大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn)
大气辐射传输模型
[转载]大气辐射传输模型已有 968 次阅读2010-11-6 14:31|个人分类:未分类|系统分类:科普集锦|关键词:辐射传输转自/s/blog_4b700c4c0100jgl7.html相对辐射校正和绝对辐射校正基于物理模型的绝对辐射校是利用一系列参数(例如，卫星过境时的地物反射率，大气的能见度，太阳天顶角和卫星传感器的标定参数等)将遥感图像进行校正的方法。
仪器引起的误差畸变一般在数据生产过程中由生产单位根据传感器参数进行了校正。
对于用户来所，绝对辐射校正的方法主要是辐射传输模型法，该方法校正精度较高，它是利用电磁波在大气中的辐射传输原理建立起来的模型对遥感图像进行大气校正的方法。
由于有不同的不同的假设条件和适用的范围，因此产生很多可选择的大气较正模型，例如 6S模型、LOWTRAN模型、MODTRAN模型、ATCOR模型等。
基于统计模型的相对辐射校正,主要包括不变目标法、黑暗像元法与直方图匹配法等等。
不变目标法假定图像上存在具有较稳定反射辐射特性的像元，并且可确定这些像元的地理意义，那么就称这些像元为不变目标，这些不变目标在不同时相的遥感图像上的反射率将存在一种线性关系。
当确定了不变目标以及它们在不同时相遥感图像中反射率的这种线性关系，就可以对遥感图像进行大气校正。
黑暗像元法的基本原理就是在假定待校正的遥感图像上存在黑暗像元区域、地表朗伯面反射、大气性质均一，忽略大气多次散射辐照作用和邻近像元漫反射作用的前提下，反射率很小的黑暗像元由于大气的影响，而使得这些像元的反射率相对增加，可以认为这部分增加的反射率是由于大气程辐射的影响产生的。
利用黑暗像元值计算出程辐射，并代入适当的大气校正模型，获得相应的参数后，通过计算就得到了地物真实的反射率。
直方图匹配法是指如果确定某个没有受到大气影响的区域和受到大气影响的区域的反射率是相同的，并且可以确定出不受影响的区域，就可以利用它的直方图对受影响地区的直方图进行匹配处理。
大气校正与Modtran的使用
大气辐射传输及基本知识； 大气校正； Modtran的使用； 存在问题及讨论。
一、大气辐射传输及基本知识
大气辐射传输是大气中的基本物理过程之一； 发生于大气中的辐射传输过程起着多方面的作用； 来自太阳的电磁辐射是地球表层运动的主要能源，太阳短波辐射和地球—大气系统的长波辐射构成了地球—大气系统辐射平衡的基础； 大气中各种成分对不同波长电磁波的散射吸收和发射构成了复杂多变的辐射传输图像。
MODTRAN（Berk等，1989）：中光谱分辨率（2cm-1 ）大气透过率及辐射传输算法软件； DISORT算法（Stamnes等，1988）：多次散射辐射传输算法。
二、大气校正
进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收、散射和透射，其中对传感器接收影响较大的是吸收和散射。
在没有大气存在时，传感器接收的辐照度，只与太阳辐射到地面的辐照度和地物反射率有关。 由于大气的存在，辐射经过大气吸收和散射，透过率小于1，从而减弱了原信号的强度。 同时大气的散射光也有一部分直接或经过地物反射进人到传感器．这两部分辐射又增强厂信号，但却不是有用的。
一是利用大气和地表（包括自然和人工产物）的不同辐射特性，进行目标物与背景区分，达到高准确度和高精度的目标识别（以及动目标跟踪）； 另一种应用则是遥感，即利用大气和地表介质在电磁辐射传输中的不同特征，通过对特征性辐射的测量进而反演提取大气和地表的物理状态参数以及成分结构。
正是由于上述4个方面的应用需要的蓬勃发展，大气辐射传输的研究，包括理论研究、实验室测量、野外观测和验证试验等在过去几十年中取得了长足的进展。
3、大气辐射传输研究的主要内容
1）大气中各类气体分子的吸收光谱参数（及其随大气状态参数的变化）； 2）大气中的气溶胶粒子（广义而言也包括云和降水粒子）的成分、粒谱结构、形状特征、其复折射指数随波长的变化，由此可计算获得的气溶胶粒子的散射和吸收特性； 3）大气辐射传输方程的求解与具体算法。
