高分二号影像数据预处理及裁剪过程

目录

1.数据预处理流程说明

2、多光谱影像处理

2.1 辐射定标（可选）

2.2 大气校正（可选）

2.3 正射校正

3、全色影像处理

3.1 辐射定标（可选）

3.2 正射校正

4、图像融合

4.1 几何配准

4.2图像融合

5、裁剪

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1.数据预处理流程说明

针对不同的应用，有不同的处理流程，下图中列出了两种常用的预处理流程。

流程一主要针对高精度的定量遥感应用，也就是对大气校正精度要求比较高应用，比如：植被参数定量反演等；

流程二主要针对定性遥感或者对大气校正精度要求比较低的遥感应用，比如：土地利用类型分类等。

本例中所有操作都是在ENVI5.3版本下进行的，除NNDiffuse Pan Sharpening图像融合（ENVI5.2新增，ENVI5.1中可以使用G-S融合方法）外，其他操作在ENVI5.1/5.2下同样可以完成。

工具准备：将下载得到envi_app_store.sav （http://www.enviidl.com/appstore/ ）文件拷贝至ENVI53\extensions。重新启动 ENVI，通过以下方式可以启动 App Store：Toolbox/Extensions/App Store 或者Help>App Store。

在ENVI Appstore中下载扩展工具【ENVI_China_Satellites_Support_V5.3_37】和【nndiffuse_pan_sharpening_bil.sav】，分别拷贝到ENVI安装目录：“\Program Files\Exelis\ENVI53\”和“\Program Files\Exelis\ENVI53\extensions”下；

备注：目前先安装第一个即可，有些工具可能需要更高版本ENVI,若是安装，可能出现很多功能不可用情况。

2、多光谱影像处理

2.1 辐射定标（可选）

打开ENVI，使用国产卫星扩展工具打开MSS影像，启动File→Open As→China Satellites→GF2，选择MSS.xml文件打开；

   

辐射定标需要高分二号传感器的绝对辐射定标系数，右键单击View etadata，查看元数据信息，这里软件已经自动正确读取两个绝对定标系数； 

在Toolbox中，Radiometric Correction→Radiometric Calibration，在File Selection中选择待处理影像，点击OK；

弹出Radiometric Calibration对话框，Calibration type确认为Radiance，单击Apply FLAASH Setting，设置输出路径与文件名，点击OK开始执行；      

辐射定标完成，可以看到定标后目视效果得到明显提升，统一地物的光谱曲线也发生了变化；
    

           辐射定标前                                                     辐射定标后

2.2 大气校正（可选）

FLAASH大气校正需要影像的中心波长信息，ENVI5.3.1能自动识别GF2数据的头文件信息，可通过View Metadata→Spectral查看； 

在Toolbox中，双击Radiometric Correction→Atmospheric Correction Module→FLAASH Atmospheric Correction工具启动FLAASH模块； 

(1). 设置输入与输出文件信息：

Input Radiance Image：输入辐射定标之后的数据；

Output Reflectance File：单击按钮选择反射率数据输出目录与文件名，如果只在后面的文本框中输入文件名，则保存路径将为Output Directory for FLAASH Files中的路径；

Output Directory for FLAASH Files：设置大气校正其他结果输出路径；

Rootname for FLAASH Files：设置大气校正其他输出结果的根文件名

(2). 设置传感器及图像信息：

ENVI5.3及以上版本能够对图像中心坐标和获取时间信息进行自动识别，所以只需要修改以下几点：

Sensor Type：传感器类型，这里选择Multispectral→UNKNOWN→MSI;

Ground Elevation：成像区域平均高度，可以通过DEM数据获取；没有DEM数据，可以查询平均海拔，此地区为1500m，输入1.5km即可；

Pixel Size：4m；

(3). 大气模型和气溶胶模型：

需要根据经纬度、影像区域以及成像时间选择

Atmospheric model：Mid-Latitude Summer；

Aerosol Model：Urban；

Aerosol Retrieval：None；

Multispectral Settings：选择GUI设置方式，点击“Filter Function File”加载GF2-PMS1的光谱响应函数gf2_pms1_mss.sli；位于ENVI安装目录：*\Program
Files\Exelis\ENVI53\resource\filterfuncs下：

 

Advanced Settings：这里大部分都可以保持默认设置，但由于是多光谱数据，故需将Modtran Resolution设置为15cm-1. 

