ENVI/IDL实现HJ卫星气溶胶反演

       之前基于modis反演过气溶胶，也利用ENVI for ArcGIS Server成功在线部署，在线体验地址：http://tm.arcgisonline.cn/2013/0416/550.html。这次利用环境卫星反演气溶胶，使用了查找插值，因此不同于modis的气溶胶反演结果，气溶胶值不仅限于查找表中的值了，每个像元一个对应的气溶胶值，而且对反演结果进行了空值填补和滤波处理。

图1 HJ卫星气溶胶反演流程图

详细功能模块介绍：

1、 HJ卫星波段合成和辐射定标

利用IDL编写的HJ卫星扩展工具，很容易的实现了数据的波段和成和辐射定标功能。

图2  辐射定标

2、 辐亮度转换为表观反射率

利用IDL实现福亮度到表观反射率的转换，转换所需要的参数例如卫星ID、传感器ID、太阳高度角、影像拍摄时间都是从HJ星数据自带的XML文件中读取的。很明显，影像像元值已经由辐射定标后的福亮度转换为了表观反射率。

图3 辐射亮度转换为表观反射率公式

 

图4 福亮度转换为表观反射率

3、 裁剪和重采样处理

为了更精确的反演气溶胶，经过试验当影像分辨率达到300*300的时候反演出来的气溶胶效果最好；为了更快的进行气溶胶反演，对影像进行裁剪。

图5 裁剪和重采样

4、 云检测

 HJ卫星的云检测是通过阈值实现的，研究表明（Acker-man等,2010）,在红光波段卫星观测到的云的反射率一般大于0.2，因此我们可以利用0.2这个阈值来去除云。

图6 云检测

5、 暗像元判断

NDVI的值在[-1 ~1]之间，对陆地表面上的主要覆盖而言，云、水和雪等在可见光波段的反射比在红外波段的反射强，其NDVI为负值，因此也将被判为非暗像元被筛选出来，不参与AOD的计算;而有植被覆盖时NDVI>0,且其值随着覆盖度的增大而增大，因而可以用来识别暗像元。通过监测产品和地面同步观测数据的验证对比，同时考虑大气影响，将NDVI的闭值设为0.3。如下图所示，白色区域为暗像元区。

图7 暗像元区域

6、 角度文件（太阳和卫星天顶角、方位角）

HJ星的XML文件中有一个中心点的太阳高度角和太阳方位角，在txt文件中有每一个像元的观测天顶角和观测方位角。但是对于气溶胶反演来说，一景数据用一个太阳天顶角和方位角还是会影响精度的，因此通过读取txt文件中的观测天顶角和观测方位角和xml中的参数来计算每一个像元的太阳天顶角和太阳方位角，然后将得到的四个角度数据插值成为一个包涵四个波段的ENVI文件。

以上所有的功能都是利用IDL实现的。

图8 太阳天顶角

7、 查找表

HJ星的查找表功能是利用IDL调用6S辐射传输模型实现的，该查找表是考虑了所有的角度，因此适用于各个地区，也可以建立针对每一景图像建立一个查找表。查找表内容分为7项，分别为：辐射传输方程参数 P0 、 T、S、太阳天顶角、卫星天顶角、相对方位角、气溶胶值。

图9 环境卫星查找表

8、 气溶胶反演

气溶胶反演程序是利用IDL实现暗像元掩膜，查找查找表，插值查找表，气溶胶逐像元反演，高度校正、输出反演结果功能。没有做过任何处理的反演结果如下图所示。

图10 气溶胶反演结果

9、 反演后处理

气溶胶反演出之后，非暗像元去是没有气溶胶值的，因此要进行空值填补，为了更好的显示，去除由于噪声影响而出现的小斑点，做了滤波处理，最终显示效果如下图所示。

图11 反演后处理

10、    叠加重庆市行政区划界限

图中比较红的地方气溶胶值较大，这个地方是因为遥感影像上有薄云导致的，从反演结果上可以看出，自右下角向左上角递增的趋势，重庆市市区基本也是和整个趋势，红色区域可不做参考。

图12 叠加重庆行政矢量图