MODISL1B数据FLAASH大气校正

        MODIS数据是著名的大尺度低空间分辨率数据源，一般用于大范围监测、宏观信息的快速提取。在MODIS数据预处理时，最常做的是几何校正。对MODIS数据进行几何校正的工具很多，诸如MCTK工具，或者直接使用ENVI提供的Georeference MODIS、Reproject GLT with Bowtie Correction等工具进行。在一些定量、半定量的监测中，诸如参数反演、植被指数计算时，需要做大气校正，虽然用到的不多，但还是有一些使用者会受到MODIS大气校正的困扰。基于此，本文以一景2015年10月12日获取的MODIS L1B级数据为例，介绍在ENVI下MODIS L1B（即MOD02产品）数据预处理的方法和操作步骤，重点介绍MODIS L1B数据FLAASH大气校正的实现。

    关于MODIS数据产品级别和类型的介绍可参考博文：MODIS数据产品介绍。

    本例中用到的MODIS数据覆盖范围大致如下图所示：

 

图1 实验数据所在位置

 

一、几何校正和定标处理

    由于MODIS L1B数据本身自带几何定位信息（GLT），所以在进行大气校正之前，建议大家先做几何校正。几何校正建议采用ENVI扩展工具MCTK进行，因为该工具不仅可以在几何校正的同时对数据进行定标处理，而且校正完毕后其结果图像会自动添加中心波长信息，便于下一步的FLAASH大气校正处理。

    如果之前没有安装过MCTK扩展工具，首先下载该工具，然后将其中的modis_conversion_toolkit.sav文件复制到ENVI安装路径下的extensions文件夹中（如ENVI5.3：…\Exelis\ENVI53\extensions，安装后需重启ENVI）。

    启动ENVI。在Toolbox中，选择Extensions > modis_conversion_toolkit，弹出MODIS Conversion Toolkit面板。该面板大致可以分为左中右三部分，左侧部分用来设置输入输出信息，中间部分用来选择数据处理类型，右侧部分用来设置重采样方法和投影信息等。关于该工具的详细说明可以参考MCTK用户手册，本例中需要设置的参数项说明如下：

• Input HDF：选择需要处理的MODIS数据（HDF格式）；
• Select Output Type：选择输出类型，选择第二项Projected：Triangulation-based georeferencing；
• Output Path：选择处理结果存储路径；
• Rootname for output：设置输出文件前缀；
• Processing Options：选择处理的数据类型，因为下面要进行FLAASH大气校正，所以这里我们选择Radiance/Emissivity；
• Select Resampling Method：选择重采样方法，Nearest Neighbor即可；
• Select Output Map Projection：选择输出投影类型，一般选择Geographic Lat/Lon经纬度投影；
• Perform Bow Tie Correction：是否进行蝴蝶结效应校正，选择Yes；
• Background Value to Use：背景值设置，设置为0，默认NaN；
• 其他参数默认。

  具体参数设置如下图所示：

 

图2 MCTK工具参数设置面板

 

      参数设置完毕后，点击Process进行处理。处理完毕后，数据自动加载到Data Manager中，但默认不会自动打开。如果我们想查看处理结果，可以在Data Manager中，加载数据进行查看。本例中处理结果如下图所示：

 

图3 经几何校正和定标处理后的MODIS数据

 

      从上图可以看出，经几何校正后的图像具有投影坐标和中心波长信息，但其存储类型还是BSQ，而FLAASH大气校正工具对输入数据存储类型的要求是BIL或BIP。所以，在进行FLAASH大气校正之前，还需要进行存储类型的转换。

二、存储类型转换

      在Toolbox中，选择Raster Management > Convert Interleave，弹出Convert File Input File对话框，选择上一步处理结果，点击OK；在弹出的Convert File Parameters参数设置面板中，Output Interleave选择BIL，Convert In Place选择Yes（若想保留BSQ类型数据，选择No），点击OK；弹出ENVI Question提示面板，点击"是"开始执行。执行完毕后，数据会自动关闭，需要重新打开。打开后可以通过View Metadata检查一下数据存储类型是否变为BIL。

