大气校正模型简述

大气辐射校正模型简介

1、acorn模型

它是一种基于图像自身的大气校正软件，可以实现图像辐射值到表观地表反射率的转换，其

工作的波长范围是350－2500nm。

在目前的大气校正程序一般都把地表假定为水平朗伯体，这主要是因为我们一般很难获取地

表的充足信息以完成地形校正，因此大气校正的结果称为拉伸的地表反射率，又称表观反射

率，在地形信息已知的情况下，可以将表观反射率转为地表反射率。

Acorn所提供的最高级的大气校正形式是基于辐射传输理论的，大气校正的方法是基于

chandrakhar（1960，dover）公式，描述了太阳辐射源、大气、和地表对辐射的贡献关系。

Caorn提供了一系列大气校正策略，包括经验法和基于辐射传输理论的方法，既可以对高光

谱数据进行大气校正，也可以对多光谱图像数据进行大气校正，校正模式如下：

1）模式1：对定标后的高光谱数据进行辐射传输大气校正，输出项为地表

表观反射率。

2）模式1.5：对定标后的高光谱数据利用水气和液体水光谱你和技术进行

辐射传输大

气校正。

3）模式2：对高光谱大气校正结果进行独立的光谱增强。

4）模式3：利用经验线性法对高光谱数据进行大气校正

5）模式4：对高光谱数据进行卷积处理得到多光谱数据

6）模式5：对定标的多光谱数据进行辐射传输大气校正

7）模式6：对多光谱的大气校正结果进行独立的光谱增强

2、lowtran模型

LOWTRAN是一种低分辨率（分辨率≥20cm-1）大气辐射传输模式。它提供了6种参考大气

模式的温度、气压、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比

垂直廓线，其他13种微量气体的垂直廓线，城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、

雨的廓线，辐射参量（如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布），以及地外太阳光

谱。

lowtran7可以根据用户的需要，设置水平、倾斜、及垂直路径，地对空、空对地等各种探测

几何形式，适用对象广泛。lowtran7的基本算法包括透过率计算方法，多次散射处理和几何

路径计算。

1）多次散射处理

lowtran 采用改进的累加法，自海平面开始向上直至大气的上界，全面考虑整层大气和地表、

云层的反射贡献，逐层确定大气分层每一界面上的综合透过率、吸收率、反射率和辐射通量。

再用得到的通量计算散射源函数，用二流近似解求辐射传输方程。

2）透过率计算

该模型在单纯计算透过率或仅考虑单次散射时，采用参数化经验方法计算带平均透过率，在

计算多次散射时，采用k－分布法

3）光线几何路径计算

考虑了地球曲率和大气折射效应，将大气看作球面分层，逐层考虑大气折射效应

3、modtran模型

MODTARN（ModerateResolutionTransmission）这是由美国空军地球物理实验（AFGL）开发的

计算大气透过率及辐射的软件包。MODTRAN从LOWTRAN发展而来，它提高LOWTRAN的光

谱分辨率。MODTRAN的基本算法包括透过率计算，多次散射处理和几何路径计算等。需要

输入的参数有四类：计算模式，大气参数，气溶胶参数和云模式。

MODTRAN有四种计算模式：透过率，热辐射，包括太阳或月亮的单次散射的辐射率，直射

太阳辐照度计算。

用MODTRAN进行大气纠正的一般步骤是：首先输入反射率，运行MODTRAN得到大气层顶

（TOA）光谱辐射，解得相关参数；然后利用这些参数带入公式进行大气纠正。

modtran可以计算0到50000cm－1的大气透过率和辐射亮度，它在440nm到无限大的波长

范围精度是2cm－1，在22680到50000cm－1紫外波（200-440nm）范围的精度是20cm－1，

在给定辐射传输驱动、气溶胶和云参数、光源与遥感器的几何立体对和地面光谱信息的基础

上，根据辐射传输方程来计算大气的透过率以及辐射亮度。

modtran输入输出参数

（1）控制运行参数：如何采用何种辐射传输程序，是否进行多次散射计算等；

（2）遥感器参数：如遥感器的波段参数，观测的波束（波长范围）；

（3）大气参数：其中大气模型通过card1中的选项确定，其他具体参数包括气溶胶；

（4）观测几何条件：在card1中有关于几何条件的选项，另外在card3中主要为几何参数的

输入选项，它通过多种方式组合来实现几何参数的输入，可根据计算的方便进行选择；

