韓 杰，謝 勇

1.許昌學院城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學院，河南 許昌 461000；2.南京信息工程大學地理與遙感學院，江蘇 南京 210044

星載多相機拼接成像傳感器在軌輻射定標方法

韓 杰1，謝 勇2

1.許昌學院城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學院，河南 許昌 461000；2.南京信息工程大學地理與遙感學院，江蘇 南京 210044

星載傳感器在軌輻射定標是定量遙感的核心和基礎(chǔ)，其定標精度將直接決定定量遙感產(chǎn)品的質(zhì)量。但是對于多相機拼接成像傳感器而言，現(xiàn)有在軌輻射定標方法無法實現(xiàn)各相機絕對輻射定標與相機間相對輻射校正的一體化處理。因此，本文以高分一號(GF-1)衛(wèi)星寬視場(WFV)傳感器為例，提出了一種基于改進型輻射區(qū)域網(wǎng)平差的在軌輻射定標方法。該方法首先利用傳統(tǒng)的交叉定標方法獲取WFV傳感器各相機的輻射控制點信息，然后在同軌相鄰相機影像重疊區(qū)域中提取輻射連接點信息，最后在考慮相機間相對輻射校正與絕對輻射定標之間的耦合關(guān)系后，采用整體平差的方式同時獲取各相機在軌絕對輻射定標系數(shù)及輻射約束條件方程參數(shù)。試驗結(jié)果表明采用該方法獲得的各波段在軌絕對輻射定標系數(shù)的相對誤差均優(yōu)于9.34%，同時利用該定標系數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)同軌相鄰相機影像間相對輻射校正處理，其重疊區(qū)域各波段表觀輻亮度差異絕對值的平均值均小于1.63 W·m-2·sr-1·μm-1。

在軌輻射定標；多相機拼接成像；輻射區(qū)域網(wǎng)平差；檢驗與評價

大視場、寬覆蓋、高分辨率是對地觀測衛(wèi)星光學傳感器發(fā)展的重要方向。然而受單臺高分辨率相機幅寬限制，衛(wèi)星無法同時獲取大范圍高分辨率衛(wèi)星影像。目前我國常采用多相機拼接成像技術(shù)，將多臺高分辨率相機沿垂軌方向安置，實現(xiàn)高分辨率與寬覆蓋的結(jié)合，例如ZY-1 02C衛(wèi)星、HJ衛(wèi)星、GF-1衛(wèi)星、GF-2衛(wèi)星等。在利用這些多相機拼接成像傳感器數(shù)據(jù)進行大區(qū)域定量遙感研究時，往往需要對同軌相鄰相機影像進行拼接處理，以獲取大面積高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，這也是研制該類型傳感器的一個重要目的[1]。

目前，常用的衛(wèi)星傳感器可見/近紅外波段的在軌輻射定標方法主要包括場地定標[2-3]、星上定標[4-5]和交叉定標[6-7]3種方法。在國內(nèi)，官方常采用場地定標方法獲得傳感器在軌絕對輻射定標系數(shù)，然而利用其對該類型傳感器同軌各相機影像進行絕對輻射校正后，發(fā)現(xiàn)相鄰相機影像重疊區(qū)域內(nèi)輻射信息存在較大差異，部分波段相對差異達到32.44 %[8]，該差異會對大氣狀況評估[9]、精準農(nóng)業(yè)[10]、礦物勘探[11]、影像判讀[12]等研究產(chǎn)生負面影響。

對于該問題，研究人員通常采用影像間勻色方法[12-13]或輻射歸一化處理方法(relative radiometric normalization，RRN)[14-15]，在影像空間域或頻率域中調(diào)整影像重疊區(qū)、接邊區(qū)或整幅影像的輻射信息后，實現(xiàn)影像間輻射信息平滑過渡，使拼接后影像具有統(tǒng)一的輻射標準。但是上述方法破壞了影像原始輻射信息，且該信息的損失對于不同時相、不同區(qū)域的影像是不相同的，進而無法保障后續(xù)定量遙感專題產(chǎn)品精度的穩(wěn)定性。同時，用戶在利用多相機拼接成像傳感器影像進行大區(qū)域遙感研究時，若每次都需要對其進行輻射歸一化或勻色處理，則會降低數(shù)據(jù)處理效率，加之該過程并無統(tǒng)一的處理標準，不同用戶的處理結(jié)果可能存在較大差異。

