3、遥感影像辐射校正教程.ppt

遥感影像辐射定标与大气校正、 展鹏tel 33605252525252525252525352535352535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353 在353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535353535 我们常见的图像的像素值通常是量化后的无量纲dn (数字数字)灰度值，并且在遥感量化分析中常用于物理量，例如放射线亮度值、反射率值、温度值等。 因此，传感器辐射定标是获得这些物理量的过程。 起到消除传感器本身产生的误差的作用。 辐射定标是将传感器记录的电压或数字量化值(DN灰度值)转换成绝对辐射亮度值(辐射率)的过程，或者转换成与物理量有关的相对值(诸如地表反射率或表面温度)的处理过程。 辐射缩放的类型、辐射缩放或绝对缩放与相对缩放的绝对缩放通过各种标准辐射源来建立辐射亮度值与数字量化值(DN值)之间的量化关系，并且对于普通线性传感器，绝对缩放或相对缩放通过线性关系表达式来建立数字量化值(DN值) 完成辐射亮度值l (单位：w/m2msr )的转换： L=Gain*DN OffsetL :辐射亮度值，单位(瓦/平方厘米*微米*球面度) Gain:增益系数可以从第一个文件中获取。 单位(瓦特/平方厘米*微米*球面度) DN :数字量化值，DN值是遥感影像要素的亮度值，记录的地上物的灰度值。 没有单位，为整数值，值的大小与传感器的辐射分辨率、图形辐射率、大气透过率和散射率等有关。 Offset:偏移量可从第一个文件中获取。 单位(瓦特/平方厘米*微米*球面度) y=a*x b (线性函数关系)，相对缩放确定在各像素之间、各探针之间、各光谱之间以及不同时间测量的辐射测量值的相对值。 传感器放射定标为：发射前的实验室定标利用星载标记进行星上定标发射后的定标(站点定标)。 注：我们经常使用的缩放参数是实验室缩放的结果(高分辨率传感器QuickBird、WorldView-1等)。由于实验室缩放和星上缩放的组合参数(NOAA、MSS等)的设备老化Landsat数据的缩放、缩放参数为Chander、Markham、andHelder(2009 ) 利用的研究成果，其中LPGS和laps分别是由两种数据处理系统得到的产品：the level1productgenerationsystem (lpgs )thenationallandarchivedproductionsystem (thenationallandarchivedproductionsystem ) 具体参数如下：nplaps处理和LPGS处理产品的MSS定标参数，nplaps处理产品的tm4，5定标参数，landat数据定标ENVI实现顺序，使用landat数据定标工具USGS (unitedstatesgeologicalsurvey )从美国地质调查局的网站下载的带MTL元数据的Landsat7数据为例， 在ENVI主菜单中，打开file-openexterinalfile-landat-geotiffwithmedita Landsat 7e TM数据L71140037_03720050724_MTL.txt，然后在ENVI主菜单中单击， 启动标定工具：选择basic tools-preprocessing-calibrationutilitties-landatcalibration，选择文件，然后单击OK按钮。 在ENVILandsatCalibrationDialog中，输入CalibrationType注意事项为Radiance (辐射亮度值)的参数(自动从元数据中检索)。 单击“EditCalibrationParameters”按钮打开“缩放参数”对话框，您可以在其中修改自己的缩放参数。 选择输出路径和文件名，点击OK按钮执行缩放处理。显示缩放结果，元数据信息丢失时，或选择fileopenexternalfilelandatgeotiff，打开geotiff格式的文件时， 必须手动输入ENVILandsatCalibrationDialog对话框中的参数(默认参数将自动添加)。以没有元数据的Landsat7_GeoTIFF格式的文件数据为例。 操作步骤如下： MODIS数据缩放公式：反射率计算公式r=reflectance _ scale * (dn-reflectance _ offset )放射亮度计算公式r=radiance _ scale * (dn-radiance _ offset ) modis数据缩放ENVI实现方法步骤： fileopenexterinalfileEOS-modis用该方法打开MODIS级别1的数据时，ENVI自动对数据进行放射线缩放，打开的数据是放射线缩放完成的数据。 此外，传感器参数、MODIS数据的元数据本身存在于HDF文件数据集中，该文件包括辐射缩放所需的全部参数，元数据的获取可以使用HDFExplorer等HDF文件阅览工具来获取它还包括一个用于获取元数据的模块：基本工具-预处理-数据专用性-可视化数据库-大气校正定义，大气校正的目的是为了达到大气和光源等因素对地物反射的影响广义上，为了得到地物的反射率、放射率或者地表温度等实际的物理模型参数，狭义上是为了取得地物的实际反射率数据。 用于消除大气中水蒸气、氧气、二氧化碳、甲烷、臭氧等物质对地物反射的影响，消除大气分子和气溶胶散射的影响。 在许多情况下，大气校正同时也是反转地上物体的真实反射率的过程。 问题：什么情况下需要大气补偿？ 我们购买的图像和用其他方法取得的图像大气校正了吗？ 一般地说，在需要定量地反转地球的信息，正确地识别地上物的情况下，有必要在影像中反映太阳光的放射状况。 我们购买的图像，在说明书中明确记载了放射线校正，但是，这个放射线校正是粗放射线校正，只是进行了系统的大气校正，和系统的几何校正的意思相同。 大气校正的类型是：绝对大气校正：根据对遥感图像的校正结果，将遥感图像的DN值转换为地表反射率、地表放射率、地表温度等的方法。 相对大气修正：修正后得到的图像，相同的DN值表示相同地物的反射率，其结果，不考虑地物的实际反射率。 