辐射定标教程

1、在新版本ENVI中(4.5版本以及更新)，没有单独设立ASTEF MODIS定标的工具。对于ASTER L1AL1B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勺结果，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 TIF0分组波段。其中 VNIR、SWIR自动定标为辐射亮度,单位是：W/n2/srZm 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。图1 ASTER L1敏据如图2为打开MODIS 02级1km数据，其中250米和500米的

2、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/n2/ m/sr。File OptionsOGray Scale <： RGB Col1 即 Hofloulmc。(Bond 3)世 Availabe Band.M0D021B1. A20(K2<lfi. 0345. 005. 2C1EMRadi ance(Band J) ：25C口IKMRadi 皿 M(Bind 2) 25C1

3、即R散di白康£电：CBand 3) 50C1KMRadi ance(Band 4)(50C口1KMRadi自邛罗整CBand 55M1跚Rtdiane*(Paid 6) 50C1KMRadi ance(Bud T) 50t1KLSRadi ance场g 8)1雄Radianc#(Band 9)Radi ance型心10)1EMRadi anceCBand 11)Radijice(Band 12)a脚Ridi(Bud 131o)跚Radi aitce(Baxtd 13hi)网Radi wee141o)Raidi w：贮*OB血4hi)1EMRadi anceGBaud 15)口mtR

4、adi ance(Bwid 16漩Rtdi wet(Ptnd 17)1KMRadi anceCBmd 18)1KMRadi ance(Band 19)1期RHi anceCBand 26)回 MODO2E>ai. A2002246. 0345.005. K 1KM Emissive (Band 20)图2 MODIS 02级数据如果打开原始的 ASTEFD 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

5、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：Lb = Gain 来 DNb + Bias 公式 nLa = LMIN?1 + ( lmaxLMIN* )(qcal - QCALMIN)公式/L人 qcalmax-qcalmin7 '>式中：QCAL为原始量化的DN值LMIN入为QCAL = 0时的辐射亮度值LMA>Q为QCAL = QCALMAM 的辐射亮度值注：LMIN 入和 LMA>Q 的值取自 Chander, Markham, and Helder (2009)的研究成果。QCALMIN是

6、最小量化 定标像素值(与LMIN入类似)。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LMA>G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*&micro;m)。定标参数使用 Chander, Markh

7、am, 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:步口扯住4的简日福Ql&ia 127)Eks ndSpectTdil ran 跖Center wjwlengEhLMNxW/j麻W岫LMAXa(

8、W. rrt SrjmlVK；w；ftr w f啪)E此队 W.tnr'inij驹1强呻LI MSS (NLAPS)10.4触七舞？o>挪I9K湖0脉。200IS74 汹0155930.6&4-0J8O00-7.470176L拥邻将Q1276&900QIJW200皿112 MSS (NLAPS)10.497-0533皿孙82GJ2.0G7870gLS292tJ,60T.,7iaG英I-M85W&15393Q,69T-爪蜘ATM5152M4H106g4007-0590涵1303330973733.G6G67886.6L3WSS (NLM'S：.1Q4

9、内朝8X5454IS92.0W7D4心92OJSOfi-O.TOS队取3179I2S5S30315SS3OJ6Q3-O.TO30.7433349LI496103129】4叫5"心9用1愤IflWWD3ES7.5L4MSS (NUM'S)10.49S-0J6O5asso423&1朝碰418272O&HJ6&6取汹4364暮59®神4i56a3017575142IJ07874DS12604CUSOft-L-OZS0.9164ItG0.88183048制L5M$SN 网句1D497-O6070.55232.0S66103阻423179L3SSB 舞

10、3157032M3145逾1125980512494009-1,036OU3i2i皿4闻3«53.4NLAPS处理和LPGS处理产品的 MSS定标参数NLAPS处理产品的TM4、5定标参数说明：L5 TM在（1984 T991）间数据使用（LMA）Q =169, 333陆标参数。L7 tlM- SeiEDf 心"一 1 and gi心=河Specrrjl rangeCwicer w.tvelengthIMIN、LMAXfcGurtSUNhUnnsSimST岬J；w.麻 srpimi-'DiMW/(m2 srum)w- tni2 im)Sw 部m fLPCSj 0.4

11、52-05140.4S3-6229X7LI剧 709738t®72<L51ACL&H0.560-G.4300.9L3D9843-7£1tai23Q6bi23440.94252D瓦9440.772-M980.S35-5J241.10.W929I-Cl 07103951.547-i.m1.闷-to47.S70.193 220-119230.S6ia?bt2.$GIU150X3&74J87fSN/A7L0G5Q3462.20-035IG540.0664%-o.«84如IWM如AO幽60.706-4.724110575591-5.66H362High

12、 Gain (LPCSi 10.452-03140.4£J»62ISIjE0.778740-砧819972Q519，g>lQ560-64IWS5.78619-7018 口30.&3I-M920.662-5.0352.9。成1时f 6215334fl.772-0960.835-51157.4问，764-17410335L54E,枷l.6<-1,03 LOG0.126220'-113230.3&I0L31-U2.3G1133532I2J&50.03.7205116NM72D65-2M62.洒-0.MIO£O心盛a一 039丽

13、如RW0515-0,396Q.706-4.7龄。石 41732534LPG龄理产品的ETM成据定标参数同时ENVI还可以定标为表观大气反射率（p D公式3式中：L入为辐射亮度值d为天文单位的日地距离ESUM为太阳表观辐射率均值，对于Landsat 7 ETM+, ENVI使用 “the Landsat 7 Science DataUsers Handbook”上记录的参数； 对于 Landsat TM 4/5,ENVI 使用 Chander and Markham (2003)研究成果0 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

