定量/高光谱遥感之——大气校正（二）
2.6 FLAASH大氣校正
FLAASH是基于MODTRAN4+輻射傳輸模型，MODTRAN模型是由進(jìn)行大氣校正算法研究的領(lǐng)先者SpectralSpectral Sciences, Inc和美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室（Air Force Research Laboratory）共同研發(fā)。Exelis?VIS公司負(fù)責(zé)集成和GUI設(shè)計(jì)。
1.??????FLAASH特點(diǎn)
l?支持傳感器種類(lèi)多，包括多光譜的ASTER，AVHRR，GeoEye-1，IKONOS，IRS，Landsat，MODIS，SeaWiFS，SPOT，QuickBird，RapidEye等，高光譜HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO-1)、AISA等。可以通過(guò)自定義波譜響應(yīng)函數(shù)支持更多的傳感器。工程化應(yīng)用價(jià)值比較明顯。
l?FLAASH采用了MODTRAN4+輻射傳輸模型，該算法精度高。任何有關(guān)影像的標(biāo)準(zhǔn)MODTRAN大氣模型和氣溶膠類(lèi)型都可以直接使用。
l?通過(guò)影像像素光譜上的特征來(lái)估計(jì)大氣的屬性，不依賴遙感成像時(shí)同步測(cè)量的大氣參數(shù)數(shù)據(jù)。
l?可以有效地去除水蒸氣/氣溶膠散射效應(yīng)，同時(shí)基于像素級(jí)的校正，矯正目標(biāo)像元和鄰近像元交叉輻射的“鄰近效應(yīng)”。
l?對(duì)由于人為抑止而導(dǎo)致波譜噪聲進(jìn)行光譜平滑處理。作為結(jié)果，除了真實(shí)地表反射率外，還可以得到整幅圖像內(nèi)的能見(jiàn)度、卷云與薄云的分類(lèi)影像、水氣含量數(shù)據(jù)。
2.??????使用ENVI大氣校正模塊
ENVI大氣校正模塊的使用主要又以下7個(gè)方面組成：1、輸入文件準(zhǔn)備，2、基本參數(shù)設(shè)置，3、多光譜數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置，4、高光譜數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置，5、高級(jí)設(shè)置，6、輸出文件，7、處理結(jié)果。下面介紹這7個(gè)方面內(nèi)容。
(一)?輸入文件準(zhǔn)備
1)????????支持傳感器類(lèi)型
高光譜包括：HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO-1)、AISA等；多光譜包括：ASTER，AVHRR，GeoEye-1，IKONOS，IRS，Landsat，MODIS，SeaWiFS，SPOT，QuickBird，RapidEye等，
航空：860nm-1135nm波長(zhǎng)范圍
2)????????數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)定標(biāo)后的輻射亮度（輻射率）數(shù)據(jù)，單位是：（μW）/（cm2*nm*sr）。
3)????????數(shù)據(jù)帶有中心波長(zhǎng)（wavelenth）值，如果是高光譜還必須有波段寬度（FWHM）,這兩個(gè)參數(shù)都可以通過(guò)編輯頭文件信息輸入（Edit Header）。
4)????????數(shù)據(jù)類(lèi)型
支持四種數(shù)據(jù)類(lèi)型：浮點(diǎn)型（floating）、長(zhǎng)整型(long integer )、整型（integer）和無(wú)符號(hào)整型(unsigned int)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類(lèi)型：ENVI標(biāo)準(zhǔn)柵格格式文件，且是BIP或者BIL。
5)????????波譜范圍：flaash能夠做的數(shù)據(jù)光譜范圍是0.4－2500μm。
(二)?基本參數(shù)設(shè)置
1)????????輸入文件及輸出路徑設(shè)置，如圖6所示。
2)????????傳感器基本信息設(shè)置
選擇傳感器類(lèi)型，成像中心點(diǎn)經(jīng)緯度，成像時(shí)間，高度信息（成像區(qū)域和傳感器飛行高度），傳感器這些都可以在數(shù)據(jù)自帶信息文件里獲得，需要注意的是南半球和西半球要用負(fù)值。
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圖6基本參數(shù)設(shè)置
3)????????大氣模型（Atmospheric Model）
提供6種大氣模型，如表2所示，可根據(jù)緯度和成像季節(jié)對(duì)照表3查找對(duì)應(yīng)的大氣模型。
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| Model Atmosphere | Water Vapor (std atm-cm) | Water Vapor (g/cm2) | Surface Air Temperature |
