環(huán)境小衛(wèi)星高光譜數(shù)據(jù)FLAASH精確大氣校正方法

1、環(huán)境小衛(wèi)星高多光譜數(shù)據(jù)FLAASH精確大氣校正方法高光譜遙感數(shù)據(jù)的特點是光譜分辨率高、 波段連續(xù)性強，能夠獲得地物在一定范圍內(nèi)連續(xù)的、 精細的光譜曲線，具有非常好的應(yīng)用前景。第一個星載民用成像光譜儀是高光譜成像儀Hyperion，其平均光譜分辨率為10 nm，空間分辨率達到30米。2008年9 月6日我國HJ-1順利升空，其中A星搭載了我國自主研制的空間調(diào)制型干涉高光譜成像儀（HSI）。HSI 對地成像幅寬為50 km, 星下點像元地面分辨率為100 m，115個波段，工作譜段：459 956nm。具有30度側(cè)視能力和星上定標功能。ENVI擴展工具一、HDF5讀取補丁從HIS數(shù)據(jù)中獲取元數(shù)據(jù)信

2、息。下載地址：。二、HJ-1數(shù)據(jù)預(yù)處理補丁為HIS數(shù)據(jù)添加中心波長信息和波段寬度（FWHM）.下載地址：http:/bbs.esrichina- 文件到 ENVI安裝目錄的save_add 目錄下。步驟：(1)選擇ENVI->File->Open External File->HJ-1->HJ-1A /1B Tools工具。 圖1(2)選擇HIS，單擊Input Files選擇HIS文件（.xml）(3)選擇輸出路徑，單擊Apply執(zhí)行。(4)在ENVI主模塊中，選擇Basic Tools->Convert Data(BSQ,BIL,BIP)，將剛才生成的文件轉(zhuǎn)成

3、BIP儲存順序的文件。按照FLAASH工具的要求，已經(jīng)將HSI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成BIP儲存順序、帶有中心波長信息、波段寬度信息的ENVI格式文件。說明：如果不用HJ-1數(shù)據(jù)預(yù)處理補丁，可以在波段列表中手動輸入中心波長和波段寬度信息。FLAASH參數(shù)設(shè)定HSI數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過了定標，單位是100W/(m2*um*sr )，啟動FLAASH工具，在輸入輻射率數(shù)據(jù)時候，縮放系數(shù)填寫：1000（即縮小1000倍），（符合FLAASH對輻射亮度單位的要求（W）/（cm2*nm*sr）。圖2 輻射亮度值縮放系數(shù)一、傳感器基本信息設(shè)置選擇傳感器類型，成像中心點經(jīng)緯度，成像時間，高度信息（成像區(qū)域和傳感器飛行高度）等都可以

4、在HDF5文件中獲取。選擇ENVI->File->Open External File->Generic Formats->HDF5，打開.h5文件，如下是相應(yīng)參數(shù)填寫。圖3 成像中心點經(jīng)緯度信息圖4 成像時間（選擇開始掃描時間，開始和結(jié)束時間相差不大）傳感器信息是固定的：飛行高度650km，像元分辨率100米二、 大氣參數(shù)設(shè)置l 大氣模型（Atmospheric Model）根據(jù)經(jīng)緯度和日期來定。表1六種標準的大氣模型Latitude (°N)Jan.MarchMayJulySept.Nov.80SAWSAWSAWMLWMLWSAW70SAWSAWMLWML

5、WMLWSAW60MLWMLWMLWSASSASMLW50MLWMLWSASSASSASSAS40SASSASSASMLSMLSSAS30MLSMLSMLSTTMLS20TTTTTT10TTTTTT0TTTTTT-10TTTTTT-20TTTMLSMLST-30MLSMLSMLSMLSMLSMLS-40SASSASSASSASSASSAS-50SASSASSASMLWMLWSAS-60MLWMLWMLWMLWMLWMLW-70MLWMLWMLWMLWMLWMLW-80MLWMLWMLWSAWMLWMLWl 水氣反演設(shè)置Water Retrieval，設(shè)置為yes。 使用水氣去除模型，數(shù)據(jù)必須具

