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2024-07-03 07:48| 来源: 网络整理| 查看: 265

    大气校正模块提供两种大气校正工具: FLAASH校正工具(Fast Line-of-sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes)和快速大气校正工具——QUick Atmospheric Correction (QUAC)。

1 FLAASH大气校正工具

FLAASH是基于MODTRAN辐射传输模型,ENVI5.7开始采用的是MODTRAN 6版本。MODTRAN 6采用全新的Line-By-Line(LBL)算法,可在更短的波长分辨率下计算透射率和辐射度,以获得更高的精度。

FLAASH特点

①可校正可见光、近红外和短波红外范围的波长,支持传感器种类多,包括多光谱和高光谱传感器。

②FLAASH采用了MODTRAN6辐射传输模型,该算法精度高。任何有关图像的标准MODTRAN大气模型和气溶胶类型都可以直接使用。

③通过图像像素光谱上的特征来估计大气的属性,不依赖遥感成像时同步测量的大气参数数据。

④可以有效地去除水蒸气/气溶胶散射效应,同时基于像素级的校正,矫正目标像元和邻近像元交叉辐射的“邻近效应”。

⑤对由于人为抑止而导致波谱噪声进行光谱平滑处理。作为结果,除了真实地表反射率外,还可以得到整幅图像内的能见度、卷云与薄云的分类图像、水气含量数据。

处理步骤

FLAASH工具中大气校正主要分3步:

(1)从图像中获取大气参数,包括能见度(气溶胶光学厚度)、气溶胶类型和大气水汽含量。由于目前气溶胶反演算法多是基于图像中的特殊目标,如水体或浓密植被等暗体目标,在FLAASH中也延用了暗目标法,一景图像最终能获取一个平均的能见度数据;另一方面,FLAASH 中水汽含量的反演算法是基于水汽吸收的光谱特征,采用了波段比值法,水汽含量的计算在FLAASH中是逐像元进行的。

(2)大气参数获取之后,通过求解大气辐射传输方程来获取反射率数据。

(3)为了消除纠正过程中存留的噪声,需要利用图像中光谱平滑的像元对整幅图像进行光谱平滑运算。

云或云影对图像的污染会给大气纠正带来许多问题。被云覆盖的像元不仅无法获得其反射率信息,由于受到云的影响,其它邻近像元的反射率会有不同程度的降低。FLAASH 中能够自动判断出图像中受云影响的区域,在大气纠正的过程中避开这些像元,并用图像的平均辐射率来代替云区的辐射率,以进行后续的处理。

算法基本原理

FLAASH是基于太阳波谱范围内(不包括热辐射)和平面朗伯体(或近似平面朗伯体),在传感器处接收的像元光谱辐射亮度公式。

                                       (1)

式中:

L:传感器处像元接收到的总辐射亮度 ρ:像素表面反射率 ρe:像素周围平均表面反射率 S:大气球面反照率 Lα:大气后向散射辐射率(大气程辐射) A和B:取决于大气条件和几何条件的两个系数

公式(1)中的所有变量都与波段范围有关,为了简化公式,波长指数在公式中被省略。将公式(1)分成3个部分(以括号为分割线),右边第一部分代表了太阳辐射经大气入射到地表后反射直接进入传感器的辐射亮度;右边第二部分为经大气散射后进入传感器的辐射亮度,ρ和ρe的区别主要来自于大气散射引起的“邻近像元效应”。在很多大气校正模型中,假设ρ=ρe ,忽略“邻近像元效应” ,这种校正方法对短波范围内的结果产生很大的反射误差,尤其图像上有薄雾或地物存在强烈对比的条件下;第三部分为大气后向散射辐射率(大气程辐射)。

参变量A、B、S 和 La的值是通过辐射传输模型MODTRAN的计算获取的,需要用到观测视场角、太阳角度、平均海拔高度,以及假设的大气模型、气溶胶类型、能见度范围。A、B、S 和 La的值与大气中水汽含量有密切的关系,MODTRAN4用波段比值法来进行水汽含量的反演,即用水汽吸收波段(常用1130nm)及其邻近的非水汽吸收波段的比值来获取大气水汽含量,生成了一个二维查找表来对每一个像元进行水汽含量的反演。(注:当图像没有适当的波段用于水汽的移除,如Landsat、SPOT等,水汽含量的确定由自定义选择大气模型)。

当水汽反演步骤完成,利用公式(1)可以计算传感器所有通道的像素平均反射率,要计算平均辐射亮度Le图像,可以构建以下近似公式估算空间平均反射率ρe的方法来解决:

                                           (2)

空间平均反射率用于计算大气点扩散函数(point-spread function),它是描述地表未处于视线路径上的部分点对目标像素的辐射贡献关系。FLAASH中用一个径向距离的近似指数函数代替大气点扩散函数。为了获得准确的结果,在计算平均反射率之前去除包括云的像素。云是通过组合亮度、波段比和水蒸气来检测。

FLAASH 中气溶胶光学厚度的反演应用了Kaufman提出的暗目标法。Kaufman认为,由于2100 nm波长比大部分气溶胶微粒的直径要大,该波段受气溶胶影响可以忽略;在大量的试验中,他发现2100 nm的暗目标反射率与660 nm暗目标反射率之间存在稳定的比值关系,平均为ρ660=0.45ρ2100;利用公式(1)和公式(2)以及一系列的能见度范围可以反演出气溶胶光学厚度。

2 FLAASH输入数据要求

FLAASH对大气校正的输入图像做了一些要求,具体要求如下:

图像基本参数

波段范围:不能超过3μm,如果有热红外波段需要移除。如果要执行水汽反演,光谱分辨率



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