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遥感地面辐射观测中的视场效应问题研究
遥感地面辐射观测中的视场效应问题研究
摘要
遥感地面辐射观测技术广泛用于气象、环境、农业等领域。然而，由于观测装置的制造误差、被观测物体表面反射率的反射非均匀性等因素，会出现视场效应问题，影响观测数据的准确性和可靠性。本文分析了视场效应产生的原因和影响，并对目前常用的校正方法进行了比较和总结，为遥感地面辐射观测提供了参考。
关键词：遥感；地面辐射；视场效应；校正方法。
一、问题概述
遥感地面辐射观测技术是依靠散射或辐射装置观测大气和地面传输的电磁辐射，并通过数据处理获得空间上的物理量或参数。在进行遥感地面辐射观测时，由于测量设备和被测量物体的特性不同，观测数据会受到视场效应的影响。视场效应是指由于观测装置制造误差、被观测物体表面反射率的反射非均匀性等因素，导致观测图像的强度和形状发生变化的现象。因此，视场效应问题对地面辐射观测数据的准确性和可靠性产生影响，应该引起重视。
二、产生原因分析
（一）制造误差
制造误差是由于制造过程中机器精度限制和人为因素等原因造成的误差。例如，光学仪器的逐点灰度响应差异和透镜形状偏差等，将导致视觉设备观测场的整体亮度不均匀，可能引起最终的观测结果的失真。
（二）反射率不均匀性
反射率不均匀性是表面散射贡献差异引起的。考虑物体表面的形态、结构和颜色等影响观测质量的因素，例如不规则形状气隙、沟槽和颜色变化等因素都可能会导致观测图像中颜色、亮度的变化和变形现象，从而产生视场效应问题。
三、影响分析
视场效应对观测数据的影响通常通过同一观测物体的不同位置或者不同物体的观测数据比较得以展示。一般来说，视场效应主要会以以下两种形式体现：
（一）亮度或强度的不同
因为集中的亮度响应差异，视场效应会使重叠的图像像素质量发生变化，并会导致光谱数据、辐射率和金属显影等方面的测量结果发生偏差。
（二）形状的不同
视场效应会使测量对象的形状变形，在图像分析和特征提取中造成影响。例如，采用遥感卫星技术进行遥感图像监测时，视场效应可能会引起遥感图像被观察区域的外观大小偏差、拉伸和角度的变化等。
四、校正方法总结
目前，市场上有很多不同的视场效应校正方法，例如用近红外光谱测量目标的反射率，以消除无法表示视场效应的噪声；或通过制造校准标准物或者改变照明条件等方法，来校正视场效应的影响。以下是几种常见的校正方法：
（一）Shi和Yu提出的MRA算法
该方法根据单目观测和双目观测的相对辐射率差异，建立了相对辐射率比例因子模型。该模型通过在相对辐射率数据中使用训练样本，矫正反射比例因子，从而实现对视场效应的校正。
（二）Aguado和Lahoz提出的三次插值光学校正方法
该方法采用三次多项式插值法来对遥感影像数据进行两个方向的调整，并实现对拍摄被观察物体的视场膨胀或收缩问题的校正。
（三）国内研究人员Fan等人提出的线性空间变换法
该方法通常应用于Bayer颜色图案相机和单点式探测器，通过线性空间变换和最大似然估计，消除了视场效应产生的颜色差异和因为视场不均匀性产生的辐射率差异。
对于某些专用设备，如探测气溶胶或环境测量等，为了消除视场效应，可能需要进行更复杂的校正方法。因此，尽管目前市场上有很多不同的视场效应校正方法，但具体的校正方式还应根据具体的测量目的和观测设备特性进行优化选择。
五、结论
视场效应问题对于遥感地面辐射观测数据的准确性和可靠性产生了不利的影响。本文对视场效应背景、原因及其常用的校正方法作了详细的描述，分析各种校正算法的适用性和优缺点。在实际应用中，应当根据实际需要及场地实测情况最终选择合适的校正方法。