Быстрая методика атмосферной коррекции зарегистрированных из космоса спектров и гиперспектральных изображений на основе аналитических формул

Представлена методика атмосферной коррекции гиперспектральных данных, основанная на предложенных аналитических формулах, описывающих с высокой точностью спектр уходящего излучения на верхней границе атмосферы в видимой и ближней ИК области спектра для безоблачной атмосферы. Основу апроксимационных формул составляют три аналитических представления [1] для входящих в точное аналитическое выражение уходящего излучения следующих функций: спектральной освещенности земной поверхности, полного пропускания атмосферы от поверхности к космическому сенсору и спектральной яркости атмосферной дымки [2] (часть полного излучения, не взаимодействующего с поверхностью). Погрешность аппроксимаций для каждой из указанных функций и всей формулы для уходящего излучения не превышает нескольких процентов, что и обеспечивает хорошую точность предлагаемой методики.
Алгоритм атмосферной коррекции состоит из следующих шагов:
1. Выбор «темного» (с низким альбедо) пикселя на гиперспектральном изображении или пикселя с приблизительно известной спектральной зависимостью альбедо.
2. Нахождение среднего альбедо участка поверхности вокруг "темного" пикселя или всего изображения (для учета затем помехи бокового подсвета) и набора неизвестных оптико-физических параметров атмосферы путем фитирования методом наименьших квадратов (МНК) среднего спектра выделенной пространственной области (или всего изображения) соответствующей аналитической формулой (всего 7 или 8 параметров в зависимости от варианта расчета).
3. Фитирование спектра "темного" пикселя и нахождение его альбедо еще одним итерационным процессом, в котором уточняются параметры атмосферы, найденные на предыдущем этапе, при этом среднее альбедо поверхности здесь остается постоянным и равным найденному на предыдущем этапе.
4. Вычисление функций спектрального альбедо для всех остальных пикселей изображения из аналитической формулы для спектра уходящего излучения, в которую подставляются параметры атмосферы, найденные на предыдущем шаге.
Разработанная быстрая методика протестирована на теоретических спектрах уходящего излучения, полученных с использованием известных программ расчета переноса излучения LibRadTran и COART и показана высокая точность восстановления спектрального альбедо подстилающих поверхностей. Кроме того, проведена атмосферная коррекция изображений гиперспектрометра Hyperion, установленного на спутнике ЕО-1. Результаты для снимка Hyperion сравнивались с результатами атмосферной коррекции в модуле FLAASH ENVI.
Показана лучшая работа предложенной методики в сравнении с FLAASH, где зачастую получаются нефизические результаты (отрицательные альбедо) и не воостанавливается альбедо в полосах поглощения атмосферных газов.
Работа выполнялась в рамках проекта № Ф16Р-100 Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований по совместному проекту Республики Беларусь и Российской федерации.