Landsat TM 5輻射定標(biāo)和大氣校正

米木十一 2012-09-13

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一、輻射定標(biāo)

1. 由于ENVI 4.4 中有專門進(jìn)行輻射定標(biāo)的模塊，因此實(shí)際的操作十分簡單。將原始TM 影像打開以后，選擇

Basic Tools–Preprocessing–Calibration Utilities–Landsat TM

9g_YY)v1~a(~~.f02. 進(jìn)入下一步參數(shù)選擇：根據(jù)傳感器類型選擇Landsat 4,5 或者7。從遙感影像的頭文件中獲取Data Acquisition 的時(shí)間，Sun elevation。如果你是用File–Open External File–Landsat–Fast 的方法打開header.dat 的話，sun elevation 就已經(jīng)填好了。這里Calibration Type 注意選擇為Radiance。輸出文件，定標(biāo)就完成了。

t)I+].z3K?V9L0二、大氣校正

簡單一點(diǎn)的大氣校正可以采用ENVI的FLAASH模塊，以下就是FLAASH操作的步驟：

1. FLAASH 模塊的進(jìn)入方法是Spectral–FLAASH，或者是Basic Tools–Preprocessing–Calibration Utilities–FLAASH。

L!G/v#_$K-E'h"F`02. FLAASH 模塊的操作界面分為三塊：最上部設(shè)定輸入輸出文件；中間設(shè)定傳感器的參數(shù)；下部設(shè)定大氣參數(shù)。

3. 首先設(shè)定輸入輸出文件。FLAASH 模塊要求輸入輻亮度圖像，輸出反射率圖像。之前我們進(jìn)行了輻射定標(biāo)，得到輻亮度圖像，在這里要把BSQ 格式的圖像轉(zhuǎn)換為BIL 或者BIP 格式的圖像，然后再Input Radiance Image 中選擇轉(zhuǎn)換格式后的圖像。(Basic Tools–Convert Data(BSQ,BIL,BIP))。這里注意，當(dāng)輸入圖像后，程序會(huì)讓你選擇Scale Factor，即原始輻亮度單位與ENVI 默認(rèn)輻亮度單位之間的比例。ENVI 默認(rèn)的輻亮度單位是μW/cm2 ?sr?nm，而之前我們做輻射定標(biāo)時(shí)單位是W/m2 ?sr?μm，二者之間轉(zhuǎn)換的比例是10，因此在下圖中選擇Single scale factor，填寫10.000。

-l#crZN3Z)I04. 此外，如果TM 影像的頭文件中沒有波段的信息，在這里也要求你提供一個(gè).txt 文件以包含此信息。那么，準(zhǔn)備好一個(gè).txt 文件，其中含有一列TM 每個(gè)波段中心波長的信息。

5. 在Output Reflectance File 和Output Directory for FLAASH files 里面設(shè)定輸出文件的文件名和位置。

6. 設(shè)定傳感器參數(shù)。首先是Scene Center Location，即遙感圖像中心的坐標(biāo)，以及Flight Date, Flight Time GMT，這三者都可以在TM 的頭文件中找到，填入即可。

7. 在Sensor Type 菜單中選擇Landsat TM5。此時(shí)Sensor altitude 自動(dòng)填上為705km。而Pixel Size 填為30m。

8. 根據(jù)遙感影像研究區(qū)實(shí)際情況，填寫Ground Elevation，比如華北平原可以寫為0.05km。

)dd(zt;~09. 最關(guān)鍵的為大氣參數(shù)部分:

a) Atmospheric Model( 大氣模式): 共有Sub-Arctic Winter (SAW) ，Mid-Latitude Winter (MLW)，U.S. Standard (US) ，Sub-Arctic Summer(SAS), Mid-Latitude Summer (MLS) 和Tropical (T) 。根據(jù)經(jīng)緯度和時(shí)間可以選定研究區(qū)的大氣模式，見ENVI Help。

b) Aerosol Model（氣溶膠模式）：有Rural, Urban, Maritime 和Tropospheric四種選擇。根據(jù)實(shí)際情況選擇即可。關(guān)于此四種模式的解釋見ENVI Help。

c) 當(dāng)我們選擇TM 時(shí)，可選的參數(shù)還有Aerosol Retrieval 和Initial Visibility。這兩個(gè)參數(shù)對(duì)最后的結(jié)果又相當(dāng)重要的影像，因此最好能調(diào)查到當(dāng)?shù)氐腎nitial Visibility。此外，AERONET 在全世界各地有測定AOD（Atmospheric Optical Depth）的站點(diǎn)，可以查詢AOD 以后轉(zhuǎn)換為消光系數(shù)，通過消光系數(shù)估算能見度，此步驟比較繁瑣，在此不予詳述。如果采用Aerosol Retrieval 中的K-T算法計(jì)算Visibility，且能夠計(jì)算出結(jié)果的話，則采用K-T 算法的能見度，否

