环境小卫星多光谱数据FLAASH精确大气校正方法

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1、环境小卫星多光谱数据 FLAASH 精确大气校正方法环境与灾害监测预报小卫星星座 A、B 星（简称环境小卫星，简写 HJ-1A /1B）于2009 年 3 月 30 日开始正式交付使用，HJ-1-A 星搭载了 CCD 相机和超光谱成像仪（HSI） ，HJ-1-B 星搭载了 CCD 相机和红外相机（IRS） 。HJ-1A /1B 卫星是继我国继气象、海洋、国土资源卫星之后一个全新的民用卫星。卫星投入使用后，对自然灾害、生态破坏、环境污染进行大范围、全天候、全天时的动态监测，对灾害和环境质量进行快速和科学评估，提高灾害和环境信息的观测、采集、传送和处理能力，为紧急救援、灾后救助及恢复重建和环境保护

2、工作提高科学依据。HJ-1 数据应用于自然灾害、生态环境之前，需要进行几何及光谱方面的预处理。ENVI 在数据读取、图像配准、精确大气校正等方面提供了非常好的工具。1、数据读取目前，网上免费获取的 HJ-1A /1B 卫星 CCD 和 HSI 影像的分发的格式主要有两种：CCD 为 Geotiff，每一个波段为一个 Geotiff 文件，并提供一个元数据说明（.XML）; HSI为 HDF5 格式，也提供一个元数据说明（.XML ） 。CCD 相机的 Geotiff 格式直接可以在 ENVI 软件下打开，利用 ENVI-Basic Tools-Layer Stacking 工具将各个波段组合成

3、一个文件输出。HIS 高光谱数据是以 HDF5 格式提供，安装 ENVI 的 HDF5 读取补丁后直接在 ENVI 中打开。更为方便的方法是直接使用 HJ-1 数据读取补丁，下载网址为： http:/bbs.esrichina- .sav 或拷贝 sav 文件到 ENVI 安装目录的 save_add 目录下，1）启动 ENVI-File-Open External File-HJ-1-HJ-1A /1B Tools 工具（下图） 。直接读取CCD、HIS 、IRS 数据，输出结果为一个多波段的 ENVI 标准栅格文件，并带有中心波长等信息，其中 CCD 数据可以直接输出定标结果（辐射亮度）

4、。图 1.1 HJ-1A /1B Tools注意此步骤中 Calibration 和 Layer Stacking 选项应勾上。如果数据是 BSQ 格式的，要转换成 BIL 或者 BIP 格式的。转换方法2) 构建波谱响应函数任何传感器在设计时都会给出严格的波段响应函数，环境小卫星也不例外。在中国资源卫星应用中心可下载：http:/ 4 个波段对应波长的波谱响应值。选择 Window-Start New Plot Window，ENVI Plot Window 窗口中，选择 File-Input Data-ASCII,如图 2 所示，选择相应的波普响应函数3) 选择 File- Save Pl

5、ot As-Spectral Library，将波谱曲线保存为波谱库文件。 注意此处的 Wavelength Units 应选 Nanometers.4）如下图 3.2 所示，生成了 4 条曲线。选择 Edit-Data Parameters，更改每一条曲线的名称：b1,b2,b3,b4，便于区分。2 、FLAASH 大气校正启动 FLAASH 模块，将准备好的数据输入，注意定标后的单位是 W/（m2*um*sr）与FLAASH 要求的单位（W ）/（cm2*nm*sr）相差 10 倍关系，因此在 Radiance Scale Factors 中输入 10 缩放系数。其他特殊参数设置主要如下：

6、l 一般参数设置传感器高度（Sensor Altitude）：650km像元大小（pixel Size）：30m地面高程（）：0.05km多光谱数据参数设置Fileter Function File：选择前面生成的波谱响应文件。大气模型（Atmospheric Model）根据经纬度和日期来定。表1六种标准的大气模型Latitude (N) Jan. March May July Sept. Nov.80 SAW SAW SAW MLW MLW SAW70 SAW SAW MLW MLW MLW SAW60 MLW MLW MLW SAS SAS MLW50 MLW MLW SAS SAS S

7、AS SAS40 SAS SAS SAS MLS MLS SAS30 MLS MLS MLS T T MLS20 T T T T T T10 T T T T T T0 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高级设置其它参数参

8、考 FLAASH 大气校正的参数说明。高级设置里注意将 Title Size 设置成合适的值，一般设置成100-800不等，如有发现此类问题相关报错，请试着调试 Title Size 大小和图7中的 Image Title Size 大小，一般 Cache Size 设置成物理内存的一半，Image Title Size 大小设置成 Cache Size 的一半。图 7FLAASH 大气校正常见错误及解决方法FLAASH 对输入数据类型有以下几个要求：1、波段范围：卫星图像：4002500nm，航空图像：860nm-1135nm。如果要执行水汽反演，光谱分辨率 preferences -mis

9、cellaneous:cache 的大小，这个值正常是14Mb（0背景很少的情况下）;如果0背景较多，这个值还是需要设置大一些，比如100200m。4. ACC error:avrd:No nonblank pixels foundIDL error:OPENR: Error opening file. Unit: 100, 为了能处理大数据，ENVI 采用分块计算的方式，当 Tile 设置太小，而且有背景值（0） ，就会出现一个 Tile 中全部为0的情况，提示这个错误信息。在高级设置里面（Advanced Settings） ，tile size：设置稍微大一些，如100200M 等。5.

