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  • Landsat5TM数据辐射定标.pdf
    2020-12-30 22:30:40

    Landsat5TM数据辐射定标

    研究论文( )

    Articles

    Landsat5TM数据辐射定标

    1,2,3 2

    张兆明 ,何国金

    1.中国科学院遥感应用研究所,北京 100101

    2.中国科学院对地观测与数字地球科学中心,北京 100190

    3.中国科学院研究生院,北京 100039

    摘要 卫星自 年 月 日发射以来已成功运转 ,在 的数据处理历史中,为提高辐射定标精度,

    Landsat5 1984 3 1 24a Landsat5TM

    美国地质调查局( )分别在 年 月和 年 月对其辐射定标算法进行了两次更新,新算法采用基于查找表的定标算

    USGS 2003 5 2007 4

    法,和Landsat7ETM+的定标算法相似。但是目前在遥感定量应用中对TM数据的辐射定标问题存在混乱状况,影响了定标精度。

    针对此状况,对Landsat5TM数据辐射定标问题进行了系统介绍,重点分析了定标算法变化情况,为正确进行Landsat5TM数据

    辐射定标提供参考。

    关键词 Landsat5TM;辐射定标;查找表

    中图分类号 TP751.1 文献标识码 A 文章编号 1000-7857(2008)07-0054-05

    RadiometricCalibrationofLandsat 0引言

    随着遥感技术的迅速发展,遥感应用逐渐从定性走向定

    5TMData

    量,辐射定标是实现遥感信息定量化的基本前提。

    通常遥感数字图像给出的是像元DN值。利用DN值,只

    1,2,3 2

    ZHANGZhaoming ,HEGuojin

    能进行同景图像内部的相对比较。全球资源和环境变化研究

    要求遥感技术能够提供长时相、多区域、多种传感器的遥感数

    1.InstituteofRemoteSensingApplications,ChineseAcademy

    据。只有将图像DN值转换成对应像元的辐射亮度值,才能对

    ofSciences,Beijing100101,China

    不同地点、不同时间和不同类型传感器获取的遥感数据进行

    2.CenterforEarthObservationandDigitalEarth,Chinese

    定量比较与应用,以满足全球资源和环境变化研究的需要,而

    AcademyofSciences,Beijing100190,China

    这个转换过程就称为辐射定标。

    3.GraduateSchool,ChineseAcademyofSciences,

    目前辐射定标包括 个方

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  • ENVI中TM辐射定标和大气校正

    千次阅读 2020-12-30 22:30:44
    一、辐射定标1. 由于ENVI 4.4中有专门进行辐射定标的模块,因此实际的操作十分简单。将原始TM 影像打开以后,选择BasicTools–Preprocessing–CalibrationUtilities–Landsat TM2. 进入下一步参数选择:根据传感器...

    一、辐射定标

    1. 由于ENVI 4.4

    中有专门进行辐射定标的模块,因此实际的操作十分简单。将原始TM 影像打开以后,选择Basic

    Tools–Preprocessing–Calibration

    Utilities–Landsat TM

    2. 进入下一步参数选择:根据传感器类型选择Landsat 4,5

    或者7。从遥感影像的头文件中获取Data Acquisition 的时间,Sun

    elevation。如果你是用File–Open External

    File–Landsat–Fast

    的方法打开header.dat 的话,sun elevation 就已经填好了。这里Calibration Type

    注意选择为Radiance。输出文件,定标就完成了。

    二、大气校正

    简单一点的大气校正可以采用ENVI的FLAASH模块,以下就是FLAASH操作的步骤:

