环境小卫星高光谱数据FLAASH精确大气校正方法

1、环境小卫星高多光谱数据 FLAASH精确大气校正方法高光谱遥感数据的特点是光谱分辨率高、 波段连续性强，能够获得地物在 一定范围内连续的、 精细的光谱曲线，具有非常好的应用前景。第一个星载民 用成像光谱仪是高光谱成像仪 Hyperion ，其平均光谱分辨率为 10 nm，空间分辨 率达到 30米。2008年9 月6日我国 HJ-1顺利升空，其中 A星搭载了我国自主研制 的空间调制型干涉高光谱成像仪( HSI)。HSI 对地成像幅宽为 50 km, 星下点像元地面分辨率为 100 m，115个波段， 工作谱段： 459 956nm。具有 30度侧视能力和星上定标功能。ENVI扩展工具一、HDF5

2、读取补丁从 HIS 数据中获取元数据信息。下载地址： http:/bbs.esrichina- D1。二、HJ-1数据预处理补丁为 HIS 数据添加中心波长信息和波段宽度 (FWH)M. 下载地址： http:/bbs.esrichina- 拷贝 sav 文件到 ENVI 安装目录的 save_add 目录下。步骤：(1) 选择 ENVI-File-Open External File-HJ-1-HJ-1A /1B Tools工具。图1(2) 选择 HIS，单击 Input Files 选择 HIS 文件( .xml )(3) 选择输出路径，单击 Apply 执行。(4) 在 ENVI主模块中

3、，选择 Basic Tools-Convert Data(BSQ,BIL,BIP) ，将 刚才生成的文件转成 BIP 储存顺序的文件。按照 FLAASH工具的要求，已经将 HSI数据转成 BIP 储存顺序、带有中心波 长信息、波段宽度信息的 ENVI 格式文件。说明：如果不用 HJ-1数据预处理补丁， 可以在波段列表中手动输入中心波长 和波段宽度信息。FLAASH参数设定HSI数据已经经过了定标，单位是 100W/(m2*um*sr ) ，启动 FLAASH工具，在 输入辐射率数据时候，缩放系数填写： 1000(即缩小1000倍)，(符合 FLAASH对 辐射亮度单位的要求 (W)/ (cm2

4、*nm*sr)。图 2 辐射亮度值缩放系数一、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)等都可以在 HDF5文件中获取。选择 ENVI-File-Open External File-Generic Formats-HDF5，打开 .h5 文件，如下是相应参数填写。图 3 成像中心点经纬度信息图 4 成像时间(选择开始扫描时间，开始和结束时间相差不大)传感器信息是固定的：飞行高度 650km，像元分辨率 100米二、大气参数设置大气模型( Atmospheric Model )根据经纬度和日期来定。表1六种标准的大气模型Latitud

5、e (N)Jan.MarchMayJulySept.Nov.80SAWSAWSAWMLWMLWSAW70SAWSAWMLWMLWMLWSAW60MLWMLWMLWSASSASMLW50MLWMLWSASSASSASSAS40SASSASSASMLSMLSSAS30MLSMLSMLSTTMLS20TTTTTT10TTTTTT0TTTTTT-10TTTTTT-20TTTMLSMLST-30MLSMLSMLSMLSMLSMLS-40SASSASSASSASSASSAS-50SASSASSASMLWMLWSAS-60MLWMLWMLWMLWMLWMLW-70MLWMLWMLWMLWMLWMLW-80M

6、LWMLWMLWSAWMLWMLW水气反演设置Water Retrieval设置为 yes。 使用水气去除模型，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一：1050-1210 nm （ 对应 1135 nm）870-1020 nm （ 对应 940 nm）770-870 nm （ 对应 820 nm）HSI 选择 820 nm。l 气溶胶模型 根据影像所在地区的情况来设定，这里选择 Rural （乡村）。 提供两种气溶胶去除方法：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

7、该选项也要给能见 度。HSI 数据由于缺少短波红外波段， 这里选择 None，采用能见度值参与气溶胶去除。能见度值大约参考值参见下表天气条件晴朗能见度40 to 100 km中等雾、阴 20 to 30 km 霾厚雾、阴霾 15 km 或者 更少三、高光谱数据参数设置1） 自动选择通道定义 （推荐 ）图 5 高光谱设置2）高级设置里注意将 Title Size 设置成合适的值，一般设置成 100-800 不等， 如有发现此类问题相关报错，请试着调试 Title Size 大小和图 7中的 Image Title Size 大小，一般 Cache Size 设置成物理内存的一半， Image T

