水面耀光反射是高空间分辨率海洋光学遥感影像中难以忽略的现象,一方面有助于海洋动力与环境问题的监测,另一方面给水色信息的反演带来干扰。开发适用于高空间分辨率机载光学遥感影像的水面耀光校正算法,准确计算并剔除耀光反射信号,是海洋光学遥感的创新与突破。南京大学国际地球系统科学研究所陆应诚教授团队近年来,先后在OpticsExpress和OpticsLetters等光学期刊上发表了高空间分辨率机载光学遥感影像水面耀光校正的论文,研究阐明了高空间分辨率机载光学遥感影像中的水面耀光辐射传输过程和耀光反射特征差异,提出了一种适用于高空间分辨率图像的水面耀光校正方法,该方法对影像中的多个维度(统计特征、离散特征和菲涅尔反射差异特征)的耀光反射进行了校正,提高了影像的水色反演精度。
基于2010年8月24日美国墨西哥湾密西西比三角洲16个条带的机载可见光红外成像光谱仪(AVIRSI)影像和2021年10月11日福建省东镇水库9个条带LR1601-IRIS无人机影像,使用所开发的耀光校正算法,分别建立了相应的耀光校正流程,实现了良好的校正效果。研究表明:该耀光校正方法可消除水面上不同的耀光反射,提高水体遥感反射率精度;与现场测量的水体遥感反射率比较表明,平均相对误差(MRE)从21.8%降至15.7%;该方法用于校正美国AVIRIS图像,并通过经典水色指数CI评价了影像耀光校正的有效性,显示出该方法良好的适用性(图1和2)。
图1(a)2010年8月24日密西西比三角洲的AVIRIS图像(R:667 nm, G: 560 nm, B: 491 nm),R7-R21表示16条飞行路径,并在图中标注了每条路径的飞行时间和航向,(b) (a)中剖面线的RGB波段像元辐亮度光谱

图2(a)AVIRIS图像耀光校正结果(R:667 nm, G: 560 nm, B: 491 nm), (b) (a)中剖面线的RGB波段像元辐亮度光谱
经过耀光校正后,影像的光谱精度和水色信息的反演精度,均能够得到显著提高;所开发的耀光校正方法快速、有效、无需辅助参数,可为各种高空间分辨率机载光学遥感影像的水面耀光校正提供校正参考。论文第一作者为南京大学博士生汪明秀,通讯作者为南京大学陆应诚教授(通讯作者),合作者还包括国家卫星海洋应用中心、福建环境监测中心站、武汉大学等单位的科研工作人员。
(1)M.Wang, Q. Hu, X. Zhu, Y. Lu, J. Jiao, J. Zhou, W. Ju, Z. Chen, C. Li,Y. Huang, and Q. Hong, "Correction of multi-scale sunglintreflections from the water surface in airborne high-spatialresolution optical images," Opt. Express 30, 45910-45917 (2022).https://doi.org/10.1364/OE.478887
(2)M.Wang, L. Wang, J. Jiao, Q. Song, C. Ma, S. Yang, W. Ju, L. Tian, andY. Lu, "Sea surface Fresnel reflections difference drivende-glint algorithm for airborne optical images," Opt. Lett. 49,4090-4093 (2024). https://doi.org/10.1364/OL.529026)。