14、数据文件的Landsat 7 GeoTIFF (*_MTL.txt )，需要通过这种方式打开文件 FileOpen External FileLandsat GeoTIFF with Metadata。选择 Basic Tools PreprocessingCalibration UtilitiesLandsat Calibration，可以打开 定标工具。Landsat Satellite Sensor Landsat 1 ETM+D角牝 kcqui si I i on MonthAcqui sition Dty :Date Acquisition:Sun Elevation (de砂：Ca

15、libration Typt ORadianm ©ReflectEdi t Calibrati on ParametersLOutput R宅mult totttmory(5and 1)Gain：0-765274Bms:-6. 199?.(Btikd 2)G*in：o. SI整剥Bi :_6 OOOOC.(Band 3)Gain：0- 63960?Bias：7 SfMJOC(Band 4) G<inlBi 5000C.(Band 5)G«in：12847CBias：-1-OOOOCtnd 7)Gain：0-044243Bi_0. 3499?R«itor

16、71; Datfts«tOK Cancelt JEnt*r OutputChoo戏 | CompressOKQueue图3 Fast格式的L7定标界面Edit Cal ibr at ion Para. - _ | X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。http:/landsathandbook.g

17、/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。Lwdsat Sa 槌 Hi 槌 Sensors Lands at 5 IMD"t角Acquisition Month :JanuaryDataAequisition D&y :Acquisition Ttar90 00Sun ELev&ti on (deg):D&t< Acqui3i11on Band :C«lil>r«tio

18、n Type Radi«jce (-Refl«ctwc«Edit Values 1 LminLraax C* GainBiasEdit Caiibration Faro»etersOutput Re suit tQ '_*) File MemoryEnter Output FilenameChoose FjCofflprss0KQueueCanctl图5缺少元数据文件时候的定标界面卜面表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

19、.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BandLMINLMAXGainoffsetLMINLMAXGainoffset1-1.52152.10 0.602431-1.52-1.52193.0 0.762824 -1.522-2.84296.811.175100-2.84-2.84365.01.442510-2.843-1.17204.30

20、0.805765-1.17-1.17264.01.039880-1.174-1.51206.200.814549-1.51-1.51221.00.872588-1.515-0.3727.190.108078-0.37-0.3730.20.119882-0.3761.237815.3030.0551581.23781.237815.3030.0551581.23787-0.1514.380.056980-0.15-0.1516.50.065294-1.153.3 AVHRFB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、

21、-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-SpecificUtilities->AVHRR->Calibrate NOAA 6/7/8/9/10/11 。界面比较简单。在SS楸术方面，ENVI使用多通道海面温度( Multi-Channel Sea Surface TemperatureMCSST 计

22、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:Day MCSST SplitTs = a0 + a1*band4 + a2* (band4 - band5) + a3* (band4 - band5) * (sec( -1 )Night MCSST SplitTs = a0 + a1*band4 + a2* (band4 - band5) + a3* (band4 - band5) * (sec( -1)4)Night MCSST DualTs =

23、 a0 + a1*band4 + a2* (band3 - band4) + a3* (sec( -1) 4 )Night MCSST TripleTs = a0 + a1*band4 + a2* (band3 - band5) + a3* (sec( -1)4)2. NOAA-16,-17,-18:Day MCSST SplitTs = a0 + a1*band4 + a2*band5 + a3* (band4 - band5) * (sec( -1)Night MCSST SplitTs = a0 + a1*band4 + a2*band5 + a3* (band4 - band5) *

24、(sec( -1)Night MCSST DualTs = a0 + a1*band4 + a2* (band3 - band4) + a3* (sec( -1) 4 )Night MCSST TripleTs = a0 + a1*band3 + a2*band4 + a3*band5 + a4* (band3 - band5) * (sec( -1)3. NOAA-19Day MCSST SplitTs = a0 + al *band4 + a 2(band4 - band5) + a 3(band4 - band 5)(sec(洲)Night MCSST SplitTs = a0 + a1

25、 *band4 + a 2(band4 - band5) + a 3(band4 - band5)(sec( 寸)Night MCSST DualTs = a0 + a1*band4 + a 2(band3 - band4) + a3(sec( &1Night MCSST TripleTs = a0 + a1 *band4 + a 2(band3 - band5) + a 3(band3 - band5)(sec( 寸)4. NOAA MetOp-A FRAC:Day MCSST SplitTs = a0 + a1*band4 + a2* (band4 - band5) + a3* (

26、band4 - band5) * (sec( -1)Night MCSST SplitTs = a0 + a1*band4 + a2* (band4 - band5) + a3* (band4 - band5) * (sec( -1» )Night MCSST DualTs = a0 + a1*band4 + a2* (band3 - band4) + a3* (sec( -1)4)Night MCSST TripleTs = a0 + a1*band4 + a2* (band3 - band5) + a3*(band3 - band5) * (sec( -1» )其中Se

27、c( 4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 SplitSatellitea0a1a2a3NOAA-12-263.0060.9635632.5792110.242598NOAA-14-278.431.0173422.1395880.779706NOAA-15-261.0297350.9594562.6635798790.570613NOAA-16-273.773.301267-2.301950.628966NOAA-1

28、7-271.2060.992818-2.499160.915103NOAA-18-280.431.024532.100440.0784059NOAA-19-278.745961.019221.722700.80263MetOp-A FRAC-273.8161.002552.394510.903773表 4 Night MCSST SplitSatellitea0a1a2a3NOAA-12-263.940.9670772.3843760.480788NOAA-14-282.241.0290882.2753850.752567NOAA-15-271.39697240.9938922.75234663690.662999NOAA-16-273.15-2.536553.53160.753291NOAA-17-276.591.01015-2.58151.000541NOAA-18-276.0751.008412.234590.736946NOAA-19-277.713041.014321.917980.720