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A universal physically-based topographic correction framework for high-resolution optical satellite data
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AI
DOI：10.1016/j.isprsjprs.2025.05.027.png)
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摘要
En 中文
地表反射率是通过大气校正从大气层顶（TOA）观测中获取的，表征地球表面的固有属性。尽管其重要性，地形效应对地表反射率反演的影响常被忽略，引入显著的不确定性，尤其是在山区。现有的地形校正方法虽多，但普遍面临挑战：基于物理的方法需要精确的大气参数（复杂地形中通常不可用）且计算量大，而半经验方法依赖经验参数，可能导致过度校正或在不同条件下性能不一致。此外，先前研究主要使用单一卫星平台的数据，限制了地形校正算法在不同数据集间的适用性和可移植性。为克服这些局限，我们提出了一种通用地形校正（UTC）框架，这是一种基于物理的方法，旨在无缝集成多种高分辨率卫星和航空数据集。UTC将广泛辐射传输模拟的光谱信息与图像衍生的空间信息相结合，以优化光谱直接辐照度比（基于物理校正的关键组成部分），并通过沿阴影边界的针对性处理考虑阴影效应和数字高程模型（DEM）引起的误差。我们使用3D辐射传输模型作为参考，在多样化的地形和光照条件下评估了UTC与C校正、SCS + C和统计-经验（SE）等现有方法的性能。结果显示UTC持续优于这些方法，特别是在阴影区域，近红外波段UTC的绝对偏差为0.0103，而C校正、SCS + C和SE分别为0.0179、0.0362和0.0311。在Landsat 9（30 m）、Sentinel-2（20 m）、SPOT 4/5（10–20 m）、PlanetScope（3 m）和AVIRIS-3（约2.9 m）数据集上的测试进一步证明了UTC的鲁棒性，有效减少了复杂地形中的过度校正，并提高了阴影区域的反射率精度。UTC的优势在于（i）无需外部大气输入，以及（ii）基于光谱和空间信息的物理设计，使其具有广泛的适用性。本研究阐明了现有地形校正方法的关键局限性，并提出了一个稳健的解决方案。未来研究可通过整合大气效应来增强UTC框架，从而实现从大气层顶观测的联合大气和地形校正。
Keyword:
Topographic correction
Surface reflectance
Radiative transfer model
Landsat 9
Sentinel-2
SPOT
PlanetScope
AVIRIS-3
期刊
IF:
12.2
论文数:
4.4K
被引数:
3.2W
机构
暂无机构信息
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