    1. FLAASH

    模块的进入方法是Spectral–FLAASH,或者是Basic

    Tools–Preprocessing–Calibration

    Utilities–FLAASH。

    2. FLAASH

    模块的操作界面分为三块:最上部设定输入输出文件;中间设定传感器的参数;下部设定大气参数。

    3. 首先设定输入输出文件。FLAASH

    模块要求输入辐亮度图像,输出反射率图像。之前我们进行了辐射定标,得到辐亮度图像,在这里要把BSQ 格式的图像转换为BIL 或者BIP

    格式的图像,然后再Input Radiance Image 中选择转换格式后的图像。(Basic

    Tools–Convert

    Data(BSQ,BIL,BIP))。这里注意,当输入图像后,程序会让你选择Scale Factor,即原始辐亮度单位与ENVI

    默认辐亮度单位之间的比例。ENVI 默认的辐亮度单位是μW/cm2 ?sr?nm,而之前我们做辐射定标时单位是W/m2

    ?sr?μm,二者之间转换的比例是10,因此在下图中选择Single scale

    factor,填写10.000。

    4. 此外,如果TM

    影像的头文件中没有波段的信息,在这里也要求你提供一个.txt 文件以包含此信息。那么,准备好一个.txt 文件,其中含有一列TM

    每个波段中心波长的信息。

    5. 在Output Reflectance File 和Output

    Directory for FLAASH files 里面设定输出文件的文件名和位置。

    6. 设定传感器参数。首先是Scene Center

    Location,即遥感图像中心的坐标,以及Flight Date, Flight Time GMT,这三者都可以在TM

    的头文件中找到,填入即可。

    7. 在Sensor Type 菜单中选择Landsat

    TM5。此时Sensor altitude 自动填上为705km。而Pixel Size 填为30m。

    8. 根据遥感影像研究区实际情况,填写Ground

    Elevation,比如华北平原可以写为0.05km。

    9. 最关键的为大气参数部分:

    a) Atmospheric Model( 大气模式):

    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) 。根据经纬度和时间可以选定研究区的大气模式,见ENVI Help。

    b) Aerosol Model(气溶胶模式):有Rural,

    Urban, Maritime 和Tropospheric四种选择。根据实际情况选择即可。关于此四种模式的解释见ENVI

    Help。

    c) 当我们选择TM 时,可选的参数还有Aerosol

    Retrieval 和Initial

    Visibility。这两个参数对最后的结果又相当重要的影像,因此最好能调查到当地的Initial

    Visibility。此外,AERONET 在全世界各地有测定AOD(Atmospheric Optical

    Depth)的站点,可以查询AOD 以后转换为消光系数,通过消光系数估算能见度,此步骤比较繁琐,在此不予详述。如果采用Aerosol

    Retrieval 中的K-T算法计算Visibility,且能够计算出结果的话,则采用K-T 算法的能见度,否则采用Initial

    Visibility 所指定的能见度。

    d) 关于Aerosol

    Retrieval。如果选择了下拉菜单中的K-T method,那么需要在Multispectral Settings

    中设定参数,在Assign Default Values Based on Retrieval Conditions

    中选择Over-land Retrieval Standard

    (660:2100nm)即可。根据不同的研究区可以设定不同的模式。其他设定可以不改变。Apply即可。

    展开全文
  • Landsat TM 辐射定标和大气校正步骤

    千次阅读 2020-12-30 22:30:44
    Landsat TM 辐射定标和大气校正步骤一、数据准备从usgs网站或者马里兰大学下载TM原始数据,usgs网站下载的数据是原始数据,在envi软件File–Open External File–Landsat–Geotiffwith meta中只需打开***********_...

    Landsat TM 辐射定标和大气校正步骤

    一、数据准备

    从usgs网站或者马里兰大学下载TM原始数据,

    usgs网站下载的数据是原始数据,在envi软件File–Open External File–Landsat–Geotiff

    with meta中只需打开***********_MTL.txt即可打开所有波段数据(除band6)

    u马里兰大学网站下载的数据有可能不是原始数据,在envi软件File–Open External

    File–Landsat–Geotiff with

    meta中只需打开***********.met即可打开所有波段数据(除band6)

    二、辐射定标

    1. 由于ENVI 4.7中有专门进行辐射定标的模块。将原始TM的影像打开以后,选择

    Basic Tools–Preprocessing–Calibration Utilities–Landsat

    Calibration

    2. 进入下一步参数选择:根据传感器类型选择Landsat 4,5 或者7。从遥感影像的头文件中获取Data Acquisition

    的时间,Sun elevation。如果你是用File–Open External File–Landsat–Geotiff with

    meta(Fast) 的方法打开的话,sun elevation 就已经填好了。这里Calibration Type

    注意选择为Radiance。输出文件,定标就完成了。

    三、大气校正

    简单一点的大气校正可以采用ENVI的FLAASH模块,以下就是FLAASH操作的步骤:

    1. FLAASH 模块的进入方法是Spectral–FLAASH,或者是Basic

    Tools–Preprocessing–Calibration Utilities–FLAASH。

    2. FLAASH 模块的操作界面分为三块:最上部设定输入输出文件;中间设定传感器的参数;下部设定大气参数。

    3. 首先设定输入输出文件。FLAASH

    模块要求输入辐亮度图像,输出反射率图像。之前我们进行了辐射定标,得到辐亮度图像,在这里要把BSQ 格式的图像转换为BIL 或者BIP

    格式的图像,然后再Input Radiance Image 中选择转换格式后的图像。(Basic Tools–Convert

    Data(BSQ,BIL,BIP))。这里注意,当输入图像后,程序会让你选择Scale Factor,即原始辐亮度单位与ENVI

    默认辐亮度单位之间的比例。ENVI 默认的辐亮度单位是μW/cm2 ?sr?nm,而之前我们做辐射定标时单位是W/m2

    ?sr?μm,二者之间转换的比例是10,因此在下图中选择Single scale factor,填写10.000。

    4. 此外,如果TM 影像的头文件中没有波段的信息,在这里也要求你提供一个.txt 文件以包含此信息。那么,准备好一个.txt

    文件,其中含有一列TM 每个波段中心波长的信息。如果,我们打开的是Geotiff with

    meta,就不用填写波段信息了。

    5. 在Output Reflectance File 和Output Directory for FLAASH files

    里面设定输出文件的文件名和位置。

    6. 设定传感器参数。首先是Scene Center Location,即遥感图像中心的坐标,以及Flight Date,

    Flight Time GMT,这三者都可以在TM 的头文件中找到,填入即可。

    7. 在Sensor Type 菜单中选择Landsat TM5。此时Sensor altitude

    自动填上为705km。而Pixel Size 填为30m。

    8. 根据遥感影像研究区实际情况,填写Ground Elevation,比如呼和浩特市为1.05km。

    9. 最关键的为大气参数部分:

    a) Atmospheric Model( 大气模式): 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)

    。根据经纬度和时间可以选定研究区的大气模式,见ENVI Help。

    b) Aerosol Model(气溶胶模式):有Rural, Urban, Maritime

    和Tropospheric四种选择。根据实际情况选择即可。关于此四种模式的解释见ENVI Help。

    c) 当我们选择TM 时,可选的参数还有Aerosol Retrieval 和Initial

    Visibility。这两个参数对最后的结果又相当重要的影像,因此最好能调查到当地的Initial

    Visibility。此外,AERONET 在全世界各地有测定AOD(Atmospheric Optical

    Depth)的站点,可以查询AOD 以后转换为消光系数,通过消光系数估算能见度,此步骤比较繁琐,在此不予详述。如果采用Aerosol

    Retrieval 中的K-T算法计算Visibility,且能够计算出结果的话,则采用K-T 算法的能见度,否

    则采用Initial Visibility 所指定的能见度。

    d) 关于Aerosol Retrieval。如果选择了下拉菜单中的K-T method,那么需要在Multispectral

    Settings 中设定参数,在Assign Default Values Based on Retrieval Conditions

    中选择Over-land Retrieval Standard

    (660:2100nm)即可。根据不同的研究区可以设定不同的模式。其他设定可以不改变。Apply即可

    注:根据网上资料整理。

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  • 1. 由于ENVI 4.4 中有专门进行辐射定标的模块,因此实际的操作十分简单。将原始TM 影像打开以后,选择 Basic Tools–Preprocessing–Calibration Utilities–Landsat TM 2. 进入下一步参数选择:根据传感器类型...
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    本文介绍在ENVI软件下对Landsat-8数据进行辐射定标的过程,此外,通过本文可以初步了解Landsat-8影像数据,及多个波段同时打开的方法,辐射定标相关英文解释,学GIS的同时也学English,文中如有不当的地方,欢迎大家批评指正。

    预处理是遥感图像在使用之前做的一系列初步的处理过程,一般包括辐射定标、辐射校正、几何校正、投影转换、图像裁剪与镶嵌等操作。

    近年来遥感领域快速发展,逐渐从定性走向定量,而辐射定标是实现遥感信息定量化的基本前提,通常提供给用户的遥感数据都是数字图像,每个像元只有一个像元值(DN, Digital Number的缩写)该值为其覆盖范围内所有地物辐射能量的积分值或平均值。

    为什么要进行辐射定标?

    利用像元值只能进行同景图像内部的相对比较,然而全球资源和环境变化研究需要遥感技术能够提供多时域、多区域、多种传感器且相互之间具有可比性的遥感数据。可以通过辐射定标,将图像像元值转换为对应像元的辐射率或者反射率等物理量。

    数据介绍:Landsat-8 数据 “LC08_L1TP_123039_20180915_20180928_01_T1”

    步骤一 加载文件

    进入ENVI主界面下,以头文件的形式打开多光谱影像,依次点击File -> Open -> “LC08_L1TP_123039_20180915_20180928_01_T1_MTL.txt” 后即可打开影像,(相比于其他软件,ENVI打开多光谱影像的过程友好简单),打开Data Manager数据管理器,可以清楚看到Landsat-8影像数据分为五个数据集:

    MultiSpectral多光谱数据(1~7波段)

    Panchromatic 全色波段数据(8波段)

    Cirrus卷云波段数据(9波段)

    Thermal热红外数据(10,11波段)

    Quality质量波段数据(12波段)

    步骤二 调用辐射定标工具

    工具位于Toolbox -> Radiometric Correction -> Radiometric Calibration

    correction和calibrate意思相近,区别在哪里,牛津字典上是这样解释的

    correction: a change that makes sth more accurate than it was before

    calibrate: to mark units of measurement on an instrument such as a thermometer so that it can be used for measuring sth accurately.