GF-1衛(wèi)星搭載的WFV傳感器采用四相機拼接成像技術(shù)，能夠獲取幅寬優(yōu)于800 km、星下點分辨率優(yōu)于16 m的4波段(藍、綠、紅和近紅外)多光譜衛(wèi)星影像，其中相鄰相機重疊區(qū)域視場角約為0.44°，該數(shù)據(jù)已經(jīng)在我國災(zāi)害監(jiān)測、環(huán)境保護、資源調(diào)查等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用[1]。同樣，利用官方發(fā)布的定標結(jié)果對同軌四相機影像進行絕對輻射校正后，重疊區(qū)域輻射信息也存在較大差異[8]。因此，從星載多相機拼接成像傳感器在軌輻射定標過程中遇到的實際問題出發(fā)，以GF-1衛(wèi)星WFV傳感器為例，本文提出一種基于改進型輻射區(qū)域網(wǎng)平差的在軌輻射定標方法，詳細闡述了該方法的技術(shù)流程，實現(xiàn)了該類型傳感器在軌絕對輻射定標和相機間相對輻射校正的一體化處理。在此基礎(chǔ)上，利用一組WFV影像進行試驗，驗證了該方法的有效性和可行性。

1 方法介紹

1.1 輻射區(qū)域網(wǎng)平差

輻射區(qū)域網(wǎng)平差(radiometric block adjustment,RBA)是將影像幾何區(qū)域網(wǎng)平差的思想應(yīng)用于影像的輻射處理之中。它是將影像中具有輻射測量數(shù)據(jù)的區(qū)域作為輻射控制點RCPs(radiometric control points)，將影像重疊區(qū)域光譜均勻地物作為輻射連接點RTPs(radiometric tie points)，構(gòu)建輻射區(qū)域網(wǎng)平差模型，實現(xiàn)對影像輻射信息的處理[14]。目前，根據(jù)該模型中對RCPs和RTPs數(shù)據(jù)的使用情況，其應(yīng)用領(lǐng)域主要分為以下兩個方面：

(1) 僅利用RTPs信息實現(xiàn)影像輻射歸一化處理，該過程與攝影測量中立體影像對相對定向的基本思想相似。例如，文獻[14]采用該模型降低了航空雷達強度數(shù)據(jù)過校正的影響，解決了該數(shù)據(jù)的壞線問題，實現(xiàn)了單景影像內(nèi)部輻射歸一化處理。文獻[16]采用基于多項式的輻射區(qū)域網(wǎng)平差方法，改進了SPOT5 HRS影像拼接過程中的輻射處理環(huán)節(jié)，分析了全局權(quán)重值對處理結(jié)果的影響，實現(xiàn)了SPOT5 HRS多時相影像間的輻射歸一化處理。文獻[17]針對航空數(shù)字影像條帶間輻射不一致性問題，建立了RTPs提取模型，在考慮霧霾、時相、雙向反射分布函數(shù)(bidirectional reflectance distribution function，BRDF)影響后，采用輻射區(qū)域網(wǎng)平差方法，實現(xiàn)了影像間輻射差異最小化的目的。文獻[18]闡述了基于輻射區(qū)域網(wǎng)平差方法獲取相對輻射校正模型參數(shù)的過程，實現(xiàn)了無人機影像數(shù)據(jù)輻射歸一化處理，其處理結(jié)果可為精準農(nóng)業(yè)研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持。文獻[19]在對不同傳感器獲得的大區(qū)域航空影像數(shù)據(jù)進行拼接時，結(jié)合重疊區(qū)域RTPs信息，采用輻射區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)實現(xiàn)影像間的相對輻射校正處理。

