《光学遥感器在轨成像辐射性能评价方法+可见光-短波红外GBT+38935-2020》详细解读

《光学遥感器在轨成像辐射性能评价方法可见光-短波红外GB/T38935-2020》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义、缩略语3.1术语和定义3.2缩略语4评价对象和评价指标4.1评价对象contents目录4.2评价指标5评价方法5.1信噪比5.2辐射分辨率5.3动态范围5.4非线性度5.5盲元率附录A(资料性附录)信噪比规定化方法contents目录附录B(资料性附录)高空间分辨率光学遥感器在轨动态范围、非线性度评价地面靶标布设需求参考文献011范围星载成像光学遥感器该标准主要针对搭载在卫星平台上的成像光学遥感器。工作波长范围适用于工作波长在可见光到短波红外范围（380nm～2500nm）的遥感器。适用对象在轨运行过程中的辐射性能评价该标准主要用于评价光学遥感器在轨运行过程中的辐射性能。线阵列探测器扫描成像的被动光学遥感器特指采用线阵列探测器扫描成像的被动光学遥感器。适用场景其他类型星载被动光学遥感器对于其他类型的星载被动光学遥感器，在轨外场辐射性能评价时也可参考此标准。参考使用022规范性引用文件引用标准GB/T17798-XXXX地球观测卫星术语（该标准提供了地球观测卫星及遥感领域的相关术语和定义，为理解和解释本标准提供了必要的背景知识）GB/TXXXX卫星导航术语（该标准定义了卫星导航领域的相关术语，有助于理解本标准中涉及导航和定位的部分）引用文件说明规范性引用文件是本标准制定过程中参考和引用的重要资料，它们为本标准的制定提供了理论基础和技术支持。在使用本标准时，应同时参考这些规范性引用文件，以确保正确理解和应用本标准的各项规定。规范性引用文件保证了本标准的科学性和准确性，使得本标准的内容更加严谨和可信。通过引用相关标准和文件，本标准得以与其他相关领域的技术标准相协调，从而形成一个完整、统一的技术体系。引用文件的重要性033术语和定义、缩略语光学遥感器指搭载在卫星平台上，利用光学原理进行远距离探测和感知的设备。在轨成像辐射性能指光学遥感器在卫星轨道上运行时，其成像的辐射性能表现。可见光-短波红外指波长在380nm～2500nm范围内的电磁波谱区域。线阵列探测器指一种能够探测光线并将其转换为电信号的光电器件，按线性排列组成阵列。术语和定义GB国家标准。SWIR短波红外（Short-WaveInfrared）。VIS可见光（Visible）。SNR信噪比（Signal-to-NoiseRatio），是评价光学遥感器成像质量的重要指标之一。MTF调制传递函数（ModulationTransferFunction），是评价光学系统成像质量的一种方法。NED等效噪声温差（NoiseEquivalentDeltaTemperature），是评价热红外遥感器性能的重要指标之一。缩略语010402050306043.1术语和定义光学遥感器是指利用光学原理和技术，从远处感知和探测目标信息，并将其转换成图像或数据信号的仪器。定义光学遥感器可根据工作波长、成像方式等进行分类，本标准主要关注可见光到短波红外范围内的星载成像光学遥感器。分类3.1.1光学遥感器定义在轨成像辐射性能是指光学遥感器在卫星轨道上运行时，其成像的辐射质量和特性，包括辐射分辨率、辐射定标精度等。评价指标本标准规定了多项在轨成像辐射性能的评价指标，如信噪比、动态范围、绝对辐射定标精度等。3.1.2在轨成像辐射性能3.1.3线阵列探测器应用在光学遥感器中，线阵列探测器常用于扫描成像，通过逐行扫描目标区域，将光信号转换为电信号，进而生成图像数据。