ENVI中基于統(tǒng)計(jì)學(xué)模型的大氣校正方法詳解

1、ENVI中基于統(tǒng)計(jì)學(xué)模型的大氣校正方法詳解(2011-03-0717:41:03)基于統(tǒng)計(jì)學(xué)模型的反射率反演的方法主要有平場(chǎng)域法(FlatField,FF)、對(duì)數(shù)殘差法(LogResiduals)、內(nèi)部平均法(InternalAverageRelativeReflectance,IARR)、經(jīng)驗(yàn)線性法(EmpiricalLine)。集中在BasicTools->Preprocessing->CalibrationUtilities菜單下。1. 平場(chǎng)域定標(biāo)(FlatFieldCalibration)FlatField定標(biāo)工具通過(guò)選擇圖像中一塊具有高反射率、光譜變化平坦的區(qū)域，利用這個(gè)

2、區(qū)域的平均光譜值來(lái)模擬飛行時(shí)的大氣條件下的太陽(yáng)光譜。將每個(gè)像元的DN值除以選擇區(qū)域的平均光譜值得到相對(duì)反射率，以此來(lái)消除大氣的影響。在使用這個(gè)工具前，需要利用ENVI提供的感興趣區(qū)繪制工具(ROITool)在被定標(biāo)圖像上選擇感興趣區(qū)作為平場(chǎng)域(FlatField)，感興趣區(qū)可選擇沙漠、大塊水泥地、沙地等區(qū)域。操作過(guò)程如下：(1) 在主菜單中，選擇BasicTools->Preprocessing->CalibrationUtilities->FlatField。在打開的CalibrationInputFile對(duì)話框中，選擇輸入文件，單擊“OK”。(2) 在打開的FlatFie

3、ldCalibrationParameters面板中(圖13.4)，在標(biāo)有“SelectROIforCalibration”一欄中，選擇感興趣區(qū)(只能選擇一個(gè))，作為平場(chǎng)域定標(biāo)的平均波譜區(qū)。(3) 選擇輸出路徑及文件名，單擊“OK”執(zhí)行定標(biāo)處理。圖13.4FlatFieldCalibrationParameters面板2. 對(duì)數(shù)殘差(LogResiduals)對(duì)數(shù)殘差定標(biāo)工具將數(shù)據(jù)除以波段幾何均值，后再除以像元幾何均值，可以消除光照、大氣傳輸、儀器系統(tǒng)誤差、地形影響和星體反照率對(duì)數(shù)據(jù)輻射的影響。定標(biāo)結(jié)果的值在1附近。操作過(guò)程如下：(1)在主菜單中，選擇BasicTools->Prepro

4、cessing->CalibrationUtilities->LogResiduals，在LogResidualsCalibrationInputFile對(duì)話框中，選擇輸入文件，單擊“OK"。(2)在打開的LogResidualsCalibrationParameters面板中，選擇輸出路徑及文件名，單擊OK執(zhí)行定標(biāo)處理。3. 內(nèi)部平均(IAR)反射率定標(biāo)IAR(InternalAverageRelative)Reflectance定標(biāo)工具假定整幅圖像的平均光譜基本代表了大氣影響下的太陽(yáng)光譜信息。把圖像DN值與整幅圖像的平均輻射光譜值相除，得到的結(jié)果為相對(duì)反射率。該工具特

5、別適用于沒有植被的干旱區(qū)域。操作過(guò)程如下：(1) 在主菜單中，選擇BasicTools->Preprocessing->CalibrationUtilities-IARReflectance。在打開的CalibrationInputFile對(duì)話框中，選擇輸入文件，單擊“OK”。(2) 在打開的IARRCalibrationParameters面板中，選擇輸出到“File”或“Memory”。點(diǎn)擊“OK”執(zhí)行定標(biāo)處理。4. 經(jīng)驗(yàn)線性定標(biāo)(EmpiricalLineCalibration)EmpiricalLine定標(biāo)方法是假設(shè)圖像DN值與反射率之間存在線性關(guān)系：反射率=增益*DN值+

6、偏移利用兩個(gè)已知點(diǎn)的地面反射光譜值，再計(jì)算圖像上對(duì)應(yīng)像元點(diǎn)的平均DN值，然后利用線性回歸求出增益和偏移值，建立DN值與反射率之間的相互關(guān)系式，進(jìn)行反射率的定標(biāo)。消除了太陽(yáng)輻亮度和大氣程輻射。ENVI的EmpiricalLine定標(biāo)工具要求至少需要一個(gè)已知區(qū)域的地面反射光譜值(FieldSpectra)作為參照波譜，以及圖像上對(duì)應(yīng)像元點(diǎn)的波譜曲線(DataSpectra)。它們可以來(lái)自波譜剖面或波譜曲線、波譜庫(kù)、感興趣區(qū)、統(tǒng)計(jì)文件和ASCII文件。輸入的波譜將自動(dòng)被重采樣，以與選擇的數(shù)據(jù)波長(zhǎng)相匹配。也可以用已經(jīng)存在的系數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行定標(biāo)。1)計(jì)算系數(shù)并定標(biāo)(ComputeFactorsandCa