大气校正方法说明
利用MODTRAN 进行大气校正的方法说明一． 大气校正公式、原理以及所需参数大气是介于传感器和地球表层之间由多种气体和气溶胶组成的介质层，电磁波在地物和传感器之间传输时，必然受到大气的影响。
遥感对地观测时，要想得到目标的真实信息，大气校正是不可回避的。
由卫星传感器获取的表观反射率ρ*可由下式表出： '()(,,)(,,)(())1v s s v s v a s v s v t t v d t T Se t τμθρθθφφρθθφφρρθρ-*-=-++- (1) 式中： s θ：太阳天顶角 ， s φ：太阳方位角 ，v θ ：传感器天顶角，v φ ：传感器方位角， t ρ：目标反射率，(,,)a s v s v ρθθφφ-：大气的路径辐射项等效反射率， τ：大气的光学厚度， S ：大气的半球反照率，'()v d t θ：散射透过率，cos()v v μθ=。
通过MODTRAN4对大气辐射传输进行模拟，求得大气校正所需参数，将所求的大气校正参数和传感器获得的表观反射率一并代入大气辐射传输公式 (1)，便可计算出目标的真实反射率t ρ，从而完成大气校正的任务。
在实际的工作中，我们可以用下面的公式：0()()()1t v v d v t L L F T S ρμμμρ=+- (2) 是传感器接收到的辐射亮度，0()v L μ是路径辐射项，d F ＝式中：s μ0F ()s T μ是太阳下行总辐射(0F 是大气层顶的太阳辐照度)， ()v T μ=v e τμ-+'()v d t θ是传感器和目标之间的透过率（v e τμ-是直射透过率，'()v d t θ是散射透过率）。
在已知的观测条件（太阳和传感器的几何参数，大气廓线，地表反射率等）下，设定一组t ρ值以及相应的传感器高度，通过MODTRAN4模拟得到一组辐射亮度()v L μ，代入方程(2)，再经过简单的代数运算就可以求出大气校正所需的参数（路径辐射项、透过率、大气半球反照率和太阳下行总辐射）。
大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn)
在遥感的实际应用中，常用很多简化的手段，如假设地面为朗伯面，排除云的存在，采用有关标准大气模式及大气气溶胶模式等，一次产生了许多不同类型的大气辐射传输模型，主要分为两类，1）采用大气的光学参数2）直接采用大气物理参数如lowtran、modtran等大气辐射近似计算模型，而且还增加了多次散射计算1. 5s模型该模型的代码模拟计算海平面上的均匀朗伯体目标的反射率，并假定大气吸收作用与散射作用可以耦合，就像吸收粒子位于散射层的上面一样，则大气上层测量的目标反射率可以表示为，海平面处朗伯体的反射率大气透过率分子、气溶胶层的内在反射率有太阳到地表再到传感器的大气透过率S为大气的反射率大气传输辐射校正模型－3 modtran该模型是由美国空军地球物理实验室研制的大气辐射模拟计算程序，在遥感领域被广泛应用于图像的大气校正。
lowtran7是一个光谱分辨率20cm－1，的大气辐射传输实用软件，它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线，其他13种微量气体的垂直廓线，城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线，辐射参量（如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布），以及地外太阳光谱。
lowtran7可以根据用户的需要，设置水平、倾斜、及垂直路径，地对空、空对地等各种探测几何形式，适用对象广泛。
lowtran7的基本算法包括透过率计算方法，多次散射处理和几何路径计算。
1）多次散射处理lowtran 采用改进的累加法，自海平面开始向上直至大气的上界，全面考虑整层大气和地表、云层的反射贡献，逐层确定大气分层每一界面上的综合透过率、吸收率、反射率和辐射通量。
再用得到的通量计算散射源函数，用二流近似解求辐射传输方程。
