定量/高光谱遥感之——大气校正（二）
2.6 FLAASH大气校正
FLAASH是基于MODTRAN4+辐射传输模型，MODTRAN模型是由进行大气校正算法研究的领先者SpectralSpectral Sciences, Inc和美国空军实验室（Air Force Research Laboratory）共同研发。Exelis VIS公司负责集成和GUI设计。
1. FLAASH特点
l 支持传感器种类多，包括多光谱的ASTER，AVHRR，GeoEye-1，IKONOS，IRS，Landsat，MODIS，SeaWiFS，SPOT，QuickBird，RapidEye等，高光谱HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO-1)、AISA等。可以通过自定义波谱响应函数支持更多的传感器。工程化应用价值比较明显。
l FLAASH采用了MODTRAN4+辐射传输模型，该算法精度高。任何有关影像的标准MODTRAN大气模型和气溶胶类型都可以直接使用。
l 通过影像像素光谱上的特征来估计大气的属性，不依赖遥感成像时同步测量的大气参数数据。
l 可以有效地去除水蒸气/气溶胶散射效应，同时基于像素级的校正，矫正目标像元和邻近像元交叉辐射的“邻近效应”。
l 对由于人为抑止而导致波谱噪声进行光谱平滑处理。作为结果，除了真实地表反射率外，还可以得到整幅图像内的能见度、卷云与薄云的分类影像、水气含量数据。
2. 使用ENVI大气校正模块
ENVI大气校正模块的使用主要又以下7个方面组成：1、输入文件准备，2、基本参数设置，3、多光谱数据参数设置，4、高光谱数据参数设置，5、高级设置，6、输出文件，7、处理结果。下面介绍这7个方面内容。
(一) 输入文件准备
1) 支持传感器类型
高光谱包括：HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO-1)、AISA等；多光谱包括：ASTER，AVHRR，GeoEye-1，IKONOS，IRS，Landsat，MODIS，SeaWiFS，SPOT，QuickBird，RapidEye等，
航空：860nm-1135nm波长范围
2) 数据是经过定标后的辐射亮度（辐射率）数据，单位是：（μW）/（cm2*nm*sr）。
3) 数据带有中心波长（wavelenth）值，如果是高光谱还必须有波段宽度（FWHM）,这两个参数都可以通过编辑头文件信息输入（Edit Header）。
4) 数据类型
支持四种数据类型：浮点型（floating）、长整型(long integer )、整型（integer）和无符号整型(unsigned int)。数据存储类型：ENVI标准栅格格式文件，且是BIP或者BIL。
5) 波谱范围：flaash能够做的数据光谱范围是0.4－2500μm。
(二) 基本参数设置
1) 输入文件及输出路径设置，如图6所示。
2) 传感器基本信息设置
选择传感器类型，成像中心点经纬度，成像时间，高度信息（成像区域和传感器飞行高度），传感器这些都可以在数据自带信息文件里获得，需要注意的是南半球和西半球要用负值。
图6基本参数设置
3) 大气模型（Atmospheric Model）
提供6种大气模型，如表2所示，可根据纬度和成像季节对照表3查找对应的大气模型。
| Model Atmosphere |
Water Vapor (std atm-cm) |
Water Vapor (g/cm2) |
Surface Air Temperature |
| Sub-Arctic Winter (SAW) |
518 |
0.42 |
-16 °C or 3 °F |
| Mid-Latitude Winter (MLW) |
1060 |
0.85 |
-1 °C or 30 °F |
| U.S. Standard (US) |
1762 |
1.42 |
15 °C or 59 ° |
| Sub-Arctic Summer (SAS) |
2589 |
2.08 |
14 °C or 57 ° |
| Mid-Latitude Summer (MLS) |
3636 |
2.92 |
21 °C or 70 ° |
| Tropical (T) |
5119 |
4.11 |
27 °C or 80 ° |
表2六种标准的大气模型
| Latitude (°N) |
Jan. |
March |
May |
July |
Sept. |
Nov. |
| 80 |
SAW |
SAW |
SAW |
MLW |
MLW |
SAW |
| 70 |
SAW |
SAW |
MLW |
MLW |
MLW |
SAW |
| 60 |
MLW |
MLW |
MLW |
SAS |
SAS |
MLW |
| 50 |
MLW |
MLW |
SAS |
SAS |
SAS |
SAS |
| 40 |
SAS |
SAS |
SAS |
MLS |
MLS |
SAS |
| 30 |
MLS |
MLS |
MLS |
T |
T |
MLS |
| 20 |
T |
T |
T |
T |
T |
T |
| 10 |
T |
T |
T |
T |
T |
T |
| 0 |
T |
T |
T |
T |
T |
T |
| -10 |
T |
T |
T |
T |
T |
T |
| -20 |
T |
T |
T |
MLS |
MLS |
T |
| -30 |
MLS |
MLS |
MLS |
MLS |
MLS |
MLS |
| -40 |
SAS |
SAS |
SAS |
SAS |
SAS |
SAS |
| -50 |
SAS |
SAS |
SAS |
MLW |
MLW |
SAS |
| -60 |
MLW |
MLW |
MLW |
MLW |
MLW |
MLW |
| -70 |
MLW |
MLW |
MLW |
