環(huán)境小衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)FLAASH精確大氣校正方法

環(huán)境小衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)FLAASH精確大氣校正方法環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座A、B星（簡稱環(huán)境小衛(wèi)星，簡寫HJ-1A/1B）于2009年3月30日開始正式交付使用，HJ-1-A星搭載了CCD相機(jī)和超光譜成像儀（HSI），HJ-1-B星搭載了CCD相機(jī)和紅外相機(jī)（IRS）。HJ-1A/1B衛(wèi)星是繼我國繼氣象、海洋、國土資源衛(wèi)星之后一個(gè)全新的民用衛(wèi)星。衛(wèi)星投入使用后，對自然災(zāi)害、生態(tài)破壞、環(huán)境污染進(jìn)行大范圍、全天候、全天時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，對災(zāi)害和環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行快速和科學(xué)評(píng)估，提高災(zāi)害和環(huán)境信息的觀測、采集、傳送和處理能力，為緊急救援、災(zāi)后救助及恢復(fù)重建和環(huán)境保護(hù)工作提高科學(xué)依據(jù)。HJ-1數(shù)據(jù)應(yīng)用于自然災(zāi)害、生態(tài)環(huán)境之前，需要進(jìn)行幾何及光譜方面的預(yù)處理。ENVI在數(shù)據(jù)讀取、圖像配準(zhǔn)、精確大氣校正等方面提供了非常好的工具。1、數(shù)據(jù)讀取目前，網(wǎng)上免費(fèi)獲取的HJ-1A/1B衛(wèi)星CCD和HSI影像的分發(fā)的格式主要有兩種：CCD為Geotiff，每一個(gè)波段為一個(gè)Geotiff文件，并提供一個(gè)元數(shù)據(jù)說明（.XML）;HSI為HDF5格式，也提供一個(gè)元數(shù)據(jù)說明（.XML）。CCD相機(jī)的Geotiff格式直接可以在ENVI軟件下打開，利用ENVI->BasicTools->LayerStacking工具將各個(gè)波段組合成一個(gè)文件輸出。HIS高光譜數(shù)據(jù)是以HDF5格式提供，安裝ENVI的HDF5讀取補(bǔ)丁后直接在ENVI中打開。更為方便的方法是直接使用HJ-1數(shù)據(jù)讀取補(bǔ)丁，下載網(wǎng)址為：/ESRI/thread-83044-1-3.html0直接雙擊運(yùn)行.sav或拷貝sav文件到ENVI安裝目錄的save_add目錄下，1）啟動(dòng)ENVI->File->OpenExternalFile->HJ-1->HJ-1A/1BTools工具（下圖）。直接讀取CCD、HIS、IRS數(shù)據(jù)，輸出結(jié)果為一個(gè)多波段的ENVI標(biāo)準(zhǔn)柵格文件，并帶有中心波長等信息，其中CCD數(shù)據(jù)可以直接輸出定標(biāo)結(jié)果（輻射亮度）。1.1HJ-1A1.1HJ-1A/1BTools注意此步驟中Calibration和LayerStacking選項(xiàng)應(yīng)勾上。如果數(shù)據(jù)是BSQ格式的，要轉(zhuǎn)換3)JVI4.8BasicTcolsClassificationTransfcnnFiResizeData(Spatial/Spectral)SubsetDataviaROIsRotate/FlipDataLayerStackingConvertData(BSQfBIL,BIP)StretchDataStatisticsSpatialStatisticsChangeDetectionMeasurementToolBandMathSpectralMathSegmentationImageRegionOfInterest3)成BIL或者BIP格式的。轉(zhuǎn)換方法Mcsaickinq2)構(gòu)建波譜響應(yīng)函數(shù)任何傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)給出嚴(yán)格的波段響應(yīng)函數(shù)，環(huán)境小衛(wèi)星也不例外。在中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心可下載：/n16/n1115/n1522/n2118/index.htmlo以四列數(shù)字形式提供，第一列表示波長，后面四列分別表示4成BIL或者BIP格式的。轉(zhuǎn)換方法選擇Window->StartNewPlotWindow,ENVIPlotWindow窗口中，選擇File->InputData->ASCII,如圖2所示，選擇相應(yīng)的波普響應(yīng)函數(shù)選擇File->SavePlotAs->SpectralLibrary，將波譜曲線保存為波譜庫文件。

