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文檔簡介

1、實驗四 遙感圖像的大氣校正實驗目的:通過實習操作,掌握遙感圖像大氣校正的基本方法和步驟,掌握遙感圖像波段計算及其應用。實驗內(nèi)容: 環(huán)境小衛(wèi)星的數(shù)據(jù)讀?。?輻射定標、圖像配準、大氣校正; 植被反演、植被覆蓋變化監(jiān)測1、實驗相關知識及背景u 傳感器定標就是將圖像的數(shù)字量化值(DN)轉(zhuǎn)化為輻射亮度值或者反射率或者表面溫度等物理量的處理過程;傳感器定標可分為絕對定標和相對定標,絕對定標是獲取圖像上目標物的絕對輻射值等物理量。u 遙感圖像的大氣校正方法很多,這些校正方法按照校正后的結果可以分為2種:絕對大氣校正方法:將遙感圖像的DN(Digital Number)值轉(zhuǎn)換為地表反射率、地表輻射率、地表溫度

2、等的方法。相對大氣校正方法:校正后得到的圖像,相同的DN值表示相同的地物反射率,其結果不考慮地物的實際反射率。u ENVI下FLAASH大氣校正工具是基于MODTRAN4+輻射傳輸模型,F(xiàn)LAASH對圖像文件有以下幾個要求:(1)數(shù)據(jù)是經(jīng)過定標后的輻射亮度(輻射率)數(shù)據(jù),單位是:(W)/(cm2*nm*sr)。(2)數(shù)據(jù)帶有中心波長(wavelenth)值,如果是高光譜還必須有波段寬度(FWHM),這兩個參數(shù)都可以通過編輯頭文件信息輸入(Edit Header)。(3)數(shù)據(jù)類型支持四種數(shù)據(jù)類型:浮點型(floating)、長整型(long integer )、整型(integer)和無符號整型

3、 (unsigned int)。數(shù)據(jù)存儲類型: ENVI標準柵格格式文件,且是BIP或者BIL。(4)波譜范圍:4002500nmu 渾善達克地區(qū)位于內(nèi)蒙古草原錫林郭勒高原中部。近年來頻頻發(fā)生在京津地區(qū)的沙塵暴與該地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化相關。據(jù)統(tǒng)計,京津地區(qū)沙塵暴70%的沙源來自于這個區(qū)域。通過對該區(qū)域植被覆蓋度的定量反演,植被覆蓋的變化檢測,可以實現(xiàn)草原植被的高頻率、大范圍、高實時的變化監(jiān)測。2、實驗步驟根據(jù)環(huán)境小衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)特點及草原植被變化監(jiān)測的要求,采用以下處理流程: 一、數(shù)據(jù)預處理:1.CCD數(shù)據(jù)讀?。?.輻射定標;3.大氣校正;4.研究區(qū)裁剪; 二、反演模型建立1.歸一化植被指數(shù);2.

4、植被覆蓋度; 三、植被變化監(jiān)測1.植被覆蓋區(qū)提取;2.植被變化檢測; 四、后期處理與應用u 數(shù)據(jù)讀取和定標(1)安裝環(huán)境小衛(wèi)星數(shù)據(jù)讀取和定標補丁ENVI_HJ1A1B_Tools.sav文件放在homeITTIDLIDL80productsenvi48save_add目錄下。(2)數(shù)據(jù)讀取和定標。主菜單->File->Open External File->HJ-1A/1B Tools。(3)數(shù)據(jù)裁剪,由于整景數(shù)據(jù)范圍比較大,所以在做大氣校正前,先將渾善達克以及周邊區(qū)域裁剪出來。主菜單->Basic Tools->Resize Data。u 圖像配準做變化監(jiān)測,兩

5、個時相的數(shù)據(jù)必須互相配準。具體步驟參考幾何校正:主菜單->Map->Registration->Select GCPs:Image to Image。Base Map基礎底圖選用“渾善達克2006年8月土地利用分類圖.img”,控制點參考“HJ-jz-GCP.pts”。u 大氣校正(1)主菜單->Basic Tools->Preprocessing->Calibration Utilities->FLAASH。參數(shù)文件參考“template”。u 矢量數(shù)據(jù)進行裁剪矢量數(shù)據(jù)選用“渾善達克矢量數(shù)據(jù)”。u 歸一化植被指數(shù)計算應用被植被強吸收的紅光波段(環(huán)境星