定义线阵列探测器是一种具有多个探测单元的线性排列的探测器，每个探测单元可以独立地探测和输出信号。定义被动光学遥感器是指不发射任何能量，仅接收和探测目标自身发射或反射的光辐射的遥感器。特点被动光学遥感器具有不发射任何辐射、隐蔽性好、抗干扰能力强等特点，在军事侦察、环境监测等领域具有广泛应用。3.1.4被动光学遥感器053.2缩略语MTF调制传递函数（ModulationTransferFunction），用于描述光学系统对不同空间频率的响应。GSD地面采样距离（GroundSamplingDistance），表示遥感影像上一个像素对应的地面实际距离。SNR信噪比（SignaltoNoiseRatio），是信号与噪声的比例，用于衡量影像质量。3.2.1常见缩略语辐亮度，表示单位立体角、单位面积上的辐射通量。Radiance反射率，指物体反射的辐射能量与入射辐射能量的比值。Reflectance数字数值（DigitalNumber），遥感影像的像素值，与辐亮度或反射率等物理量有关。DN3.2.2辐射性能相关缩略语0102033.2.3评价标准相关缩略语NED噪声等效温差（NoiseEquivalentDeltaTemperature），用于热红外遥感器的性能评价。MRERMSE平均相对误差（MeanRelativeError），用于衡量遥感器测量值与真实值之间的差异。均方根误差（RootMeanSquareError），用于衡量遥感器测量值的离散程度。064评价对象和评价指标该标准主要针对搭载在卫星平台上的成像光学遥感器进行评价。星载成像光学遥感器主要评价遥感器在轨道上运行时的成像辐射性能，包括辐射分辨率、辐射定标精度等。在轨成像辐射性能4.1评价对象4.2评价指标辐射分辨率衡量遥感器对不同辐射亮度的分辨能力，是评价遥感器性能的重要指标之一。辐射定标精度反映遥感器输出的辐射亮度值与实际辐射亮度值之间的偏差，是确保遥感数据准确性的关键指标。动态范围指遥感器能够探测到的最大和最小辐射亮度值之间的范围，决定了遥感器的应用场景和适应性。信噪比衡量遥感器在接收有用信号时，抗干扰能力的大小，影响遥感数据的清晰度和准确性。074.1评价对象4.1.1光学遥感器类型其他类型星载被动光学遥感器虽然本标准主要针对线阵列探测器扫描成像的被动光学遥感器，但其他类型的被动光学遥感器也可参考本标准进行评价。线阵列探测器扫描成像的被动光学遥感器这是本标准主要评价的对象，特指采用线阵列探测器，通过扫描方式进行成像的被动光学遥感器。可见光到短波红外范围（380nm～2500nm）这是本标准规定的遥感器工作波长范围，涵盖了可见光和短波红外波段。4.1.2遥感器工作波长范围这是对光学遥感器在轨成像过程中，其辐射性能的评价，包括辐射分辨率、辐射定标精度等多个方面。辐射性能评价评价的是光学遥感器在卫星平台上实际运行过程中的性能，而非地面测试或模拟环境下的性能。在轨运行状态4.1.3在轨成像辐射性能评价084.2评价指标绝对辐射精度描述遥感器输出的辐射亮度值与真实值之间的偏差，是衡量遥感器辐射测量准确性的重要指标。相对辐射精度4.2.1辐射精度描述遥感器在不同时间或不同观测条件下对同一目标进行观测时，输出的辐射亮度值之间的一致性，是衡量遥感器辐射测量稳定性的重要指标。0102VS遥感器输出的有效信号与噪声的比值，是衡量遥感器成像质量的重要指标之一。高信噪比意味着遥感器能够更准确地捕捉和记录地物的辐射信息。动态范围遥感器能够探测到的最大和最小辐射亮度值之间的范围，也是衡量遥感器性能的重要指标之一。