既然有这么多的大气校正方法，该如何判断使用什么样的方法呢？ 总结规则仅供参考： 1、细致定量研究，选择基于辐射传输模型的大气校正方法。 2、进行动态监视时，可以选择相对大气修正方法或比较简单的方法。 3 .参数不足时，只能选择其他简单的方法。 简化暗像素法的大气校正的原理是，在某个条件下反射率小的(大致为0 )暗像素受到大气的影响，这些像素的反射率相对增加，即，由于暗像素增加的部分的反射率受到大气的影响，从其他像素减去这些暗像素增加的像素值，由此减少大气对图像整体造成的影响重要信息：查找暗元和暗元增加的元值。 ENVI下的“DarkSubtract”工具使用三种方法确定暗像素的像素值：选择带宽的最小值、ROI的平均值和自定义值。 操作过程如下(以2000年TM5大兴安地区的影像为例):(1)打开修正对象的图像文件。 fileopen image filelandat7_ 2000.img数据的选择，(2)在主菜单中选择basic toolspreprocessinggeneralpurposetilitiesDar subtract， 在文件选择对话框中选择要校正的图像文件2000.img，然后单击OK按钮打开DarkSubtractionParameters面板。(在DarkSubtractionParameters面板中，有三种方法可以确定较暗的像素值： 带宽最小、各带宽的最小值自动作为暗像素的像素值进行统计，从各带宽减去该值，作为结果输出的ROI的平均值(RegionOfInterest )，减去每个带宽的关注区域的平均像素值，作为输出结果的自定义值(UserValue )，是每个带宽的暗像素(在OutputResultto中，选择与文件相对应的输出路径和文件名，然后单击OK执行操作。 大气补正模块大气补正模块(AtmosphericCorrection )为FLAASH补正工具(fast line-of-sightatmatosphericanalysisofspectralhypercubes ) QUAC提供快速大气校正工具(QuickAtmosphericCorrection )两种大气校正工具，flash大气校正工具，开发背景： flash基于MODTRAN4辐射传输模型，MODTRAN模型研究大气校正算法ITTVIS公司负责集成和GUI设计。 FLAASH的特点：支持传感器种类多FLAASH采用MODTRAN4辐射传输模型，该算法精度高。 与图像相关的标准MODTRAN大气模型和气溶胶类型可以直接使用根据图像像素光谱上的特征估计大气属性，在可以有效去除与遥感图像同时测量的大气参数数据无关的水蒸气/气溶胶散射效果的同时， 根据像素电平的修正，修正对象像素和相邻像素的交叉放射的“接近效应”将人为抑制引起的频谱噪声进行频谱平滑化。 高速大气校正工具、高速大气校正工具(简称QUAC )从图像中自动收集不同物质的光谱信息，取得经验值，完成高光谱和多光谱的高速大气校正。 结果的精度接近基于FLAASH或其他辐射传输模型的/-15%。 QUAC输入数据是辐射亮度值、表观反射率和无单位的原始数据。 可以是任何数据存储顺序(BIL/BIP/BSQ )和存储类型，并且要求多光谱和高光谱传感器数据的每一波段的中心波长信息。 (在ENVI主菜单中，选择basic tools-preprocessing-calibration utilities-quickaticassocicconectionspectral-quickaticassocicconciconciconciconcenciconcenciconce ) 选择ingcalibratingut的启动方法Ili ties-quickatmatosphericorrection，在文件输入对话框中选择修正后的图像文件。 (2)打开quickatmelosphericcorrectitionparameters面板，在SensorType中选择相应的传感器类型，选择文件名和路径输出。 闪存模块中数据输入的要求：1.图像基本参数带宽范围：卫星图像4002500nm； 航空图像8601135nm； 元类型：缩放后的放射亮度(放射率)数据，单位为W/(cm2nmsr )。 2 .数据存储类型的数据类型：浮点型、32位无符号整数； 文件类型： ENVI标准网格格式文件、BIP或BIL存储结构。 flash模块的启动方式(任意方式) :spectralflaashbasic toolspreprocessingcalibrationutilittiesflash、flash模块的概要、flash模块的操作界面此外，准备数据的过程：第一步骤：传感器定标第二步骤：辐射亮度单位转换辐射定标之后获得的辐射亮度单位为W/(m2msr )，闪烁所要求的辐射亮度单位为w/(cm2msr )，两者之间存在10倍的差异，并且闪烁模块可以是BIL或BIL第三步骤：调整存储顺序，LandsatFLAASH大气校正，第一步骤：传感器比例，第一步骤：在1)ENVI主菜单中选择fileopenexterinalfilelandatgeotiffwithmedita，在文件选择对话框中选择*。 envi会自动将数据添加到带宽列表中(在envi主菜单中，选择“basic tools”“preprocessing”“calibrationutilitties”“Landsat calibration”，然后选择“可见光”“红外组”(6个波段)以实现LAN Landsat缩放工具自动从元数据文件中检索相关信息，选择CalibrationType:Radiance)选择输出路径和文件名，然后单击OK执行缩放操作。 步骤2 :辐射亮度单位转换(1)从主菜单中选择BasicToolsBandMath (在Enteranexpression中输入B1/10.0，然后单击OK按钮(MapVariabletoInputFile按钮) 在文件输入对话框中选择放射线量亮度值文件(第一步输出的传感器缩放文件) (单击Choose按钮，选择输出文件名和路径，单击OK按钮执行操作。 在，(1)主菜单中，选择BasicToolsConvertData(BSQ，BIL，BIP )，在ConvertFileInputFile对话框中选