（5）地表参量：在card1中提供了地表参数设定的初步选项，所以只能在card4根据card1

中设定的参数对地表的参数进行具体设定。

所有的输入都通过card1进行控制，然后在由后续的card进行具体社这设定所有参数之后，

就可以用modtran来模拟大气辐射传输过程

4、5s模型

1986年，法国里尔科技大学大气光学实验室TanreD.,DeuzeJ.L, 等人为了简化大气辐射传输

方程，开发了太阳光谱波段卫星信号模拟程序5S（SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN

THE SOLAR SPECTRUM），用来模拟地气系统中太阳辐射的传输过程并计算卫星入瞳处辐射亮

度。

5、6S模型

1997年，美国马里兰大学地理系Eric Vemote对5S进行了改进，发展到6S（SECOND

SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM）,6S吸收了最新的散射计算方

法，使太阳光谱波段的散射计算精度比5S有所提高。

6S （Second Simulation of the Satellite Signal in the SolarSpectrum）大气校正模型是Eric F.

Vermote etal.（1997）在5S模型的基础上发展起来的。6S模型可以很好地模拟太阳光在太

阳－地面目标－传感器的传输过程中所受到的大气影响。相对于5S模型，6S模型考虑了地

面目标的海拔高度、非朗伯平面的情况和新的吸收气体种类（CH4，N2O，CO）。通过采用

theartapproximation近似算法和SOS运算法则，提高了瑞利和气溶胶散射作用的计算精度。

光谱步长提高到了2.5nm。6S模型建立在辐射传输理论基础之上,模型应用范围广，不受研

究区特点及目标类型等的影响。

6S描述了大气如何影响辐射在太阳－地表－遥感器之间的传输。需要输入的参数有：几何

参数（遥感器类型、成像年月日和经纬度；大气中的水和臭氧浓度；气溶胶浓度；辐射条件、

观测波段和海拔高度；地表覆盖类型和反射率。6S预先设置了50多种波段模型，包括MODIS，

AVHRR，TM等常见传感器的可见光近红外波段。

它其中主要包括以下几个部分：

太阳、地物与传感器之间的几何关系；大气模式；气溶胶模式；传感器的光谱特性；

地表反射率。

这5个部分便构成了辐射传输模型，考虑了大气顶的太阳辐射能量通过大气传递到地表，以

及地表的反射辐射通过大气到达传感器的整个辐射传输过程。

6S的输入参数主要有9个部分组成：

（1）几何参数

（2）大气模式

（3）气溶胶模式

（4）气溶胶浓度

（5）地面高度

（6）探测器高度

（7）探测器的光谱条件

（8）地表特性

（9）表观反射率

6、FLAASH模型

它是ENVI下的一个模块，FLAASH参数：

（1）图像中心点坐标

可以从相应的HDF文件中找到，也可以从屏幕上直接读取影像的中心坐标，对反演结果影

响不大。当影像位于西半球时，经度为负值；

（2）传感器类型

当选择传感器类型时，模块会选择相应的类型的传感器波段响应函数，同时系统一般会自动

设置传感器的高度和图像的空间分辨率；

（3）海拔高度

海拔高度为研究区的平均海拔；

（4）数据获取日期和卫星过境时间；

卫星过境时间为格林尼治时间，可以从相应的HDF文件中找到；

（5）大气模型

模块提供热带、中纬度夏季、中纬度冬季、极地夏季、极地冬季和美国标准大气模型，研究

者根据数据获取时间选择相应的大气模型；

（6）水气反演

大多数多光谱数据不推荐反演水汽含量；

（7）气溶胶模型

可供选择的气溶胶模型有无气溶胶、城市气溶胶、乡村气溶胶、海洋气溶和对流层气溶胶模

型。当能见度大于40Km时，气溶胶类型选择对反演没有太多影响，一般情况下利用ASTER

数据不做气胶反演；

7、atcor 模型

全称：Atmospheric Correction and Haze Reduction for ERDAS IMAGINE from GEOSYSTEMS。

Erdas下的一个大气校正的附加模块，用于纠正地球表面地物光谱反射的变化和去除薄云及

雾霾。ATCOR2（2维）以2维的形式为大气的影响开发模型，因此适用于平坦地区的图像，

可以处理大量的卫星影像。ATCOR3是ERDAS IMAGINE推出的为山区图像进行大气纠正的附

加模块，需要成像区域的DEM。