(2) 先利用RTPs實現(xiàn)影像的輻射歸一化，然后利用RCPs完成絕對輻射定標，該處理過程與攝影測量中立體影像對分步定向的基本思想相近似，即先相對定向后絕對定向。例如，文獻[20]基于輻射區(qū)域網(wǎng)平差方法，利用RTPs對AgCam(agricultural cameras)相機的漸暈效應(yīng)、CCD的不一致響應(yīng)和暗電流進行校正，降低了該相機正射拼接影像的輻射不一致性，進而利用RCPs實現(xiàn)影像的絕對輻射定標。文獻[21]采用攝影測量模型對數(shù)字測圖相機影像(digital mapping camera，DMC)進行幾何處理后，利用輻射區(qū)域網(wǎng)平差模型，先將RTPs數(shù)據(jù)用于影像間BRDF校正模型參數(shù)求解，然后將RCPs數(shù)據(jù)用于大氣校正處理，最終提高了航空影像間相對輻射一致性和影像的絕對輻射定標精度。文獻[22]采用輻射區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)，在利用RTPs消除無人機影像間因光照和傳感器性能變化導致的輻射差異后，利用RCPs實現(xiàn)影像的絕對輻射定標。文獻[23]綜合考慮了地表BRDF特性和大氣輻射特性等多種因素的影響后，采用輻射區(qū)域網(wǎng)平差方法，實現(xiàn)了航空正射校正影像條帶間的無色差拼接，同時利用四角點RCPs進行絕對輻射定標，并利用影像中心RCPs檢驗絕對校正精度。文獻[24]在對多條機載波形雷達航帶數(shù)據(jù)進行輻射處理時，詳細闡述了重疊區(qū)域RTPs信息自動提取方法，以及利用RCPs獲取絕對輻射定標系數(shù)的具體過程。文獻[8]針對GF-1衛(wèi)星WFV多相機拼接成像特征，以MODIS為輻射參考基準，采用基于時間序列多點法交叉定標方法獲取敦煌輻射校正場處RCPs數(shù)據(jù)，通過目視解譯方式提取光譜均勻地物作為RTPs，采用該技術(shù)依次完成相機間相對輻射校正和在軌絕對輻射定標，并與官方結(jié)果進行比對，驗證了方法的可靠性和可行性。

然而，在對輻射區(qū)域網(wǎng)平差研究現(xiàn)狀分析后可以發(fā)現(xiàn)，大多是國外研究人員針對航空遙感影像輻射處理開展的，或只進行相對輻射校正，或采用分步處理方式即先完成相對輻射校正，后實現(xiàn)絕對輻射定標，然而此過程并未充分考慮相對輻射校正與絕對輻射定標之間的耦合關(guān)系，即二者的處理過程及處理順序均會對彼此產(chǎn)生影響。例如：①若先對各相機進行在軌絕對輻射定標，然后利用其進行絕對輻射校正，則會發(fā)現(xiàn)重疊區(qū)域輻射差異較大，各相機影像輻射信息不一致，從而無法對各相機影像進行整體定量化研究，因此需要進行相對輻射校正處理，而后者的處理方式并無統(tǒng)一規(guī)范，且處理后均會改變原有的絕對輻射校正精度。②若先進行相對輻射校正處理，使得原始圖像DN值信息具有統(tǒng)一輻射標準，但該過程會導致原始信息發(fā)生改變，后續(xù)基于此信息獲得的絕對輻射定標精度也會受到影響。因此，若直接采用現(xiàn)有的輻射區(qū)域網(wǎng)平差方法，實現(xiàn)星載多相機拼接成像傳感器在軌輻射定標，則前期的相對輻射校正會破壞各影像原始輻射信息，進而影響絕對輻射定標精度。所以，本文將對現(xiàn)有的輻射區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)進行改進，在獲取該類型傳感器在軌絕對輻射定標系數(shù)的過程中，同時考慮相機間相對輻射校正問題，實現(xiàn)二者的一體化處理。

1.2 改進型輻射區(qū)域網(wǎng)平差

本文所構(gòu)建的改進型輻射區(qū)域網(wǎng)平差模型是在文獻[8]的數(shù)據(jù)處理流程基礎(chǔ)上進行優(yōu)化后實現(xiàn)的。采用與文獻[8]相同的方式獲取RCPs和RTPs，改進后的定標模型不同之處在于其數(shù)據(jù)處理方式。文獻[8]采用分步式處理方法依次完成相對輻射校正和絕對輻射定標，而改進后的定標模型則在求解絕對輻射定標系數(shù)的過程中，同時顧及相機間輻射約束條件，采用整體平差處理的方式，實現(xiàn)二者的一體化處理。

