大氣校正ENVI流程

在最初的遙感學習中，我總是分不清傳感器定標、輻射定標、輻射校

正、大氣校正這幾個概念的區別與聯系。而且在不同的資料中，各個

名詞的解釋又不一樣。例如：

定標是將傳感器所得的測量值變換為絕對亮度或變換為與地表反射

率、表面溫度等物理量有關的相對值的處理過程（趙英時等《遙感應

用分析原理與方法》）

遙感器定標就是建立遙感器每個探測器輸出值與該探測器對應的實

際地物輻射亮度之間的定量關系；建立遙感傳感器的數字量化輸出值

DN與其所對應的視場中輻射亮度值之間的定量關系（陳述彭）。

輻射定標是將傳感器記錄的電壓或數字值轉換成絕對輻射亮度的過

程（梁順林《定量遙感》，2009）

其實，簡單來說，輻射定標就是將記錄的原始DN值轉換為大氣外層

表面反射率，目的是消除傳感器本身產生的誤差，有多種方法：實驗

室定標、星上定標、場地定標。公式1就是將初始的DN值轉換為輻

射亮度，其中Lb是值輻射亮度值，單位是：W/cm2.μ（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值是線性關系。公式二是將

輻射亮度值轉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，相關的系數都包含在數據的頭文件或者元數據中了。例如用Env

i打開Modis數據，就是反射率（大氣外層表觀反射率），輻射亮度

以及發射率三個數據類型（見dsbin：傳感器定標

/ESRI/?tid=56191）。

大氣校正就是將輻射亮度或者表觀反射率轉換為地表實際反射率，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

計型和物理型。

統計型是基于陸地表面變量和遙感數據的相關關系，優點在于容易建

立并且可以有效地概括從局部區域獲取的數據，例如經驗線性定標

法，內部平場域法等，詳細請參照玉妮小居新浪博客：輻射校正的統

計模型/s/blog_5f4afe870100da1w.

html。

另一方面，物理模型遵循遙感系統的物理規律，它們也可以建立因果

關系。如果初始的模型不好，通過加入新的知識和信息就可以知道應

該在哪部分改進模型。但是建立和學習這些物理模型的過程漫長而曲

折。模型是對現實的抽象；所以一個逼真的模型可能非常復雜，包含

大量的變量。例如6s模型，Mortran等。

而輻射校正指在光學遙感數據獲取過程中，產生的一切與輻射有關的

誤差的校正（包括輻射定標和大氣校正）。 三者關系如圖：

Landsat Tm5輻射定標和大氣校正(轉載)