6、第3波段)和被植被強反射的近紅外波段(環(huán)境星第四波段)計算歸一化植被指數(shù)。(1)主菜單->File-> Transform ->NDVIu 植被覆蓋度計算(1)在ENVI主菜單欄中波段運算Basic Tool->Bandmath。運算表達式: (b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.)*0+(b1 ge 0 and b1 le 0.7)*(b1-0.0)/(0.7-0.0)u 植被覆蓋變化監(jiān)測(1)2009年植被覆蓋度大于0.3的為植被覆蓋區(qū);2009年8月植被覆蓋區(qū)運算表達式:(b1 le 0.3)*0 +(b1 gt 0.3)*1b1為20090811植被覆蓋

7、度圖像,0.3為經(jīng)驗值。(2)2006年土地利用分類圖DN值=1、2、3為植被覆蓋區(qū)。2006年8月植被覆蓋區(qū)運算表達式:(b1 ge 1 and b1 le 3)*1+(b1 lt 1)*0+(b1 gt 3)*0b1為渾善達克2006年8月土地利用分類圖。(3)植被覆蓋變化監(jiān)測運算表達式: b1-b2b1:2009年8月的植被覆蓋區(qū)圖像;b2:2006年8月的植被覆蓋區(qū)圖像。u 植被變化區(qū)域制圖對-1、0、1值以及背景值分別進行密度分割。/附錄1(來自于網(wǎng)絡資源):附錄2環(huán)境系列衛(wèi)星是中國專門用于環(huán)境和災害監(jiān)測的對地觀測系統(tǒng)的。系統(tǒng)由2顆光學衛(wèi)星(HJ-1A衛(wèi)星和HJ-1B衛(wèi)星)和一顆雷達

8、衛(wèi)星(HJ-1C衛(wèi)星)組成的。擁有光學、紅外、超光譜等不同探測方法,有大范圍、全天候、全天時、動態(tài)的環(huán)境和災害監(jiān)測能力。HJ-1A及HJ-1B衛(wèi)星(光學衛(wèi)星)HJ-1A和HT-1B衛(wèi)星是用于環(huán)境與災害監(jiān)測預報的,它們也搭載了CCD相機和超光譜成像儀(HSI)。 HT-1C衛(wèi)星(雷達衛(wèi)星)HJ-1C衛(wèi)星也是用于環(huán)境與災害監(jiān)測預報的,是中國首顆S波段合成孔徑雷達衛(wèi)星,會與已經(jīng)發(fā)射的HJ-1A衛(wèi)星、HJ-1B衛(wèi)星形成的衛(wèi)星系統(tǒng)。附錄3 FLAASH模型FLAASH大氣校正模塊 (1)FLAASH模塊簡介FLAASH是由世界一流的光學成像研究所波譜科學研究所(Spectral Science

9、s Inc.)在美國空軍研究實驗室(U.S. Air Force Research Laboratory)支持下開發(fā)的大氣校正模塊。波譜科學研究所在1989年大氣輻射傳輸模型開發(fā)初期就廣泛從事MODTRAN的研究工作,已成為大氣輻射傳輸模型開發(fā)過程中不可缺少的一員。FLAASH適用于高光譜遙感數(shù)據(jù)(如HyMap,AVIRIS,HYIDCE,HYPERION,Probe-1,CASI和AISA)和多光譜遙感數(shù)據(jù)(如陸地資源衛(wèi)星,SPOT,IRS和ASTER)的大氣校正。當遙感數(shù)據(jù)中包含合適的波段時,用FLAASH還可以反演水氣、氣溶膠等參數(shù)。ENVI中大氣校正模型FLAASH,是高光譜輻射能量影

