2.6 FLAASH大气校正

FLAASH是基于MODTRAN4+辐射传输模型，MODTRAN模型是由进行大气校正算法研究的领先者SpectralSpectral Sciences, Inc和美国空军实验室（Air Force Research Laboratory）共同研发。Exelis VIS公司负责集成和GUI设计。

1.      FLAASH特点

l 支持传感器种类多，包括多光谱的ASTER，AVHRR，GeoEye-1，IKONOS，IRS，Landsat，MODIS，SeaWiFS，SPOT，QuickBird，RapidEye等，高光谱HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO-1)、AISA等。可以通过自定义波谱响应函数支持更多的传感器。工程化应用价值比较明显。

l FLAASH采用了MODTRAN4+辐射传输模型，该算法精度高。任何有关影像的标准MODTRAN大气模型和气溶胶类型都可以直接使用。

l 通过影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。

l 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”。

l 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、卷云与薄云的分类影像、水气含量数据。

2.      使用ENVI大气校正模块

ENVI大气校正模块的使用主要又以下7个方面组成：1、输入文件准备，2、基本参数设置，3、多光谱数据参数设置，4、高光谱数据参数设置，5、高级设置，6、输出文件，7、处理结果。下面介绍这7个方面内容。

(一) 输入文件准备

1)        支持传感器类型

高光谱包括：HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO-1)、AISA等；多光谱包括：ASTER，AVHRR，GeoEye-1，IKONOS，IRS，Landsat，MODIS，SeaWiFS，SPOT，QuickBird，RapidEye等，

航空：860nm-1135nm波长范围

2)        数据是经过定标后的辐射亮度（辐射率）数据，单位是：（μW）/（cm²*nm*sr）。

3)        数据带有中心波长（wavelenth）值，如果是高光谱还必须有波段宽度（FWHM）,这两个参数都可以通过编辑头文件信息输入（Edit Header）。

4)        数据类型

支持四种数据类型：浮点型（floating）、长整型(long integer )、整型（integer）和无符号整型(unsigned int)。数据存储类型：ENVI标准栅格格式文件，且是BIP或者BIL。

5)        波谱范围：flaash能够做的数据光谱范围是0.4－2500μm。

(二) 基本参数设置

1)        输入文件及输出路径设置，如图6所示。

2)        传感器基本信息设置

选择传感器类型，成像中心点经纬度，成像时间，高度信息（成像区域和传感器飞行高度），传感器这些都可以在数据自带信息文件里获得，需要注意的是南半球和西半球要用负值。

 

图6基本参数设置

3)        大气模型（Atmospheric Model）

提供6种大气模型，如表2所示，可根据纬度和成像季节对照表3查找对应的大气模型。

 

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2六种标准的大气模型

表3数据经纬度与获取时间对应的大气模型

4)        水气反演Water Retrieval

水气反演设置，采用两种方式对水气进行反演：

a)        利用水气反演模型恢复影像中每个像元的水气量

使用水气反演模型，数据必须具有15nm以上波谱分辨率，且至少覆盖以下波谱范围之一：

l 1050-1210 nm (对应1135 nm)

l 870-1020 nm (对应940 nm)

l 770-870 nm (对应820 nm)

对于大多数多光谱传感器，水气反演默认显示的是NO，因为大多数传感器没有适当的波段来补偿水气的影响。

b)        单一的水气因数用于整体影像，默认是1，

对于多光谱数据使用水气反演模型，可以在多光谱设置中手动设置水气波段

5)        气溶胶模型（Aerosol Model）

a)        提供四种标准MODTRAN气溶胶模型

Rural（乡村）、Urban（城市）、Maritime（海洋）、Tropospheric（对流层，能见度在40km以上）

b)        两种气溶胶反演方法

2-Band（K-T）方法(类似模糊减少法)，如果没有找到适应的黑值（一般是阴影区或者水体），系统将采用能见度值来计算；所以即使选择了该选项也要给能见度。

选择None，采用能见度值参与气溶胶反演，能见度值大约参考值参见表4

表4天气条件与能见度对照表

6)        光谱打磨(高光谱) Spectral Polishing

对高光谱数据的光谱进行打磨处理，对波谱曲线进行微调，使波谱曲线更加近似于真实地物的波谱曲线。

7)        重新定标波长（Recalibratingthe Input Wavelengths）

   各个波段的中心波长对大气校正结果影像比较大。

(三) 多光谱数据参数设置

   当基本设置里设置了水气反演以及气溶胶反演，相应的要在此设置相关参数（单击Multispectral Settings）。有两种设置方式：文件方式和图形方式，一般选择图形方式。

1)        水气反演模型参数

表5推荐使用波长与波段对应关系

2)        气溶胶模型参数设置（用气溶胶模型要求数据波段覆盖660nm和2100nm波谱），具体波段选择可以从表5所列中选择。

 

图7多光谱数据参数设置

(四) 高光谱数据参数设置

3)        自动选择通道定义(推荐)

4)        设置通道定义

 

图8高光谱设置

(五) 高级设置

 

图9高级参数设置

在高级设置面板里可以设置以下几个参数：

1)        光谱定义文件：内置AVIRIS、HYMAP、HYDICE、HYPERION、CASI、AISA。

2)        气溶胶厚度系数：用于技术邻域效应范围。一般值为1~2km。

3)        CO2混合比率：默认为390ppm。

4)        使用领域纠正（Use Adjacency Correction）。

5)        使用以前的MODTRAN模型计算结果。

6)        设置MODTRAN模型的光谱分辨率（推荐值5 cm-1)。

7)        设置MODTRAN多散射模型。

提供三种模型供选择Isaacs，DISORT和Scaled DISORT。默认是Scaled DISORT和streams为8，这种模型对于小于1000nm具有较高的精度；

8)        天顶角\方位角（针对非星下点传感器）。

9)        输出反射率缩放系数（Output Reflectance Scale Factor）：为了降低结果储存空间，默认反射率乘于10000。

(六) 输出文件

经过大气校正模块处理，可以得到以下结果：

l 表面反射率影像

l 水气含量数据

l 云图

l 日志文件

l FLAASH大气校正模板文件

(七) 处理结果

此模块的波谱还原精度高，使用大气校正模块进行大气校正，能高保真地恢复地物波谱信息。

 

图10校正前后效果图

3.         常见问题

    1、如图11所示错误，为因为没有设置输出反射率文件名，解决方法是单击Output Reflectance File按钮，选择反射率数据输出目录及文件名。

 

 

2、在做modis数据时候，不能使用领域纠正（Use Adjacency Correction）。

3、当数据有地理坐标时候，像元大小要也参数中设置保持一致。如你tm数据是25米的，那么选择Landsat时候，像元大小默认是30米，这个时候如果改成25米会报错。

4、得到的结果有负值，这个不好解释，可以理解为误差或者其他因素。或者对太阳光强吸收区域，如水体。

更多错误详细参考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0100pvrk.html