàn)線性法得到的目標(biāo)反演反射率可以表示為

(2)

(3)

(4)

其中a表示函數(shù)周期的縮放， 即有效響應(yīng)波段范圍的變化情況， 01則表示響應(yīng)波段收窄。b表征了響應(yīng)函數(shù)有效中心波長或響應(yīng)度重心的變化情況，b<0表示中心波長或響應(yīng)度權(quán)重模式向長波方向偏移，b>0表示中心波長或響應(yīng)度權(quán)重模式向短波方向偏移。 我們將遙感器響應(yīng)函數(shù)退化評(píng)估過程轉(zhuǎn)化為計(jì)算參數(shù)a和b的過程。

選擇合適的檢測參照， 通過比較退化前后的檢測參照等效反射率， 利用最小二乘法即可求解得到參數(shù)a和b, 即實(shí)現(xiàn)對(duì)退化狀況的定量化評(píng)估， 目標(biāo)函數(shù)可以表示為

(5)

2 仿真模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

MODIS是當(dāng)前世界上新一代“圖譜合一”的光學(xué)遙感儀器， 其可見近紅外波段光譜響應(yīng)函數(shù)呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)， 為符合一般性， 本節(jié)將以該相機(jī)在可見近紅外波段的光譜響應(yīng)函數(shù)作為模擬遙感器來驗(yàn)證本文第二節(jié)所述算法的有效性。

由第一節(jié)可知， 光譜響應(yīng)函數(shù)退化目標(biāo)監(jiān)測精度有重要影響， 為進(jìn)一步量化驗(yàn)證該結(jié)論， 由SPLIB地物波譜數(shù)據(jù)庫中選擇了多種遙感應(yīng)用中典型地物， 包括青草、 干草、 土壤、 水體、 水泥地、 樹木等， 以此作為檢測對(duì)象， 并利用模擬遙感器按式(1)模擬成像過程， 通過比較退化前后反演反射率的差異來對(duì)退化影響進(jìn)行評(píng)估。 模擬仿真實(shí)驗(yàn)中所使用的多光譜相機(jī)光譜響應(yīng)函數(shù)和選擇的檢測對(duì)象光譜反射率曲線如圖2所示。

Fig.2 Response functions of MODIS (a) andreflectance of typical targets (b)

由表1可以看出， 模擬遙感器光譜響應(yīng)函數(shù)的退化， 對(duì)典型地物等效反射率的計(jì)算將產(chǎn)生影響， 由于該偏差是由于光譜響應(yīng)函數(shù)曲線變化而形成的， 無法使用輻射定標(biāo)進(jìn)行校正， 當(dāng)將退化數(shù)據(jù)應(yīng)用于地物識(shí)別或生物量計(jì)算時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差， 甚至得到錯(cuò)誤的結(jié)論。 因此需要定期對(duì)多光譜遙感器的退化情況進(jìn)行評(píng)估， 及時(shí)對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

Table 1 Deviation of calculated object reflectance

在對(duì)退化效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估的過程中， 需要使用光譜靶標(biāo)， 現(xiàn)有的光譜靶標(biāo)樣品經(jīng)檢測， 在遙感器觀測角度范圍內(nèi)具有良好的朗伯性， 實(shí)驗(yàn)過程中使用美國ASD公司生產(chǎn)的FieldSpec4地物光譜輻射計(jì)測量檢測參照的光譜反射率曲線， 并利用標(biāo)準(zhǔn)白板的BRDF數(shù)據(jù)將測量值修正到觀測方向上， 結(jié)果如圖3所示。

Fig.3 The reflectance curves of spectral target samples

Table 2 Statistical analysis of the degradation

由表1可以看出， 除第三通道外， 其他通道均得到了較小的檢測偏差。 由于第三通道的帶寬較寬， 因此對(duì)中心波長的變化不敏感， 但該精度已能滿足實(shí)際應(yīng)用的精度要求。 所以方法可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感器退化效應(yīng)的檢測。