较大的动态范围能够使遥感器在复杂的光照条件下仍能保持较高的成像质量。信号噪声比4.2.2信噪比4.2.3空间分辨率遥感器图像上一个像素所对应的地面的实际大小，也是衡量遥感器空间分辨率的重要指标之一。较高的地面分辨率能够使遥感图像显示更多的地表细节信息。地面分辨率遥感器能够分辨的最小地面单元对应的瞬时视场角大小，是衡量遥感器空间分辨率的重要指标之一。较小的瞬时视场角意味着遥感器能够捕捉到更细致的地表信息。瞬时视场角095评价方法光学系统的光谱响应函数遥感器的辐射响应均匀性5.1辐射性能评价对象遥感器的动态范围和信噪比用于描述遥感器输出的数字量化值（DN值）与对应的辐射亮度值之间的准确性。绝对辐射定标精度用于描述遥感器各像元之间响应的一致性。相对辐射定标精度用于描述遥感器在长时间运行过程中，辐射响应性能的变化情况。辐射响应稳定性5.2评价指标数据预处理包括去除噪声、辐射定标等步骤，以获得准确的遥感器输出数据。结果分析与报告对计算结果进行分析，形成评价报告，提出改进意见或建议。评价指标计算根据预处理后的数据，计算上述评价指标。5.3评价流程010203在进行评价前，应确保遥感器已处于稳定工作状态。评价过程中应使用高质量的数据源，以确保评价结果的准确性。对于不同类型的遥感器，应选择合适的评价方法，以获得更准确的评价结果。5.4注意事项105.1信噪比信噪比（SNR）是指信号与噪声的比例，是衡量遥感器成像质量的重要指标之一。信噪比定义高信噪比意味着图像中信号成分远大于噪声成分，图像质量更高，有利于后续的数据处理和信息提取。重要性定义与重要性探测器的灵敏度、响应均匀性等因素直接影响信噪比。探测器性能光学系统的像差、畸变等会影响成像质量，进而影响信噪比。光学系统性能电子学系统的噪声、带宽等也会影响信噪比。电子学系统影响因素优化光学设计，减少像差和畸变，提高成像质量。改进光学系统采用低噪声电子元件，优化电路设计等，以降低电子学系统对信噪比的影响。提升电子学性能通过提高探测器的灵敏度、降低暗电流等方式来提高信噪比。优化探测器设计提高方法绝对信噪比即直接测量得到的信号与噪声的比例。01评价标准相对信噪比与某一参考遥感器或某一特定条件下的信噪比进行比较，以评价遥感器的相对性能。02115.2辐射分辨率辐射分辨率定义辐射分辨率是指光学遥感器能够区分和记录的最小辐射度差异，是衡量遥感器性能的重要指标。重要性辐射分辨率的高低直接影响到遥感图像的细节表现和信息提取精度，对于地物识别、环境监测等应用具有重要意义。定义与重要性探测器性能探测器的灵敏度、动态范围以及噪声水平等都会影响辐射分辨率。光学系统光学系统的像差、透过率和杂散光等也会影响辐射分辨率。信号处理信号处理算法的优化程度对辐射分辨率有重要影响，包括去噪、增强等处理手段。影响因素选用高性能探测器采用高灵敏度、低噪声、大动态范围的探测器，以提高辐射分辨率。提升方法优化光学系统通过改进光学设计，减少像差和杂散光，提高光学系统的成像质量。改进信号处理算法研发更先进的信号处理算法，以更好地提取和保留图像中的有用信息，提高辐射分辨率。辐射分辨率测试方法通过特定的测试图案或场景，对遥感器的辐射分辨率进行定量评估。辐射分辨率指标根据测试结果，确定遥感器的辐射分辨率指标，以评价其性能优劣。该指标通常与探测器的性能、光学系统的设计和信号处理算法的优化程度密切相关。评价标准125.3动态范围动态范围的定义动态范围是指遥感器能够探测到的最大信号与最小信号之间的比值，它反映了遥感器对不同亮度目标的探测能力。在光学遥感中，动态范围的大小直接影响到成像的质量和信息的丰富度。动态范围的测试方法通过在轨测试获取遥感器在不同亮度目标下的输出信号，计算最大信号与最小信号之间的比值，从而得到动态范围。