2）透过率计算该模型在单纯计算透过率或仅考虑单次散射时，采用参数化经验方法计算带平均透过率，在计算多次散射时，采用k－分布法3）光线几何路径计算考虑了地球曲率和大气折射效应，将大气看作球面分层，逐层考虑大气折射效应由于lowtran直接使用大气物理参数，因而需要按照下列方法计算出与lowtran使用的大气物理参数相对应的大气光学参数179页4.modtran辐射传输模型modtran可以计算0到50000cm－1的大气透过率和辐射亮度，它在440nm到无限大的波长范围精度是2cm－1，在22680到50000cm－1紫外波（200-440nm）范围的精度是20cm－1，在给定辐射传输驱动、气溶胶和云参数、光源与遥感器的几何立体对和地面光谱信息的基础上，根据辐射传输方程来计算大气的透过率以及辐射亮度。
简述大气校正的流程
1. 收集大气校正所需信息：大气传输模型参数：收集用于大气校正的大气传输模型参数，这通常包括大气水汽含量、气溶胶光学厚度等。
这些参数可以通过气象站观测、气象模型、气象卫星数据等获取。
太阳和观测几何信息：获取影像获取时的太阳天顶角、太阳方位角，以及观测天顶角、观测方位角等信息。
这些参数对于计算大气校正时的辐射传输很重要。
2. 选择大气校正模型：选择适当的大气校正模型是关键的一步。
不同的模型适用于不同的气象条件和传感器特性。
一些常见的大气校正模型包括：●标准大气模型（Standard Atmospheric Model）：基于大气中的吸收和散射的基本物理过程，考虑水汽、气溶胶、气体等的影响。
●MODTRAN（Moderate Resolution Atmospheric Transmission）：这是一个用于计算大气传输的计算机程序，可以模拟大气吸收、散射等效应。
●6S模型（Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum）：用于计算太阳光在大气中传输和反射的模型，适用于辐射度校正。
3. 执行大气校正：获取遥感数据：获取待处理的遥感图像数据，包括可见光和红外波段的多光谱或高光谱数据。
计算大气校正所需参数：利用收集的大气传输模型参数和太阳、观测几何信息，计算大气校正所需的参数。
执行大气校正计算：利用选定的大气校正模型，将原始数字值转换为辐射度或反射率。
这个步骤通常包括对每个波段进行单独的校正。
可选：反射率计算：对于可见光和红外波段，可以将辐射度进一步转换为反射率，以便更好地比较不同波段的数据。
4. 验证和调整：验证结果：验证大气校正的效果，检查校正后的图像是否更加真实地反映了地表的特征。
调整参数：根据验证结果，可能需要调整大气传输模型参数，以获得更准确的校正效果。
注意事项：●大气校正的精确性受到大气条件的影响，例如云量、气溶胶浓度等。
MODTRAN介绍使用
第一行：（CARD1参数，主要是大气模式方面的参数） CARD 1:FORMAT (2A1, I3, 12I5, F8.3, F7.0) 第二行：（CARD 1A 的参数） FORMAT (2L1, I3, L1, I4, F10.5, 2A10, 3(1X, A1), 4X, F10.3) (MOD4.0) 第三行： FORMAT(A80) 第四行：（CARD2 的参数，主要是气溶胶及云雨模式方面的参数） FORMAT (A2, I3, A1, I4, A3, I2, 3(I5), 5F10.5) 第五行：（CARD3 的参数，主要是探测几何方式方面的参数） FORMAT (6F10.3, I5, 5X, F10.3) 第六行：（CARD3 A1 的参数） FORMAT (415) 第七行：（CARD3 A2 的参数） FORMAT (8F10.3) 第八行：（CARD4 的参数，主要是波段及分辨率方面的参数） FORMAT (4F10.0, 2A1, A8, A7) 第九行：（CARD5 的参数） FORMAT (I5)
2. MODTRAN简介
2.1 MODTRAN及特点
(1)模式选择性强。可任意选择 LOETRAN7或MODTRAN辐射 传输模式，在选择的模式下，可以计算吸收物质的路径透射比、 大气辐射率、单次 (多次 )散射的太阳/月亮辐射率和直接透过的太 阳辐射等；