一、輻射定標

1. 由于ENVI 4.4 中有專門進行輻射定標的模塊，因此實際的操作十分簡單。將原始TM 影像打開以后，

選擇

Basic Tools–Preprocessing–Calibration Utilities–Landsat TM

2. 進入下一步參數選擇：根據傳感器類型選擇Landsat 4,5 或者7。從遙感影像的頭文件中獲取Data

Acquisition 的時間，Sun elevation。如果你是用File–Open External File–Landsat–Fast 的方法

打開 的話，sun elevation 就已經填好了。這里Calibration Type 注意選擇為Radianc

e。輸出文件，定標就完成了。

二、大氣校正

大氣校正的目的是消除大氣和光照等因素對地物反射的影響，獲得地物反射率和輻射率、地表溫度等

真實物理模型參數，用來消除大氣中水蒸氣、氧氣、二氧化碳、甲烷和臭氧對地物反射的影響，消除大氣

分子和氣溶膠散射的影響。FLAASH 可以處理任何高光譜數據、衛星數據和航空數據(860nm/1135nm)，

這些數據是由HyMAP、AVIRIS、CASI、 HYDICE、HYPERION(EO-1)AISA、HARP、DAIS、Prob

e-1、TRWIS-3、SINDRI、MIVIS、 OrbView-4、NEMO等傳感器獲得的。FLAASH還可以校正垂直

成像數據和側視成像數據。

Flaash大氣校正使用了 MODTRAN 4+ 輻射傳輸模型的代碼，基于像素級的校正，校正由于漫反

射引起的連帶效應，包含卷云和不透明云層的分類圖，可調整由于人為抑止而導致的波譜平滑。

FLAASH可對Landsat, SPOT, AVHRR, ASTER, MODIS, MERIS, AATSR, IRS等多光譜、高

光譜數據、航空影像及自定義格式的高光譜影像進行快速大氣校正分析。能有效消除大氣和光照等因素對

地物反射的影響，獲得地物較為準確的反射率和輻射率、地表溫度等真實物理模型參數。

校正過程

點擊envi——Basic Tools －Preprocessing － Calibration Utilities － FLAASH

Spectral －FLAASH.或者點擊envi-spectral- FLAASH

1、 輸入數據必須是輻射校正后的數據，對輻射校正數據轉成BIL或BIP格式（Basic Tools ——Conv

ert Data）；

2、 對輸入數據進行頭文件編輯，主要是對波長和波長寬度

wavelenth（即每一波段的波長中心值）

fwhm（每一波段的波長范圍）fwhm進行編輯。（envi—

的編輯。不是高光譜數據可以不對

—file——Edit Envi Header）

3、 輸入數據后，彈出如下對話框

共有兩種選擇，如果輸入影像不同波段有不同的轉換因子，那選擇第一種，反之第二種。我用的是irs

影像所有波段都為同一因子，所以選用第二種，因子的值根據輸入數據的單位與envi標準

單位的轉換尺度。

Radiance Scale Factors是一個單位轉換因子，如果你的radiance（光譜靈敏度）是標準單位w/

m2 *um *rad ，而flaash要求輸入的是uw/cm2*sr*nm，則該因子為10。

1m=103mm=106μm=109nm=1012pm(皮米)

1w=103mw=106μw 1兆瓦=106瓦

Rad平面角弧度 sr 立體角球面度

4、 設置輸出參數，包括：Output Reflectance File.、Output Directory for FLAASH Files、和O

utput

Directory for FLAASH Files

5、 輸入成像和傳感器的參數

Scene center lacation 影像的中心點的經緯度，可以將影像打開，查看中心點的經緯度（通過在一下窗

口輸入中心點的行列號即可）

nsor altitude 傳感器高度（軌道高度），選擇正確的傳感器后就可以顯示了。

Ground Elevation 平均海拔（所選區域的）單位是km

6、atmospheric model 地球大氣模型 和氣溶膠模型

6種標準大氣模型

根據以下表選擇所校正區域的大氣模型

數據經緯度與獲取時間決定選用的大氣模型

水氣反演設置 （Water Retri）

水氣反演設置，采用兩種方式對水氣進行去除

a. 利用水氣去除模型恢復影像中每個像元的水氣量

使用水氣反演模型，數據必須具有 15nm以上波譜分辨率，且至少覆蓋以下波譜范圍之一：1050－121

0nm(優先考慮)，770－870nm，870－1020nm。 對于大多傳感器，水氣反演默認顯示的是 NO，因

為大多數傳感器沒有適當的波段來補償水氣的影響。

b.單一的水氣因數用于整體影像，默認是1，多光譜數據使用水氣反演模型，可以在多光譜設置

中手動設置水氣波段

氣溶膠模型 （Aerosol Retri ）

用氣溶膠模型要求數據波段覆蓋 660nm和 2100nm波譜。

a. 提供四種標準 MODTRAN 氣溶膠模型

Rural（鄉村）、Urban（城市）、Maritime（海洋）、Tropospheric

b. 兩種氣溶膠反演方法

2-Band（K-T）方法(類似模糊減少法)，如果沒有找到適應的黑值（一般是陰影區或者水體），系統

將采用能見度值來計算；所以即使選擇了該選項也要給。

天氣情況與能見度的關系

7.光譜打磨(高光譜) Spectral Polishing

光譜打磨(高光譜數據)

使波譜曲線更加近似于真實地物的波譜曲線

對波譜曲線進行微調

8.多光譜數據參數設置

當基本設置里設置了水氣反演模型和氣溶膠模型時，相應的在改多光譜設置框中設置參數

水氣去除模型參數

氣溶膠模型參數設置（用氣溶膠模型要求數據波段覆蓋 660nm和 2100nm波譜.） 設置值見下表

所示：

9．高光譜數據參數設置

自動選擇通道定義(推薦)

設置通道定義

10．高級設置

光譜定義文件：內置 AVIRIS、HYMAP、HYDICE、HYPERION、CASI、AISA

氣溶膠高度

CO2 混合比率：390ppm

使用領域糾正

使用以前的 MODTRAN 模型計算結果

設置 MODTRAN 模型的光譜分辨率（推薦值 5 cm-1)

設置 MODTRAN 多散射模型

天頂角"方位角（針對非星下點傳感器）