当谈到气象、气候时，你会想到什么？

       现如今，全球气候变暖，极端灾害性天气广发、频发、并发，为全世界敲响警钟，应对气候变化迫在眉睫。

       面对全球变暖，我国积极参与全球气候治理，实施应对气候变化的国家战略，节能减排，绿色低碳；面对极端性天气气候事件，早预警、早行动，积极推动防灾减灾行动。

       雾霾等不利气象条件不但影响气候变化，也严重影响卫星对地观测的效能，导致目标看不清、看不准、看不真。为了“看”得更清，中国科学院空天信息创新研究院李正强研究员课题组提出了一套适用于高分辨率全色卫星影像的大气校正方法，实现“拨云去雾见地表”。

       该方法去除大气及周围环境对卫星入瞳信号的影响，针对卫星影像中的邻近效应问题，全面提升卫星影像的质量，可应用于高分辨率卫星及其搭载的大气同步校正仪。

       相关结果被选为《光学学报》“空间、大气、海洋与环境光学”（SAME）专题刊2023年第6期封面文章。

封面解读

       封面形象地展示了高分二号卫星在成像过程中，除了大气干扰，目标地物周围环境的辐射信息也会对卫星入瞳信号产生影响，这部分影响被称为邻近效应。因此，针对高分辨率光学卫星的大气校正方法，不仅要消除大气的影响，还要解决周围环境所造成的邻近效应。

文章来源：郑杨, 李正强, 王思恒, 马?, 李凯涛, 张玉环, 刘振海, 杨磊库, 侯伟真, 顾浩然, 李殷娜, 姚前, 何卓. 高分二号全色卫星影像大气校正[J]. 光学学报, 2023, 43(6): 0601012

研究背景

全色卫星影像大气校正方法

       邻近效应校正的难点在于邻近效应范围的确定，以及该范围内各像元受邻近效应影响权重值的确定。邻近效应影响范围的大小通常由影像空间分辨率、大气点扩散函数等因素决定，如图1（b）所示，当卫星影像的空间分辨率为0.8 m时，在目标像元相邻约6250个像元范围（约5 km范围）内，这些因素均对目标像元的入瞳信号有贡献。

图1 空间分辨率为0.8 m时，指数衰减点扩散函数随像元距离的变化。(a)三维曲面图；(b)等值线图

       本文所发展的全色卫星影像大气校正方法首先基于6SV模型采用高精度的同步大气观测参数进行大气辐射校正，通过去除大气的干扰得到初始地表反射率；而后利用指数衰减的大气点扩散函数，通过迭代消除邻近效应带来的影响以获取真实地表反射率，典型雾霾条件下校正结果对比如图2所示。

       各个影像的质量评价参数对比结果如图3和图4所示。本文发展的大气校正方法校正得到的地表反射率图像相较于未校正前的表观反射率图像的清晰度、对比度、边缘能量、细节能量等指标均显著提高（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升。图像调制传递函数（MTF）在雾霾和晴天典型条件相比原图像MTF值至少提高1.69倍。

图3 大气校正前后全色波段卫星影像的清晰度、对比度、边缘能量和细节能量结果对比。(a) 清晰度；(b) 对比度；(c) 边缘能量；(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

未来展望

       本文所发展的针对全色卫星影像大气校正方法是建立在大气参数同步获取基础上的一种定量计算、高精度校正方法，从应用角度显示了对于高分辨率对地观测卫星，可以通过搭载大气同步校正仪获取高精度的大气参数，精确计算邻近校正，通过提高大气校正精度改善影像质量，有望成为今后大气校正发展的一个重要方向。

课题组介绍

        中国科学院空天信息创新研究院李正强研究员带领的科研团队，围绕生态环境保护遥感领域的国家重大战略需求和科技前沿，深入开展了卫星遥感和大气环境监测等研究，建立了自主观测大气光学-物理-化学特性的太阳-天空辐射计观测网，推动了系列星载偏振载荷的设计论证和算法工程研发，提升了国产偏振卫星气溶胶观测能力，为我国高分卫星图像质量提升、定量化应用提供创新支撑。

通信作者简介

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