(2)辐射过程几乎考虑了大气中所有大气分子的吸收、散射和气 溶胶、云的吸收和散射效应；
+
b,i
( ,; ,)Lai tm ( ) cos d
]
atm i
+
Latm i
为到达传感 器的实际辐 射亮度；
穿透大气而进 入传感器的地 物的辐射亮度
大气校正方法说明
利用MODTRAN 进行大气校正的方法说明一． 大气校正公式、原理以及所需参数大气是介于传感器和地球表层之间由多种气体和气溶胶组成的介质层，电磁波在地物和传感器之间传输时，必然受到大气的影响。
遥感对地观测时，要想得到目标的真实信息，大气校正是不可回避的。
由卫星传感器获取的表观反射率ρ*可由下式表出： '()(,,)(,,)(())1v s s v s v a s v s v t t v d t T Se t τμθρθθφφρθθφφρρθρ-*-=-++- (1) 式中： s θ：太阳天顶角 ， s φ：太阳方位角 ，v θ ：传感器天顶角，v φ ：传感器方位角， t ρ：目标反射率，(,,)a s v s v ρθθφφ-：大气的路径辐射项等效反射率， τ：大气的光学厚度， S ：大气的半球反照率，'()v d t θ：散射透过率，cos()v v μθ=。
通过MODTRAN4对大气辐射传输进行模拟，求得大气校正所需参数，将所求的大气校正参数和传感器获得的表观反射率一并代入大气辐射传输公式 (1)，便可计算出目标的真实反射率t ρ，从而完成大气校正的任务。
在实际的工作中，我们可以用下面的公式：0()()()1t v v d v t L L F T S ρμμμρ=+- (2) 是传感器接收到的辐射亮度，0()v L μ是路径辐射项，d F ＝式中：s μ0F ()s T μ是太阳下行总辐射(0F 是大气层顶的太阳辐照度)， ()v T μ=v e τμ-+'()v d t θ是传感器和目标之间的透过率（v e τμ-是直射透过率，'()v d t θ是散射透过率）。
在已知的观测条件（太阳和传感器的几何参数，大气廓线，地表反射率等）下，设定一组t ρ值以及相应的传感器高度，通过MODTRAN4模拟得到一组辐射亮度()v L μ，代入方程(2)，再经过简单的代数运算就可以求出大气校正所需的参数（路径辐射项、透过率、大气半球反照率和太阳下行总辐射）。
大气矫正参数-概述说明以及解释
大气矫正参数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述是文章引言的一部分，用于简要介绍文章的主题和内容。
在本文中，我们将讨论大气矫正参数的概念和相关内容。
大气矫正参数是一种用于校正遥感图像中由大气层引起的主要扰动的参数，能够提高遥感图像的质量和准确性。
通过消除大气层对图像的影响，我们可以更好地获取地表物体的真实反射率信息。
本文将主要介绍大气矫正参数的基本原理和常见方法。
首先，我们将探讨大气矫正参数的定义和作用，解释为什么大气层会引起遥感图像的扰动，并提出采用大气矫正参数进行校正的必要性。
接下来，我们将详细介绍大气矫正参数的计算方法和常见模型。
大气矫正参数的计算涉及到大量的物理原理和数学模型，我们将介绍一些经典的大气校正模型，如ATCOR、MODTRAN等，并比较它们的优缺点。
此外，我们还将讨论大气矫正参数的应用领域和实际案例。
大气矫正参数在地质勘探、环境监测、农业、城市规划等领域具有广泛的应用价值。
通过实际案例的介绍，我们将展示大气矫正参数在图像处理中的实际效果和应用效益。
最后，我们将对大气矫正参数的未来发展进行展望。
由于大气校正技术在遥感图像处理中的重要性，未来的研究将更加注重新的矫正方法和模型的开发。
我们预计随着技术的不断进步，大气矫正参数将在遥感图像处理中发挥更加重要的作用。
通过本文的阅读，读者将了解大气矫正参数的基本概念和原理，并对大气校正技术的应用和发展有更深入的认识。
本文旨在为相关领域的研究人员和工程师提供一些参考和指导，以促进大气矫正参数的进一步研究和应用。
文章结构部分的内容可以按照以下方式进行编写：文章结构:本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
