modis數(shù)據(jù)的處理方法

1、MODIS數(shù)據(jù)的處理方法（ENVI）美國RSI公司（Research Systems Inc.）的產(chǎn)品ENVI能很好地支持HDF數(shù)據(jù)格 式。ENVI （The Environment for Visualizing Images）遙感影像處理軟件，是分析、處理并顯示多光譜數(shù)據(jù)、高光譜數(shù)據(jù)和雷達數(shù)據(jù)的高級工具。ENVI能接受大量的傳感器數(shù)據(jù)，是世界目前唯一美國RSI公司（Research Systems Inc.）的產(chǎn)品ENVI能很好地支持 HDF 數(shù)據(jù)格式。ENVI （The Environment for Visualizing Images）遙感影像處理軟件，是分析、處理并顯示多光譜數(shù)據(jù)、

2、高光譜數(shù)據(jù)和雷達數(shù)據(jù)的高級工具。ENVI能接受大量的傳感器數(shù)據(jù)，是世界目前唯一能較好全面支持 HDF 科學(xué)數(shù)據(jù)格式的 遙感影像軟件。ENVI可以直接讀取HDF格式（如圖2所示），并能識別HDF格 式中所包含的所有文件信息（如圖 3所示）。ENVI打開HDF格式文件后，會自 動將該數(shù)據(jù)文件所包含的所有圖像信息、屬性信息、文本信息作為波段列于一個 波段列表中，用戶可以清晰地瀏覽每一波段的詳細信息，包括波段名稱、圖像波 段波長、波段大小、數(shù)據(jù)類型及文件內(nèi)插方式等多種信息。方便用戶顯示圖像， 并對各種屬性及文本文件作各種分析。本文選取2001年5月20日中國北部及蒙古地區(qū)（經(jīng)緯度范圍：。-°

3、 , ° - °）的一景MODIS數(shù)據(jù)進行分析，主要從讀取數(shù)據(jù)、分析經(jīng)緯度波段 信息、第一、四、三波段融合顯示、影像地理校正幾方面對該景數(shù)據(jù)進行了分析， 具體步驟如下：（1）數(shù)據(jù)讀?。捍蜷_ ENVI，在主菜單中選擇 File'Open External FileGeneric FormatsHDF ，選擇文件“”,表示是該景MODIS數(shù)據(jù)的250米數(shù) 據(jù)文件，從下圖中可以看到，該文件中除兩個影像波段外，還包含經(jīng)度波段、緯 度波段、熱紅外探測器的噪聲信息、反射率變化參數(shù)等信息。(2) 1、4、3波段影像融合：MODIS數(shù)據(jù)的第一、四、三波段的波 段寬度分別為卩m ii

4、 m、卩m 卩m卩m 卩m,近似于可見光的紅、綠、藍 波段，所以第一、四、三波段組合比較接近真彩色，故常選用這三個波段來表示 MODIS影像。此處用同樣方式打開500米數(shù)據(jù)文件，該文件共包含五個影像波段， 將影像融合所需要的第3和第4波段進行重采樣，即將其空間分辨率由500米重 采樣為250米，并與步驟(1)中第1波段組合，進行彩色方式顯示。為提高成 果影像的空間分辨率，筆者又將143波段組合影像進行對比度調(diào)整輸出后，與真實空間分辨率為250米的第一波段進行影像融合(用HIS融合法)，得到了幾何 清晰度更高的143波段融合影像(如圖4所示)。圖4中左側(cè)為1、4、3波段彩 色組合顯示及局部放大，

5、右側(cè)為143波段組合輸出后又與1波段進行融合的結(jié)果， 可以很明顯地看到，右側(cè)的影像細節(jié)非常突出。體現(xiàn)了具有較高分辨率的第一波 段的優(yōu)勢。(3) 影像地理校正，由于MODIS數(shù)據(jù)本身帶有詳細的經(jīng)緯度波段信息， 這種地理信息以波段的形式存放，如圖5中的灰度波段所示，該灰度影像每一象 素的灰度值記錄的是空間分辨率為1公里的MODISH據(jù)中對應(yīng)象素點的經(jīng)緯度信 息，這種詳細的地理信息可以使影像不需要選擇大量地面控制點就可以作精糾 正，而且精度會比選控制點的方法更高。ENVI軟件提供了“ Georeferenee fromIn put Geometry(用既定地理信息校正影像)”功能，即用現(xiàn)成的“ IG

