辐射定标教程.doc

在新版本ENVI中（4.5版本以及更新），没有单独设立ASTER和MODIS定标的工具。对于ASTER L1A/L1B和MODIS 02级数据，在打开数据时会自动完成对数据的定标。如图1所示打开ASTER L1B的结果，在波段列表中，自动读取各个波段的中心波长信息，并按照波段范围信息（VNIR、SWIR、TIR）分组波段。其中VNIR、SWIR自动定标为辐射亮度，单位是：W/m2/sr/m；TIR数据定标为大气表观温度值，单位：开尔文。打开其中一个数据，浏览像元值，可以看到已经定标为浮点型的辐射亮度值。 下载 (95.57 KB)2009-10-28 20:36图1 ASTER L1B数据 如图2为打开MODIS 02级1km数据，其中250米和500米的波段经过重采样为1km加入这个数据集中。ENVI根据各个波段的中心波长信息定标为三个类型数据：反射率数据（Reflectance）、辐射亮度值数据（Radiance）和发射率数据（Emissive）。其中反射率和发射率为01无单位值，辐射亮度值单位是：W/m2/m/sr。下载 (88.52 KB)2009-10-28 20:36图2 MODIS 02级数据如果打开原始的ASTER和MODIS的DN值数据，可以在ENVI主菜单中选择File-preferences，切换到Miscellaneous面板，将Auto-Correct ASTER/MODIS项设置为NO。3.2 Landsat数据定标ENVI4.7版本改进了Landsat数据定标的功能，对于Landsat4/5数据可以手动选择以下两种定标公式：下载 (12.45 KB)2009-10-28 20:36式中:QCAL为原始量化的DN值LMIN为QCAL = 0时的辐射亮度值LMAX为QCAL = QCALMAX时的辐射亮度值 注：LMIN和LMAX的值取自Chander, Markham, and Helder (2009)的研究成果。QCALMIN是最小量化定标像素值（与LMIN类似）。取值如下： 1：LPGS产品 1：04 April 2004之后的NLAPS产品 0：04 April 2004之前的NLAPS产品 注：如果没有元数据信息，QCALMIN取默认值1（TM和ETM+)）或者0 (MSS)。QCALMAX为最小量化定标像素值（与LMAX类似）。根据元数据信息取值为127, 254, 255。当缺少元数据时，QCALMAX 取默认值：255 (TM 和 ETM+)或者127 (MSS)。作为结果的辐射亮度值的单位为(W/(cm2*sr*µm)。定标参数使用Chander, Markham, and Helder (2009)的研究成果，其中LPGS 和NLAPS分别是两种数据处理系统得到的产品：the Level 1 Product Generation System (LPGS) 和 theNational Land Archive Production System (NLAPS)，从2008年12月份开始，L7 ETM+ 和 L5都是以LPGS系统处理，L4 TM和 MSS以NLAPS系统处理。具体参数如下所示：下载 (36.45 KB)2009-10-28 20:36NLAPS处理和LPGS处理产品的MSS定标参数下载 (46.78 KB)2009-10-28 20:36NLAPS处理产品的TM4、5定标参数说明：L5 TM在(19841991)间数据使用(LMAX=169, 333)定标参数。下载 (31.73 KB)2009-10-28 20:36LPGS处理产品的ETM+数据定标参数同时ENVI还可以定标为表观大气反射率（p）：下载 (3.85 KB)2009-10-28 20:36公式3 式中：L为辐射亮度值d为天文单位的日地距离ESUN为太阳表观辐射率均值，对于Landsat 7 ETM+，ENVI使用“the Landsat 7 Science Data Users Handbook”上记录的参数；对于Landsat TM 4/5,ENVI使用Chander and Markham (2003)研究成果s是以度为单位的太阳高度角。如果定标的Landsat数据带有元数据，ENVI会自动识别定标参数。对于带元数据文件的Landsat 7 GeoTIFF（*_MTL.txt） ，需要通过这种方式打开文件File Open External File Landsat GeoTIFF with Metadata。选择Basic Tools Preprocessing Calibration Utilities Landsat Calibration，可以打开定标工具。 下载 (70.81 KB)2009-10-28 20:36图3 Fast格式的L7定标界面 下载 (68.32 KB)2009-10-28 20:36图4 Landsat 7 GeoTIFF（*_MTL.txt）定标界面当遇到没有元数据文件的数据时，需要手动输入定标参数（默认情况下的参数经常不准），定标参数可以通过NASA网站查询或者是一些研究成果，由于不同处理系统或者数据经过重采样后原始的DN会有所不同，因此定标参数也有很多套标准。如下网址为NASA公布的定标参数。/handbook/handbook_htmls/chapter9/chapter9.html注意的是如果定标的数据格式是ENVI标准格式或者TIF格式，一次只能定标一个波段。下载 (63.22 KB)2009-10-28 20:36图5 缺少元数据文件时候的定标界面下面表1和表2是Landsat5的其他版本定标参数供参考。表1 Landsat TM5飞行前辐射定标系数（实验室定标）BandGainoffset10.602-1.5221.170-2.8430.806-1.1740.815-1.5150.108-0.3760.0551.2470.057-0.15表2 Landsat TM 5辐射定标系数（Gyannesh Chander等（2003年）从1984年3月1号至2003年5月4号2003年5月5号之后BandLMINLMAXGainoffsetLMINLMAXGainoffset1-1.52152.100.602431-1.52-1.52193.00.762824-1.522-2.84296.811.175100-2.84-2.84365.01.442510-2.843-1.17204.300.805765-1.17-1.17264.01.039880-1.174-1.51206.200.814549-1.51-1.51221.00.872588-1.515-0.3727.190.108078-0.37-0.3730.20.119882-0.3761.237815.3030.0551581.23781.237815.3030.0551581.23787-0.1514.380.056980-0.15-0.1516.50.065294-1.153.3 AVHRR数据定标ENVI提供的AVHRR定标工具可以对来自NOAA-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、 -14、 -15、-16、-17、-18和-19卫星的AVHRR数据进行定标。