注意此處的WavelengthUnits應(yīng)選Nanometers.4)如下圖3.2所示，生成了4條曲線。選擇Edit->DataParameters,更改每一條曲線的名稱:b1,b2,b3,b4，便于區(qū)分。2、FLAASH大氣校正啟動(dòng)FLAASH模塊，將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)輸入，注意定標(biāo)后的單位是W/(m2*um*sr)與FLAASH要求的單位(以W)/(cm2*nm*sr)相差10倍關(guān)系，因此在RadianceScaleFactors中輸入10縮放系數(shù)。

其他特殊參數(shù)設(shè)置主要如下:l一般參數(shù)設(shè)置傳感器高度(SensorAltitude):650km像元大小(pixelSize):30m地面高程()：0.05kmFLAASHAtmosphericCorrectionModelInputParameters多光譜數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置FileterFunctionFile：選擇前面生成的波譜響應(yīng)文件。大氣模型(AtmosphericModel)根據(jù)經(jīng)緯度和日期來定。表1六種標(biāo)準(zhǔn)的大氣模型Latitude(°N)Jan.MarchMayJulySept.Nov.80SAWSAWSAWMLWMLWSAW70SAWSAWMLWMLWMLWSAW60MLWMLWMLWSASSASMLW50MLWMLWSASSASSASSAS40SASSASSASMLSMLSSAS30MLSMLSMLSTTMLS20TTTTTT

10TTTTTT0TTTTTT-10TTTTTT-20TTTMLSMLST-30MLSMLSMLSMLSMLSMLS-40SASSASSASSASSASSAS-50SASSASSASMLWMLWSAS-60MLWMLWMLWMLWMLWMLW-70MLWMLWMLWMLWMLWMLW-80MLWMLWMLWSAWMLWMLW高級(jí)設(shè)置其它參數(shù)參考FLAASH大氣校正的參數(shù)說明。高級(jí)設(shè)置里注意將TitleSize設(shè)置成合適的值，一般設(shè)置成100-800不等，如有發(fā)現(xiàn)此類問題相關(guān)報(bào)錯(cuò)，請?jiān)囍{(diào)試TitleSize大小和圖7中的ImageTitleSize大小，一般CacheSize設(shè)置成物理內(nèi)存的一半，ImageTitleSize大小設(shè)置成CacheSize的一半。。SystemPreferencesUserDefinedFilesDefaultDirectoriesDisplayDefaultsPlotDefaultsGridLineDefaultsPreviousFilesListMiscellaneousConfigurationNameDefaultENVIConfigurationMenuOrientationUserDefinedFilesDefaultDirectoriesDisplayDefaultsPlotDefaultsGridLineDefaultsPreviousFilesListMiscellaneousConfigurationNameDefaultENVIConfigurationMenuOrientationHorizontalPostScriptOutputCommandLineBlockingNoExitIDLonExitfromENVIYesStatusWindowforInputDataYesInteractiveStretchAutoApplyOffAutoAppendExtensionsYesAutoLoadDefaultBandsYesOpenApplicableFilestoMemoryYesAuto-CorrectASTER/MODISYesPageUnitsInchesPageSize8-5011.00PageOffset0.250MemoryUsageCacheSize(Mb)ImageTileSize(Mb)1042.00=10.00=FLAASH大氣校正常見錯(cuò)誤及解決方法II,,IFLAASH對輸入數(shù)據(jù)類型有以下幾個(gè)要求：1、波段范圍：衛(wèi)星圖像：400—2500nm，航空圖像:860nm-1135nmo如果要執(zhí)行水汽反演，光譜分辨率<=15nm(環(huán)境小衛(wèi)星的光譜分辨率平均為5nm),且至少包含以下波段范圍中的一個(gè)：11050-1210nm1770-870nm1870-1020nm2、像元值類型：經(jīng)過定標(biāo)后的輻射亮度(輻射率)數(shù)據(jù)，單位是：(pW)/(cm2*nm*sr)。