大氣校正ENVI流程

1、在最初的遙感學(xué)習(xí)中，我總是分不清傳感器定標(biāo)、輻射定標(biāo)、輻射校 正、大氣校正這幾個(gè)概念的區(qū)別與聯(lián)系。而且在不同的資料中，各個(gè) 名詞的解釋又不一樣。例如：定標(biāo)是將傳感器所得的測(cè)量值變換為絕對(duì)亮度或變換為與地表反射 率、表面溫度等物理量有關(guān)的相對(duì)值的處理過(guò)程（趙英時(shí)等遙感應(yīng) 用分析原理與方法）遙感器定標(biāo)就是建立遙感器每個(gè)探測(cè)器輸出值與該探測(cè)器對(duì)應(yīng)的實(shí) 際地物輻射亮度之間的定量關(guān)系；建立遙感傳感器的數(shù)字量化輸出值 DN與其所對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)中 輻射亮度值之間的定量關(guān)系（陳述彭）。 輻射定標(biāo)是將傳感器記錄的電壓或數(shù)字值轉(zhuǎn)換成絕對(duì)輻射亮度的過(guò) 程（梁順林定量遙感，2009 ）其實(shí)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，輻射定標(biāo)就是將記錄的

2、原始 DN值轉(zhuǎn)換為大氣外層 表面反射率，目的是消除傳感器本身產(chǎn)生的誤差，有多種方法：實(shí)驗(yàn) 室定標(biāo)、星上定標(biāo)、場(chǎng)地定標(biāo)。公式1就是將初始的DN值轉(zhuǎn)換為輻 射亮度，其中Lb是值輻射亮度值，單位是：W/cm2口 m.sr （瓦特/ 平方厘米.微米.球面度），Gain和Bias是增益和偏移，單位和輻射 亮度值相同，可以看出，輻射亮度和 DN值是線性關(guān)系。公式二是將 輻射亮度值轉(zhuǎn)換為大氣表觀反射率，式中：L入為輻射亮度值，d為天 文單位的日地距離，ESUN入為太陽(yáng)表觀輻射率均值，0是以度為單位 的太陽(yáng)高度角。不過(guò)總的來(lái)說(shuō)，這部分的工作基本上不需要用戶白己 做，相關(guān)的系數(shù)都包含在數(shù)據(jù)的頭文件或者元數(shù)據(jù)中了

3、。例如用Envi打開Modis數(shù)據(jù)，就是反射率（大氣外層表觀反射率），輻射亮度以及發(fā)射率三個(gè)數(shù)據(jù)類型(見 dsbin :傳感器定標(biāo)http:/bbs.esrichina- )。4 二 Gain *+ Bias公式1公式2Pp ESUNX*CO$ es大氣校正就是將輻射亮度或者表觀反射率轉(zhuǎn)換為地表實(shí)際反射率，目的是消除大氣散射、吸收、反射引起的誤差。主要分為兩種類型：統(tǒng) 計(jì)型和物理型。統(tǒng)計(jì)型是基于陸地表面變量和遙感數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，優(yōu)點(diǎn)在于容易建 立并且可以有效地概括從局部區(qū)域獲取的數(shù)據(jù)，例如經(jīng)驗(yàn)線性定標(biāo) 法，內(nèi)部平場(chǎng)域法等，詳細(xì)請(qǐng)參照玉妮小居新浪博客：輻射校正的統(tǒng) 計(jì)模型 .Cn/s/blog_

4、5f4afe870100da1w.html。另一方面，物理模型遵循遙感系統(tǒng)的物理規(guī)律，它們也可以建立因果關(guān)系。如果初始的模型不好，通過(guò)加入新的知識(shí)和信息就可以知道應(yīng) 該在哪部分改進(jìn)模型。但是建立和學(xué)習(xí)這些物理模型的過(guò)程漫長(zhǎng)而曲 折。模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)的抽象；所以一個(gè)逼真的模型可能非常復(fù)雜，包含 大量的變量。例如6s模型，Mortran等。而輻射校正指在光學(xué)遙感數(shù)據(jù)獲取過(guò)程中，產(chǎn)生的一切與輻射有關(guān)的誤差的校正(包括輻射定標(biāo)和大氣校正)三者關(guān)系如圖:鄰射校正Rndioactrie correction輯附定標(biāo) Rndiewetric cn ibration j41大氣枚正 Ataospheric cor

5、rection圖I頡射校11錦射定缽和大氣校正之間的區(qū)踽宥即互及泵Fig. I 'Iht* dilferww'r and EhlinnAip Iwtgm radjuimlric corErtion. nibtrortrir raliJwHlinn wl MnvHjihmf rcwmiSnLandsat Tm5輻射定標(biāo)和大氣校正(轉(zhuǎn)載)一、輻射定標(biāo)1. 由于ENVI 4.4中有專門進(jìn)行輻射定標(biāo)的模塊，因此實(shí)際的操作十分簡(jiǎn)單。將原始TM影像打開以后,選擇Basic Tools -PreprocessingCalibration Utilities -Landsat TM2. 進(jìn)入下