6、有15nm以上波譜分辨率，且至少覆蓋以下波譜范圍之一： 1050-1210 nm (對應(yīng) 1135 nm) 870-1020 nm (對應(yīng)940 nm) 770-870 nm (對應(yīng)820 nm) HSI選擇820 nm。l 氣溶膠模型根據(jù)影像所在地區(qū)的情況來設(shè)定，這里選擇Rural（鄉(xiāng)村）。提供兩種氣溶膠去除方法：2-Band（K-T）方法(類似模糊減少法)，如果沒有找到適應(yīng)的黑值（一般是陰影區(qū)或者水體），系統(tǒng)將采用能見度值來計算；所以即使選擇了該選項也要給能見度。HSI數(shù)據(jù)由于缺少短波紅外波段，這里選擇None，采用能見度值參與氣溶膠去除。能見度值大約參考值參見下表天氣條件能見度晴朗40

7、to 100 km中等霧、陰霾20 to 30 km厚霧、陰霾15 km 或者更少三、 高光譜數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置1) 自動選擇通道定義(推薦)圖 5高光譜設(shè)置2）高級設(shè)置里注意將Title Size設(shè)置成合適的值，一般設(shè)置成100-800不等，如有發(fā)現(xiàn)此類問題相關(guān)報錯，請試著調(diào)試Title Size大小和圖7中的 Image Title Size大小，一般Cache Size設(shè)置成物理內(nèi)存的一半，Image Title Size大小設(shè)置成Cache Size的一半。圖 6圖 7FLAASH大氣校正常見錯誤及解決方法FLAASH對輸入數(shù)據(jù)類型有以下幾個要求： 1、波段范圍：衛(wèi)星圖像：4002500nm

8、，航空圖像：860nm-1135nm。如果要執(zhí)行水汽反演，光譜分辨率<=15nm（環(huán)境小衛(wèi)星的光譜分辨率平均為5nm），且至少包含以下波段范圍中的一個： l1050-1210 nm l770-870 nm l870-1020 nm 2、像元值類型：經(jīng)過定標后的輻射亮度（輻射率）數(shù)據(jù)，單位是：（W）/（cm2*nm*sr）。 3、數(shù)據(jù)類型：浮點型（Floating Point）、32位無符號整型（Long Integer）、16位無符號和有符號整型（Integer、Unsigned Int)，但是最終會在導(dǎo)入數(shù)據(jù)時通過Scale Factor轉(zhuǎn)成浮點型的輻射亮度（W）/（cm2*nm*sr

9、）。 4、文件類型：ENVI標準柵格格式文件，BIP或者BIL儲存結(jié)構(gòu)。 5、中心波長：數(shù)據(jù)頭文件中（或者單獨的一個文本文件）包含中心波長（wavelenth）值，如果是高光譜還必須有波段寬度（FWHM），這兩個參數(shù)都可以通過編輯頭文件信息輸入（Edit Header）。運行錯誤1.Unable to write to this file.File or directory is invalid or unavailable。 沒有設(shè)置輸出反射率文件名。 解決方法是單擊Output Reflectance File按鈕，選擇反射率數(shù)據(jù)輸出目錄及文件名，或者直接手動輸入。2.ACC Error：

10、convert7 IDL Error：End of input record encountered on file unit:0. 平均海拔高程太大。 注意：填寫影像所在區(qū)域的平均海拔高程的單位是km：Ground Elevation（Km）。3.ACC error：avrd: IDL error：Unable to allocate memory:to make array Not enough space ACC_AVRD為了能處理大數(shù)據(jù)，ENVI采用分塊計算的方式，這個提示是分塊（Tile）太大了。在高級設(shè)置里面（Advanced Settings），tile size：它默認是Fil

11、e-> preferences ->miscellaneous:cache的大小，這個值正常是14Mb（0背景很少的情況下）;如果0背景較多，這個值還是需要設(shè)置大一些，比如100200m。4. ACC error:avrd:No nonblank pixels found IDL error: OPENR: Error opening file. Unit: 100, 為了能處理大數(shù)據(jù)，ENVI采用分塊計算的方式，當Tile設(shè)置太小，而且有背景值（0），就會出現(xiàn)一個Tile中全部為0的情況，提示這個錯誤信息。 在高級設(shè)置里面（Advanced Settings），tile size