10、像反射率反演的首選大氣校正模型。FLAASH能夠精確補償大氣影響,其適用的波長范圍包括可見光至近紅外及短波紅外,最大波長為3m。其它的大氣校正模型是計算方法基于查找表(Look-up Table)、利用插值方法計算,而FLAASH是直接移植了modtran4中的輻射傳輸計算方法。我們可以選取代表研究區(qū)的大氣模型和氣溶膠類型。FLAASH模型中輸入的圖像必須是經(jīng)過輻射定標后的輻射亮度圖像,格式為BIL或BIP,數(shù)據(jù)類型為floating-point,4-byte signed integers,2-byte signed integers,或2-byte unsigned integers,為了

11、能進行大氣反演,圖像至少包括下面三個范圍區(qū)間內(nèi)的15nm分辨率甚至更高的波段,即1050-1210nm,770-870 nm,870-1020nm。對于已有傳感器類型的高光譜遙感圖像來說,圖像頭文件中必須包含波長和波譜帶寬(FWHM)。對于已知的多光譜傳感器來說,僅僅需要波長,而未知的多光譜傳感器類型,則要求知道波譜響應函數(shù),如論文中ALI數(shù)據(jù)校正就需要輸入波譜響應函數(shù)。FLAASH支持多種傳感器,其通過圖像像素光譜上的特征來估計大氣的屬性,不依賴遙感成像同步測量的大氣參數(shù)數(shù)據(jù)。(2)FLAASH模塊參數(shù)設置尺度轉(zhuǎn)換因子的計算FLAASH模塊中,在輸入輻射能量數(shù)據(jù)時,同時要求輸入尺度轉(zhuǎn)換因子。

12、尺度因子有兩種輸入方式A:當各波段尺度轉(zhuǎn)換因子不同時,選擇每一種的輸入方式,可事先把尺度因子輸入到記事本文件中,然后,從記事本文件中直接讀??;B:當尺度轉(zhuǎn)換因子相同時,選擇第二種輸入方式。由于模塊中要求輻射能量的量綱是µW/(cm·nm·sr),而經(jīng)輻射定標AVIRIS數(shù)據(jù)的量綱為µW/(cm·nm·sr),所以后者還需通過換算關系式1µW/(cm·nm·sr)=0.001mW/(cm·nm·sr)進行量綱轉(zhuǎn)換。因此,利用FLAASH模塊校正AVIRIS數(shù)

13、據(jù)時,其尺度轉(zhuǎn)換因子為0.001。對其它類型遙感數(shù)據(jù)大氣校正時,可以參照上述方法計算相應的尺度轉(zhuǎn)換因子。判斷尺度因子設置正確與否的方法是依據(jù)圖像的數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征,即當統(tǒng)計數(shù)據(jù)沒有負值和大于1×放大系數(shù)的數(shù)值,則可以認為尺度轉(zhuǎn)換因子設置正確。FLAASH其它參數(shù)的設置A:圖像中心點坐標:可以從相應的HDF文件中找到,也可以從屏幕上直接讀取影像的中心坐標,對反演結果影響不大。當影像位于西半球時,經(jīng)度為負值。B:傳感器類型:當選擇傳感器類型時,模塊會選擇相應類型的傳感器波段響應函數(shù),同時系統(tǒng)一般會自動設置傳感器的高度和圖像的空間分辨率。若沒有相應類型的傳感器,則一些參數(shù)需要額外設置,如下文中

14、ALI數(shù)據(jù)的校正。C:海拔高度:海拔高度為研究區(qū)的平均海拔。D:數(shù)據(jù)獲取日期和衛(wèi)星過境時間:衛(wèi)星過境時間為格林尼治時間,可以從相應的HDF文件中找到。E:大氣模型:為了獲取校正的最佳質(zhì)量,選擇一個合適的大氣校正模型至關重要。模塊提供熱帶、中緯度夏季、中緯度冬季、極地夏季、極地冬季和美國標準大氣模型,每個模塊的大氣水汽含量標準如表1,如果沒有獲取大氣水汽含量,也可以通過地表大氣溫度來確定相應的模型,因為一定的溫度和一定的大氣水汽含量相關。如果地表大氣溫度也不知道,那么可以通過數(shù)據(jù)獲取時間和地點選擇相應的大氣模型。F:水氣反演ENVI軟件提供了三個波段區(qū)間以供選擇,分別為1050-1210nm(選項1135nm)、870-1020nm(選項940nm)、770-870nm(選項820nm)。G:氣溶膠模型可供選擇的氣溶

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