MLW |
MLW |
MLW |
| -80 |
MLW |
MLW |
MLW |
SAW |
MLW |
MLW |
表3数据经纬度与获取时间对应的大气模型
4) 水气反演Water Retrieval
水气反演设置，采用两种方式对水气进行反演：
a) 利用水气反演模型恢复影像中每个像元的水气量
使用水气反演模型，数据必须具有15nm以上波谱分辨率，且至少覆盖以下波谱范围之一：
l 1050-1210 nm (对应1135 nm)
l 870-1020 nm (对应940 nm)
l 770-870 nm (对应820 nm)
对于大多数多光谱传感器，水气反演默认显示的是NO，因为大多数传感器没有适当的波段来补偿水气的影响。
b) 单一的水气因数用于整体影像，默认是1，
对于多光谱数据使用水气反演模型，可以在多光谱设置中手动设置水气波段
5) 气溶胶模型（Aerosol Model）
a) 提供四种标准MODTRAN气溶胶模型
Rural（乡村）、Urban（城市）、Maritime（海洋）、Tropospheric（对流层，能见度在40km以上）
b) 两种气溶胶反演方法
2-Band（K-T）方法(类似模糊减少法)，如果没有找到适应的黑值（一般是阴影区或者水体），系统将采用能见度值来计算；所以即使选择了该选项也要给能见度。
选择None，采用能见度值参与气溶胶反演，能见度值大约参考值参见表4
| 天气条件 |
能见度 |
| 晴朗 |
40 to 100 km |
| 中等雾、阴霾 |
20 to 30 km |
| 厚雾、阴霾 |
15 km 或者更少 |
表4天气条件与能见度对照表
6) 光谱打磨(高光谱) Spectral Polishing
对高光谱数据的光谱进行打磨处理，对波谱曲线进行微调，使波谱曲线更加近似于真实地物的波谱曲线。
7) 重新定标波长（Recalibratingthe Input Wavelengths）
各个波段的中心波长对大气校正结果影像比较大。
(三) 多光谱数据参数设置
当基本设置里设置了水气反演以及气溶胶反演，相应的要在此设置相关参数（单击Multispectral Settings）。有两种设置方式：文件方式和图形方式，一般选择图形方式。
1) 水气反演模型参数
| Water Retrieval |
1135 nm |
absorption |
1117 - 1143 nm |
| reference upper wing |
1184 - 1210 nm |
||
| reference lower wing |
1050 - 1067 nm |
||
| 940 nm |
absorption |
935 - 955 nm |
|
| reference upper wing |
870 - 890 nm |
||
| reference lower wing |
995 - 1020 nm |
||
| 820 nm |
absorption |
810 - 830 nm |
|
| reference upper wing |
850 - 870 nm |
||
| reference lower wing |
770 - 790 nm |
||
| Aerosol Retrieval |
KT upper |
2100 - 2250 nm |
|
| KT lower |
640 - 680 nm |
||
| Cloud Masking |
cirrus clouds |
1367 - 1383 nm |
|
表5推荐使用波长与波段对应关系
2) 气溶胶模型参数设置（用气溶胶模型要求数据波段覆盖660nm和2100nm波谱），具体波段选择可以从表5所列中选择。
图7多光谱数据参数设置
(四) 高光谱数据参数设置
3) 自动选择通道定义(推荐)
4) 设置通道定义
图8高光谱设置
(五) 高级设置
图9高级参数设置
在高级设置面板里可以设置以下几个参数：
1) 光谱定义文件：内置AVIRIS、HYMAP、HYDICE、HYPERION、CASI、AISA。
2) 气溶胶厚度系数：用于技术邻域效应范围。一般值为1~2km。
3) CO2混合比率：默认为390ppm。
4) 使用领域纠正（Use Adjacency Correction）。
5) 使用以前的MODTRAN模型计算结果。
6) 设置MODTRAN模型的光谱分辨率（推荐值5 cm-1)。
7) 设置MODTRAN多散射模型。
提供三种模型供选择Isaacs，DISORT和Scaled DISORT。默认是Scaled DISORT和streams为8，这种模型对于小于1000nm具有较高的精度；
8) 天顶角\方位角（针对非星下点传感器）。
9) 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。
(六) 输出文件
经过大气校正模块处理，可以得到以下结果：
l 表面反射率影像
l 水气含量数据
l 云图
l 日志文件
l FLAASH大气校正模板文件
(七) 处理结果
此模块的波谱还原精度高，使用大气校正模块进行大气校正，能高保真地恢复地物波谱信息。
图10校正前后效果图
3. 常见问题
1、如图11所示错误，为因为没有设置输出反射率文件名，解决方法是单击Output Reflectance File按钮，选择反射率数据输出目录及文件名。
2、在做modis数据时候，不能使用领域纠正（Use Adjacency Correction）。
3、当数据有地理坐标时候，像元大小要也参数中设置保持一致。如你tm数据是25米的，那么选择Landsat时候，像元大小默认是30米，这个时候如果改成25米会报错。
4、得到的结果有负值，这个不好解释，可以理解为误差或者其他因素。或者对太阳光强吸收区域，如水体。
更多错误详细参考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0100pvrk.html