則采用Initial Visibility 所指定的能見度。

d) 關(guān)于Aerosol Retrieval。如果選擇了下拉菜單中的K-T method，那么需要在Multispectral Settings 中設(shè)定參數(shù),在Assign Default Values Based on Retrieval Conditions 中選擇Over-land Retrieval Standard (660:2100nm)即可。根據(jù)不同的研究區(qū)可以設(shè)定不同的模式。其他設(shè)定可以不改變。Apply即可。

from:http://www./html/91/6391-22488.html

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-------------------------------------概念解釋

在最初的遙感學(xué)習(xí)中，我總是分不清傳感器定標(biāo)、輻射定標(biāo)、輻射校正、大氣校正這幾個(gè)概念的區(qū)別與聯(lián)系。而且在不同的資料中，各個(gè)名詞的解釋又不一樣。例如：

定標(biāo)是將傳感器所得的測量值變換為絕對(duì)亮度或變換為與地表反射率、表面溫度等物理量有關(guān)的相對(duì)值的處理過程（趙英時(shí)等《遙感應(yīng)用分析原理與方法》）

遙感器定標(biāo)就是建立遙感器每個(gè)探測器輸出值與該探測器對(duì)應(yīng)的實(shí)際地物輻射亮度之間的定量關(guān)系；建立遙感傳感器的數(shù)字量化輸出值DN與其所對(duì)應(yīng)的視場中輻射亮度值之間的定量關(guān)系（陳述彭）。

輻射定標(biāo)是將傳感器記錄的電壓或數(shù)字值轉(zhuǎn)換成絕對(duì)輻射亮度的過程（梁順林《定量遙感》，2009）

其實(shí)，簡單來說，輻射定標(biāo)就是將記錄的原始DN值轉(zhuǎn)換為大氣外層表面反射率，目的是消除傳感器本身產(chǎn)生的誤差，有多種方法：實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)、星上定標(biāo)、場地定標(biāo)。公式1就是將初始的DN值轉(zhuǎn)換為輻射亮度，其中Lb是值輻射亮度值，單位是：W/cm2.μm.sr（瓦特/平方厘米.微米.球面度），Gain和Bias是增益和偏移，單位和輻射亮度值相同，可以看出，輻射亮度和DN值是線性關(guān)系。公式二是將輻射亮度值轉(zhuǎn)換為大氣表觀反射率，式中：Lλ為輻射亮度值，d為天文單位的日地距離，ESUNλ為太陽表觀輻射率均值，θs是以度為單位的太陽高度角。不過總的來說，這部分的工作基本上不需要用戶自己做，相關(guān)的系數(shù)都包含在數(shù)據(jù)的頭文件或者元數(shù)據(jù)中了。例如用Envi打開Modis數(shù)據(jù)，就是反射率（大氣外層表觀反射率），輻射亮度以及發(fā)射率三個(gè)數(shù)據(jù)類型（見dsbin：傳感器定標(biāo)http://bbs./ESRI/viewthread.php?tid=56191）。

大氣校正就是將輻射亮度或者表觀反射率轉(zhuǎn)換為地表實(shí)際反射率，目的是消除大氣散射、吸收、反射引起的誤差。主要分為兩種類型：統(tǒng)計(jì)型和物理型。

統(tǒng)計(jì)型是基于陸地表面變量和遙感數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，優(yōu)點(diǎn)在于容易建立并且可以有效地概括從局部區(qū)域獲取的數(shù)據(jù)，例如經(jīng)驗(yàn)線性定標(biāo)法，內(nèi)部平場域法等，詳細(xì)請參照玉妮小居新浪博客：輻射校正的統(tǒng)計(jì)模型http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f4afe870100da1w.html。

另一方面，物理模型遵循遙感系統(tǒng)的物理規(guī)律，它們也可以建立因果關(guān)系。如果初始的模型不好，通過加入新的知識(shí)和信息就可以知道應(yīng)該在哪部分改進(jìn)模型。但是建立和學(xué)習(xí)這些物理模型的過程漫長而曲折。模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)的抽象；所以一個(gè)逼真的模型可能非常復(fù)雜，包含大量的變量。例如6s模型，Mortran等。下式就是6s模型中表觀反射率轉(zhuǎn)換為地表真實(shí)反射率的公式（摘自玉妮在學(xué)習(xí)博客）：