3、數(shù)據(jù)類型：浮點(diǎn)型(FloatingPoint)、32位無符號(hào)整型(LongInteger)>16位無符號(hào)和有符號(hào)整型(Integer、UnsignedInt),但是最終會(huì)在導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)通過ScaleFactor轉(zhuǎn)成浮點(diǎn)型的輻射亮度(pW)/(cm2*nm*sr)。4、文件類型：ENVI標(biāo)準(zhǔn)柵格格式文件，BIP或者BIL儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。5、中心波長：數(shù)據(jù)頭文件中(或者單獨(dú)的一個(gè)文本文件)包含中心波長(wavelenth)值，如果是高光譜還必須有波段寬度(FWHM)，這兩個(gè)參數(shù)都可以通過編輯頭文件信息輸入(EditHeader)o運(yùn)行錯(cuò)誤

Unabletowritetothisfile.Fileordirectoryisinvalidorunavailable。沒有設(shè)置輸出反射率文件名。解決方法是單擊OutputReflectanceFile按鈕，選擇反射率數(shù)據(jù)輸出目錄及文件名，或者直接手動(dòng)輸入。ACCError：convert?IDLError：Endofinputrecordencounteredonfileunit:0.平均海拔高程太大。注意：填寫影像所在區(qū)域的平均海拔高程的單位是km：GroundElevation(Km)oACCerror：avrd:IDLerror：Unabletoallocatememory:tomakearrayNotenoughspaceACC_AVRD

為了能處理大數(shù)據(jù)，ENVI采用分塊計(jì)算的方式，這個(gè)提示是分塊（Tile）太大了。在高級(jí)設(shè)置里面（AdvancedSettings），tilesize：它默認(rèn)是File->preferences->miscellaneous:cache的大小，這個(gè)值正常是1~4Mb（0背景很少的情況下）；如果0背景較多，這個(gè)值還是需要設(shè)置大一些，比如100?200m。ACCerror:avrd:NononblankpixelsfoundIDLerror:OPENR:Erroropeningfile.Unit:100,Problem:TheFLAASHprogramexitedwiththefollowingerrors：ACCerror:jvrdiNoncnbiankpixekfound1DLerrorOPENR;Erroropenrrigfile.Unit:100,File:CL\ProgramFiles\m\!DL\1DL80\produrts\envi48\filt_func\tmf5H.hdr敦找木到指定的文件.ACC^AVRDACC.HVPGR2ACC_ACCENVI_ACCJVENTENVI_FLAASH_PROCE5S_MANAGERIDLRTMA1N￡MAIN$為了能處理大數(shù)據(jù)，ENVI采用分塊計(jì)算的方式，當(dāng)Tile設(shè)置太小，而且有背景值(0)，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)Tile中全部為0的情況，提示這個(gè)錯(cuò)誤信息。在高級(jí)設(shè)置里面(AdvancedSettings)，tilesize：設(shè)置稍微大一些，如100~200M等。ACCerror:lsmooth2:IDLerror:ACC_LSMOOTH2:CannotcontinuewithsmoothingcalculationENVIErrorProbterriiTheFLAASHprogramexXed^iththefol]owingerrors：ACCerror;Ismooth2;1DLerror:ACCttLSMOOTH2:Cannotcontinuewit和smoothingcakuidtion.ACC_LSMOOTH2ACC^HYPER2ACC_ACCENV1^ACC_EVENTENVI_FLAASH_PROCESS_MANAGERIDLRTMAINENVI的FLAASH提供領(lǐng)域糾正功能，但是MODIS、AVHRR等圖像分辨率比較低，領(lǐng)域效應(yīng)區(qū)分不出來。