加载中…ASTER的FLAASH大气校正【转帖】
(2009-03-18 13:44:52)
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杂谈 |
分类： 知识积累 |
FLAASH模块的大气校正
1.1 FLAASH模块简介
FLAASH是由世界一流的光学成像研究所－波谱科学研究所（Spectral Sciences）在美国空气动力实验室支持下开发的大气校正模块。波谱科学研究所在1989年大气辐射传输模型开发初期就广泛从事MODTRAN的研究工作，已成为大气辐射传输模型开发过程中不可缺少的一员。FLAASH适用于高光谱遥感数据（如HyMap，AVIRIS，HYIDCE，HYPERION，Probe-1，CASI和AISA）和多光谱遥感数据（如陆地资源卫星，SPOT，IRS和ASTER）的大气校正。当遥感数据中包含合适的波段时，用FLAASH还可以反演水气、气溶胶等参数。
ENVI中大气校正模型FLAASH，是高光谱辐射能量影像反射率反演的首选大气校正模型。FLAASH能够精确补偿大气影响，其适用的波长范围包括可见光至近红外及短波红外，最大波长范围为3μm。其他的大气校正模型是计算方法基于查找表（Look-up Table）、利用插值方法计算，而FLAASH是直接移植了modtran4中的辐射传输计算方法。用户可以选取代表研究区的大气模型和气溶胶类型，并且对每景影像，Modtran都有独特的解决方案。
1.2 ASTER数据预处理
ASTER L1B数据是记录是DN（Digital Number）值，而基于FLAASH大气校正过程中，需要的是辐射能量值。因此，需要对ASTER L1B数据辐射定标，即把无量纲的DN值转换成有量纲的分辐辐射亮度值的过程（式1），
Radiance=gain*DN+offset （式1）
其中，gain是增益,offset是偏差。经辐射定标后，得到天顶辐射能量值，其量纲为W/(m2.sr.um)。
ASTER数据多以HDF格式储存，利用ENVI软件中Baisc Tools->Preprocessing->Data-Specific Utilities->View HDF Global Attribute功能，读取相应ASTER HDF文件中的增益、偏差、成像时间和中心点坐标信息，增益和偏差信息见表1。
根据ASTER数据特点［6］，需要对短波红外波段数据重采样，以使其与可见光－近红外波段影像的像元数相同。然后，把可见光－近红外波段与短波红外段按波段顺序合并成新的文件。利用ENVI软件，编辑新文件的头文件。主要输入波长值见文献6、波长单位、增益、偏差和中心波长半极值宽度（FWHM，Full Width Half Maximum）。中心波长半极值宽度可以近似用每个波段的带宽代替，如果波长单位为微米，应该转成纳米单位。然后，利用ENVI软件中Baisc Tools-Preprocessing->General->Purpose Utilities->Apply Gain and Offset功能下，生成辐射能量数据。由于ENVI软件保存的数据格式通常为波段顺序格式（BSQ），而FLAASH大气校正模块使用的是波段逐行交叉顺序（BIL）或波段逐像元交叉顺序（BIP）格式的文件，因此，ASTER数据预处理的最后一步是把BSQ格式的文件转换成BIL或BIP格式的文件.
FLAASH模块参数设置
1.3.1 尺度转换因子的计算
FLAASH模块中，在输入辐射能量数据时，同时要求输入尺度转换因子。尺度因子有两种输入方式①当各波段尺度转换因子不同时，选择每一种的输入方式，即事先把尺度因子输入到记事本文件中，然后，从记事本文件中直接读取；②当尺度转换因子相同时，选择第二种输入方式图2。由于模块中要求辐射能量的量纲是μW/（cm2·nm·sr）,而经辐射定标ASTER数据的量纲为W/(m2·um·sr)，所以后者还需通过换算关系式1μW/（cm2·nm·sr）=10 W/(m2·um·sr)进行量纲转换。因此，利用FLAASH模块校正ASTER数据时，其尺度转换因子为10。对其它类型遥感数据大气校正时，可以参照上述方法计算相应的尺度转换因子。判断尺度因子设置正确与否可的方法是依据图像的数据统计特征，即当统计数据没有负值和大于1×放大系数的数值，则可以认为尺度转换因子设置正确。
1.3.2 FLAASH其它参数的设置
（1）图像中心点坐标
可以从相应的HDF文件中找到，也可以从屏幕上直接读取影像的中心坐标，对反演结果影响不大。当影像位于西半球时，经度为负值；
（2）传感器类型
当选择传感器类型时，模块会选择相应的类型的传感器波段响应函数，同时系统一般会自动设置传感器的高度和图像的空间分辨率；
（3）海拔高度
海拔高度为研究区的平均海拔；
（4）数据获取日期和卫星过境时间
卫星过境时间为格林尼治时间，可以从相应的HDF文件中找到；
（5）大气模型
模块提供热带、中纬度夏季、中纬度冬季、极地夏季、极地冬季和美国标准大气模型，研究者根据数据获取时间选择相应的大气模型；
（6）水气反演
大多数多光谱数据不推荐反演水汽含量；
（7）气溶胶模型
可供选择的气溶胶模型有无气溶胶、城市气溶胶、乡村气溶胶、海洋气溶和对流层气溶胶模型。当能见度大于40Km时，气溶胶类型选择对反演没有太多影响，一般情况下利用ASTER数据不做气胶反演；
在高级设置中，①Modtran 分辨率（Modtran resolution）：一般设置成5cm-1；②反射率输出的时尺度系数，默认尺度系数是10000，可以使用默认的尺度系数。若使用默认的尺度系数，大气校正后得到反射率图像的数值域为：0-10000。其余参数使用默认值。