在實(shí)際應(yīng)用中， 由于人力、 物力和實(shí)驗(yàn)場地等限制， 可布設(shè)的光譜靶標(biāo)的數(shù)量不能太多， 因此需要利用模擬計(jì)算的方琺， 并結(jié)合檢測對(duì)象的響應(yīng)函數(shù)特點(diǎn)， 從現(xiàn)有的多個(gè)靶標(biāo)樣品中選擇出少量的樣品制作成大面積檢測參照來進(jìn)行在軌檢驗(yàn)。 通過仿真計(jì)算， 并考慮到場地、 運(yùn)輸和其他定標(biāo)需要， 選擇了四種光譜靶標(biāo)， 以此為樣品制作了大面積光譜檢測參照。

3 外場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 光譜靶標(biāo)與在軌試驗(yàn)

為滿足外場檢測試驗(yàn)的需要， 我們還制作了灰階靶標(biāo)， 結(jié)合上文提到的選擇的光譜靶標(biāo)， 共有五類六種大面積人工光譜檢測參照， 考慮到像元間的混合效應(yīng)和遙感器的空間分辨率， 每塊光譜靶標(biāo)的尺寸設(shè)置應(yīng)至少包含8×8個(gè)像素。 由于使用了光學(xué)特性良好的基底材料和防水涂料， 所有人工靶標(biāo)均具有良好的光學(xué)特性與理化特性， 可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性在軌檢測。 2012年9月， 安光所實(shí)驗(yàn)人員于黑龍江肇慶進(jìn)行了對(duì)資源衛(wèi)星多光譜相機(jī)在軌實(shí)驗(yàn)檢測。

Fig.4 Deployed spectral Targets

Fig.5 The image and spectral reflectance of spectral targets

實(shí)驗(yàn)當(dāng)天， 使用全自動(dòng)太陽光度計(jì)CE318實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽直射輻射的全天測量， 利用該數(shù)據(jù)， 使用Langley法可求得太陽入射路徑上的大氣光學(xué)厚度, 衛(wèi)星影像所占區(qū)域較小， 因此可認(rèn)為一景中的大氣為平面平行大氣。 使用自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)測量當(dāng)天的大氣溫度、 濕度、 氣壓等的氣象數(shù)據(jù)， 可作為輻射傳輸計(jì)算中的輸入?yún)?shù)， 提高定標(biāo)精度， 測量結(jié)果如表3所示。 根據(jù)要求， 在衛(wèi)星過頂前后1 h內(nèi)， 利用美國ASD公司生產(chǎn)的Field Spec4野外光譜輻射計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)漫反射板， 對(duì)所有檢測參照和周圍地物進(jìn)行多點(diǎn)測量， 并對(duì)測量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均， 減少了隨機(jī)誤差， 獲取了檢測參照的實(shí)際光譜反射率。 在數(shù)據(jù)處理過程中， 利用標(biāo)準(zhǔn)漫反射板的雙向反射分布函數(shù)將光譜反射率修正到遙感器的觀測方向上， 降低檢測結(jié)果的不確定度， 最終得到的目標(biāo)光譜反射率曲線如圖5所示。

Table 3 The data measured by weather station

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程中， 一方面， 結(jié)合測得的氣象數(shù)據(jù)和大氣光學(xué)厚度數(shù)據(jù)， 利用輻射傳輸軟件進(jìn)行輻射傳輸計(jì)算， 可以得到地面光譜輻照度、 觀測路徑的大氣透過率等， 結(jié)合測量的光譜靶標(biāo)反射率和多光譜遙感器的光譜響應(yīng)函數(shù)， 可得到光譜靶標(biāo)的計(jì)算等效反射率。 另一方面， 利用灰階靶標(biāo)可去除影像中大氣程輻射與暗電流形成的響應(yīng)值， 并得到反射率定標(biāo)系數(shù)， 反演得到檢測參照的反演反射率， 通過比較這兩種反射率來實(shí)現(xiàn)遙感器退化特性的評(píng)估。