該定標模型構(gòu)建的具體過程如下：

(1) 利用場地/交叉定標法在WFV1、WFV2、WFV3和WFV4影像中分別獲取m、n、p和q個輻射控制點，對于任意一個輻射控制點，均可列立一個方程如式(1)所示

(1)

(2) 在WFV1和WFV2、WFV2和WFV3、WFV3和WFV4影像重疊區(qū)域內(nèi)，分別獲取f、g和h對輻射連接點。為方便表述，以下以重疊區(qū)域表觀輻亮度相關(guān)函數(shù)FL()為線性函數(shù)為例，對于任意一對輻射連接點，均可列立一個輻射約束條件方程如式(2)所示

(2)

若FL()為非線性函數(shù)時，也可以利用該流程進行處理。

(3) 采用整體平差處理，構(gòu)建第i波段的在軌輻射定標模型。令

(3)

(4)

最終，本文構(gòu)建的基于改進型輻射區(qū)域網(wǎng)平差的輻射定標模型可以表示為

V=A·dX-B

(5)

式中，系數(shù)矩陣A為(m+n+p+q+f+g+h)×14的矩陣

(4) 以殘差值V的平方和最小為準則，即采用最小二乘方法求解改變量dX，如式(6)所示

dX=(ATA)-1ATB

(6)

(5) 最后利用式(7)將改變量dX與相應(yīng)的初始值X(0)進行疊加，得到各相機在軌絕對輻射定標系數(shù)及輻射約束條件方程參數(shù)

X=X(0)+dX

(7)

此過程為迭代計算，當改變量dX小于限差時計算終止，否則利用新的近似值重復(fù)第(3)至第(5)步，直到滿足要求為止。

2 輻射信息提取

2.1 輻射控制點提取

以輻射性能較高的MODIS影像為參考，將敦煌輻射校正場作為傳遞平臺，收集同一天內(nèi)在敦煌輻射校正場上空過境的MODIS和WFV有效影像對。通過數(shù)據(jù)檢索獲取自GF-1衛(wèi)星發(fā)射后400天內(nèi)的有效影像對(WFV1相機4對、WFV2相機3對、WFV3相機0對，WFV4相機7對)，如表1所示。

表1 WFV和MODIS有效影像對信息Tab.1 Information of valid WFV and MODIS imageries

利用交叉輻射定標方法提取WFV傳感器各相機影像輻射控制點信息，即敦煌輻射校正場中心區(qū)域MODIS影像上WFV相機等效表觀輻亮度均值(5×5像素窗口)和相應(yīng)區(qū)域WFV影像DN值均值(156×156像素窗口)，如表2所示。

表2 輻射控制點信息Tab.2 Information of RCPs

2.2 輻射連接點提取

受相機安裝誤差以及衛(wèi)星運動狀態(tài)的影響，同軌相鄰WFV相機影像重疊區(qū)域存在明顯的幾何錯位現(xiàn)象，這在一定程度上影響了輻射連接點信息提取精度及效率。另外，因為WFV傳感器相鄰相機間屬于弱交會成像情況，即影像交會角小于10°，所以本文采用基于DEM輔助的有理函數(shù)模型(rational function model，RFM)區(qū)域網(wǎng)平差方法，消除同軌相鄰相機影像間幾何錯位問題[25]。

然后，選取多組與輻射控制點數(shù)據(jù)時相接近的、具有豐富地表覆蓋類型的同軌四相機影像，經(jīng)幾何錯位消除后，設(shè)置一定大小的移動分析窗口，在重疊區(qū)域搜索光譜均勻地物位置，進而獲取其在相鄰兩個影像中的DN值信息，將其作為輻射連接點數(shù)據(jù)。其中，光譜均勻區(qū)域應(yīng)滿足差異系數(shù)CV(coefficient of variation)即DN值標準差與均值的比值應(yīng)小于預(yù)先設(shè)定的閾值。該過程既能夠降低傳感器輻射性能變化對定標精度的影響，同時能夠充分考慮不同響應(yīng)區(qū)間內(nèi)相機間輻射相關(guān)性。利用該方法分別在WFV1和WFV2、WFV2和WFV3、WFV3和WFV4影像重疊區(qū)域中獲取輻射連接點數(shù)據(jù)99對、228對和237對。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 絕對定標精度檢驗