12、：設(shè)置稍微大一些，如100200M等。5. ACC error:lsmooth2: IDL error: ACC_LSMOOTH2:Cannot continue with smoothing calculation ENVI的FLAASH提供領(lǐng)域糾正功能，但是MODIS、AVHRR等圖像分辨率比較低，領(lǐng)域效應(yīng)區(qū)分不出來。 解決方法是在在高級設(shè)置里面（Advanced Settings），將領(lǐng)域糾正（Use Adjacency Correction）設(shè)置為No。6. ACC error:modrd5:Nonfinite numbers in coefficient array coef<

13、?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />IDL error:CDRIVER4V3R2:>>>Wait for MODTRAN4 calculation to finish<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" /> 提示傳入MODTRAN模型參數(shù)有誤，常常是由于太陽高度角太小或者太大引起的。提示這個錯誤之前會出現(xiàn)以下提示框。

14、解決方法是確認填寫的影像中心位置經(jīng)緯度信息（西經(jīng)為負數(shù)、南緯為負數(shù)）、影像成像時間（格林威治時間）是否正確。7.ACC error:autochanHIS數(shù)據(jù)缺少K-T氣溶膠反演的所需的波段，因此不能使用K-T方法反演氣溶膠。8、ACC error:autochanACC_AUTOCHAN:No water absorption channels selected這種錯誤一直沒模擬出來，一般是由于水汽反演、大氣模型的選擇和飛行時間的問題，如飛行時間使用的是北京時間等。9、 ACC error:avrd IDL error:REBIN:Result dimensions must be inte

15、ger factor of original dimen這個錯位一般出現(xiàn)在你多次執(zhí)行FLAASH工程文件時，沒有重新設(shè)置輸出文件而選擇替代的時候出現(xiàn)。好的方法就是重新啟動FLAASH和加載一次工程文件。結(jié)果錯誤1.結(jié)果中某一個波段或者多個波段全部為0或者負值 主要產(chǎn)生的原因是輸入的輻射亮度數(shù)據(jù)值偏小。 可能有以下幾種情況： (1)在傳感器定標的時候選擇的是表觀反射率（Reflectance）而不是輻射率數(shù)據(jù)（Radiance）； (2)沒有做傳感器定標，即沒有將DN值轉(zhuǎn)換為輻射率數(shù)據(jù)； (3)選擇了錯誤的波譜響應(yīng)函數(shù)； (4)用BandMath做了輻射亮度的單位換算，在FLAASH中導(dǎo)入輻射亮

16、度數(shù)據(jù)時，Scale Factor選擇的不是1.0000。2.結(jié)果中極大值、極小值非常多，也就是010000之外的值。當選擇RGB假彩色顯示的時候，出現(xiàn)花花綠綠的情況。 輻射定標得到的輻射率數(shù)據(jù)單位與FLAASH要求的單位不一樣。 可能有以下幾種情況： (1)用BandMath做了輻射亮度的單位換算，在FLAASH中導(dǎo)入輻射亮度數(shù)據(jù)時，Scale Factor選擇的不是1.0000。 (2)沒有做單位換算。3.結(jié)果中部分像元為負值 這個屬于正?，F(xiàn)象。FLAASH是采用MODTRAN輻射傳輸模型模擬成像中的大氣過程，而且很多大氣屬性都是通過圖像來估算，加上大氣組成的非均一性，即使MODTRAN4

17、模型精度很高，也不能完全表達大氣輻射傳輸?shù)恼鎸崰顩r。當影像上有強吸收或者高反射地物時候，就會出現(xiàn)部分像元為負值（如深水、高密度）或者大于10000。 解決方法可以手動修改，如用周圍的像元的平均值代替，可以使用ENVI下的The DEM Editing Tool工具。4.結(jié)果圖像以RGB顯示比原圖像視覺效果要差，如模糊。 這個需要了解下遙感軟件RGB顯示機制。遙感軟件為了讓遙感圖像顯示更加“艷麗”，方便解譯，默認會對圖像進行拉伸顯示，一般是2%的線性拉伸。也就是我們常常會看到圖像值有兩個，一個是Scrn值，也就是拉伸之后的顯示值，一個是Data值，也就是原始的圖像DN值。另外一個方面，目前我們的RGB加色法顯示都是基于8bit顯示，也就是0255。 FLAASH大氣校正之后的結(jié)果是16bit的整型，而且存在一些極小、極大值，這些對直方圖整體形狀有一定的影響，影響拉伸效果。解決方法是利用ENVI下的Interactive stretching工具，選擇有效值范圍進行拉伸。