8、itle Size 大小设置成 Cache Size 的一半。图 6FLAASH 大气校正常见错误及解决方法FLAASH对输入数据类型有以下几个要求：1 、波段范围：卫星图像： 400 2500nm，航空图像： 860nm-1135nm。如 果要执行水汽反演，光谱分辨率 preferences -miscellaneous:cache 的大小，这个值正常是 14Mb（ 0背景很少的情况下） ; 如果 0背景较多，这个值还是需要设置大一些，比如 100200m。4. ACC error:avrd:No nonblank pixels foundIDL error:OPENR: Error ope

9、ning file. Unit: 100,为了能处理大数据， ENVI采用分块计算的方式，当 Tile 设置太小，而且有 背景值( 0)，就会出现一个 Tile 中全部为 0的情况，提示这个错误信息。在高级设置里面( Advanced Settings )， tile size ：设置稍微大一些，如 100200M等。5. ACC error:lsmooth2:IDL error:ACC_LSMOOTH2:Cannot continue with smoothing calculationENVI 的 FLAASH提供领域纠正功能，但是 MODIS、 AVHRR等图像分辨率 比较低，领域效应区

10、分不出来。解决方法是在在高级设置里面( Advanced Settings )，将领域纠正 ( Use Adjacency Correction ）设置为 No。6. ACC error:modrd5:Nonfinite numbers in coefficient array coefIDL error:CDRIVER4V3R2:Wait for MODTRAN4 calculation to 提示传入 MODTRA模N型参数有误， 常常是由于太阳高度角太小或者太大引起 的。提示这个错误之前会出现以下提示框解决方法是确认填写的影像中心位置经纬度信息（西经为负数、南纬为负数）、影像成像时间（格

11、林威治时间）是否正确7.ACC error:autochanHIS数据缺少 K-T气溶胶反演的所需的波段， 因此不能使用 K-T方法反演气溶胶。8、ACC error:autochanACC_AUTOCHAN:No water absorption channels selected这种错误一直没模拟出来， 一般是由于水汽反演、 大气模型的选择和飞行时间的 问题，如飞行时间使用的是北京时间等。9、ACC error:avrdIDL error:REBIN:Result dimensions must be integer factor of original dimen这个错位一般出现在你多次

12、执行 FLAASH工程文件时，没有重新设置输出文件而 选择替代的时候出现。好的方法就是重新启动 FLAASH和加载一次工程文件。 结果错误1. 结果中某一个波段或者多个波段全部为 0或者负值主要产生的原因是输入的辐射亮度数据值偏小。 可能有以下几种情况：(1) 在传感器定标的时候选择的是表观反射率 ( Reflectance )而不是辐射率 数据( Radiance )；(2) 没有做传感器定标，即没有将 DN值转换为辐 射率数据；(3) 选择了错误的波谱响应函数；(4) 用 BandMath 做了辐射亮度的单位换算，在 FLAASH中导入辐射亮度数据 时， Scale Factor 选择的不

13、是 1.0000 。2. 结果中极大值、极小值非常多，也就是 010000之外的值。当选择 RGB假彩色 显示的时候，出现花花绿绿的情况。辐射定标得到的辐射率数据单位与 FLAASH要求的单位不一样可能有以下几种情况：(1) 用 BandMath 做了辐射亮度的单位换算，在 FLAASH中导入辐射亮度数据 时， Scale Factor 选择的不是 1.0000 。(2) 没有做单位换算。3. 结果中部分像元为负值这个属于正常现象。 FLAASH是采用 MODTRA辐N 射传输模型模拟成像中的大 气过程，而且很多大气属性都是通过图像来估算， 加上大气组成的非均一性， 即 使 MODTRAN模4

14、型精度很高，也不能完全表达大气辐射传输的真实状况。当影像 上有强吸收或者高反射地物时候，就会出现部分像元为负值(如深水、高密度) 或者大于 10000。解决方法可以手动修改，如用周围的像元的平均值代替，可以使用ENVI 下的 The DEM Editing Tool 工具。4. 结果图像以 RGB显示比原图像视觉效果要差，如模糊。这个需要了解下遥感软件 RGB显示机制。遥感软件为了让遥感图像显示更加 “艳丽”，方便解译，默认会对图像进行拉伸显示，一般是 2%的线性拉伸。也就 是我们常常会看到图像值有两个，一个是 Scrn 值，也就是拉伸之后的显示值， 一个是 Data 值，也就是原始的图像 DN值。另外一个方面， 目前我们的 RGB加色 法显示都是基于 8bit 显示，也就是 0255。FLAASH 大气校正之后的结果是 16bit 的整型，而且存在一些极小、极 大值，这些对直方图整体形状有一定的影响，影响拉伸效果。解决方法是利用 ENVI下的 Interactive stretching工具，选择有效值范围进行拉伸。还有一种情况是校正图像有很多背景值， 比如经过几何校正的整景 TM影像。 背景及图像边缘处的像元在大气校正之后