ENVI5.3 影像数据辐射定标及大气校正实验处理-多光谱遥感数据

ENVI5.3影像数据辐射定标及大气校正处理

数据准备

数据下载网站:地理空间数据云或者美国地质勘探局官网
1)、选择合适影像数据,优先云量选择<1%的遥感数据 ;
2)、在ENVI中点击File—Open External File—Landsat—Geotiff with Metadata中只需打开***********_MTL.txt即可打开所有波段数据(除band6);
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辐射定标

  • ENVI自带辐射校正模块
    1、选择Basic Tools—Preprocessing—Calibration Utilities—Landsat Calibration;
    ENVI5.3 影像数据辐射定标及大气校正实验处理-多光谱遥感数据_第2张图片在这里插入图片描述
    2、参数选择:从MTL.txt头文件中读取DATE_ACQUIRED、Sun Elevation(按照以上步骤操作,ENVI已自动读取Sun Elevation数据),Calibration Type选择Radiance;
    ENVI5.3 影像数据辐射定标及大气校正实验处理-多光谱遥感数据_第3张图片

大气校正

简单一点的大气校正可以采用ENVI的FLAASH模块,以下是FLAASH操作的步骤:

  1. FLAASH 模块的进入方法是Spectral–FLAASH,或者是Basic Tools–Preprocessing–Calibration Utilities–FLAASH。

  2. FLAASH 模块的操作界面分为三块:最上部设定输入输出文件;中间设定传感器的参数;下部设定大气参数。

  3. 首先设定输入输出文件。FLAASH 模块要求输入辐亮度图像,输出反射率图像。之前我们进行了辐射定标,得到辐亮度图像,在这里要把BSQ 格式的图像转换为BIL 或者BIP 格式的图像,然后再Input Radiance Image 中选择转换格式后的图像。操作步骤:(Basic Tools–Convert Data(BSQ,BIL,BIP))。这里注意,当输入图像后,程序会让你选择Scale Factor,即原始辐亮度单位与ENVI 默认辐亮度单位之间的比例,二者之间转换的比例是10,因此在下图中选择Single scale factor,填写10.000。
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  4. 此外,如果TM 影像的头文件中没有波段的信息,在这里也要求你提供一个.txt 文件以包含此信息。那么,准备好一个.txt 文件,其中含有一列TM 每个波段中心波长的信息。如果,我们打开的是Geotiff with meta,就不用填写波段信息了。

  5. 在Output Reflectance File 和Output Directory for FLAASH files 里面设定输出文件的文件名和位置。

  6. 设定传感器参数。首先是Scene Center Location,即遥感图像中心的坐标,以及Flight Date, Flight Time GMT,这三者都可以在TM 的头文件中找到,填入即可。
    (1)、遥感图像中心的坐标:如果图像有地理坐标则自动获取
    (2)、影像成像时间(格林威治时间):在layer manager中的数据图层中右键选择View Metadata,浏览time字段获取成像时间,1985年10月30号02:05:45,也可以从元文件"*_MTL.txt"中找到,具体名称:DATE_ACQUIRED 和SCENE_CENTER_TIME。

  7. 在Sensor Type 菜单中根据影像数据源选择,此处填Landsat TM5,此时Sensor altitude 自动填上为705km,而Pixel Size 填为30m。

  8. 根据遥感影像研究区实际情况,填写Ground Elevation。
    *Ground Elevation获取方法:
    (1)、打开需要统计区域对应的图像。
    (2)、选择File->Open World Data ->Elevation(GMTED2010),打开ENVI自带全球900米分辨率的DEM数据。
    注:如果其他版本,需要打开其他DEM数据,如90米的srtm或者30米的G-DEM数据。
    (3)、在Toolbox中,选择/Statistics/Compute Statistics,打开Compute Statistics输入文件对话框,选择GMTED2010.jp2数据。单击Stats Subset按钮,打开Select Statistics Subset对话框。
    ENVI5.3 影像数据辐射定标及大气校正实验处理-多光谱遥感数据_第5张图片
    (4)、在Select Statistics Subset对话框中,单击File按钮,选择统计区域对应的图像,单击Ok。
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    (5)、在统计面板中,默认选择Basic Stats基本统计即可,这样就可以得到平均海拔高程36米。
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  9. 大气参数数据设置:
    a) 、Atmospheric Model( 大气模式): 共有Sub-Arctic Winter (SAW) ,Mid-Latitude Winter (MLW),U.S. Standard (US) ,Sub-Arctic Summer(SAS), Mid-Latitude Summer (MLS) 和Tropical (T) 。根据经纬度和时间可以选定研究区的大气模式,见下图。
    ENVI5.3 影像数据辐射定标及大气校正实验处理-多光谱遥感数据_第9张图片
    b)、 Aerosol Model(气溶胶模式):有Rural, Urban, Maritime 和Tropospheric四种选择。根据实际情况选择即可。关于此四种模式的解释见ENVI Help。
    c) 、当我们选择TM 时,可选的参数还有Aerosol Retrieval 和Initial Visibility。
    ·Aerosol Retrieval:选择2-Band(K-T)方法;
    ·Initial Visibility:初始能见度Initial Visibility只有在气溶胶反演方法为None时候,以及K-T方法在没有找到黑暗像元的情况下。
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    FLAASH基本参数数据设置成图:
    ENVI5.3 影像数据辐射定标及大气校正实验处理-多光谱遥感数据_第11张图片