大氣頂部的表觀反射率；為地表反射率；為太陽天頂角和觀測天頂角

相對(duì)方位角；大氣分子和氣溶膠的后向反射；為大氣光學(xué)厚度

為太陽天頂角和觀測天頂角的余弦；為向下和向上的散射光透過率

向下和向上的總透過率；S為大氣向下的半球反射率

，，為半球－方向、方向－半球、半球－半球反射率

而輻射校正指在光學(xué)遙感數(shù)據(jù)獲取過程中，產(chǎn)生的一切與輻射有關(guān)的誤差的校正（包括輻射定標(biāo)和大氣校正）。三者關(guān)系如圖：

from:http://www./html/29/109329-2091.html

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傳感器定標(biāo)與輻射定標(biāo)什么關(guān)系？

-----------------------------------概念解釋2

衛(wèi)星遙感中可見光波段常出現(xiàn)以下幾個(gè)概念

1、反射率：是指任何物體表面反射陽光的能力。這種反射能力通常用百分?jǐn)?shù)來表示。比如說某物體的反射率是45%，這意思是說，此物體表面所接受到的太陽輻射中，有45%被反射了出去.英文表示：Reflectance

2、地表反射率：地面反射輻射量與入射輻射量之比，表征地面對(duì)太陽輻射的吸收和反射能力。反射率越大，地面吸收太陽輻射越少；反射率越小，地面吸收太陽輻射越多，表示：surface albedo

3、表觀反射率：表觀反射率就是指大氣層頂?shù)姆瓷渎?輻射定標(biāo)的結(jié)果之一，大氣層頂表觀反射率，簡稱表觀反射率，又稱視反射率。英文表示為：apparent reflectance（個(gè)人理解，表觀反照率就是地物反射率，加上大氣向上傳輸?shù)囊恍┴暙I(xiàn)，=地物+大氣。所以需要大氣校正為地表反射率）

4、行星反射率：從文獻(xiàn)“一種實(shí)用大氣校正方法及其在ＴＭ影像中的應(yīng)用”中看到“衛(wèi)星所觀測的行星反射率（未經(jīng)大氣校正的反射率）”；在“基于地面耦合的TM影像的大氣校正-以珠江口為例”一文有“該文應(yīng)用 1998年的LANDSAT5 TM影像,對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)、輻射校正,求得地物的行星反射率”。因此行星反射率就是表觀反射率。英文表示：planetaryalbedo

5、反照率：反照率是指地表在太陽輻射的影響下，反射輻射通量與入射輻射通量的比值。它是反演很多地表參數(shù)的重要變量，反映了地表對(duì)太陽輻射的吸收能力。英文表示：albedo

它與反射率的概念是有區(qū)別的：反射率（reflectance)是指某一波段向一定方向的反射，因而反照率是反射率在所有方向上的積分；反射率是波長的函數(shù)，不同波長反射率不一樣，反照率是對(duì)全波長而言的。

查到邱老師學(xué)生的論文里是這么寫的：反照率的定義是地物全波段的反射比,反射率為各個(gè)波段的反射系數(shù)。因此,反照率為地物波長從0 到∞的反射比。

《應(yīng)用MODIS數(shù)據(jù)反演青藏高原地區(qū)地表反照率》一文中提到：

黑空反照率(αbsa )和白空反照率(αwsa )分別代表太陽輻射完全直射和完全漫射條件下的反照率,即完全晴空和完全陰天條件下的反照率。實(shí)際反照率要根據(jù)實(shí)際天空漫射光比例S (θ,τ(Λ) )對(duì)二者權(quán)重而得:
α(θ,Λ) = [ 1 - S (θ,τ(Λ) ) ]αbsa (θ,Λ) +S (θ,τ(Λ) )αwsa (θ, Λ)

其中τ(Λ)是Λ波段的氣溶膠光學(xué)厚度。

輻射校正指在光學(xué)遙感數(shù)據(jù)獲取過程中，產(chǎn)生的一切與輻射有關(guān)的誤差的校正（包括輻射定標(biāo)和大氣校正）。

補(bǔ)充：地表比輻射率(Surface Emissivity)，又稱發(fā)射率，指在同一溫度下地表發(fā)射的輻射量與一黑體發(fā)射的輻射量的比值，與地表組成成分，地表粗糙度，波長等因素有關(guān)

from:http://blog./?109210/viewspace-6314

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