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[经验共享] 定量/高光谱遥感之——大气校正(二)

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发表于 2020-12-4 14:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
2.6 FLAASH大气校正

FLAASH是基于MODTRAN4+辐射传输模型,MODTRAN模型是由进行大气校正算法研究的领先者SpectralSpectral Sciences, Inc和美国空军实验室(Air Force Research Laboratory)共同研发。Exelis VIS公司负责集成和GUI设计。

1.      FLAASH特点

l 支持传感器种类多,包括多光谱的ASTER,AVHRR,GeoEye-1,IKONOS,IRS,Landsat,MODIS,SeaWiFS,SPOT,QuickBird,RapidEye等,高光谱HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO-1)、AISA等。可以通过自定义波谱响应函数支持更多的传感器。工程化应用价值比较明显。

l FLAASH采用了MODTRAN4+辐射传输模型,该算法精度高。任何有关影像的标准MODTRAN大气模型和气溶胶类型都可以直接使用。

l 通过影像像素光谱上的特征来估计大气的属性,不依赖遥感成像时同步测量的大气参数数据。

l 可以有效地去除水蒸气/气溶胶散射效应,同时基于像素级的校正,矫正目标像元和邻近像元交叉辐射的“邻近效应”。

l 对由于人为抑止而导致波谱噪声进行光谱平滑处理。作为结果,除了真实地表反射率外,还可以得到整幅图像内的能见度、卷云与薄云的分类影像、水气含量数据。

[url=]2.      使用[/url]ENVI大气校正模块

ENVI大气校正模块的使用主要又以下7个方面组成:1、输入文件准备,2、基本参数设置,3、多光谱数据参数设置,4、高光谱数据参数设置,5、高级设置,6、输出文件,7、处理结果。下面介绍这7个方面内容。

(一) 输入文件准备

1)        支持传感器类型

高光谱包括:HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO-1)、AISA等;多光谱包括:ASTER,AVHRR,GeoEye-1,IKONOS,IRS,Landsat,MODIS,SeaWiFS,SPOT,QuickBird,RapidEye等,

航空:860nm-1135nm波长范围

2)        数据是经过定标后的辐射亮度(辐射率)数据,单位是:(μW)/(cm2*nm*sr)。

3)        数据带有中心波长(wavelenth)值,如果是高光谱还必须有波段宽度(FWHM),这两个参数都可以通过编辑头文件信息输入(Edit Header)。

4)        数据类型

支持四种数据类型:浮点型(floating)、长整型(long integer )、整型(integer)和无符号整型(unsigned int)。数据存储类型:ENVI标准栅格格式文件,且是BIP或者BIL。

5)        波谱范围:flaash能够做的数据光谱范围是0.4-2500μm。

(二) 基本参数设置

1)        输入文件及输出路径设置,如图6所示。

2)        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),传感器这些都可以在数据自带信息文件里获得,需要注意的是南半球和西半球要用负值。


图6基本参数设置

3)        大气模型(Atmospheric Model)

提供6种大气模型,如表2所示,可根据纬度和成像季节对照表3查找对应的大气模型。

Model Atmosphere

Water Vapor

(std atm-cm)

Water Vapor (g/cm2)

Surface Air Temperature

Sub-Arctic Winter (SAW)

518

0.42

-16 °C or 3 °F

Mid-Latitude Winter (MLW)

1060

0.85

-1 °C or 30 °F

U.S. Standard (US)

1762

1.42

15 °C or 59 °

Sub-Arctic Summer (SAS)

2589

2.08

14 °C or 57 °

Mid-Latitude Summer (MLS)

3636

2.92

21 °C or 70 °

Tropical (T)

5119

4.11

27 °C or 80 °


                                  表2六种标准的大气模型

Latitude (°N)

Jan.

March

May

July

Sept.

Nov.

80

SAW

SAW

SAW

MLW

MLW

SAW

70

SAW

SAW

MLW

MLW

MLW

SAW

60

MLW

MLW

MLW

SAS

SAS

MLW

50

MLW

MLW

SAS

SAS

SAS

SAS

40

SAS

SAS

SAS

MLS

MLS

SAS

30

MLS

MLS

MLS

T

T

MLS

20

T

T

T

T

T

T

10

T

T

T

T

T

T

0

T

T

T

T

T

T

-10

T

T

T

T

T

T

-20

T

T

T

MLS

MLS

T

-30

MLS

MLS

MLS

MLS

MLS

MLS

-40

SAS

SAS

SAS

SAS

SAS

SAS

-50

SAS

SAS

SAS

MLW

MLW

SAS

-60

MLW

MLW

MLW

MLW

MLW

MLW

-70

MLW

MLW

MLW

MLW

MLW

MLW

-80

MLW

MLW

MLW

SAW

MLW

MLW


表3数据经纬度与获取时间对应的大气模型

4)        水气反演Water Retrieval

水气反演设置,采用两种方式对水气进行反演:

a)        利用水气反演模型恢复影像中每个像元的水气量

使用水气反演模型,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:

l 1050-1210 nm (对应1135 nm)

l 870-1020 nm (对应940 nm)

l 770-870 nm (对应820 nm)