解決方法是在在高級(jí)設(shè)置里面(AdvancedSettings)，將領(lǐng)域糾正(UseAdjacencyCorrection）設(shè)置為No。6.ACCerror:modrd5:Nonfinitenumbersincoefficient6.ACCerror:modrd5:Nonfinitenumbersincoefficientarraycoef<?xml:namespaceprefixns〃urn:schemas-microsoft-com:office:office〃/>IDLerror:CDRIVER4V3R2:>>>WaitforMODTRAN4calculationtofinish…finish…<?xml:namespaceprefix=vns=〃urn:schemas-microsoft-com:vml〃/>提示傳入MODTRAN模型參數(shù)有誤，常常是由于太陽高度角太小或者太大引起提示這個(gè)錯(cuò)誤之前會(huì)出現(xiàn)以下提示框的提示這個(gè)錯(cuò)誤之前會(huì)出現(xiàn)以下提示框的解決方法是確認(rèn)填寫的影像中心位置經(jīng)緯度信息（西經(jīng)為負(fù)數(shù)、南緯為負(fù)數(shù)）、影像成像時(shí)間（格林威治時(shí)間）是否正確。7.ACCerror:autochanHIS數(shù)據(jù)缺少K-T氣溶膠反演的所需的波段，因此不能使用K-T方法反演氣溶膠。8、ACCerror:autochanACC_AUTOCHAN:Nowaterabsorptionchannelsselected這種錯(cuò)誤一直沒模擬出來，一般是由于水汽反演、大氣模型的選擇和飛行時(shí)間的問題，如飛行時(shí)間使用的是北京時(shí)間等。9、ACCerror:avrdIDLerror:REBIN:ResultdimensionsmustbeintegerfactoroforiginaldimenENVIErrorProblem:TheFLAASHprogramexitedwiththefollowingerrors:ENVIErrorACCerror:avrd:IDLerror:REBIN:ResultdimensionsmustbeintegerfactoroforiginaldimensionsACCJkVRDACC_HYPER2ACCJ^CCENVI_ACC_EVENTENVI_FLAASH_PROCESS_MANAGERIDLRTMAIN這個(gè)錯(cuò)位一般出現(xiàn)在你多次執(zhí)行FLAASH工程文件時(shí)，沒有重新設(shè)置輸出文件而選擇替代的時(shí)候出現(xiàn)。好的方法就是重新啟動(dòng)FLAASH和加載一次工程文件。結(jié)果錯(cuò)誤結(jié)果中某一個(gè)波段或者多個(gè)波段全部為0或者負(fù)值主要產(chǎn)生的原因是輸入的輻射亮度數(shù)據(jù)值偏小。可能有以下幾種情況：在傳感器定標(biāo)的時(shí)候選擇的是表觀反射率(Reflectance)而不是輻射率數(shù)據(jù)(Radiance)；沒有做傳感器定標(biāo)，即沒有將DN值轉(zhuǎn)換為輻射率數(shù)據(jù)；選擇了錯(cuò)誤的波譜響應(yīng)函數(shù)；用BandMath做了輻射亮度的單位換算，在FLAASH中導(dǎo)入輻射亮度數(shù)據(jù)時(shí)，ScaleFactor選擇的不是1.0000。結(jié)果中極大值、極小值非常多，也就是0?10000之外的值。當(dāng)選擇RGB假彩色顯示的時(shí)候，出現(xiàn)花花綠綠的情況。訪會(huì)1(R;FLAASH(TMJl''Meta(Band4)-Land^atTJa^perRidge^hrf,,Ja」I回」FileOverlayEnhanceTqqI^Windows輻射定標(biāo)得到的輻射率數(shù)據(jù)單位與FLAASH要求的單位不一樣?？赡苡幸韵聨追N情況：用BandMath做了輻射亮度的單位換算，在FLAASH中導(dǎo)入輻射亮度數(shù)據(jù)時(shí)，ScaleFactor選擇的不是1.0000。沒有做單位換算。結(jié)果中部分像元為負(fù)值這個(gè)屬于正?，F(xiàn)象。FLAASH是采用MODTRAN輻射傳輸模型模擬成像中的大氣過程，而且很多大