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)論

通過對(duì)遙感影像的初步分析， 發(fā)現(xiàn)光譜靶標(biāo)在第三、 第四通道存在非線性響應(yīng)， 為減少不確定度來源， 提高檢測精度， 將只對(duì)前兩個(gè)通道的退化情況進(jìn)行評(píng)估。 利用1.1節(jié)所述的經(jīng)驗(yàn)線性法反演得到光譜靶標(biāo)前兩個(gè)通道的多光譜反射率如表4所示。

Table 4 The inverted reflectance of tarps

衛(wèi)星發(fā)射前， 在實(shí)驗(yàn)室利用單色儀測量了多光譜相機(jī)的光譜響應(yīng)函數(shù)， 如圖6所示。

Fig.6 The diagram of measuring the spectral sensitivity of multispectral sensor

其中1為寬光譜光源， 2為前置光學(xué)系統(tǒng)， 3為單色儀， 4為平行光管， 5為標(biāo)準(zhǔn)光譜輻射計(jì)， 7為轉(zhuǎn)臺(tái)， 6為待定標(biāo)多光譜相機(jī)。 在測量過程中， 以標(biāo)準(zhǔn)光譜輻射計(jì)作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)， 利用單色儀進(jìn)行光譜掃描， 最后通過插值得到相機(jī)各通道的光譜響應(yīng)函數(shù)。 結(jié)合輻射傳輸計(jì)算的結(jié)果， 利用式(2)， 計(jì)算得到的光譜靶標(biāo)等效反射率如表5所示。

Table 5 The reflectance of spectral targets

通過比較表4和表5可以發(fā)現(xiàn)， 第一、 二通道的最大反射率偏差均大于0.05， 明顯大于噪聲引起的誤差， 也大于其他不確定源所帶來的偏差， 因此該偏差只能來自于光譜響應(yīng)函數(shù)的退化。

利用基于光譜靶標(biāo)的在軌退化評(píng)估算法對(duì)兩個(gè)通道的退化情況進(jìn)行定量化評(píng)估， 最終得到的帶寬與中心波長退化系數(shù)如表6所示。

Table 6 The degradation coefficients of

由表6可以看出， 通道1與通道2的響應(yīng)函數(shù)均存在一定的紅移， 但均比較小， 帶寬也存在一定的放大， 這應(yīng)該是發(fā)射振動(dòng)與溫度變化綜合作用的結(jié)果。

利用求解得到的退化因子， 結(jié)合式(2)—式(4), 再一次計(jì)算各個(gè)檢測參照的等效反射率， 計(jì)算其與灰階靶標(biāo)反演結(jié)果的相關(guān)系數(shù)， 如圖7所示。

由圖7可以看出， 退化評(píng)估計(jì)算前， 第一、 二通道反演反射率與利用式(2)得到的等效反射率的相關(guān)系數(shù)分別為0.979, 0.995， 利用求解的退化因子修正后， 相關(guān)度分別達(dá)到: 0.990, 0.999， 說明兩通道得到的退化因子可以表征響應(yīng)函數(shù)的實(shí)際退化情況。 為進(jìn)一步驗(yàn)證檢測結(jié)果， 選擇靶標(biāo)附近的其他參照目標(biāo)， 如干草、 靶標(biāo)附近的玉米田、 水泥公路等， 利用上述過程分別計(jì)算反演反射率和等效反射率， 退化評(píng)估前兩通道最大相對(duì)偏差分別為: 0.130， 0.146， 利用退化因子重新計(jì)算后分別為: 0.054， 0.108， 兩者均得到較大改善， 以上結(jié)果均說明本方法得到的退化因子是有效的。

4 分析與討論

實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到的退化因子均比較小， 這是因?yàn)闄z測對(duì)象在軌運(yùn)行時(shí)間還不長， 所以光學(xué)系統(tǒng)的退化也比較小。

