【卫星图像处理】卫星光照处理

太阳高度角和方位角

人们在地球上观察太阳相对于地球的位置时，实际上是太阳相对地球的地平面而言的。通常用高度角和方位角两个角度来确定。同一时刻，在地球上不同的位置，高度角和方位角是不相同的;同一位置，不同的时刻，高度角和方位角也是不相同的。

　　太阳的高度角是指太阳直射到地面的光线与地(水)平面的夹角，即是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，如附图所示。太阳高度角是反映地球表面获得太阳能强弱的重要因素，日出日落时，高度角为0°，正午时高度角为最大。人们感觉早晚与中午的阳光强度有很大差异，原因就在于太阳高度角的不同。

　　太阳方位角就是说太阳所在的方位，是指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。方位角以正南方向为0°，由南向东向北为负角度，由南向西向北为正角度，如太阳在正东方时，方位角为-90°，在正西方时方位角为90°。实际上太阳并不总是东升西落，只有在春、秋分两天，太阳是从正东方升起，正西方落下。在夏至时，太阳从东北方升起，在正午(太阳中心正好在子午线上的时间，即太阳方位角由负值变为正值的瞬间)时，太阳高度角的值是一年中最大的，然后从西北方落下。在冬至时，太阳从东南方升起，在正午时，太阳高度角的值是一年中最小的，然后从西南方落下。

　　太阳方位角决定了阳光的入射方向，决定了各个方向的山坡或不同朝向建筑物的采光状况。当太阳高度角很大时，太阳基本上位于天顶位置，这时太阳方位角的影响较小。

　　因此，了解太阳高度角和方位角对分析地面的太阳光强、适宜的利用太阳能有重要意义。

光照处理方式：

1.公式法 ：

太阳高度角的校正是通过调整一幅图像内的平均灰度来实现，太阳高度角θ斜射时得到的图像g(x,y)与直射时得到的图像f(x,y)有如下关系：

如果不考虑天空光的影响，各波段图像可以采用相同的太阳高度角进行校正。对于太阳方位角引起的误差可以按相似的方式进行处理。

2.波段比值法：

太阳高度角在图像上还会产生阴影，一般情况下图像上的阴影是难以消除的，但在多光谱图像上，地物阴影区的灰度值，可以认为是无阴影时的影像灰度值再加上对各波段影响相同的阴影灰度值。 比值运算：又叫图像相除，用同步获得的相同地区的任意2个波段对应像元的灰度值之比或几个波段组合的对应像元灰度值之比得到。在比值图像上阴影的影响基本消除，有助于提高遥感图像定量分析与识别分类精度。

利用比值处理，可以扩大不同地物间的光谱差异，区分在单波段中容易发生混淆的地物，同时可以消除或减弱地形阴影、云的影响和植被干扰等。

例如有些地物在单波段图像内的亮度差异极小，用常规方法难以区分它们。像水和沙滩，在第四波段和第七波段的亮度非常接近，容易混淆。但如果把两波段图像相除，其比值的差异极大，就很容易将它们区分开。

另外，太阳方位角的变化也会改变光照条件，还随季节、地理纬度的变化而变化，不过太阳方位角引起的图像辐射误差通常只对图像细部特征产生影响，可以采用与太阳高度角校正类似的方法进行处理。