测试过程中需要考虑光源的稳定性、探测器的线性响应范围等因素。动态范围越大，遥感器能够同时记录高亮和低亮区域的信息，避免了信息的丢失和细节的模糊。在高动态范围场景下，如果遥感器的动态范围不足，可能会导致高亮区域曝光过度或低亮区域细节丢失。动态范围对成像质量的影响采用高性能的探测器和信号处理电路，提高遥感器的灵敏度和信噪比。提高动态范围的方法通过改进光学系统设计，优化光线收集和传输效率，从而提高遥感器的动态范围。利用图像处理算法对获取的图像进行后期处理，如HDR合成等技术，可以在一定程度上扩展动态范围。135.4非线性度定义非线性度是指在规定的动态范围内，遥感器输出信号与输入辐亮度之间的非线性程度。意义非线性度是衡量遥感器性能的重要指标之一，它直接影响遥感数据的准确性和可靠性。若非线性度较大，则会导致遥感数据失真，进而影响后续的数据处理和应用效果。定义与意义评价标准允许范围根据国家标准GB/T38935-2020，非线性度的允许范围应在规定的限值内，以确保遥感数据的准确性。测试方法通过对比遥感器输出信号与标准辐亮度之间的偏差，计算非线性度。具体测试方法包括使用标准光源、积分球等设备进行定标测试，以及利用已知辐亮度的地物目标进行在轨测试。影响因素及改进措施为降低非线性度，可以从光学系统和电子学系统两方面进行改进。光学系统方面，可以优化光学设计，提高光学元件的加工和装调精度，以减少像差和散射等因素的影响。电子学系统方面，可以采用低噪声、高稳定性的电子元器件，以及优化电路设计等措施来降低噪声和非均匀性等因素的影响。同时，还可以采取温度控制、遮光罩设计等措施来减少外界环境条件对非线性度的影响。改进措施非线性度受多种因素影响，包括遥感器自身的光学系统、电子学系统以及外界环境条件等。其中，光学系统的像差、散射、杂散光等因素，以及电子学系统的噪声、非均匀性、暗电流等都会对非线性度产生影响。影响因素145.5盲元率定义盲元率是指光学遥感器中无法响应或响应异常的像元占总像元的比例。重要性盲元率直接影响成像质量和数据准确性，是评价光学遥感器性能的重要指标之一。定义与重要性评价标准通常，盲元率应低于一定阈值，以确保成像质量。具体阈值根据遥感器的设计要求和实际应用需求确定。评价方法通过特定的测试图像或测试模式，对遥感器的每个像元进行响应测试，统计出盲元的数量和比例。评价标准与方法盲元率可能受到制造工艺、材料缺陷、使用环境等多种因素的影响。影响因素针对盲元问题，可以采取校准、替换或修复等措施来降低盲元率，提高成像质量。解决措施影响因素与解决措施实际应用中的考虑在选择光学遥感器时，应关注其盲元率指标，确保满足应用需求。在使用过程中，应定期对遥感器进行盲元检测和校准，以保持其性能稳定。15附录A(资料性附录)信噪比规定化方法信噪比（SNR）是指在规定的条件下，信号与噪声的比值，是衡量遥感器成像质量的重要指标。该标准中，信噪比主要用于评价光学遥感器在轨成像过程中，有效信号与背景噪声之间的比例关系。信噪比定义确定评价区域选择具有代表性的地物作为评价目标，确保评价区域内包含足够的信号和背景信息。规定化方法01数据预处理对获取的遥感图像进行预处理，包括辐射定标、大气校正等，以消除图像中的非目标信息。02计算信噪比根据预处理后的图像数据，计算评价区域内信号的平均值和标准差，进而得到信噪比。03结果分析对计算得到的信噪比进行分析，评估光学遥感器的在轨成像辐射性能。若信噪比低于预设阈值，则说明遥感器性能可能存在问题。04包括大气条件、太阳光照条件、遥感器自身性能等。这些因素都可能对信噪比产生影响，进而影响遥感图像的成像质量。影响因素