6、一步參數(shù)選擇：根據(jù)傳感器類型選擇Landsat 4,5或者7。從遙感影像的頭文件中獲取 DataAcquisition 的時(shí)間，Sun elevation 。如果你是用 File Open External File Landsat Fast 的方法 打開header.dat 的話，sun elevation 就已經(jīng)填好了。這里 Calibration Type 注意選擇為Radianc e o輸出文件，定標(biāo)就完成了。二、大氣校正大氣校正的目的是消除大氣和光照等因素對(duì)地物反射的影響，獲得地物反射率和輻射率、地表溫度等 真實(shí)物理模型參數(shù)，用來(lái)消除大氣中水蒸氣、氧氣、二氧化碳、甲烷和臭氧對(duì)地物反射

7、的影響，消除大氣 分子和氣溶膠散射的影響。FLAASH可以處理任何高光譜數(shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)和航空數(shù)據(jù)(860nm/1135nm)這些數(shù)據(jù)是由 HyMAP、AVIRIS、CASI、 HYDICE、HYPERION(EO-1)AISA 、HARP、DAIS、Prob e-1、TRWIS-3、SINDRI、MIVIS、 OrbView-4 、NEMO 等傳感器獲得的。 FLAASH 還可以校正垂直 成像數(shù)據(jù)和側(cè)視成像數(shù)據(jù)Flaash大氣校正使用了 MODTRAN 4+輻射傳輸模型 的代碼，基于像素級(jí)的校正，校正由于漫反 射引起的連帶效應(yīng)，包含卷云和不透明云層的分類圖，可調(diào)整由于人為抑止而導(dǎo)致的波譜平滑。

8、FLAASH 可對(duì) Landsat, SPOT, AVHRR, ASTER, MODIS, MERIS, AATSR, IRS 等多光譜、高 光譜數(shù)據(jù)、航空影像及自定義格式的高光譜影像進(jìn)行快速大氣校正分析。能有效消除大氣和光照等因素對(duì)地物反射的影響，獲得地物較為準(zhǔn)確的反射率和輻射率、地表溫度等真實(shí)物理模型參數(shù)。校正過(guò)程點(diǎn)擊 enviBasic Tools Preprocessing Calibration Utilities FLAASHSpectral FLAASH.或者點(diǎn)擊 envi-spectral- FLAASH1、 輸入數(shù)據(jù)必須是輻射校正后的數(shù)據(jù)，對(duì)輻射校正數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成BIL或BIP格式

9、（Basic Tools Convert Data ）；2、 對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行頭文件編輯，主要是對(duì)波長(zhǎng)wavelenth（即每一波段的波長(zhǎng)中心值）和波長(zhǎng)寬度f(wàn)whm（每一波段的波長(zhǎng)范圍）的編輯。不是高光譜數(shù)據(jù)可以不對(duì)fwhm 進(jìn)行編輯。（envi fileEdit Envi Header ）3、輸入數(shù)據(jù)后，彈出如下對(duì)話框共有兩種選擇，如果輸入影像不同波段有不同的轉(zhuǎn)換因子，那選擇第一種，反之第二種。我用的是irs影像所有波段都為同一因子，所以選用第二種，因子的值根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的單位與envi標(biāo)準(zhǔn)單位的轉(zhuǎn)換尺度。Radiance Scale Factors是一個(gè)單位轉(zhuǎn)換因子，如果你的 radiance

10、 （光譜靈敏度）是標(biāo)準(zhǔn)單位w/ m2 *um *rad ，而flaash 要求輸入的是 uw/cm2*sr*nm，則該因子為 10。1m=1 03mm=106 卬 m=109nm=1012pm（ 皮米）1w=103mw=106 gw1兆瓦=106 瓦Rad平面角弧度 sr立體角球面度4、設(shè)置輸出參數(shù)，包括： Output Reflectance File.、Output Directory for FLAASH Files、和 O utputDirectory for FLAASH Files5、輸入成像和傳感器的參數(shù)Nl 令C®STjqptFixtl Six (a)OIS3皿”r

11、Alli LnJt Ob)$r營(yíng)中浦g XiFlicM T，“ OH 響t SSJ|wlr ： iTJ ： p-*Scene center lacation 影像的中心點(diǎn)的經(jīng)緯度，可以將影像打開，查看中心點(diǎn)的經(jīng)緯度（通過(guò)在一下窗 口輸入中心點(diǎn)的行列號(hào)即可）sensor altitude傳感器高度（軌道高度），選擇正確的傳感器后就可以顯示了Ground Elevation平均海拔（所選區(qū)域的）單位是 km6、atmospheric model 地球大氣模型和氣溶膠模型6種標(biāo)準(zhǔn)大氣模型根據(jù)以下表選擇所校正區(qū)域的大氣模型iirtayNov80S/WSAWMLWMLWS/W70SAWs>wMLW