表3本文輻射定標結(jié)果及相對誤差
Tab.3Calibrationcoefficientsbasedontheproposedmethodandrelativeerrors

傳感器波段本文定標結(jié)果/(W·m-2·sr-1·μm-1)增益偏移量文獻[8]的RE/(%)本文的RE/(%)WFV110．157210．73247．423．3720．12769．22119．655．3630．11186．46677．033．2240．113110．117715．618．37WFV210．155912．71737．688．8220．12739．64887．449．3430．11236．20666．467．5340．11289．946213．498．71WFV310．158712．34494．034．2920．142910．29145．926．0530．12496．76282．473．1940．116310．22748．197．55WFV410．1602 9．7916 5．754．6820．14467．73983．794．4630．12567．47824．197．2440．113610．11604．217．91

同樣采用文獻[8]中獲取的絕對定標精度檢查點，通過利用官方定標系數(shù)和本文獲得的定標結(jié)果計算WFV影像表觀輻亮度信息，然后與相應(yīng)區(qū)域的MODIS影像表觀輻亮度信息進行比對，利用式(8)獲取相對誤差

(8)

從表3中可以看出，采用本文所構(gòu)建的定標模型獲取的定標結(jié)果具有較高的定標精度，各波段相對誤差均優(yōu)于9.34%，且與文獻[8]采用分步式處理方式所得定標結(jié)果相比，本文定標結(jié)果并未出現(xiàn)相對誤差明顯較大的波段，這是因為本文采用整體平差處理的方式，在一定程度上降低了輻射傳遞過程中的誤差累積。另外，從表3中也可以看出，雖然WFV3相機缺少輻射控制信息，但是其定標精度并不低，因此今后將進一步分析多種因素(輻射控制點/連接點的選擇及分布)對定標結(jié)果的影響，優(yōu)化定標控制方案，進而提高傳感器整體定標精度。

3.2 相機間相對輻射校正精度檢驗

為檢驗本文定標系數(shù)對相機間相對輻射校正處理的效果，分別從WFV1和WFV2、WFV2和WFV3、WFV3和WFV4同軌影像重疊區(qū)域內(nèi)選取了134對、148對和237對光譜均勻地物作為檢查點，分別利用2013、2014年官方定標系數(shù)、文獻[8]及本文定標系數(shù)計算每對檢查點表觀輻亮度，然后統(tǒng)計其差異的絕對值，如圖1—圖3所示，其差異絕對值的平均值列于表4之中。

圖1 WFV1和WFV2影像檢查點處表觀輻亮度差異Fig.1 TOA radiance differences of check points in WFV1 and WFV2

從圖1—圖3和表4中可以看出，利用本文定標結(jié)果可以大大降低相機間輻射不一致性。對于4個波段而言，與2013年官方定標系數(shù)相比，其輻射不一致性最高分別降低了87.93%、87.75%、93.3%和94.17%；與2014年官方定標系數(shù)相比，其輻射不一致性最高分別降低了94.04%、94.21%、94.44%和90.54%；與文獻[8]的定標系數(shù)相比，其輻射不一致性處理效果大致相同。

3.3 實例驗證

選取2014年11月18日的一組WFV影像進行實例驗證，分別從影像重疊區(qū)域中挑選出某一局部區(qū)域進行展示。從圖4—圖6和表5中可以看出，原始圖像和利用2013、2014年官方定標系數(shù)的處理結(jié)果均存在明顯輻射差異，其中2013年官方結(jié)果各波段輻射平均差異分別約2.57、5.14、7.90和7.33 W·m-2·sr-1·μm-1，2014年官方結(jié)果各波段輻射平均差異分別約8.43、6.92、4.19和5.80 W·m-2·sr-1·μm-1，而本文處理結(jié)果與文獻[8]處理后的目視解譯效果近乎相同，均無明顯輻射差異，各波段輻射平均差異均優(yōu)于1 W·m-2·sr-1·μm-1，但本文處理的整體校正精度要比文獻[8]略高，相對精度平均提高約10.19%。這也證明了本文定標結(jié)果可以有效地實現(xiàn)星載多相機拼接成像傳感器相機間相對輻射校正。同時，利用本文方法可以規(guī)范不同用戶進行相對輻射校正處理的流程，提高其定量產(chǎn)品綜合對比的可信度。

