基于光谱分析的 MODIS云检测算法研究 (2005年)

本研究专注于分析和总结不同自然表面及云层的光谱特性，并提出了一种基于光谱分析的MODIS云检测算法。MODIS是中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）的缩写，由美国宇航局（NASA）发射的地球观测卫星搭载，用以监测地球环境和变化。MODIS具有36个波段，覆盖可见光、近红外和热红外等区域，广泛应用于气候研究、资源探测、环境监测等多个领域。 文章首先概述了遥感影像中云对信息获取的影响，指出云是遥感信号传播的障碍物，会造成遥感数据利用率和精度的下降，因此云检测对于提高遥感数据的应用价值具有重要意义。目前，MODIS数据的云检测算法主要分为基于可见光反射率、基于近红外反射率和基于热红外通道亮温及亮温差的算法。尽管已有的算法取得了一定成果，但还没有一种算法能够适用于所有类型云的检测。 在本研究中，作者基于对不同地物及云层光谱特性的分析，提出了一个通用的多光谱云检测算法。该算法结合了MODIS影像的不同波段，特别是中红外6通道（1.64μm）和中红外26通道（1.38μm），利用云层在这些波段的特定光谱特性来识别云。 1. 反射光谱特性分析 1.1 云的反射光谱特性 云层在太阳光照射下，其反射率在可见光和近红外波段较高。由于云对太阳光的散射作用，反射率随波长增加而逐渐减小。特别是在中红外波段，由于大气水汽的影响，低层云的辐射难以到达传感器，而高层冰云（如卷云）由于其湿度低，具有较高的反射率。 1.2 植物的反射光谱特性 植物的反射光谱特性在可见光和近红外波段表现得较为明显。由于叶绿素的吸收作用，在蓝波段和红波段，叶绿素强烈吸收辐射能，形成吸收谷；而在这两个波段之间，由于吸收较少，形成绿色反射峰。在近红外波段，叶的反射及透射率较高，吸收较少。 1.3 土壤的反射光谱特性 土壤对太阳光的反射和吸收特性不同，不存在透射现象。土壤的反射率在不同波段存在波动，自然状态下的土地表面反射曲线呈现特定的“峰-谷”形态。 2. 多光谱云检测算法研究 本研究提出的多光谱云检测算法主要基于可见光通道（0.67μm）、中红外6通道（1.64μm）和中红外26通道（1.38μm）的组合。该算法能够有效地在不同地表覆盖条件下识别云层。例如，利用中红外通道内由于水汽吸收导致的地面辐射衰减现象，可以区分地表和高云系的卷云，因为卷云在这一通道的反射率较高。 3. 结论与应用 通过研究，证明了所提出的多光谱云检测算法在不同地表上具有良好的通用性和有效性。该算法能够为遥感影像处理提供准确的云覆盖信息，有助于提升遥感数据的利用率和质量。此外，该算法的研究成果不仅为云检测领域提供了新的方法，也为其他遥感应用中的目标识别、数据分类提供了理论和实践指导。 文章还提到，目前多数基于MODIS数据的多光谱云检测算法已经比较成熟并开始实际应用。然而，本研究提出的算法依然有其独特之处，特别是在不同下垫面上的通用性，有望在遥感数据处理的实践中得到更广泛的应用。随着技术的进步和算法的不断改进，相信未来能够开发出更加高效准确的云检测算法，为地球空间信息的获取提供有力支持。