遥感大气校正.doc

实验四 遥感图像的大气校正实验目的：通过实习操作，掌握遥感图像大气校正的基本方法和步骤，掌握遥感图像波段计算及其应用实验内容： 环境小卫星的数据读取； 辐射定标、图像配准、大气校正； 植被反演、植被覆盖变化监测1、实验相关知识及背景u 传感器定标就是将图像的数字量化值（DN）转化为辐射亮度值或者反射率或者表面温度等物理量的处理过程；传感器定标可分为绝对定标和相对定标，绝对定标是获取图像上目标物的绝对辐射值等物理量u 遥感图像的大气校正方法很多，这些校正方法按照校正后的结果可以分为2种：绝对大气校正方法：将遥感图像的DN(Digital Number)值转换为地表反射率、地表辐射率、地表温度等的方法相对大气校正方法：校正后得到的图像，相同的DN值表示相同的地物反射率，其结果不考虑地物的实际反射率u ENVI下FLAASH大气校正工具是基于MODTRAN4+辐射传输模型，FLAASH对图像文件有以下几个要求：（1）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）2）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）。

3）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BIL4）波谱范围：400－2500nmu 浑善达克地区位于内蒙古草原锡林郭勒高原中部近年来频频发生在京津地区的沙尘暴与该地区生态环境恶化相关据统计，京津地区沙尘暴70%的沙源来自于这个区域通过对该区域植被覆盖度的定量反演，植被覆盖的变化检测，可以实现草原植被的高频率、大范围、高实时的变化监测2、实验步骤 根据环境小卫星CCD数据特点及草原植被变化监测的要求，采用以下处理流程： 一、数据预处理：1.CCD数据读取；2.辐射定标；3.大气校正；4.研究区裁剪； 二、反演模型建立1.归一化植被指数；2.植被覆盖度； 三、植被变化监测1.植被覆盖区提取；2.植被变化检测； 四、后期处理与应用u 数据读取和定标（1）安装环境小卫星数据读取和定标补丁ENVI_HJ1A1B_Tools.sav文件放在home\ITT\IDL\IDL80\products\envi48\save_add目录下。

2）数据读取和定标主菜单->File->Open External File->HJ-1A/1B Tools3）数据裁剪，由于整景数据范围比较大，所以在做大气校正前，先将浑善达克以及周边区域裁剪出来主菜单->Basic Tools->Resize Datau 图像配准做变化监测，两个时相的数据必须互相配准具体步骤参考几何校正：主菜单->Map->Registration->Select GCPs：Image to ImageBase Map基础底图选用“浑善达克2006年8月土地利用分类图.img”，控制点参考“HJ-jz-GCP.pts”u 大气校正（1）主菜单->Basic Tools->Preprocessing->Calibration Utilities->FLAASH参数文件参考“template”u 矢量数据进行裁剪矢量数据选用“浑善达克矢量数据”u 归一化植被指数计算应用被植被强吸收的红光波段（环境星第3波段）和被植被强反射的近红外波段（环境星第四波段）计算归一化植被指数1）主菜单->File-> Transform ->NDVIu 植被覆盖度计算（1）在ENVI主菜单栏中波段运算Basic Tool->Bandmath。

运算表达式： (b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.)*0+(b1 ge 0 and b1 le 0.7)*((b1-0.0)/(0.7-0.0))u 植被覆盖变化监测（1）2009年植被覆盖度大于0.3的为植被覆盖区；2009年8月植被覆盖区运算表达式：(b1 le 0.3)*0 +(b1 gt 0.3)*1b1为20090811植被覆盖度图像，0.3为经验值2）2006年土地利用分类图DN值=1、2、3为植被覆盖区2006年8月植被覆盖区运算表达式：(b1 ge 1 and b1 le 3)*1+(b1 lt 1)*0+(b1 gt 3)*0b1为浑善达克2006年8月土地利用分类图3）植被覆盖变化监测运算表达式： b1-b2b1:2009年8月的植被覆盖区图像；b2:2006年8月的植被覆盖区图像u 植被变化区域制图对-1、0、1值以及背景值分别进行密度分割//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////附录1（来自于网络资源）：附录2环境系列卫星是中国专门用于环境和灾害监测的对地观测系统的。

系统由2颗光学卫星（HJ-1A卫星和HJ-1B卫星）和一颗雷达卫星（HJ-1C卫星）组成的拥有光学、红外、超光谱等不同探测方法，有大范围、全天候、全天时、动态的环境和灾害监测能力HJ-1A及HJ-1B卫星（光学卫星）HJ-1A和HT-1B卫星是用于环境与灾害监测预报的，它们也搭载了CCD相机和超光谱成像仪（HSI） HT-1C卫星（雷达卫星）HJ-1C卫星也是用于环境与灾害监测预报的，是中国首颗S波段合成孔径雷达卫星，会与已经发射的HJ-1A卫星、HJ-1B卫星形成的卫星系统附录3 FLAASH模型FLAASH大气校正模块 （1）FLAASH模块简介FLAASH是由世界一流的光学成像研究所－波谱科学研究所（Spectral Sciences Inc.）在美国空军研究实验室（U.S. Air Force Research Laboratory）支持下开发的大气校正模块波谱科学研究所在1989年大气辐射传输模型开发初期就广泛从事MODTRAN的研究工作，已成为大气辐射传输模型开发过程中不可缺少的一员FLAASH适用于高光谱遥感数据（如HyMap，AVIRIS，HYIDCE，HYPERION，Probe-1，CASI和AISA）和多光谱遥感数据（如陆地资源卫星，SPOT，IRS和ASTER）的大气校正。