圖2 WFV2和WFV3影像檢查點處表觀輻亮度差異Fig.2 TOA radiance differences of check points in WFV2 and WFV3

圖3 WFV3和WFV4影像檢查點處表觀輻亮度差異Fig.3 TOA radiance differences of check points in WFV3 and WFV4

圖4 WFV1和WFV2影像拼接后局部放大圖Fig.4 Partial enlarged images of WFV1 and WFV2 stitching results

圖5 WFV2和WFV3影像拼接后局部放大圖Fig.5 Partial enlarged images of WFV2 and WFV3 stitching results

圖6 WFV3和WFV4影像拼接后局部放大圖Fig.6 Partial enlarged images of WFV3 and WFV4 stitching results

表4 檢查點處表觀輻亮度差異絕對值的平均值Tab.4 Average absolute value of TOA radiance differences of check points W·m-2·sr-1·μm-1

表5 相鄰相機影像重疊區(qū)域表觀輻亮度差異絕對值的平均值Tab.5 Average absolute value of TOA radiance differences in overlapping regions of adjacent cameras W·m-2·sr-1·μm-1

4 總 結(jié)

本文針對星載多相機拼接成像傳感器特點，提出了一種基于改進型輻射區(qū)域網(wǎng)平差的在軌輻射定標方法。該方法可以實現(xiàn)相機間相對輻射校正和在軌輻射定標的一體化處理。文中指出了現(xiàn)有在軌輻射定標方法存在的不足，介紹了輻射區(qū)域網(wǎng)平差基本思想，詳細推導了基于改進型輻射區(qū)域網(wǎng)平差的在軌輻射定標方法和流程，對比分析了采用本文結(jié)果與官方系數(shù)進行相機間相對輻射校正的效果，并利用一組WFV影像驗證了本文采用的定標方法的有效性。在下一步的研究中將重點分析多種因素(輻射控制點/連接點的選擇及分布)對定標結(jié)果的影響，優(yōu)化定標控制方案，進而提高傳感器整體定標精度。

致謝：特別感謝中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心為本文研究提供GF-1影像數(shù)據(jù)，感謝中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所顧行發(fā)研究員、余濤研究員的指導。

[1] 白照廣.高分一號衛(wèi)星的技術(shù)特點[J].中國航天，2013，(8)：5-9.

BAI Zhaoguang.The Technical Characteristics of GF-1 Satellite[J].Aerospace China，2013，(8)：5-9.

[2] 韓啟金，傅俏燕，張學文，等.高分一號衛(wèi)星寬視場成像儀的高頻次輻射定標[J].光學與精密工程，2014，22(7)：1707-1714.

HAN Qijin，F(xiàn)U Qiaoyan，ZHANG Xuewen，et al.High-frequency Radiometric Calibration for Wide Field-of-view Sensor of GF-1 Satellite[J].Optics and Precision Engineering，2014，22(7)：1707-1714.

[3] 傅俏燕，閔祥軍，李杏朝，等.敦煌場地CBERS-02 CCD傳感器在軌絕對輻射定標研究[J].遙感學報，2006，10(4)：433-439.

FU Qiaoyan，MIN Xiangjun，LI Xingchao，et al.In-flight Absolute Calibration of the CBERS-02 CCD Sensor at the Dunhuang Test Site[J].Journal of Remote Sensing，2006，10(4)：433-439.

[4] 陳洪耀，張黎明，施家定，等.高精度星上定標漫射板雙向反射分布函數(shù)絕對測量系統(tǒng)研究[J].大氣與環(huán)境光學學報，2014，9(1)：72-80.

CHEN Hongyao，ZHANG Liming，SHI Jiading，et al.High Accuracy Gonioreflectometer for Solar Diffuser Spectral BRDF Measurement[J].Journal of Atmospheric and Environmental Optics，2014，9(1)：72-80.

[5] XIONG Xiaoxiong，SUN Junqiang，BARNES W，et al.Multiyear On-orbit Calibration and Performance of Terra MODIS Reflective Solar Bands[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2007，45(4)：879-889.