6、M' ( Input Geometry)對影像進行地理校正。圖5為校正前用影像關(guān)聯(lián)方式在影像上查詢每 點的經(jīng)緯度信息。影像地理校正可以分兩步進行，首先建立 GLT (Geometry LookupFile ) ，從 ENVI 主菜單中選擇 Map Georefere nee from In put Geometry'Build GLT然后分別按提示選擇經(jīng)度波段和緯度波段，在確認地圖投影轉(zhuǎn)換對話框后，會出現(xiàn)如圖6所示的GLT文件參數(shù)設(shè)置：理論上“ Output Pixel Size ”應(yīng)為250 米，但由于影像邊緣變形等原因，由經(jīng)緯度波段計算出來的象素大小通常不是250米，而是接

7、近250米?！癘utput Rotation ”是指校正后公里網(wǎng)格旋轉(zhuǎn)的角 度，目的是通過旋轉(zhuǎn)公里來減少輸出影像的尺寸，以減少數(shù)據(jù)量。如果希望出圖時公里網(wǎng)仍將是正南正北的，可以將此參數(shù)改為 0。在確認上述兩個參數(shù)后就可 以開始進行GLT計算。圖7所示為GLT計算結(jié)果，Line波段和Sample波段中的每點的象素 值分別表示在原始影像（校正前影像）上對應(yīng)點的行列數(shù)。從圖上看，影像呈網(wǎng) 格狀，用鼠標查詢象素值會發(fā)現(xiàn)數(shù)值有正有負，如果GLT值為正，表示該點正好對應(yīng)于原始影像上的某一象素點，如果為負值，則表示該點是由原始影像的象素 點經(jīng)過最近鄰法插值得到。計算 GLT（地理信息查詢表）的過程比較慢，它

8、是校 正過程中最重要的一個環(huán)節(jié)。接著選擇 Map Georefere nee from In put Geometry'Georefere neefrom GLT，選擇影像文件和GLT文件，就會很快生成校正結(jié)果，如圖 8所示（投 影類型是UTM46區(qū)）。并可在此基礎(chǔ)上疊合經(jīng)緯網(wǎng)、公里網(wǎng)和矢量信息等。此外，ENVI的波段運算功能可以按指定公式進行波段運算，該功能 可以非常方便地用來計算植被指數(shù)等參數(shù)。但由于MODIS勺植被指數(shù)計算比較復(fù)雜，至今筆者還沒有從文獻中找到合適的計算方法，故此處不再詳述。綜上所述，RSI公司的ENVI能全面支持EOS/MODI數(shù)據(jù)，為HDF科學(xué)數(shù)據(jù)格式的管理和分

9、 析提供了最佳解決方案。17數(shù)據(jù)的處理植被指數(shù)的選擇植被指數(shù)定量地表明了植被活力，它們比用單波段來探測綠色植被更具有靈敏性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于遙感影像的解譯中，如土地利用變化監(jiān)測、植被密度覆蓋評價、森林、農(nóng)作物測定和農(nóng)作物預(yù)報等方面。歸一化植被指數(shù)NDVI是普遍應(yīng)用的40幾種植被指數(shù)中應(yīng)用最為廣泛的，歸一化植被指數(shù) NDVI（ Normalization Differenee Vegetation Index）被定義為近紅外波段與可見光紅波段數(shù)值之差和這兩個波段數(shù)值之和的比值。即NIRREDNIRREDPPPP+NDVI =5 1其中REDP和NIRP分別是紅光（第1波段）和近紅外（第 2波段）

10、波段的反射率。NDVI可以用于季節(jié)性植被變化的研究，也可用于年際間植被變化的分析、干旱地區(qū)植被變化規(guī)律等等，本文研究區(qū)一一內(nèi)蒙古自治區(qū)為干旱半干旱地區(qū)，且要分析內(nèi)蒙古地區(qū)植被變化中的月際、年際變化，因此，本文選用NDVI作為多年植被變化分析的植被指數(shù)。數(shù)據(jù)的預(yù)處理論文所用的MODIS數(shù)據(jù)來源于內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統(tǒng)重點實驗室MODIS接收處理系統(tǒng)存檔的 2002 2006年5 8月每日的TERRA衛(wèi)星接收的250m分辨率的MODIS 1B數(shù)據(jù)。MODIS 1B數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括反射率數(shù)據(jù)的生成、幾何糾正這兩步。這些工作都由遙感圖像處理軟件 ENVI來實現(xiàn)。5.2.1幾何糾正及Bowti

