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ENVI中珠海一号高光谱数据处理

(2020-04-14 18:15:23)
标签:

珠海一号

ohs高光谱数据

珠海一号数据处理

分类: ENVI

“珠海一号”卫星星座,是中国首家由民营公司(欧比特)建设并运营的卫星星座。整个星座由34颗卫星组成,包括视频卫星、高光谱卫星、雷达卫星、高分光学卫星和红外卫星。“珠海一号”高光谱卫星(OrbitaHyperSpectral,简称OHS)是珠海一号卫星星座的第2组卫星,于2018426日发射,包括4OHS高光谱卫星和1颗视频卫星,首次实现多颗高光谱卫星组网,后续将继续发射6OHS高光谱卫星,到时10颗高光谱卫星组网成星座,实现对地观测快速响应。其数据可以广泛应用在自然资源调查、生态环境监测、城市建设管理、农业生产、灾害预报和灾情评估、海洋环境调查等领域。

珠海一号OHS高光谱卫星,空间分辨率为10m,成像范围150km×2500km,谱段数32个,光谱分辨率2.5nm,波谱范围400nm-1000nm

OHS高光谱卫星搭载多个OHS CMOS传感器,分别为OHS-2A CCD1/2/3OHS-2C CCD1/2/3OHS-2D CCD1/2/3,本文OHS-2D CCD2 L1级别数据为例,介绍OHS高光谱数据的处理流程,包括数据打开、辐射定标、大气校正、正射校正。其他传感器L1级数据处理流程相似。

以下操作是在ENVI5.5.3中完成,最低版本需要ENVI5.3


1 数据打开


OHS高光谱数据包含32个光谱波段,格式为一个波段一个tif文件和相应的RPC文件,带有一个meta.xml元数据文件,打开可以查询到卫星、载荷、中心点经纬度、成像时间、卫星观测角、太阳高度角等信息。


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

OHS高光谱数据文件


1)在ENVI App Store中安装中国国产卫星支持工具V5.3打开/App Store/App Store,页面上选择中国国产卫星支持工具V5.3,点击Install App。安装完成后,重启ENVI


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

ENVI App Store工具


ENVI App Store工具的安装和使用请参考:

http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102xl5j.html

2ENVI–> File –> Open As –> China Satellites –> OHS(ZhuHai-1),在OHS高光谱数据的文件夹中选择*_B15_CCD*_meta.xml文件,打开。加载数据并在数据管理中进行查看,自动对32tiff文件进行了波段组合,并添加了中心波长、半高波宽,定标系数等字段信息,同时识别RPC信息。

注:第一次打开数据之后,自动在同目录下生成*.meta*.hdr文件,此文件格式为ENVI索引文件,下次打开此数据时,可以直接用File->Open打开 meta 文件即可。


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 数据读取


2 辐射定标

用上面的方法打开OHS数据,软件会自动根据不同传感器的定标系数,结合元数据文件中的相应字段,转化为ENVI中所使用的通用辐射定标公式的系数。故可直接使用ENVI辐射定标工具对数据进行定标。

1)打开Toolbox/Radiometric Correction/Radiometric Calibration工具,选择上一步打开的高光谱文件,点击OK

2)在Radiometric Calibration面板,点击Apply FLAASH Settings,设置输出文件名,点击OK输出辐射定标结果。


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 辐射定标界面


3 大气校正

使用FLAASH工具进行大气校正,操作如下:

1Toolbox/Radiometric Correction/Atmospheric Correction Module/FLAASH Atmospheric Correction,打开大气校正面板;

2)点击Input Radiance Image按钮,选择上一步辐射定标的结果文件,点击OK,在弹出的Radiance Scale Factors选择Use single scale factor for all bands,默认为1,点击OK按钮;


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 缩放系数设置


3)点击Output Reflectance File按钮,设置输出反射率结果文件;

4根据数据情况输入参数如下:


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 大气校正面板


   Input Radiance Image:选择上一步辐射定标后的结果;

   Radiance Scale Factors:选择Use single scale factor for all bands,数值保持默认1

注:原始辐射定标结果的单位为W·m-2·sr-1·μm-1FLAASH要求输入辐亮度数据的单位为μW·cm-2·sr-1·nm-1,二者正好相差10倍,在做辐射定标时已经做了Scale Factor单位转换,故保持默认即可

   Output Reflectance File:设置经大气校正后的地表反射率数据输出路径及文件名;

   Output Directory for FLAASH Files:校正过程中生成其他文件的存储路径,默认在当前用户系统临时文件夹下,如果该文件夹没有权限或所在磁盘空间不足,建议修改至其他磁盘,否则会出现代码为102的错误);

   Rootname for FLAASH Files:输出文件名前缀,可不填。

   Scene Center Location:影像中心经纬度,从ENVI5.1版本开始自动读取;

   Sensor Type:传感器类型,这里选择NKNOWN-HSI

   Sensor Altitude(km):传感器高度,520kmENVI默认不会自带填入,手动输入即可);

   Ground Elevation(km):影像对应区域地面平均高程。该值是一个大概值,可从对应DEM数据统计获得或者借助Google EarthArcGIS Earth(本教程采用此方法)等地图软件获取。此处输入0.142,注意单位是km