[6] YANG Aixia，ZHONG Bo，LV Wenbo，et al.Cross-calibration of GF-1/WFV over a Desert Site Using Landsat-8/OLI Imagery and ZY-3/TLC Data[J].Remote Sensing，2015，7(8)：10763-10787.

[7] CHANDER G，MISHRA N，HELDER D L，et al.Applications of Spectral Band Adjustment Factors (SBAF) for Cross-Calibration[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2013，51(3)：1267-1281.

[8] 韓杰，謝勇.GF-1衛(wèi)星WFV影像間勻色方法[J].測繪學報，2016，45(12)：1423-1433.DOI：11947/j.AGCS.2016.20160248.

HAN Jie，XIE Yong.Image Dodging Algorithm for GF-1 Satellite WFV Imagery[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2016，45(12)：1423-1433.DOI：11947/j.AGCS.2016.20160248.

[9] 王中挺，辛金元，賈松林，等.利用暗目標法從高分一號衛(wèi)星16 m相機數(shù)據(jù)反演氣溶膠光學厚度[J].遙感學報，2015，19(3)：530-538.

WANG Zhongting，XIN Jinyuan，JIA Songlin，et al.Retrieval of AOD from GF-1 16 m Camera Via DDV Algorithm[J].Journal of Remote Sensing，2015，19(3)：530-538.

[10] 劉國棟，鄔明權(quán)，牛錚，等.基于GF-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)的農(nóng)作物種植面積遙感抽樣調(diào)查方法[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2015，31(5)：160-166.

LIU Guodong，WU Mingquan，NIU Zheng，et al.Investigation Method for Crop Area Using Remote Sensing Sampling Based on GF-1 Satellite Data[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2015，31(5)：160-166.

[11] CHOI W H，CHO S I，INOUE D，et al.Lineament Analysis Using ASTER Satellite Images in the Southern Part of the Korean Peninsula[J].Journal of Geological Resource and Engineering，2015(1)：8-16.

[12] 王密，潘俊.面向無縫影像數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的一種新的光學遙感影像色彩平衡方法[J].國土資源遙感，2006，18(4)：10-13，79.

WANG Mi，PAN Jun.A New Color Balance Method for Large-scale Seamless Image Database[J].Remote Sensing for Land & Resources，2006，18(4)：10-13，79.

[13] 李德仁，王密，潘俊.光學遙感影像的自動勻光處理及應(yīng)用[J].武漢大學學報(信息科學版)，2006，31(9)：753-756.

LI Deren，WANG Mi，PAN Jun.Auto-dodging Processing and Its Application for Optical RS Images[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University，2006，31(9)：753-756.

[14] YAN W Y，SHAKER A.Radiometric Correction and Normalization of Airborne LiDAR Intensity Data for Improving Land-cover Classification[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2014，52(12)：7658-7673.

[15] GEHRKE S，BESHAH B T.Radiometric Normalization of Large Airborne Image Data Sets Acquired by Different Sensor Types[C]∥The International Archives of the Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences.Prague，Czech Republic：ISPRS，2016：317-326.

[16] FALALA L，GACHET R，CUNIN L.Radiometric Block-Adjustment of Satellite Images Reference3D Production Line Improvement[C]∥Proceedings of the International Archives of the Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences.Beijing，China：ISPRS，2008：319-324.

[17] CHANDELIER L，MARTINOTY G.The Radiometric Aerial Triangulation for the Equalization of Digital Aerial Images and Orthoimages[J].Photogrammetric Engineering & Remote Sensing，2009，75(2)：193-200.

[18] HONKAVAARA E，SAARI H，KAIVOSOJA J，et al.Processing and Assessment of Spectrometric，Stereoscopic Imagery Collected Using a Lightweight UAV Spectral Camera for Precision Agriculture[J].Remote Sensing，2013，5(10)：5006-5039.

[19] GEHRKE S，BESHAH B T.Radiometric Normalization of Large Airborne Image Data Sets Acquired by Different Sensor Types[C]∥The International Archives of the Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences.Prague，Czech Republic：ISPRS，2016：317-326.

[20] OLSEN D，DOU Changyong，ZHANG Xiaodong，et al.Radiometric Calibration for AgCam[J].Remote Sensing，2010，2(2)：464-477.

