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  • 光谱响应函数

    2018-11-09 11:41:16
    遥感光谱响应函数,可用于各种传感器光谱曲线拟合及后续应用。
  • Landsat8卫星数据的光谱响应函数,excel版本,可以将高光谱数据转换为Landsat8卫星对应的多光谱数据,在实际应用中有很大的用处,不过需要提醒的是文件是一个波段一个sheet,
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  • 6S大气校正模型运用程序4.1版本,通过bat文件调用外部光谱响应函数,支持新的传感器影像大气校正
  • 每个波段记录的能量值与光谱响应函数有关。每个波段都对应一定的中心波长和波段宽度。由于传感器硬件的限制,传感器在某个预定波长范围内的响应不可能是100% 响应。现实中都是类似于正态分布的单峰函数。如果仅做...

    多(高)光谱传感器获取的图像具有多个波段。每个波段记录的能量值与光谱响应函数有关。每个波段都对应一定的中心波长和波段宽度。由于传感器硬件的限制,传感器在某个预定波长范围内的响应不可能是100% 响应。现实中都是类似于正态分布的单峰函数。如果仅做粗略计算,由一个中心波长和半高宽(也成半波宽)完全可以由数学公式计算出一个高斯分布曲线。这个分布曲线就叫波谱响应函数。

    波谱响应函数反映了传感器通道获取能量的情况。全色图像是单通道,波长范围是整个可见光波段。因此波谱响应函数从抽象上来说是一个很宽的曲线。 高光谱图像通道数众多,每个通道很窄,所以获取的能量较少,理论上空间分辨率比全色要低很多。

    实际上每个传感器厂商都提供了具体的光谱响应函数,一般由两列数据组成,一列数据是波长,另一列数据是相对响应强度(最大值为1)。下图列出了一些知名传感器的波谱响应函数

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  • 光谱响应函数(Spectral Response Function,SRF),又称光谱响应曲线,是传感器固有的系统参数。对于某束太阳光,其经大气,入射到物体表面后,又沿某一方向反射到传感器入瞳处的能量L是固定的,对于传感器S1如果某...

    光谱响应函数(Spectral Response Function,SRF),又称光谱响应曲线,是传感器固有的系统参数。对于某束太阳光,其经大气,入射到物体表面后,又沿某一方向反射到传感器入瞳处的能量L是固定的,对于传感器S1如果某一波段a1nm的光谱响应函数为0.9,则入射进传感器的能量则为0.9L,另一传感器S2的光谱响应函数为0.8,则入射进传感器的能量为0.8L。不过由于冰污染等在轨环境的影响,传感器磨损老化等,包括SRF等在内的很多参数都可能发生变化。
    此外,通常计算传感器大气顶层波段平均太阳辐照度时,也用到SRF。由于是波段内平均,所以波长从a到b需要乘以太阳光谱曲线(sun spectrum,SS)进行积分,然后再除以SRF本身的积分,计算一个平均的太阳辐照度。什么是辐照度呢?辐射通量密度的一种,入射辐射通量/照射面积。

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  • 光谱响应函数相关原理(Spectral Response Function)

    千次阅读 多人点赞 2021-01-28 22:14:54
    光谱响应函数相关原理 已经研究光谱响应函数快一个月了,总算自己感觉弄明白了,故整理一份文稿,温故而知新。 首先,光谱响应函数(SRF)的定义? 光谱响应函数 来源:[1]李俊杰,傅俏燕,姜涛.结合光谱响应函数和全局...

    光谱响应函数的相关理解

    已经研究光谱响应函数快一个半月了,总算自己感觉弄明白了,故整理一份文稿,温故而知新。
    首先,光谱响应函数(SRF)的定义?

    光谱响应函数

    在这里插入图片描述

    来源:[1]李俊杰,傅俏燕,姜涛.结合光谱响应函数和全局方差匹配的遥感图像融合[J].光子学报,2020,49(10):148-157.

    简单地理解一下,就是说卫星上的传感器接收外界的辐亮度信号,假设外界信号打在传感器上是5个信号(入瞳处),由于接收能力有限,传感器只能记录3个信号(类似于中彩票,你中了100万,实际纳入口袋只有80万,一个意思)。
    【现在时间是2021年7月16日,我想更改上段,其实上段的理解不准确,应该理解为假设中心波长为412nm的波段实际上只想接受412nm的光,于是在卫星入瞳处镀了一层膜使得只有412nm的光能进入,可是由于膜的技术有限,412nm附近的光也多多少少透入进来,这就产生了光谱响应函数。感谢厦门大学余小龙的指正!】

