为NOAA-20 VIIRS短波红外波段减轻地球视图反射率图像条纹效应的方法

《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》：Earth View Reflectance Image Striping Mitigation for NOAA-20 VIIRS Short-Wave Infrared Bands

VIIRS传感器N20卫星五个短波红外波段存在条纹问题，通过撒哈拉沙漠、赤道深对流云和月球图像分析，开发偏移量算法优化三次多项式背景校正，显著减少条纹（除I3和M10波段），并进一步处理二次项影响。

　　

摘要：

可见红外成像辐射计套件（VIIRS）是一种用于观测地球的卫星传感器。在VIIRS的22个光谱波段中，有5个属于短波红外（SWIR）波段。NOAA-20（N20）卫星上搭载的VIIRS仪器拍摄的地球图像在这些波段上出现了意外的条纹现象。为了恢复场景的光谱辐射值，我们使用了一个三次多项式模型，该模型以背景去除后的探测器数字值为输入，并将偏移量设置为零。为了最小化条纹现象，我们开发了一种算法，通过对撒哈拉沙漠、赤道附近的强对流云（DCCs）以及月球的卫星图像进行条纹评估来计算偏移量。我们利用这三个场景获得的偏移量平均值以及其他多项式系数，更新了用于NASA N20 VIIRS大气顶层（TOA）光谱辐射和反射率反演的计算公式（该公式收录在Collection 2.1中）。应用这些偏移量后，场景中的条纹现象明显减少，但利比亚4号沙漠地区的I3和M10波段仍存在明显条纹。对于强对流云场景，I3和M10波段的条纹现象虽然有所减轻，但并不显著。如果多项式中的二次项也对条纹现象有所贡献，我们进一步开发了一种算法，通过对比两个光谱辐射水平差异较大的场景的条纹评估结果来同时确定偏移量和二次项系数。

引言

作为Terra和Aqua卫星上中分辨率成像光谱辐射计[1]、[2]任务的延续，地球轨道上的VIIRS可见红外成像辐射计套件利用其22个光谱波段的探测器阵列收集可见光和热辐射数据，生成近30个生物物理参数，用于地球科学研究和天气预报[3]、[4]。在这22个波段中，有14个属于反射太阳波段（RSBs），用于探测波长范围从412纳米到2.250微米的电磁波[5]。VIIRS的成像波段和中等分辨率波段的名义视场空间分辨率分别为375米和750米。每个成像波段配备32个探测器，而中等分辨率波段则配备16个探测器。目前，有三个VIIRS传感器分别安装在Suomi国家极轨合作伙伴计划（SNPP）的NOAA-20和NOAA-21（N20和N21）卫星上。这些卫星采用极地轨道运行，轨道周期接近太阳同步轨道，当地时间大约为每天13:30[6]、[7]。另外两个VIIRS仪器计划分别于2027年和2032年发射。