    像温度计上那样标注刻度,看来calibrate译成定标,correction译成校正蛮合理的。

    步骤三 选择文件

    我们先选用多光谱数据

    步骤四 设置参数

    Calibration Type定标的类型包括radiance辐射率、reflectance反射率、brightness temperatures亮度温度三种,对于Landsat 8数据:

    多光谱数据可以进行辐射率定标和反射率定标;

    热红外数据可以进行辐射率定标和亮度温度定标。

    我们这里以多光谱数据的辐射率定标为例。

    其余参数介绍:Output Interleave输出格式;输出数据类型;Scale Factor比例因子,可以通过点击Apply FLAASH Settings得到相应的参数。

    步骤五 输出结果

    Output Filename下选择输出路径和文件名,以.dat格式输出,点击OK执行处理。

    结果还是挺明显的,以上便是基本的操作过程。

    原理探究

    我们进一步深入了解一下,当我们点击执行后,ENVI内部到底进行了怎么样的处理,以下英文解释来自ENVI官方文档。

    Radiance: This option is available if the image has gains and offsets for each band. ENVI reads these values from metadata from the sensors listed above. Radiance is computed using the following equation:

    辐射率:需要每个波段都有增益和偏移,ENVI可以从头文件中的元数据读取,计算公式如下所示。

    \[L_{\lambda}=Gain * Pixel value + Offset\]

    ENVI expects gains and offsets to be in units of W/(m2 * sr * µm). If so, then radiance will be in units of W/(m2 * sr * µm).

    ENVI期望增益和偏移的单位为W/(m2 * sr * µm) 这样的话,辐射率的单位就为W/(m2 * sr * µm)

    Reflectance: Top-of-atmosphere reflectance (0 to 1.0). This option is available if the image has gains, offsets, solar irradiance, sun elevation, and acquisition time defined in the metadata. ENVI reads these values from metadata from the sensors listed above. Reflectance is computed using the following equation:

    反射率:大气顶部的反射率在0~1之间,需要影像数据具有增益、偏移、太阳辐照度、太阳高度和采集时间。ENVI可以从头文件中的元数据读取这些值,计算公式如下所示:

    $$\rho_{\lambda} = \ \frac{\pi L_{\lambda}d^{2}}{\text{ESUN}_{\lambda}\sin\theta}$$

    式中:

    辐射率 Lλ = Radiance in units of W/(m2 * sr * µm)

    日地距离 d = Earth-sun distance, in astronomical units.

    太阳辐射照度 ESUNλ = Solar irradiance in units of W/(m2 * µm)

    太阳高度角 θ = Sun elevation in degrees

    With Landsat-8 files, the reflectance gains and offsets have been scaled by the sine of the sun elevation.

    Landsat-8数据中,反射率增益和偏移量已经按太阳高度角正弦值进行了缩放。

    Brightness Temperature: This option is only available for Landsat-8, ETM+, and TM thermal imagery. Brightness temperatures (in Kelvin) are computed as follows:

    仅支持Landsat-8, ETM+, TM热红外影像,亮度温度(单位:开尔文)计算公式如下:

    $$T = \ \frac{K2}{\ln{(\frac{K1}{L_{\lambda}} + 1)}}$$

    K1 and K2 = Calibration contstants, in Kelvin. ENVI reads these values from the Landsat metadata. 其中K1和 K2为定标常量,ENVI会从元数据中读取。

    头文件中究竟有什么呀,有点好奇,我们用写字板打开,这样较为整齐:

    以上为部分内容,确实都是一些具体的参数,包含的其他内容大家自行探索~

    其他参数下的结果

    最后,我们展示一下其他参数下的结果:

    多光谱数据的反射率定标

    热红外数据的辐射率定标

    热红外数据的亮度温度定标

    以上便是今天的全部内容,除了辐射定标外,遥感图像预处理还包括辐射校正、几何校正、投影转换、图像裁剪与镶嵌等操作,有机会再给大家介绍。

    展开全文
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