    所以这张图片该怎么理解,横坐标是波长,GF-2 PMSI传感器有5个波段,所以图上有5个类似矩形的凸起,我们拿第一个深蓝色通道举例。这个通道的谱段范围是450-520nm,它其实对于每一个波长的光信号都能接受(没错,从400—1000nm都能接受),只不过对于450-520nm的信号响应的最多(可理解为陌生人骂你,受到的心理创伤为0.001,亲人骂你,受到的创伤为1),所以纵坐标光谱响应的值最高就是1,意味着全部响应,假设在500nm的SRF值为1,说明500nm时,入瞳处辐亮度是多少,传感器就能记录多少。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    来源:[2]窦闻,孙洪泉,陈云浩.基于光谱响应函数的遥感图像融合对比研究[J].光谱学与光谱分析,2011,31(03):746-752.
    这篇文章同样也介绍了SRF的定义。从光谱响应函数上也可以获得带宽信息,如分析GOCI的光谱响应函数:
    在这里插入图片描述

    黄色数据区域一共约20nm,即为GOCI的第一波段(412nm)处的带宽,注意到是选取了光谱响应>0.5的波长构成带宽的长度,严格意义上并非图中绿色剪头所指的那一段。
    而且也并非是光谱响应=1的波长设置为中心波长(如下图所示),而是依据下式计算:
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述
    来源:[3]沈宏,沈芳.光谱响应函数和带宽对光学复杂Ⅱ类水体离水辐射反射率的影响[J].红外,2012,33(04):31-37.

    我自己使用上式(在matlab里使用trapz函数)验证过了,此式算出来的波长才定义为中心波长。
    在这里插入图片描述
    (上图为GOCI的部分光谱响应函数,绿色底色的光谱响应为1,但其对应波长并非中心波长。)

    光谱响应函数用途之一

    使用光谱响应函数可以使得地物光谱仪ASD测得的高光谱和卫星测得的光谱对应。
    一般,地物光谱仪ASD每1纳米(400nm~1075nm)都有对应的Rrs值,而卫星通常只有几个波段的Rrs值,由于光谱响应的特殊性,地物光谱仪的Rrs-band曲线趋势和卫星的Rrs-band曲线趋势并非完全一致。
    因此我们将地物光谱仪的Rrs值与光谱响应函数进行运算,得到的结果再与卫星的Rrs比较。
    运算公式如下:
    在这里插入图片描述
    来源:[4]陈江. 河口和近岸复杂水体的CDOM反演[D].浙江大学,2018.
    在这里插入图片描述
    上图是我处理的结果,红色虚线是GOCI卫星的Rrs,蓝色实线是ASD实测数据得到的Rrs,蓝色虚线是ASD实测数据经过上式处理后得到的Rrs,虽然结果与GOCI的趋势不太一致(这是由于实测数据导致的),但是也必须要将实测数据通过光谱响应函数的相关运算处理才可与卫星的值进行比较。

    补充

    (这部分内容是我2021-08-24补充的,起因是太多网友来问 实测光谱和卫星Rrs如何对应 的问题,尽管我放了公式,但还是想把程序等资料放在下面供网友们参考:)
    我以高分6卫星波段1为例
    下表是高分6卫星波段1的光谱响应函数:
    在这里插入图片描述
    …(省略中间一些数据)
    在这里插入图片描述
    第1列是波长数据,单位是nm;第2列是实测光谱数据Rrs,单位是sr-1;第3列是高分6卫星波段1的光谱响应函数。

    在matlab中以波长为x轴,第3列光谱响应函数为y轴画图,可直观的看出高分6卫星波段1的光谱响应曲线:
    请添加图片描述
    下面是 matlab程序

    %此程序为光谱响应函数,就是说,把ASD测得的Rrs对应到卫星的Rrs上
    clear all;
    close all;
    clc;
    filename = 'C:\Users\MM\Desktop\';%文件路径自己改
    GF6_band1 = xlsread([filename 'usgs_veg_2035_aspen2_GF601.xlsx']);
    
    band = GF6_band1(:,1);%波长
    SI = GF6_band1(:,2);%Rrs
    RI = GF6_band1(:,3);%SRF
    
    plot(band , RI,'--r')
    title('GF6 band1光谱响应函数');
    xlabel('波长(nm)');
    ylabel('RI');
    hold on
    
    %依据公式
    fenzi_band1 = trapz(SI.*RI);%分子
    fenmu_band1 = trapz(RI);%分母
    result_band1 = fenzi_band1/fenmu_band1;
    %result_band1就是实测的Rrs对应到高分6波段1的理论Rrs值
    

    致谢

    真挚地感谢我的小明师姐,她和我一起探讨了SRF的原理以及编程与GOCI光谱响应函数的贡献
    非常感谢泽亮师兄,具体地演绎了SRF的映射
    感谢素未谋面的陈江师兄,每次有新问题产生就去看你的论文,而我总能找到详尽的答案
    也实在特别感激我导师对我的包容。导师扎实的知识储备和对科研严谨求是的态度影响着我们每一个人。

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    千次阅读 2020-10-18 11:40:45
    转载:https://www.nwpsaf.eu/site/software/rttov/download/coefficients/spectral-response-functions/
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  • https://www.nwpsaf.eu/site/software/rttov/download/coefficients/spectral-response-functions/#visir
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