| Sub-Arctic Winter (SAW) | 518 | 0.42 | -16 °C or 3 °F |
| Mid-Latitude Winter (MLW) | 1060 | 0.85 | -1 °C or 30 °F |
| U.S. Standard (US) | 1762 | 1.42 | 15 °C or 59 ° |
| Sub-Arctic Summer (SAS) | 2589 | 2.08 | 14 °C or 57 ° |
| Mid-Latitude Summer (MLS) | 3636 | 2.92 | 21 °C or 70 ° |
| Tropical (T) | 5119 | 4.11 | 27 °C or 80 ° |
??????????????????????????????????表2六種標(biāo)準(zhǔn)的大氣模型
| Latitude (°N) | Jan. | March | May | July | Sept. | Nov. |
| 80 | SAW | SAW | SAW | MLW | MLW | SAW |
| 70 | SAW | SAW | MLW | MLW | MLW | SAW |
| 60 | MLW | MLW | MLW | SAS | SAS | MLW |
| 50 | MLW | MLW | SAS | SAS | SAS | SAS |
| 40 | SAS | SAS | SAS | MLS | MLS | SAS |
| 30 | MLS | MLS | MLS | T | T | MLS |
| 20 | T | T | T | T | T | T |
| 10 | T | T | T | T | T | T |
| 0 | 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 |
表3數(shù)據(jù)經(jīng)緯度與獲取時(shí)間對(duì)應(yīng)的大氣模型
4)????????水氣反演Water Retrieval
水氣反演設(shè)置，采用兩種方式對(duì)水氣進(jìn)行反演：
a)????????利用水氣反演模型恢復(fù)影像中每個(gè)像元的水氣量
使用水氣反演模型，數(shù)據(jù)必須具有15nm以上波譜分辨率，且至少覆蓋以下波譜范圍之一：
l?1050-1210 nm (對(duì)應(yīng)1135 nm)
l?870-1020 nm (對(duì)應(yīng)940 nm)
l?770-870 nm (對(duì)應(yīng)820 nm)
對(duì)于大多數(shù)多光譜傳感器，水氣反演默認(rèn)顯示的是NO，因?yàn)榇蠖鄶?shù)傳感器沒(méi)有適當(dāng)?shù)牟ǘ蝸?lái)補(bǔ)償水氣的影響。
b)????????單一的水氣因數(shù)用于整體影像，默認(rèn)是1，
對(duì)于多光譜數(shù)據(jù)使用水氣反演模型，可以在多光譜設(shè)置中手動(dòng)設(shè)置水氣波段
5)????????氣溶膠模型（Aerosol Model）
a)????????提供四種標(biāo)準(zhǔn)MODTRAN氣溶膠模型
Rural（鄉(xiāng)村）、Urban（城市）、Maritime（海洋）、Tropospheric（對(duì)流層，能見(jiàn)度在40km以上）
b)????????兩種氣溶膠反演方法
2-Band（K-T）方法(類(lèi)似模糊減少法)，如果沒(méi)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(jiàn)度值來(lái)計(jì)算；所以即使選擇了該選項(xiàng)也要給能見(jiàn)度。
選擇None，采用能見(jiàn)度值參與氣溶膠反演，能見(jiàn)度值大約參考值參見(jiàn)表4
| 天氣條件 | 能見(jiàn)度 |
| 晴朗 | 40 to 100 km |
| 中等霧、陰霾 | 20 to 30 km |
| 厚霧、陰霾 | 15 km 或者更少 |
表4天氣條件與能見(jiàn)度對(duì)照表
6)????????光譜打磨(高光譜) Spectral Polishing
對(duì)高光譜數(shù)據(jù)的光譜進(jìn)行打磨處理，對(duì)波譜曲線進(jìn)行微調(diào)，使波譜曲線更加近似于真實(shí)地物的波譜曲線。
7)????????重新定標(biāo)波長(zhǎng)（Recalibratingthe Input Wavelengths）
???各個(gè)波段的中心波長(zhǎng)對(duì)大氣校正結(jié)果影像比較大。
(三)?多光譜數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置
???當(dāng)基本設(shè)置里設(shè)置了水氣反演以及氣溶膠反演，相應(yīng)的要在此設(shè)置相關(guān)參數(shù)（單擊Multispectral Settings）。有兩種設(shè)置方式：文件方式和圖形方式，一般選擇圖形方式。
1)????????水氣反演模型參數(shù)
| Water Retrieval | 1135 nm | absorption | 1117 - 1143 nm |
| reference upper wing | 1184 - 1210 nm | ||
| reference lower wing | 1050 - 1067 nm | ||
| 940 nm | absorption | 935 - 955 nm | |