  10. 多光谱数据参数设置:
    当基本设置里设置了水气反演模型和气溶胶模型时,相应的在多光谱设置框中设置参数:
    (1)、 单击Multispectral Settings,打开多光谱设置面板;
    (2)、 K-T反演选择默认模式:Defaults->Over-Land Retrieval standard(600:2100),自动选择对应的波段;
    ·设置值表格:
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    (3)、其他参数选择默认。
    多光谱参数数据设置面板图:
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  11. 高级设置
    单击Advanced Settings打开高级设置面板。这里一般选择默认设置能符合绝大部分数据情况,在右边面板中设置:
    (1) 、分块处理(Use Tiled Processing):是否分块处理,选择Yes能获得较快的处理速度,Tile Size一般设为4-200m,根据内存大小设置,这里设置为100m(计算机物理内存8G)。
    (2)、空间子集(Spatial Subset):可以设置输出的空间子集,这里选择默认输出全景。
    (3)、重定义缩放比例系数(Re-define Scale Factors For Radiance Image):重新选择辐射亮度值单位转换系数,这里不设置。
    (4)、输出反射率缩放系数(Output Reflectance Scale Factor):为了降低结果储存空间,默认反射率乘于10000,输出反射率范围变成0~10000。
    (5)、自动储存工程文件(Automatically Save Template File):选择是否自动保存工程文件。
    (6)、输出诊断文件(Output Diagnostic Files):选择是否输出FLAASH中间文件,便于诊断运行过程中的错误。
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    如果对Modtran模型非常熟悉,可根据数据情况进行调整,如下为其余部分的参数说明。
    (1)、气溶胶厚度系数(Aerosol Scale Height):用于计算邻域效应范围。一般值为1~2km,默认为1.5km。
    (2)、CO2混合比率(CO2 Mixing Ratio):默认为390ppm,它是依据2001测量值为370ppm,增加20ppm以得到更好的结果。
    (3)、Use Square Slit Function:No
    (4)、使用领域纠正(Use Adjacency Correction):Yes 或者No。
    (5)、使用以前的MODTRAN模型计算结果(Reuse MODTRAN Calculations):
    No:重新计算MODRTRAN辐射传输模型。
    Yes:执行上一次FLAASH运行获得的MODRTRAN辐射传输模型,每次运行FLAASH后,都会在根目录和临时文件夹下生成一个acc_modroot.fla。
    (6)、MODTRAN模型的光谱分辨率(Modtran Resolution):越低分辨率具有较快速度而相对较低的精度,主要影响区域在2000 nm附近。高光谱数据默认为5 cm-1,多光谱数据默认为15 cm-1。
    (7)、MODTRAN多散射模型(Modtran Multiscatter Model):校正大气散射对成像的影响,提供三种模型供选择ISAACS,DISORT和 Scaled DISORT。默认是Scaled DISORT和streams为8。
    Isaacs模型计算速度快,精度一般;
    DISORT模型对于短波(小于1000nm)具有较高的精度,但是速度非常比较慢,由于散射对短波(如可见光)影响较大,长波(近红外以上)影响较小,因此当薄雾较大和短波图像时可以选择此方法;
    Scaled DISORT提供在大气窗口内与DISORT类似的精度,速度与Isaacs类似,这模型是推荐使用的模型。当选择DISORT 或者 Scaled DISORT,需要选择streams:2、4、8、16,这个值是用来估算散射的方向,可见streams值越大速度越慢。
    (8)、观测参数
    天顶角(Zenith Angle):是传感器直线视线方向和天顶的夹角,范围是90~180度,其中180为传感器垂直观测。
    方位角(Azimuth Angle):范围是-180~180度。

  12. 输出文件及结果浏览
    (1)、设置好参数后,单击Apply执行大气校正;
    (2)、完成后会得到反演的能见度和水汽柱含量。
    (3)、显示大气校正结果图像,查看像元值,可以看到像元值扩大10000倍后,值在几百到几千不等。如果要得到0-1范围内的反射率数据,可以使用BandMath除以10000.0。
    注:以上内容通过网上各博主内容整合而成。

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