7、librate)EmpiricalLine定標(biāo)工具時(shí)，一般可以在圖像上選擇一個(gè)暗區(qū)和一個(gè)亮區(qū)作為已知區(qū)域(假定這些區(qū)域中的參照波譜是可以獲得的)。使用越多的已知波譜也可以提高定標(biāo)精度，至少需要一組已知區(qū)域的波譜。操作過(guò)程如下：(1) 選擇BasicTools->Preprocessing->CalibrationUtilities->EmpiricalLine->ComputeFactorsandCalibrate。在打開的EmpiricalLineInputFile對(duì)話框中，選擇輸入文件。單擊“0K”，(2) 在打開的EmpiricalLineSpectra面板中(圖

8、13.5),需要選擇地面反射光譜值(FieldSpectra)以及圖像上對(duì)應(yīng)像元點(diǎn)的波譜值(DataSpectra)。鶴EapiricalLineXDataSpertra；ImportSjectr：aK:134T:£36asperi-lfl.ejcA-spen_Leaf-AD'iiii,32-2SelectedSpectruiTi：X:3F.BY:74enlfl.gpcA.gpenLeaf-ADW2-2EnterP：nrSelectedFairs：Selactml.Spect:圖13.5EmpiricalLineSpectra面板選擇數(shù)據(jù)（圖像）波譜在EmpiricalLin

9、eSpectra對(duì)話框中，單擊“ImportSpectra”按鈕，打開DataSpectralCollection對(duì)話框（圖13.6）。在DataSpectralCollection對(duì)話框中，選擇Import->fromROI/EVFfrominputfile，選擇定義好的感興趣區(qū)文件，點(diǎn)擊“Apply”，波譜名被輸入到EmpiricalLineSpectra面板中。點(diǎn)擊“Cancel”，關(guān)閉DataSpectraCollection對(duì)話框。nave.Flutnlndows.Ioil已匚七L選擇參照波譜ASCIIfile.bpectr：±1Linr：ii_vtile.ASCII

10、file(prAi-CbirL=it_rFlUI/1EVT£ronirLputfile.FlUI/1EWfruniothertile.在EmpiricalLineSpectra對(duì)話框中，單擊“ImportSpectra”按鈕，打開FeildSpectraCollection對(duì)話框，這個(gè)對(duì)話框與DataSpectraCollection對(duì)話框類似。在FeildSpectraCollection對(duì)話框中，選擇Import->fromASDbinaryfile，選擇對(duì)應(yīng)圖像波譜區(qū)域用ASD波譜儀測(cè)量波譜文件。點(diǎn)擊“Apply”,波譜名被輸入到EmpiricalLineSpectra面

11、板中。點(diǎn)擊“Cancel”，關(guān)閉FeildSpectraCollection對(duì)話框。(3) 回到EmpiricalLineSpectra面板中，在頂部的列表內(nèi)點(diǎn)擊波譜名選擇數(shù)據(jù)波譜。在底部的列表中，點(diǎn)擊相應(yīng)的參照波譜名，單擊擊“EnterPair”按鈕使兩個(gè)波譜相關(guān)聯(lián)，相關(guān)聯(lián)的波譜將被列在"SelectedPairs”文本框中。(說(shuō)明：如果錯(cuò)誤的選擇了關(guān)聯(lián)波譜，在"SelectedPairs”文本框中單擊關(guān)聯(lián)波譜可移除)(4) 重復(fù)(3)(4)步驟可選擇關(guān)聯(lián)波譜。(5) 單擊擊“OK”。打開EmpiricalLineCalibrationParameters對(duì)話框。(6)

12、在EmpiricalLineCalibrationParameters對(duì)話框中，選擇輸出定標(biāo)結(jié)果文件路徑及文件名，將定標(biāo)系數(shù)保存在ASCII文件中，在“OutputCalibrationFilename”文本框中鍵入第二個(gè)文件名，定標(biāo)系數(shù)文件的默認(rèn)擴(kuò)展名是.cff。(7) 單擊OK執(zhí)行定標(biāo)過(guò)程。2)使用現(xiàn)有系數(shù)定標(biāo)(CalibratingUsingExistingFactors)CalibrateUsingExistingFactors工具可以使用另一個(gè)定標(biāo)過(guò)程中存儲(chǔ)的糾正系數(shù)來(lái)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)行定標(biāo)功能。(1) 在主菜單中，選擇BasicTools->Preprocessing->CalibrationUtilities-EmpiricalLine->CalibrateUsingEx