Том 29, номер 09, статья № 9

Аннотация:

Предложена аналитическая аппроксимация спектров уходящего излучения на верхней границе безоблачной атмосферы в видимой и ближней ИК-области спектра и основанная на ней быстрая методика атмосферной коррекции. Для получения аналитических формул используется параметризация вкладов отдельных составляющих излучения и достаточно простая оптическая модель атмосферы, включающая небольшое число параметров (5–7), существенных с точки зрения влияния на перенос излучения. При этом в методике не требуется использования априорной информации о параметрах атмосферы или земной поверхности. Для определения неизвестных параметров модели путем решения обратной задачи с аналитической целевой функцией используются только сами корректируемые данные (изображения) с числом спектральных каналов, не меньшим числа неизвестных параметров. Разработанная методика предназначена в первую очередь для коррекции гиперспектральных изображений либо спектрозональных и мультиспектральных изображений, съемка которых сопровождается измерением спектров отдельных пространственных зон на изображениях (спектрометр, работающий параллельно с системой съемки изображений).
Предложенная аппроксимация отличается достаточно высокой точностью, что проверено на большом количестве вариантов расчетов спектров уходящего излучения с использованием программ решения прямой задачи переноса излучения.

Ключевые слова:

дистанционное зондирование, гиперспектральные изображения, спектр уходящего излучения, параметризация, оптическая модель атмосферы, атмосферная коррекция

Список литературы:

1. Eismann M. Hyperspectral Remote Sensing. SPIE Press, 2012. 725 p.
2. Zagolski F., Gastellu-Etchegorry J.P. Atmospheric corrections of AVIRIS images with a procedure based on the inversion of the 5S model // Int. J. Remote Sens. 1995. V. 16, N 16. P. 3115–3146.
3. Leprieur C., Carrere V., Gu X.F. Atmospheric corrections and ground reflectance recovery for Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) data: MAC Europe'91 // Photogram. Eng. Remote Sens. 1995. V. 61, N 10. P. 1233–1238.
4. Шовенгерт Р.А. Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений. М.: Техносфера, 2010. 560 с.
5. Miller C.J. Performance assessment of ACORN atmospheric correction algorithm // SPIE. 2002. V. 4725. P. 438–449.
6. Richter R., Schlapfer D. Geo-atmospheric processing of airborne imaging spectrometry data. Part 2: Atmospheric/topographic correction // Int. J. Remote Sens. 2002. V. 23, N 13. P. 2631–2649.
7. Gao B.-C., Heidebrecht K.B., Goetz A.F.H. Derivation of scaled surface reflectances from AVIRIS data // Remote Sens. Environ. 1993. N 44. P. 165–178.
8. Adler-Golden S.M., Matthew M.W., Bernstein L.S., Levine R.Y., Berk A., Richtsmeier S.C., Acharya P.K., Anderson G.P., Feldeb G., Gardner J., Hokeb M., Jeong L.S., Pukall B., Mello J., Ratkowski A., Burke H.H. Atmospheric correction for short-wave spectral imagery based on MODTRAN4 // SPIE. 1999. V. 3753. P. 61–69.
9. Matthew M.W., Adler-Golden S.M., Berk A., Richtsmeier S.C., Levine R.Y., Bernstein L.S., Acharya P.K., Anderson G.P., Felde G.W., Hoke M.P., Ratkowski A., Burke H.-H., Kaiser R.D., Miller D.P. Status of atmospheric correction using a MODTRAN4-based algorithm // SPIE. 2000. V. 4049. P. 199–207.
10. Goetz A.F.H., Kindel B.C., Ferri M., Qu Z. HATCH: Results from simulated radiances, AVIRIS and Hyperion // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2003. V. 6. N 41. P. 1215–1222.
11. Qu Z., Kindel B.C., Goetz A.F.H. The high accuracy atmospheric correction for hyperspectral data (HATCH) model // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2003. V. 6, N 41. P. 1223–1231.
12. Montes M.J., Gao B.-C., Davis C.O. Tafkaa atmospheric correction of hyperspectral data // SPIE. 2003. V. 5159. P. 188–197.
13. Shunlin L., Hongliang F., Mingzhen C. Atmospheric Correction of Landsat ETM+ Land Surface Imagery – Part I: Methods // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2001. V. 39, N 11. P. 2490–2498.
14. Richter R., Schläpfer D., Müller A. An automatic atmospheric correction algorithm for visible/NIR imagery // Int. J. Remote Sen. 2006. V. 27, N 10. P. 2077–2085.
15. Handbook of Optics. Volume 5. Atmospheric Optics, Modulators, Fiber Optics, X-Ray and Neutron Optic / 3rd ed., ed. by M. Bass et al. N. Y. 2010. 1280 p.
16. URL: http://cloudsgate2.larc. nasa.gov/jin/coart.html (дата обращения 6.04.2016).
17. Jin Z., Charlock Thomas P., Rutledge K., Stamnes K., Wang Y. Analytical solution of radiative transfer in the coupled atmosphere–ocean system with a rough surface // Appl. Opt. 2006. V. 45, N 28. P. 7443–7455.
18. Гинзбург А.С., Романов С.В., Фомин Б.А. Использование радиационно-конвективной модели для оценки температурного потенциала парниковых газов // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2008. Т. 44, № 3. С. 324–331.
19. Гинзбург А.С., Мельникова И.Н., Самуленков Д.А., Сапунов М.В., Катковский Л.В. Простая оптическая модель безоблачной и облачной атмосферы для расчета потоков солнечной радиации [Электронный ресурс]. URL: https://www.researchgate.net/publication/ 290993526/ (дата обращения 6.04.2016).
20. Беляев Б.И., Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Катковский Л.В., Сармин Э.Э. Обработка спектров и изображений с фотоспектральной системы в космическом эксперименте «Ураган» на МКС // Исслед. Земли из космоса. 2014. № 6. С. 54–65.
21. Беляев Б.И., Катковский Л.В. Оптическое дистанционное зондирование. Минск: БГУ, 2006. 455 с.
22. Васильев А.В., Кузнецов А.Д., Мельникова. И. Дистанционное зондирование окружающей среды из космоса: Практикум, СПб.: Балт. гос. техн. ун-т., 2008. 133 с.
23. Минин И.Н. Приближенные формулы для расчетов поглощения коротковолнового излучения в безоблачной атмосфере // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1984. Т. 20, № 10. С. 999–1001.
24. Беляев Б.И., Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Катковский Л.В., Крот Ю.А., Сармин Э.Э. Результаты испытаний фотоспектральной системы на МКС // Исслед. Земли из космоса. 2014. № 6. С. 27–39.
25. Kokhanovsky A.A., Mayer B., Rozanov V.V. A parameterization of the diffuse transmittance and reflectance for aerosol remote sensing problems // Atmos. Res. 2005. N 73. P. 37–43.
26. Васильев А.В., Кузнецов А.Д., Мельникова И.Н. Аппроксимация многократно рассеянного солнечного излучения в рамках приближения однократного  рассеяния // Int. Symp. «Atmospheric Radiation and Dynamics» (ISARD 2015), Saint-Petersburg-Petrodvorets, June 23–26, 2015. P. 131.