对于大多数多光谱传感器,水气反演默认显示的是NO,因为大多数传感器没有适当的波段来补偿水气的影响。

b)        单一的水气因数用于整体影像,默认是1,

对于多光谱数据使用水气反演模型,可以在多光谱设置中手动设置水气波段

5)        气溶胶模型(Aerosol Model)

a)        提供四种标准MODTRAN气溶胶模型

Rural(乡村)、Urban(城市)、Maritime(海洋)、Tropospheric(对流层,能见度在40km以上)

b)        两种气溶胶反演方法

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;所以即使选择了该选项也要给能见度。

选择None,采用能见度值参与气溶胶反演,能见度值大约参考值参见表4

天气条件

能见度

晴朗

40 to 100 km

中等雾、阴霾

20 to 30 km

厚雾、阴霾

15 km 或者更少


表4天气条件与能见度对照表

6)        光谱打磨(高光谱) Spectral Polishing

对高光谱数据的光谱进行打磨处理,对波谱曲线进行微调,使波谱曲线更加近似于真实地物的波谱曲线。

7)        重新定标波长(Recalibratingthe Input Wavelengths)

   各个波段的中心波长对大气校正结果影像比较大。

(三) 多光谱数据参数设置

   当基本设置里设置了水气反演以及气溶胶反演,相应的要在此设置相关参数(单击Multispectral Settings)。有两种设置方式:文件方式和图形方式,一般选择图形方式。

1)        水气反演模型参数

Water Retrieval

1135 nm

absorption

1117 - 1143 nm

reference upper wing

1184 - 1210 nm

reference lower wing

1050 - 1067 nm

940 nm

absorption

935 - 955 nm

reference upper wing

870 - 890 nm

reference lower wing

995 - 1020 nm

820 nm

absorption

810 - 830 nm

reference upper wing

850 - 870 nm

reference lower wing

770 - 790 nm

Aerosol Retrieval

KT upper

2100 - 2250 nm

KT lower

640 - 680 nm

Cloud Masking

cirrus clouds

1367 - 1383 nm


表5推荐使用波长与波段对应关系

2)        气溶胶模型参数设置(用气溶胶模型要求数据波段覆盖660nm和2100nm波谱),具体波段选择可以从表5所列中选择。


图7多光谱数据参数设置

(四) 高光谱数据参数设置

3)        自动选择通道定义(推荐)

4)        设置通道定义


图8高光谱设置

(五) 高级设置

图9高级参数设置

在高级设置面板里可以设置以下几个参数:

1)        光谱定义文件:内置AVIRIS、HYMAP、HYDICE、HYPERION、CASI、AISA。

2)        气溶胶厚度系数:用于技术邻域效应范围。一般值为1~2km。

3)        CO2混合比率:默认为390ppm。

4)        使用领域纠正(Use Adjacency Correction)。

5)        使用以前的MODTRAN模型计算结果。

6)        设置MODTRAN模型的光谱分辨率(推荐值5 cm-1)。

7)        设置MODTRAN多散射模型。

提供三种模型供选择Isaacs,DISORT和Scaled DISORT。默认是Scaled DISORT和streams为8,这种模型对于小于1000nm具有较高的精度;

8)        天顶角\方位角(针对非星下点传感器)。

9)        输出反射率缩放系数(Output Reflectance Scale Factor):为了降低结果储存空间,默认反射率乘于10000。

(六) 输出文件

经过大气校正模块处理,可以得到以下结果:

l 表面反射率影像

l 水气含量数据

l 云图

l 日志文件

l FLAASH大气校正模板文件

(七) 处理结果

此模块的波谱还原精度高,使用大气校正模块进行大气校正,能高保真地恢复地物波谱信息。

图10校正前后效果图

3.         常见问题

    1、如图11所示错误,为因为没有设置输出反射率文件名,解决方法是单击Output Reflectance File按钮,选择反射率数据输出目录及文件名。

2、在做modis数据时候,不能使用领域纠正(Use Adjacency Correction)。

3、当数据有地理坐标时候,像元大小要也参数中设置保持一致。如你tm数据是25米的,那么选择Landsat时候,像元大小默认是30米,这个时候如果改成25米会报错。

4、得到的结果有负值,这个不好解释,可以理解为误差或者其他因素。或者对太阳光强吸收区域,如水体。

更多错误详细参考:http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0100pvrk.html

本文转载来自CSDN作者:冰清-小魔鱼   版权归作者所有





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