12、MLWMLWSfiUlf80MLWMLWMWSfiSSASMLW部MLWMLWSASSASSASSAS*SASSASSASMLSMLSSAS如MLSMLSMLSTTMLSTTTTTT10TTTTTT0TTTTTTTTTTTT-20TTTMLSMLSI-30MLSMLSMLSM.SMLSMLS0SASSASSASSAS泌$AS&SASMLWMLWSAS數(shù)據(jù)經(jīng)緯度與獲取時(shí)間決定選用的大氣模型水氣反演設(shè)置(Water Retri )水氣反演設(shè)置，采用兩種方式對(duì)水氣進(jìn)行去除a. 利用水氣去除模型恢復(fù)影像中每個(gè)像元的水氣量使用水氣反演模型，數(shù)據(jù)必須具有 15nm 以上波譜分辨率，且至少覆蓋以下波

13、譜范圍之一：1050 -1210nm(優(yōu)先考慮)，770 - 870nm , 870 -1020nm 。對(duì)于大多傳感器，水氣反演默認(rèn)顯示的是NO,因?yàn)榇蠖鄶?shù)傳感器沒有適當(dāng)?shù)牟ǘ蝸?lái)補(bǔ)償水氣的影響。b. 單一的水氣因數(shù)用于整體影像，默認(rèn)是 1,多光譜數(shù)據(jù)使用水氣反演模型，可以在多光譜設(shè)置中手動(dòng)設(shè)置水氣波段氣溶膠模型(Aerosol Retri )用氣溶膠模型要求數(shù)據(jù)波段覆蓋660nm和2100nm 波譜。a.提供四種標(biāo)準(zhǔn) MODTRAN 氣溶膠模型Rural （鄉(xiāng)村）、Urban （城市）、Maritime（海洋）、Troposphericb.兩種氣溶膠反演方法2-Band （K-T ）方法（類似

14、模糊減少法），如果沒有找到適應(yīng)的黑值（一般是陰影區(qū)或者水體），系統(tǒng) 將采用能見度值來(lái)計(jì)算；所以即使選擇了該選項(xiàng)也要給。Weather ConditionScene VisibilityModerateThick Haze40 to 100 km20 t o 30 k m15 km or less天氣情況與能見度的關(guān)系7.光譜打磨（高光譜）Spectral Polishing光譜打磨（高光譜數(shù)據(jù)）使波譜曲線更加近似于真實(shí)地物的波譜曲線對(duì)波譜曲線進(jìn)行微調(diào)8.多光譜數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置lul/t i sped rl Sett ings當(dāng)基本設(shè)置里設(shè)置了水氣反演模型和氣溶膠模型時(shí)，相應(yīng)的在改多光譜設(shè)置框中設(shè)置

15、參數(shù)水氣去除模型參數(shù)氣溶膠模型參數(shù)設(shè)置（用氣溶膠模型要求數(shù)據(jù)波段覆蓋660nm和2100nm 波譜.）設(shè)置值見下表所示:Retries al1135 uninhsorplion1117-1143nmreference upperv/ing1184- 1210 nmriiercnce lower wing1050 - 1067 nm940 mnabsorption935 955 m】ireference upper ing870-890 nmreference lower wine995 - 1020 nm820 nmabsoiplioti810 830 nmref en:nce uppei w

16、 ing850 - 870nm1reference Idwci %vrng770 - 790 nmAerosolRetrieA alKT uppr2100 - 2250 nmKT lower640 680 nmCloudMaskingchtiis qlouck1367 - 1383 nmTable 34 Recommended Wavelengths for Channel Definitions9.高光譜數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置自動(dòng)選擇通道定義（推薦）設(shè)置通道定義10 .高級(jí)設(shè)置光譜定義文件：內(nèi)置 AVIRIS、HYMAP、HYDICE、HYPERION、CASI、AISA氣溶膠高度CO2混合比率：39

17、0ppm使用領(lǐng)域糾正使用以前的MODTRAN 模型計(jì)算結(jié)果設(shè)置MODTRAN 模型的光譜分辨率（推薦值5 cm-1）設(shè)置MODTRAN 多散射模型天頂角”方位角（針對(duì)非星下點(diǎn)傳感器）Model AtmosphereWater Vapor (std atm-cm)Water Vapor (g/cm2)Surface Air Temperatureb-Arctic Winter (SAW)51804216 QC or 3 OFMidLatitude Winter (MLW)10600 85.1GCor300FU.S. Standard (US)1762142150Cor590Sut>Arctic Summer (SAS)258