Fig.7 The relationship between calculated and inverted reflectance

當(dāng)光學(xué)遙感器在軌運(yùn)行時(shí)間比較長時(shí)， 受宇宙輻射、 元件老化、 溫度變化等因素的影響， 其中心波長與帶寬退化效應(yīng)會(huì)比較大， 造成目標(biāo)檢測結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。 因此需要定期使用光譜靶標(biāo)對(duì)探測器的退化狀況進(jìn)行評(píng)估， 以便及時(shí)對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正， 得到準(zhǔn)確可靠的產(chǎn)品。

本方法主要依賴于光譜靶標(biāo)的反射率在待檢測波段范圍內(nèi)呈非線性變化特性， 因此當(dāng)響應(yīng)函數(shù)發(fā)生變化時(shí)， 其反演反射率會(huì)發(fā)生較大變化。 通過對(duì)多個(gè)多光譜相機(jī)的響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 發(fā)現(xiàn)其遙感探測波段基本一致， 因此本方法也適用于其他探測器的在軌退化效應(yīng)評(píng)估， 只是人工光譜靶標(biāo)的面積需要改變， 以適應(yīng)待評(píng)估探測器的空間分辨率。

本次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是首次將光譜靶標(biāo)作為檢測參照應(yīng)用于在軌退化特性評(píng)估， 因此得到的只是初步的檢測結(jié)果， 從擬合結(jié)果來看， 第二通道擬合得到的漂移量相對(duì)較大， 說明該通道響應(yīng)函數(shù)可能存在權(quán)重模式的變化， 其綜合作用結(jié)果是使擬合漂移量變大， 要想得到進(jìn)一步詳細(xì)精確的結(jié)果， 還需要參考其他的響應(yīng)函數(shù)模型對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行優(yōu)化， 并定期進(jìn)行在軌檢測， 利用長時(shí)間序列的數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行綜合驗(yàn)證， 這將是下一步的工作。

提出的基于人工光譜靶標(biāo)的遙感器光譜響應(yīng)特性在軌評(píng)估方法適用于各種高空間分辨率的多光譜遙感器， 在提高輻射定標(biāo)精度以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品一致性校正等方面有重要意義。

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*Corresponding author

On-Orbit Multispectral Sensor Characterization Based on Spectral Tarps

LI Xin1, 2， ZHANG Li-ming1, 2*， CHEN Hong-yao1, 2， XU Wei-wei1, 2

1. Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China

2. Key Laboratory of Optical Calibration and Characterization, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China

The multispectral remote sensing technology has been a primary means in the research of biomass monitoring, climate change, disaster prediction and etc. The spectral sensitivity is essential in the quantitative analysis of remote sensing data. When the sensor is running in the space, it will be influenced by cosmic radiation，severe change of temperature, chemical molecular contamination, cosmic dust and etc. As a result，the spectral sensitivity will degrade by time, which has great implication on the accuracy and consistency of the physical measurements. This paper presents a characterization method of the degradation based on man-made spectral targets. Firstly, a degradation model is established in the paper. Then, combined with equivalent reflectance of spectral targets measured and inverted from image, the degradation characterization can be achieved. The simulation and on orbit experiment results showed that, using the proposed method, the change of center wavelength and band width can be monotored. The method proposed in the paper has great significance for improving the accuracy of long time series remote sensing data product and comprehensive utilization level of multi sensor data products.

Remote sensing; Spectral calibration; Multispectral camera; Response sensitivity; Spectral targets

Dec. 10, 2013; accepted May 20, 2014)

2013-12-10，

2014-05-20

國家(863)計(jì)劃項(xiàng)目(2012AA12A302-2), 安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(12080805Qd74)資助

李 鑫， 1983年生， 中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所博士研究生 e-mail: lixin123@mail.ustc.edu.cn *通訊聯(lián)系人 e-mail: lmzhang@aiofm.ac.cn

TP79; O433.4

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)03-0811-06