1.1 FLAASH模块简介
FLAASH是由世界一流的光学成像研究所－波谱科学研究所（Spectral Sciences）在美国空气动力实验室支持下开发的大气校正模块。波谱科学研究所在1989年大气辐射传输模型开发初期就广泛从事MODTRAN的研究工作，已成为大气辐射传输模型开发过程中不可缺少的一员。FLAASH适用于高光谱遥感数据（如HyMap，AVIRIS，HYIDCE，HYPERION，Probe-1，CASI和AISA）和多光谱遥感数据（如陆地资源卫星，SPOT，IRS和ASTER）的大气校正。当遥感数据中包含合适的波段时，用FLAASH还可以反演水气、气溶胶等参数。
ENVI中大气校正模型FLAASH，是高光谱辐射能量影像反射率反演的首选大气校正模型。FLAASH能够精确补偿大气影响，其适用的波长范围包括可见光至近红外及短波红外，最大波长范围为3μm。其他的大气校正模型是计算方法基于查找表（Look-up Table）、利用插值方法计算，而FLAASH是直接移植了modtran4中的辐射传输计算方法。用户可以选取代表研究区的大气模型和气溶胶类型，并且对每景影像，Modtran都有独特的解决方案。
1.2 ASTER数据预处理
ASTER L1B数据是记录是DN（Digital Number）值，而基于FLAASH大气校正过程中，需要的是辐射能量值。因此，需要对ASTER L1B数据辐射定标，即把无量纲的DN值转换成有量纲的分辐辐射亮度值的过程（式1），
Radiance=gain*DN+offset （式1）
其中，gain是增益,offset是偏差。经辐射定标后，得到天顶辐射能量值，其量纲为W/(m2.sr.um)。
ASTER数据多以HDF格式储存，利用ENVI软件中Baisc Tools->Preprocessing->Data-Specific Utilities->View HDF Global Attribute功能，读取相应ASTER HDF文件中的增益、偏差、成像时间和中心点坐标信息，增益和偏差信息见表1。
根据ASTER数据特点［6］，需要对短波红外波段数据重采样，以使其与可见光－近红外波段影像的像元数相同。然后，把可见光－近红外波段与短波红外段按波段顺序合并成新的文件。利用ENVI软件，编辑新文件的头文件。主要输入波长值见文献6、波长单位、增益、偏差和中心波长半极值宽度（FWHM，Full Width Half Maximum）。中心波长半极值宽度可以近似用每个波段的带宽代替，如果波长单位为微米，应该转成纳米单位。然后，利用ENVI软件中Baisc Tools-Preprocessing->General->Purpose Utilities->Apply Gain and Offset功能下，生成辐射能量数据。由于ENVI软件保存的数据格式通常为波段顺序格式（BSQ），而FLAASH大气校正模块使用的是波段逐行交叉顺序（BIL）或波段逐像元交叉顺序（BIP）格式的文件，因此，ASTER数据预处理的最后一步是把BSQ格式的文件转换成BIL或BIP格式的文件.
FLAASH模块参数设置
1.3.1 尺度转换因子的计算
FLAASH模块中，在输入辐射能量数据时，同时要求输入尺度转换因子。尺度因子有两种输入方式①当各波段尺度转换因子不同时，选择每一种的输入方式，即事先把尺度因子输入到记事本文件中，然后，从记事本文件中直接读取；②当尺度转换因子相同时，选择第二种输入方式图2。由于模块中要求辐射能量的量纲是μW/（cm2·nm·sr）,而经辐射定标ASTER数据的量纲为W/(m2·um·sr)，所以后者还需通过换算关系式1μW/（cm2·nm·sr）=10 W/(m2·um·sr)进行量纲转换。因此，利用FLAASH模块校正ASTER数据时，其尺度转换因子为10。对其它类型遥感数据大气校正时，可以参照上述方法计算相应的尺度转换因子。判断尺度因子设置正确与否可的方法是依据图像的数据统计特征，即当统计数据没有负值和大于1×放大系数的数值，则可以认为尺度转换因子设置正确。
1.3.2 FLAASH其它参数的设置
（1）图像中心点坐标
可以从相应的HDF文件中找到，也可以从屏幕上直接读取影像的中心坐标，对反演结果影响不大。当影像位于西半球时，经度为负值；
（2）传感器类型
当选择传感器类型时，模块会选择相应的类型的传感器波段响应函数，同时系统一般会自动设置传感器的高度和图像的空间分辨率；
（3）海拔高度
海拔高度为研究区的平均海拔；
（4）数据获取日期和卫星过境时间
卫星过境时间为格林尼治时间，可以从相应的HDF文件中找到；
（5）大气模型
模块提供热带、中纬度夏季、中纬度冬季、极地夏季、极地冬季和美国标准大气模型，研究者根据数据获取时间选择相应的大气模型；
（6）水气反演
大多数多光谱数据不推荐反演水汽含量；
（7）气溶胶模型
可供选择的气溶胶模型有无气溶胶、城市气溶胶、乡村气溶胶、海洋气溶和对流层气溶胶模型。当能见度大于40Km时，气溶胶类型选择对反演没有太多影响，一般情况下利用ASTER数据不做气胶反演；
在高级设置中，①Modtran 分辨率（Modtran resolution）：一般设置成5cm-1；②反射率输出的时尺度系数，默认尺度系数是10000，可以使用默认的尺度系数。若使用默认的尺度系数，大气校正后得到反射率图像的数值域为：0-10000。其余参数使用默认值。
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