三、FLAASH大气校正

      ENVI中FLAASH大气校正工具对输入数据除了要求必须有中心波长信息（多光谱数据）、存储类型为BIL或BIP以及数据类型为整型（INT、UINT、LONG）或浮点型（FLOAT）之外，还要求输入数据是单位为μW/cm²*nm*sr的辐射亮度数据。但是，经过上述处理得到的辐射亮度数据单位为W/m²*μm*sr，二者相差10倍。所以，在下面选择输入数据时我们需要进行单位转换，这也就是下面Single scale factor需要输入10的原因。

      数据准备无误后，就可以进行FLAASH大气校正。

      在Toolbox中，选择Radiometric Correction > Atmospheric Correction Module > FLAASH Atmospheric Correction，弹出FLAASH Atmospheric Correction Model Input Parameters FLAASH大气校正参数设置面板。FLAASH大气校正参数设置面板可以大致分为基本参数设置、多光谱/高光谱参数设置以及高级参数设置三部分。

      基本参数设置各项参数含义如下：

• Input Radiance Image：选择辐射亮度数据，在弹出的Radiance Scale Factors中，选择Use single scale factor for all bands，输入10，点击OK；
• Output Reflectance File：设置大气校正结果的输出路径和文件名，建议在原文件名的后面添加_flaash作为标识；
• Output Directory for FLAASH Files：大气校正过程中生成其他文件的存储路径，默认在C盘用户临时文件夹下，如果C盘空间不足或没有读写权限，可以选择其他盘，负则会出现常见的102错误，关于该错误详细说明可参考博文：FLAASH 大气校正出现102错误解决方法。

 

图4 FLAASH大气校正辐射亮度数据单位转换

 

• Sensor Type：传感器类型选取；
• Ground Elevation：地面平均高程（需要注意此处单位为km），可以通过Google Earth或对应区域DEM数据统计获得；
• Pixel Size：数据空间分辨率；
• Flight Date：数据获取时间，可以通过文件名或查看元数据信息获取；
• Atmospheric Model：大气模型。一般参考帮助文档选择，具体选取时根据数据纬度和时间信息取交集。
• Aerosol Model：气溶胶模型，根据实际情况选择；
• Aerosol Retrieval：气溶胶反演方法，默认为2Band(K-T)；
• Water Retrieval：是否进行水汽反演；
• Water Column Multiplier：若Water Retrieval设置为Yes，则需要设置水汽反演波段，推荐选择1135nm；
• Initial Visibility：初始能见度设置，默认为40km，若选择了气溶胶反演方法，则这里的设置无效。

  本例中基本参数设置面板具体参数设置如下图所示：

 

图5 FLAASH大气校正基本参数设置面板

 

      在多光谱参数设置面板中，Water Retrieval水汽反演波段按下图进行设置；K-T气溶胶反演波段选择Default > Over-Land Retrieval alternate(460:2100nm)，如果选择Over-Land Retrieval alternate(660:2100nm)，则会提示图8所示错误；确保光谱响应函数文件正确。

 

图6 水汽反演波段设置面板

 

图7 K-T气溶胶反演参数设置面板

 

图8 MODIS数据FLAASH大气校正错误提示

 

      在高级参数设置面板中，需要将邻域校正Use Adjacency Correction关闭，否则会出现图10所示错误提示；其他参数可能需要修改的地方包括：Use Tiled Processing分块处理大小，根据内存情况设置；Output Reflectance Scale Factor反射率数据扩大的系数，默认扩大10000倍，如需要获取真实地表反射率数据，可在校正完毕后通过波段运算获取。

 

图9 高级参数设置面板

 

图10 MODIS数据FLAASH大气校正错误提示

 

    参数设置完毕后，点击Apply运行即可。运行完毕后，会弹出一个简单的报表，说明大气校正成功，如下图所示：

 

图11 FLAASH大气校正简单统计结果面板

 

      大气校正结果图12所示，由于MODIS数据波段顺序不是按正常波谱排列的，所以不好通过查看波谱曲线来判断大气校正结果的正确性，大家有什么好的判断方法也可以积极回复。

 

图12 MODIS L1B数据FLAASH大气校正假彩色合成结果

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