[22] HONKAVAARA E，HAKALA T，MARKELIN L，et al.A Process for Radiometric Correction of UAV Image Blocks[J].Photogrammetrie，F(xiàn)ernerkundung，Geoinformation，2012，2012(2)：115-127.

[23] PROS A，COLOMINA I，NAVARRO J A，et al.Radiometric Block Adjustment and Digital Radiometric Model Generation[C]∥International Archives of the Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences.Hannover，Germany：ISPRS，2013：293-298.

[24] TEO T A，Wu H M.Radiometric Block Adjustment for Multi-strip Airborne Waveform LIDAR Data[J].Remote Sensing，2015，7(12)：16831-16848.

[25] 汪韜陽，張過，李德仁，等.資源三號測繪衛(wèi)星影像平面和立體區(qū)域網(wǎng)平差比較[J].測繪學報，2014，43(4)：389-395.DOI：10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0058.

WANG Taoyang，ZHANG Guo，LI Deren，et al.Comparison between Plane and Stereo Block Adjustment for ZY-3 Satellite Images[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2014，43(4)：389-395.DOI：10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0058.

On-orbit Radiometric Calibration Method of Spaceborne Multi-camera Mosaic Imaging Sensor

HAN Jie1，XIE Yong2

1.School of Urban-rural Planning and Architecture，Xuchang University，Xuchang 461000，China；2.School of Geography and Remote Sensing，Nanjing University of Information Science & Technology，Nanjing 210044， China

As the core and foundation of quantitative remote sensing, the precision of on-orbit radiometric calibration of spaceborne sensor directly determines the quality of quantitative remote sensing production.However, the available radiometric calibration methods have been unable to achieve the absolute radiometric calibration of each camera and the relative radiometric correction among cameras simultaneously for multi-camera mosaic imaging sensor.Therefore，taking wide field of view(WFV)multispectral sensor equipped with GF-1 satellite as example，this research proposes an innovative on-orbit radiometric calibration method based on the modified radiometric block adjustment.First，the radiometric control points of each WFV camera are extracted using the traditional cross calibration method.Then the radiometric tie points of adjacent WFV cameras in the overlapping regions are obtained.At last，the integrate adjustment method is used to calculate the calibration coefficients of each WFV camera and the parameters of radiometric constraint equation considering the coupling relationship between the relative radiometric correction and the absolute radiometric calibration.The experimental results show the relative errors of the absolute radiometric calibration coefficients in each band are all less 9.34%.Meanwhile，the absolute radiometric calibration coefficients can realize relative radiometric correction among WFV cameras.The average absolute values of top of atmosphere (TOA) radiance differences in the overlapping region of adjacent cameras in each band are all less 1.63 W·m-2·sr-1·μm-1.

on-orbit radiometric calibration; multi-camera mosaic imaging; radiometric block adjustment; validation and evaluation

The Science and Technology of Henan province (No.172102210463)；The National Natural Science Foundation of China (No.41671345)；General Manual for High Resolution Earth Observation System(No.50-Y20A07-0508-15/16)；National Key Research Program of China (No.2016YFB0502500)；Scientific Research Foundation for the Talent，Nanjing University of Information Science & Technology

HAN Jie(1987—)，male，PhD，lecturer，majors in calibration and verification of high-resolution satellite sensors.

XIE Yong

韓杰，謝勇.星載多相機拼接成像傳感器在軌輻射定標方法[J].測繪學報，2017,46(11)：1830-1840.

10.11947/j.AGCS.2017.20170071.

HAN Jie，XIE Yong.On-orbit Radiometric Calibration Method of Spaceborne Multi-camera Mosaic Imaging Sensor[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(11):1830-1840.DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170071.

P237

A

1001-1595(2017)11-1830-11

河南省科技攻關(guān)項目(172102210463);國家自然科學基金(41671345);高分辨率對地觀測系統(tǒng)共性指南(50-Y20A07-0508-15/16);國家重點研發(fā)計劃(2016YFB0502500)；南京信息工程大學人才啟動基金

(責任編輯：張艷玲)

2017-02-15

修回日期：2017-08-27

韓杰(1987—)，男，博士，講師，研究方向為高分辨率衛(wèi)星傳感器定標和真實性檢驗。

E-mail：hanjie@radi.ac.cn

謝勇

E-mail：xieyong@nuist.edu.cn