当遥感数据中包含合适的波段时，用FLAASH还可以反演水气、气溶胶等参数ENVI中大气校正模型FLAASH，是高光谱辐射能量影像反射率反演的首选大气校正模型FLAASH能够精确补偿大气影响，其适用的波长范围包括可见光至近红外及短波红外，最大波长为3μm其它的大气校正模型是计算方法基于查找表（Look-up Table）、利用插值方法计算，而FLAASH是直接移植了modtran4中的辐射传输计算方法我们可以选取代表研究区的大气模型和气溶胶类型FLAASH模型中输入的图像必须是经过辐射定标后的辐射亮度图像，格式为BIL或BIP,数据类型为floating-point，4-byte signed integers，2-byte signed integers，或2-byte unsigned integers，为了能进行大气反演，图像至少包括下面三个范围区间内的15nm分辨率甚至更高的波段，即1050-1210nm，770-870 nm，870-1020nm对于已有传感器类型的高光谱遥感图像来说，图像头文件中必须包含波长和波谱带宽（FWHM）对于已知的多光谱传感器来说，仅仅需要波长，而未知的多光谱传感器类型，则要求知道波谱响应函数，如论文中ALI数据校正就需要输入波谱响应函数。

FLAASH支持多种传感器，其通过图像像素光谱上的特征来估计大气的属性，不依赖遥感成像同步测量的大气参数数据2）FLAASH模块参数设置①尺度转换因子的计算FLAASH模块中，在输入辐射能量数据时，同时要求输入尺度转换因子尺度因子有两种输入方式A:当各波段尺度转换因子不同时，选择每一种的输入方式，可事先把尺度因子输入到记事本文件中，然后，从记事本文件中直接读取；B：当尺度转换因子相同时，选择第二种输入方式由于模块中要求辐射能量的量纲是µW/（cm·nm·sr）,而经辐射定标AVIRIS数据的量纲为µW/(cm·nm·sr)，所以后者还需通过换算关系式1µW/（cm·nm·sr）=0.001mW/(cm·nm·sr)进行量纲转换因此，利用FLAASH模块校正AVIRIS数据时，其尺度转换因子为0.001对其它类型遥感数据大气校正时，可以参照上述方法计算相应的尺度转换因子判断尺度因子设置正确与否的方法是依据图像的数据统计特征，即当统计数据没有负值和大于1×放大系数的数值，则可以认为尺度转换因子设置正确②FLAASH其它参数的设置A：图像中心点坐标:可以从相应的HDF文件中找到，也可以从屏幕上直接读取影像的中心坐标，对反演结果影响不大。

当影像位于西半球时，经度为负值B：传感器类型:当选择传感器类型时，模块会选择相应类型的传感器波段响应函数，同时系统一般会自动设置传感器的高度和图像的空间分辨率若没有相应类型的传感器，则一些参数需要额外设置，如下文中ALI数据的校正C：海拔高度:海拔高度为研究区的平均海拔D：数据获取日期和卫星过境时间:卫星过境时间为格林尼治时间，可以从相应的HDF文件中找到E：大气模型:为了获取校正的最佳质量，选择一个合适的大气校正模型至关重要模块提供热带、中纬度夏季、中纬度冬季、极地夏季、极地冬季和美国标准大气模型，每个模块的大气水汽含量标准如表1，如果没有获取大气水汽含量，也可以通过地表大气温度来确定相应的模型，因为一定的温度和一定的大气水汽含量相关如果地表大气温度也不知道，那么可以通过数据获取时间和地点选择相应的大气模型F：水气反演ENVI软件提供了三个波段区间以供选择，分别为1050-1210nm(选项1135nm)、870-1020nm(选项940nm)、770-870nm(选项820nm)G：气溶胶模型可供选择的气溶胶模型有无气溶胶、城市气溶胶、乡村气溶胶、海洋气溶胶和对流层气溶胶模型当天气晴朗时，能见度一般为40－100公里，轻微雾气时能见度为20-30公里，雾气严重时，能见度为15公里甚至更少。

在高级设置中，①Modtran分辨率（Modtran resolution）：一般设置成5cm；②反射率输出时的尺度系数，默认尺度系数是10000，可以使用默认的尺度系数若使用默认的尺度系数，大气校正后得到反射率图像的数值域为：0-10000其余参数使用默认值。