10、 ACC error:lsmooth2:IDL error:ACC_LSMOOTH2:Cannot continue with smoothing calculationENVI 的 FLAASH 提供领域纠正功能，但是 MODIS、AVHRR 等图像分辨率比较低，领域效应区分不出来。解决方法是在在高级设置里面（Advanced Settings） ，将领域纠正（Use Adjacency Correction）设置为 No。6. ACC error:modrd5:Nonfinite numbers in coefficient array coefIDL error:CDRIVER4V3R2

11、:Wait for MODTRAN4 calculation to finish提示传入 MODTRAN 模型参数有误，常常是由于太阳高度角太小或者太大引起的。提示这个错误之前会出现以下提示框。解决方法是确认填写的影像中心位置经纬度信息（西经为负数、南纬为负数） 、影像成像时间（格林威治时间）是否正确。7.ACC error:autochanHIS 数据缺少 K-T 气溶胶反演的所需的波段，因此不能使用 K-T 方法反演气溶胶。8、ACC error:autochanACC_AUTOCHAN:No water absorption channels selected这种错误一直没模拟出来，一般

12、是由于水汽反演、大气模型的选择和飞行时间的问题，如飞行时间使用的是北京时间等。9、ACC error:avrd IDL error:REBIN:Result dimensions must be integer factor of original dimen这个错位一般出现在你多次执行 FLAASH 工程文件时，没有重新设置输出文件而选择替代的时候出现。好的方法就是重新启动 FLAASH 和加载一次工程文件。结果错误1.结果中某一个波段或者多个波段全部为0或者负值主要产生的原因是输入的辐射亮度数据值偏小。可能有以下几种情况：(1)在传感器定标的时候选择的是表观反射率（Reflectance）

13、而不是辐射率数据（Radiance） ；(2)没有做传感器定标，即没有将 DN 值转换为辐射率数据；(3)选择了错误的波谱响应函数；(4)用 BandMath 做了辐射亮度的单位换算，在 FLAASH 中导入辐射亮度数据时，Scale Factor 选择的不是1.0000。2.结果中极大值、极小值非常多，也就是010000之外的值。当选择 RGB 假彩色显示的时候，出现花花绿绿的情况。 辐射定标得到的辐射率数据单位与 FLAASH 要求的单位不一样。可能有以下几种情况：(1)用 BandMath 做了辐射亮度的单位换算，在 FLAASH 中导入辐射亮度数据时，Scale Factor 选择的不

14、是1.0000。(2)没有做单位换算。3.结果中部分像元为负值这个属于正常现象。FLAASH 是采用 MODTRAN 辐射传输模型模拟成像中的大气过程，而且很多大气属性都是通过图像来估算，加上大气组成的非均一性，即使 MODTRAN4模型精度很高，也不能完全表达大气辐射传输的真实状况。当影像上有强吸收或者高反射地物时候，就会出现部分像元为负值（如深水、高密度）或者大于10000。解决方法可以手动修改，如用周围的像元的平均值代替，可以使用 ENVI 下的 The DEM Editing Tool 工具。4.结果图像以 RGB 显示比原图像视觉效果要差，如模糊。这个需要了解下遥感软件 RGB 显示

15、机制。遥感软件为了让遥感图像显示更加“艳丽” ，方便解译，默认会对图像进行拉伸显示，一般是2%的线性拉伸。也就是我们常常会看到图像值有两个，一个是 Scrn 值，也就是拉伸之后的显示值，一个是 Data 值，也就是原始的图像 DN 值。另外一个方面，目前我们的 RGB 加色法显示都是基于8bit 显示，也就是0255。FLAASH 大气校正之后的结果是16bit 的整型，而且存在一些极小、极大值，这些对直方图整体形状有一定的影响，影响拉伸效果。解决方法是利用ENVI 下的 Interactive stretching 工具，选择有效值范围进行拉伸。还有一种情况是校正图像有很多背景值，比如经过几何校正的整景 TM 影像。背景及图像边缘处的像元在大气校正之后变成负值或者0值，由于这样的像元数量多，对图像的整体拉伸影响很大。解决方法就是将这些像元掩膜掉，如在ROI Tool 中，利用 Option-Band Threshold to ROI 建立一个 ROI 进行图像裁剪。5.结果图像为什么像元值大多是大于1ENVI FLAASH 考虑到数据储存和后续处理，将大气校正得到的反射率结果乘以10000变成16bit 整型。如果想让反射率结果在01范围，可用 BandMath，表达式为 b1/10000.0。