波段1和2被定标为反射率，波段3、4和5被定标为亮温值（单位：开尔文）。其中NOAA-6、-7、-8、-9、-10、-11选择主模块-Basic Tools（或Spectral）-Preprocessing- Data-Specific Utilities-AVHRR-Calibrate NOAA 6/7/8/9/10/11。界面比较简单。在SST技术方面，ENVI使用多通道海面温度（Multi-Channel Sea Surface Temperature MCSST）计算算法（包括三种：Split-window、dual-window和triple-window），分别用于白天和夜间的数据。每种方法的计算公式如下所示。1.NOAA-12,-14,-15：lDay MCSST Split Ts = a0 + a1*band4 + a2* (band4 - band5) + a3* (band4 - band5) * (sec() -1)lNight MCSST Split Ts = a0 + a1*band4 + a2* (band4 - band5) + a3* (band4 - band5) * (sec()-1)lNight MCSST Dual Ts = a0 + a1*band4 + a2* (band3 - band4) + a3* (sec() -1)lNight MCSST Triple Ts = a0 + a1*band4 + a2* (band3 - band5) + a3* (sec()-1)2.NOAA-16,-17,-18：lDay MCSST Split Ts = a0 + a1*band4 + a2*band5 + a3* (band4 - band5) * (sec() -1)lNight MCSST Split Ts = a0 + a1*band4 + a2*band5 + a3* (band4 - band5) * (sec() -1)lNight MCSST Dual Ts = a0 + a1*band4 + a2* (band3 - band4) + a3* (sec() -1)lNight MCSST Triple Ts = a0 + a1*band3 + a2*band4 + a3*band5 + a4* (band3 - band5) * (sec() -1)3.NOAA-19lDay MCSST Split Ts = a0 + a1*band4 + a2(band4 - band5) + a3(band4 - band5)(sec() -1)lNight MCSST Split Ts = a0 + a1*band4 + a2(band4 - band5) + a3(band4 - band5)(sec() -1)lNight MCSST Dual Ts = a0 + a1*band4 + a2(band3 - band4) + a3(sec() -1)lNight MCSST Triple Ts = a0 + a1*band4 + a2(band3 - band5) + a3(band3 - band5)(sec() -1)4.NOAA MetOp-A FRAC：lDay MCSST Split Ts = a0 + a1*band4 + a2* (band4 - band5) + a3* (band4 - band5) * (sec() -1)lNight MCSST Split Ts = a0 + a1*band4 + a2* (band4 - band5) + a3* (band4 - band5) * (sec() -1)lNight MCSST Dual Ts = a0 + a1*band4 + a2* (band3 - band4) + a3* (sec() -1)lNight MCSST TripleTs = a0 + a1*band4 + a2* (band3 - band5) + a3*(band3 - band5) * (sec() -1)其中Sec()是卫星高度角的正切值，Band3、4、5是定标后的亮温值（单位:开尔文），“a”参数值是根据漂流浮标和热带太平洋固定浮标数据，利用回归模型获得。不同的卫星对应的参数不一样，详细参见表36。表3 Day MCSST SplitSatellite a0 a1 a2 a3 NOAA-12 -263.006 0.963563 2.579211 0.242598 NOAA-14 -278.43 1.017342 2.139588 0.779706 NOAA-15 -261.029735 0.959456 2.663579879 0.570613 NOAA-16 -273.77 3.301267 -2.30195 0.628966 NOAA-17 -271.206 0.992818 -2.49916 0.915103 NOAA-18 -280.43 1.02453 2.10044 0.0784059 NOAA-19 -278.74596 1.01922 1.72270 0.80263 MetOp-A FRAC -273.816 1.00255 2.39451 0.903773 表 4 Night MCSST SplitSatellite a0 a1 a2 a3 NOAA-12 -263.94 0.967077 2.384376 0.480788 NOAA-14 -282.24 1.029088 2.275385 0.752567 NOAA-15 -271.3969724 0.993892 2.7523466369 0.662999 NOAA-16 -273.15 -2.53655 3.5316 0.753291 NOAA-17 -276.59 1.01015 -2.5815 1.000541 NOAA-18 -276.075 1.00841 2.23459 0.736946 NOAA-19 -277.71304 1.01432 1.91798 0.72064 MetOp-A FRAC -277.447 1.01377 2.52362 1.03056 表5 Night MCSST DualSatellite a0 a1 a2 a3 NOAA-12 -279.846 1.031355 1.288548 2.265075 NOAA-14 -273.914 1.008751 1.409936 1.975581 NOAA-15 -283.5117285 1.041037 1.5875819344 1.67743 NOAA-16 -273.082 1.50825 1.00413 1.52452 NOAA-17 -276.603 1.01805 1.49789 1.96181 NOAA-18 -279.755 1.02958 0.0502887 1.78302 NOAA-19 -276.61174