实验十九 遥感图像辐射校正

Answer 1

一、实验目的

通过对ENVI的FLAASH 功能运用，掌握对Landsat卫星遥感影像做辐射定标与FLAASH大气校正的技术操作，加深对辐射定标和大气校正原理的理解。

二、实验内容

①桂林市TM 遥感影像辐射定标；②桂林市TM 遥感影像FLAASH大气校正处理。

三、实验要求

①明确ENVI的Lndsat辐射定标各项参数的意义及作用；②明确ENVI FLAASH大气校正处理各步操作的作用；③对FLAASH大气校正前后同名点的植被波谱曲线差异进行比较分析。编写实验报告。

四、技术条件

①微型计算机；②国际分幅127-43 TM 影像；③ENVI软件；④Photoshop软件（ver.6.0以上）和ACDSee软件（ver.4.0以上）。

五、实验步骤

辐射校正包括辐射定标与大气校正两部分。辐射定标是将传感器记录的电压或数字量化值（DN）转换成绝对辐射亮度值（辐射率）。大气校正就是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，获得地物反射率、辐射率和地表温度等物理参数真实数值的物理数学计算。

1.辐射定标

ENVI提供Calibration Utilities（校正工程）工具，可以利用定标系数完成ASTER、MSS、TM、ETM＋、QuickBird等传感器的辐射定标。本次实验介绍Landsat传感器定标的具体操作过程：

（1）在ENVI主菜单中，选择“File>Open External File>Iandsat>GeoTIFF with Metadata”，打开Landsat5 TM数据L5127043_04320051009 MTL.txt。

（2）在 ENVI主菜单中，选择“Basic Tools> Prepr coessing > Calibration Utilities >Landsat Calibration”，在打开的“Landsat Calibration Input File”对话框中，选择Land ast5 TM 文件，单击【OK】按钮，出现“ENVI Landsat Calibration”对话框（图19-1）。

（3）在“ENVI Landsat Calibration”对话框中，ENVI将自动从元数据中获取下列参数：Landsat卫星类型（Landsat Satellite Sensor）；图像成像时间（Data Acquisition Month/Day/Year）；太阳高度角（Sun Elevation）。

（4）定标类型（Calibration Type）包括“Radiance”（辐射亮度值）和“Reflectance”（反射率），选择“Radiance”（辐射亮度值）。

（5）点击【Edit Calibration Parameters】按钮，可以打开定标参数对话框，可以自己修改定标参数。

如果定标的数据格式是 ENVI标准或者TIF格式，需要手动输入“ENVI Landsat Calibration”对话框中的参数（Landsat卫星类型、图像成像时间和太阳高度角），并且每次只能定标一个波段。

图19-1 ENVI陆地卫星定标对话框

（6）选择输出路径及文件名，单击【OK】按钮，执行定标过程。

2.大气校正

目的是消除大气中的水蒸气、氧气、二氧化碳、甲烷和臭氧等对地物反射的影响，消除大气分子和气溶胶散射的影响，目前遥感图像的大气校正方法很多，本次实验选择FLAASH大气校正工具进行大气校正，FLAASH 对大气校正的输入图像作了一些要求，具体如下：

◎卫星图像波段范围为400～2500nm；航空图像为860～1135nm。

◎文件类型为ENVI标准栅格格式，BIP或BIL存储格式。

◎数据头文件中包含中心波长（Wavelength）值（表19-1），如果是高光谱还需要有波段宽度（FWHM），这两个参数都可以通过编辑头文件信息输入（Edit Header）。

表19-1 Ladnst中心波长

续表

图19-2 转换文件参数设置

FLAASH大气校正具体操作步骤如下：

（1）数据储存顺序调整。由于FLAASH大气校正工具要求数据存储顺序为BIP或者BIL格式，而ENVI默认的数据存储格式为BSQ格式，我们需要进行数据储存格式调整，在ENVI主菜单中，选择“Basic Tools>Convert Data（BSQ、BIP、BIL）”，在“Convert File Input”对话框中选择上一步辐射定标的结果，单击【OK】按钮打开“Convert File Parameters”对话框（图19-2）。