所有设置完成之后，点击Apply执行大气校正，完成后会得到反演的能见度和水汽柱含量；

选择Display>Profiles>Spectral查看大气校正前后同一地物波谱曲线变化：

2.3 正射校正

点击File→Open打开大气校正后(或者原始的多光谱)的影像，View Metadata查看其元数据信息，可以看到ENVI很好地识别了数据的RPC信息； 

有了RPC信息之后，就可以基于这些RPC信息进行正射校正；点击Toolbox→Geometric Correction→Orthorectification→RPC Orthorectification
Workflow，打开正射校正流程化工具；

在File Selection面板中，Input File选择经过大气校正的多光谱数据，DEM File会默认选择全球分辨率为900米的DEM数据，我们这里保持默认（如果有更高分辨率的DEM数据，可以替换此数据），点击Next；

在RPC Refinement面板中，有四个选项卡可以选择。

如果有实测的或从其他途径获取的控制点数据，可以在该面板中进行添加，添加后在Statistics选项卡中可以看到相应的误差统计信息；

1. 切换到Advanced选项卡，修改输出像元大小Output Pixel Size为4米，重采样方法Image Resampling选择三次卷积法，其他参数保持默认； 
2. 
3. 切换到Export选项卡，选择输出文件格式，设置输出路径及文件名，点击Finish；

到此，多光谱数据的处理就完成啦！

3、全色影像处理

3.1 辐射定标（可选）

打开ENVI，启动File→Open As→China Satellites→GF2，选择PAN.xml文件打开；

同样的方法打开辐射定标工具，参数设置如下：

Calibration Type: Reflectance，全色影像定标为大气表观反射率；

Output Data Type：Uint；

Scale Factor：10000；

 

注：由于多光谱FLAASH大气校正的结果为扩大了10000倍的反射率数据，为了让融合图像效果好，需要将全色数据与多光谱数据的像元值变成一致。这里使用辐射定标工具将全色数据定标为大气表观反射率，并扩大10000倍。

3.2 正射校正

全色数据的正射校正操作与多光谱数据的正射校正完全相同，需要提醒的地方是GF2全色数据正射校正时输出像元大小需设置为1米，以便我们下面进行图像融合。

4、图像融合

4.1 几何配准

图像融合之前，需要查看二者是否完全配准，如果没有完全配准，就需要对其进行配准，可以使用ENVI中的自动配准流程化工具，以全色数据为基准对多光谱数据进行配准；

本次操作正射校正后的多光谱和全色数据配准的比较好（目前，大部分高分辨率数据正射校正后多光谱和全色数据配准的均比较好），所以我们这里不进行图像配准，直接进行图像融合；

4.2图像融合

4.2.1 NNDiffuse Pan Sharpening方法

点击在Toolbox→Extensions→NNDiffuse Pan Sharpening ；

Input Low Resolution Raster选择上一步正射校正后的多光谱数据，Input High
Resolution Raster选择上一步正射校正后的全色数据，其他参数保持默认，点击OK运行； 

注：NNDiffuse Pan Sharpening工具要求输入的多光谱和全色数据的空间分辨率是整数倍的（本例正射校正时分别将多光谱的全色的分辨率重采样为4米和1米，就是为了方便该工具的使用）。

浏览融合之后的影像与融合之前的多光谱影像，空间分辨率得到明显提升，颜色纹理也得到了比较好的保留。与全色融合后的光谱曲线整体升高。

       

 

4.2.2 Gram-Schmidt Pan Sharpening方法

点击在Toolbox→Extensions→Gram-Schmidt Pan Sharpening;

Input Low Resolution Raster选择上一步正射校正后的多光谱数据，Input High Resolution Raster选择上一步正射校正后的全色数据，其他参数如下，点击OK运行；

      

 

5、裁剪

裁剪可以在ENVI中，也可以在Arcgis中，本次实验选择在Arcgis desktop中。

打开aecmap,加载融合后的遥感影像和需要裁剪的范围。查看影像属性是否正确。

 

打开工具箱->Data Management Tools->Raster->Raster Processing->Clip