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）；

辐射定标

• ENVI自带辐射校正模块
  1、选择Basic Tools—Preprocessing—Calibration Utilities—Landsat Calibration；
  
  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；
  

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。
   

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。
   
   （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。
   
   （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。
   
   

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。
   
   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。
   
   FLAASH基本参数数据设置成图：
   

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：
    
    （3）、其他参数选择默认。
    多光谱参数数据设置面板图：
    

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。
    
    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。