◎选择“Output Interleave”：BIL，

◎Convert In Place: Yes

单击【OK】按钮，执行处理。

（2）文件输入与输出信息。在ENVl主菜单中，选择“Spectral>FLAASH”，打开“FLAASH”功能，如图19-3所示。

点击【Input Radiance lmage】按钮，选择准备好的辐射亮度值数据，由于辐射定标时得到的辐射亮度单位为W/（m² ·μm ·sr），FLA ASH要求的辐射亮度单位为μW/（cm² nm ·sr），两者相差10倍，所以点击【Input Radiance Image】按钮会出现“Radiance Scale Factors”对话框（图19-4），选择“Us esingle scale factorfor all bands”（对所有波段使用统一比例因子），“single scale factor”值输入10，点击【OK】按钮，这样就获得符合FLAASH要求的辐射亮度值。

图19-3 FLAASH模块参数对话框

图19-4 辐射亮度比例因子设置

单击图19-3中的【Output Reflectance File】按钮，选择输出文件名和路径。

（3）传感器与图像目标信息。

Scene Center Location：从元数据文件中获取，当图像位于西半球时，经度为负值；位于南半球时，纬度为负值。

Sensor Type：选择辐射亮度图像对应的传感器类型，本实验使用数据为Landsat TM5。

Ground Elevation（km）：可从相应区域的DEM 获取平均值。

Flight Date：图像成像日期，可以从元数据文件中获取。

Flight Time GMT：图像成像格林尼治时间，可以从元数据文件中获取。

（4）大气模型（Atmospheric Model）。ENVI提供了六种大气模型：亚极地冬季（Sub-Arctic Winter）、中纬度冬季（Mid-Latitude Winter）、美国标准大气模型（U.S.Standard）、亚极地夏季（Sub-Arctic Summer）、中纬度夏季（Mid-Latitude Summer）、热带（TroPical）。可以通过季节－纬度信息选择大气模型。

（5）水汽反演（Water Retrieval）。多光谱数据由于缺少相应波段和光谱分辨率太低不执行水汽反演。选择No。

（6）气溶胶模型（Aerosol Model）。ENVI提供五种气溶胶模型：无气溶胶（No Aerosol）、乡村（Rural）、城市（Urban）、海面（Maritime）、对流层（Tropospheric）。

（7）气溶胶反演（Aerosol Retrieval）：选择2-Band（K-T）, K-T气溶胶反演方法。

（8）初始能见度（Initial Visibility）（km）：见表19-2。

表19-2 天气条件与估算能见度

（9）多光谱设置（MultispectraI Settings）。在“Sensor Type”选项中选择多光谱传感器时，出现【Multispectral Settings】按钮，单击此按钮可以打开多光谱设置对话框（图19-5），有两种设置方式：文件方式（File）和图形方式（GUI），一般选择图形方式。由于多光谱数据一般不用于水汽，因此多光谱设置对话框中主要的参数见“Kaufman Taner Aerosol Retrieval”对话框中，选择“Defaults”下拉框：Over-Land Retrieval Standard（660:2100），即上行通道660nm，下行通道2100nm，点击【OK】按钮后完成设置，回到FLAASH模块参数对话框。

图19-5 多光谱设置对话框

（10）高级设置（Advanced Settings）。按照默认设置。

上述设置完成后，点击【Apply】按钮，执行FLAASH大气校正。

3.大气校正前后同名点植被波谱曲线对比

（1）分别在“Display”窗口中显示原始数据图像和FLAASH 校正后的反射率图像。

（2）在其中一个主窗口中选择“Link>Geographic Link”，将两个“Display”窗口地理链接。

（3）将大气校正前后影像窗口移动到植被区域，分别在两个“Display”窗口中单击鼠标右键选择“Z Pro-file（Spectrmu）”，获取两个图像上的植被波谱曲线（图19-6），可以看到经过大气校正后的植被波谱曲线更加接近真实植被波谱曲线。

图19-6 大气校正前（左图）后（右图）植被波谱曲线对比

六、实验报告

（1）简述实验过程。

（2）回答问题：①什么是辐射定标？ENVl软件采用何种功能命令进行辐射定标？②什么是大气校正？ENVI软件采用何种功能命令进行大气校正？③辐射校正前后地物波谱特征对比分析：分别提取辐射校正前、后的漓江水体、岩溶石山、碎屑岩土山、农田、桂林市区和飞机场六种典型地物的波谱曲线。比较分析它们的差异。为何它们会存在差异？

实验报告格式见附录一。