| reference upper wing | 870 - 890 nm | ||
| reference lower wing | 995 - 1020 nm | ||
| 820 nm | absorption | 810 - 830 nm | |
| reference upper wing | 850 - 870 nm | ||
| reference lower wing | 770 - 790 nm | ||
| Aerosol Retrieval | KT upper | 2100 - 2250 nm | |
| KT lower | 640 - 680 nm | ||
| Cloud Masking | cirrus clouds | 1367 - 1383 nm | |
表5推薦使用波長(zhǎng)與波段對(duì)應(yīng)關(guān)系
2)????????氣溶膠模型參數(shù)設(shè)置（用氣溶膠模型要求數(shù)據(jù)波段覆蓋660nm和2100nm波譜），具體波段選擇可以從表5所列中選擇。
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圖7多光譜數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置
(四)?高光譜數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置
3)????????自動(dòng)選擇通道定義(推薦)
4)????????設(shè)置通道定義
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圖8高光譜設(shè)置
(五)?高級(jí)設(shè)置
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圖9高級(jí)參數(shù)設(shè)置
在高級(jí)設(shè)置面板里可以設(shè)置以下幾個(gè)參數(shù)：
1)????????光譜定義文件：內(nèi)置AVIRIS、HYMAP、HYDICE、HYPERION、CASI、AISA。
2)????????氣溶膠厚度系數(shù)：用于技術(shù)鄰域效應(yīng)范圍。一般值為1~2km。
3)????????CO2混合比率：默認(rèn)為390ppm。
4)????????使用領(lǐng)域糾正（Use Adjacency Correction）。
5)????????使用以前的MODTRAN模型計(jì)算結(jié)果。
6)????????設(shè)置MODTRAN模型的光譜分辨率（推薦值5 cm-1)。
7)????????設(shè)置MODTRAN多散射模型。
提供三種模型供選擇Isaacs，DISORT和Scaled DISORT。默認(rèn)是Scaled DISORT和streams為8，這種模型對(duì)于小于1000nm具有較高的精度；
8)????????天頂角\方位角（針對(duì)非星下點(diǎn)傳感器）。
9)????????輸出反射率縮放系數(shù)（Output Reflectance Scale Factor）：為了降低結(jié)果儲(chǔ)存空間，默認(rèn)反射率乘于10000。
(六)?輸出文件
經(jīng)過(guò)大氣校正模塊處理，可以得到以下結(jié)果：
l?表面反射率影像
l?水氣含量數(shù)據(jù)
l?云圖
l?日志文件
l?FLAASH大氣校正模板文件
(七)?處理結(jié)果
此模塊的波譜還原精度高，使用大氣校正模塊進(jìn)行大氣校正，能高保真地恢復(fù)地物波譜信息。
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圖10校正前后效果圖
3.?????????常見(jiàn)問(wèn)題
??? 1、如圖11所示錯(cuò)誤，為因?yàn)闆](méi)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。
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2、在做modis數(shù)據(jù)時(shí)候，不能使用領(lǐng)域糾正（Use Adjacency Correction）。
3、當(dāng)數(shù)據(jù)有地理坐標(biāo)時(shí)候，像元大小要也參數(shù)中設(shè)置保持一致。如你tm數(shù)據(jù)是25米的，那么選擇Landsat時(shí)候，像元大小默認(rèn)是30米，這個(gè)時(shí)候如果改成25米會(huì)報(bào)錯(cuò)。
4、得到的結(jié)果有負(fù)值，這個(gè)不好解釋，可以理解為誤差或者其他因素。或者對(duì)太陽(yáng)光強(qiáng)吸收區(qū)域，如水體。
更多錯(cuò)誤詳細(xì)參考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0100pvrk.html
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的定量/高光谱遥感之——大气校正（二）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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