   Pixel Size(m):像元大小,10m

   Flight Date:影像获取时间,自动获取。注意此处需要输入格林尼治时间

   Atmospheric Model:大气模型,一般根据影像中心纬度和获取月份确定,需借助帮助文档完成。此处选择Tropical

   Water Retrieval:是否进行水汽反演,选择Yes,此时下方Water Absorption Feature选项激活,有1135/940/820nm三个选项可选,此处选择940

   Aerosol Model:气溶胶模型,有RuralUrbanMaritimeTropospheric四个选项可选。观察影像可以发现影像50%被城市和工业区覆盖。参考帮助文档,此处选择Rural

   Aerosol Retrieval:气溶胶反演方法,使用暗像元反射比模型估算影像气溶胶含量和平均能见度,有None2-Band(K-T)2-Band Over Water三个选项可选。若做气溶胶反演,需要短波红外波段支持,此处选择None

   Initial Visibility(km):初始能见度。根据影像获取时大气情况设置,如果气溶胶无法反演时,该值将作为初始值参与大气校正,此处保持默认即可;

   Spectral Polishing:光谱平滑。保持默认Yes

   Width (number of bands):光谱平滑窗口大小。数值越大,输出反射率数据光谱越平滑,奇数值较偶数值计算效率略高。此处保持默认。

   Wavelength Recalibration:输入波长校准。AVIRISHYDICEHyMapHYPERIONCASIAISA传感器ENVI会自动校准,其他高光谱传感器需要提供额外的光谱仪定义文件。此处保持默认No

5)参数面板下方点击Hyperspectral Settings…,打开高光谱参数设置面板;反演水汽通道的波段,默认自动找相应的波段。


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 多光谱设置面板


6)参数面板下方点击Advanced settings…,打开高级参数设置面板;

分块处理(Use Tiled Processing: No,这里不建议选择Yes,因为影像各波段前几列或者后几列存在大量的0值,可能会带来错误;

其他各参数保持默认,点击OK


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

高级参数设置面板


7)在基本设置界面上点击Apply,运行FLAASH大气校正,得到地表反射率。


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

大气校正前(左图)后(右图)


4 无控制点正射校正

数据经过以上处理之后,RPC信息仍然保留,可直接进行正射校正。


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 经过辐射定标和大气校正之后的数据保留了RPC信息


1Toolbox中打开/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Workflow

2Input File输入上一步大气校正得到的结果,DEM File默认ENVI自带的全球DEM(若有高分辨率的DEM数据可以在此处使用),点击Next


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 输入数据


3)此处进行无控制点的正射校正,切换到AdvancedOutput Pixel size设置为10,输出坐标系保持默认,切换到Export,设置输出结果,点击Finish


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 设置输出分辨率


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 设置输出结果文件


4)得到正射校正之后的结果,对背景进行透明显示设置。查看结果。


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 经过预处理的OHS高光谱数据


5 基于参考影像的正射校正

与同一区域的哨兵2A数据进行对比,检查无控制点对OHS数据的正射校正精度,在东西方向存在偏移,如下图所示:


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 无控制点校正之后的OHS数据与哨兵2A数据对比


下面使用基于参考影像的正射校正工具,以哨兵2A为参考影像,对OHS高光谱数据进行正射校正。

1Toolbox中打开/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Using Reference Image

2)在RPC Orthorectification Using Reference Image面板中,设置如下参数:

   Input Raster具有RPC信息的待校正的OHS数据,此处输入经过辐射定标和大气校正的结果

   Input Reference Raster具有准确地理位置信息的参考影像,此处输入哨兵2数据作为参考影像

   Input DEM Raster覆盖待校正影像区域的DEM数据,此处使用ENVI自带的DEM

   DEM is Height above EllipsoidNo,(DEM是否是椭球高),如果这里使用ENVI自带的全球900米分辨率的DEM,则按照默认No

   Requested Number of GCPs25,需要采集的控制点最大数量

   Search Window Size351,采集控制点时的搜索窗口

   Output Coordinate System可选项,如果不设置,则输出的正射校正结果默认是UTM WGS84坐标系的

   Output Pixel SizeX 10Y 10,输出像元大小为可选项,如果不设置,则输出的像元大小为根据RPC自动计算的平均像元大小,建议手动设置输出数据的分辨率。

   Resampling MethodNearest Neighbor ,重采样方法,高光谱数据保持光谱信息不变,此处选择了最临近法。

   Grid Spacing10,像素栅格间距。保持默认10;这个值越大,校正速度越快,精度越低。

   Output Raster正射校正结果输出路径及文件名。软件会自动设置,可手动修改

   Output GCPs控制点文件输出路径及文件名,软件会自动设置,可手动修改;

3)点击OK,进行自动基于基准影像选GCP进行正射校正。


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 基于参考影像的正射校正


校正之后得到的结果,再和哨兵2A数据对比,结果如下:


ENVI中珠海一号高光谱数据处理

图 基于哨兵2基准影像进行OHS正射校正的结果


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