11、e處理由于MODIS采用“多元歸并”的對地遙感方式，即多個探測器同時掃描，導(dǎo)致通道探測器之間的光譜響應(yīng)不可能做到完全相同，盡管在發(fā)射前做了相對定標，但隨 著時間推移或儀器本身的問題，探測器之間還是會產(chǎn)生差異，這就會在圖像上會產(chǎn)生“條紋”，這就是所謂的 Bowtie效應(yīng)。這個問題會不同程度的對MODIS數(shù)據(jù)的使用造成影響，在越接近星下點的區(qū)域，Bowtie效應(yīng)越小，在越接近軌道邊緣的區(qū)域，Bowtie效應(yīng)影響越大。所以一定要對MODIS數(shù)據(jù)的Bowtie現(xiàn)象進行處理。18由于MODIS 1B數(shù)據(jù)（HDF文件）中已經(jīng)包含有經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，我們可以利用這些經(jīng)緯度數(shù)據(jù)進行幾何糾正。利用ENVI軟件，將HD

12、F文件中經(jīng)緯度數(shù)據(jù)導(dǎo)出為地面控制點（GCP文件，然后采用 ENVI軟件的MAP功能模塊下的幾何糾正功 能進行影像糾正。利用 ENVI的這一功能，可以達到個像元的精度。同時ENVI在幾何糾正的同時對 Bowtie也進行了處理。在幾何糾正的過程中采用的投影為Albers等面積圓錐投影（采用克拉索夫斯基橢球體坐標系）具體參數(shù)如下：中央子午線：105° 00' 00" E南基準緯線：25° 00' 00 N 北基準緯線：47° 00' 00 N 中央緯線：00° 00' 00 N1、 2波段反射率數(shù)據(jù)的計算MODIS 1

13、B數(shù)據(jù)對于反射太陽波段提供反射率數(shù)據(jù)產(chǎn)品，為了減小浮點型數(shù)據(jù)占用的存儲空間，MODIS 1B采用16-bit整數(shù)和尺度轉(zhuǎn)換的方法，通過偏移量（ ofset ） 和尺度因子（scale ）兩個參數(shù)轉(zhuǎn)換為16-bit的整數(shù)型數(shù)據(jù)。為了得到具有物理意義的 數(shù)據(jù)產(chǎn)品，需要再次通過尺度轉(zhuǎn)換的方法把整形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具有物理意義的浮點數(shù) 據(jù)。太陽反射波段反射率計算公式為：Rreflacta nce_scales（DNreflata nce_ofsets）iiii=X 5 2其中R是i波段對應(yīng)的反射率值，iDN為MODIS 1B數(shù)據(jù)中i波段的整數(shù)型數(shù)據(jù)，ireflacta nce_scales為波段反射系數(shù)、為

14、ireflata nce_offsets波段偏移量。植被指數(shù)的計算5.3.1 NDVI的計算NDVI。用MODIS數(shù)據(jù)1、2波段的反射率數(shù)據(jù)反演出歸一化植被指數(shù)NIRdNIRdNDVIReRePPPP其中RedP為紅光波段反射率（對應(yīng)于MODIS數(shù)據(jù)的第1波段）,NIRP為近紅外 波段反射率（對應(yīng)于 MODIS數(shù)據(jù)的第2波段）。532 MVC法合成月NDVI圖用最大值合成法 MVC合成月NDVI圖（NDVI-MON。max（）i,ji,kNDVI=NDVI5- 4其中NIRP為近紅外波段反射率（對應(yīng)于MODIS數(shù)據(jù)的第1波段），RedP為紅光波段反射率（對應(yīng)于 MODIS數(shù)據(jù)的第2波段）。其中i為月份（5-8月），j為年份（2002 2006 年），k 為天數(shù)（1- 30/31 天）。其他數(shù)據(jù)的處理本文以內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統(tǒng)重點實驗室所提交的2000年內(nèi)蒙古自治區(qū)土地利用遙感調(diào)查現(xiàn)狀圖（六種土地利用大類）為基礎(chǔ)，結(jié)合論文需要，將河渠、 湖泊、水庫坑