1. 引言：引言部分主要对大气矫正参数进行概述，并介绍文章的结构和目的。
1.1 概述：在这一节中，我们将简要介绍大气矫正参数的概念和作用。
大气矫正参数是指在遥感图像处理中，用于消除由于大气层对图像的干扰而产生的误差和偏差的参数。
通过准确计算和应用大气矫正参数，可以提高遥感图像的质量和准确度，使得图像结果更加真实和可靠。
大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn)
在遥感的实际应用中，常用很多简化的手段，如假设地面为朗伯面，排除云的存在，采用有关标准大气模式及大气气溶胶模式等，一次产生了许多不同类型的大气辐射传输模型，主要分为两类，1）采用大气的光学参数2）直接采用大气物理参数如lowtran、modtran等大气辐射近似计算模型，而且还增加了多次散射计算1. 5s模型该模型的代码模拟计算海平面上的均匀朗伯体目标的反射率，并假定大气吸收作用与散射作用可以耦合，就像吸收粒子位于散射层的上面一样，则大气上层测量的目标反射率可以表示为，海平面处朗伯体的反射率大气透过率分子、气溶胶层的内在反射率有太阳到地表再到传感器的大气透过率S为大气的反射率大气传输辐射校正模型－3 modtran该模型是由美国空军地球物理实验室研制的大气辐射模拟计算程序，在遥感领域被广泛应用于图像的大气校正。
lowtran7是一个光谱分辨率20cm－1，的大气辐射传输实用软件，它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线，其他13种微量气体的垂直廓线，城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线，辐射参量（如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布），以及地外太阳光谱。
lowtran7可以根据用户的需要，设置水平、倾斜、及垂直路径，地对空、空对地等各种探测几何形式，适用对象广泛。
lowtran7的基本算法包括透过率计算方法，多次散射处理和几何路径计算。
1）多次散射处理lowtran 采用改进的累加法，自海平面开始向上直至大气的上界，全面考虑整层大气和地表、云层的反射贡献，逐层确定大气分层每一界面上的综合透过率、吸收率、反射率和辐射通量。
再用得到的通量计算散射源函数，用二流近似解求辐射传输方程。
2）透过率计算该模型在单纯计算透过率或仅考虑单次散射时，采用参数化经验方法计算带平均透过率，在计算多次散射时，采用k－分布法3）光线几何路径计算考虑了地球曲率和大气折射效应，将大气看作球面分层，逐层考虑大气折射效应由于lowtran直接使用大气物理参数，因而需要按照下列方法计算出与lowtran使用的大气物理参数相对应的大气光学参数179页4.modtran辐射传输模型modtran可以计算0到50000cm－1的大气透过率和辐射亮度，它在440nm到无限大的波长范围精度是2cm－1，在22680到50000cm－1紫外波（200-440nm）范围的精度是20cm－1，在给定辐射传输驱动、气溶胶和云参数、光源与遥感器的几何立体对和地面光谱信息的基础上，根据辐射传输方程来计算大气的透过率以及辐射亮度。
MODTRAN介绍使用
MODTRAN介绍使用MODTRAN（Moderate Resolution Atmospheric Transmission）是一种常用的大气传输模型，它用于计算大气对电磁辐射的传输和吸收。
MODTRAN模型提供了一个完整的大气光谱模拟平台，可用于研究各种应用领域，如气象学、环境监测、红外/可见光传输和遥感应用等。
在本文中，我们将详细介绍MODTRAN的使用方法和其在不同领域中的应用。
首先，我们将介绍MODTRAN的基本原理。
MODTRAN是由美国空军强大的光谱计算模型，它模拟了地球大气对辐射的传输和吸收过程。
该模型基于辐射传输方程，将大气分为多个垂直层，考虑大气中的气体吸收、散射、云层、地面和大气透过率等因素。
它可以准确地计算不同波长和角度的电磁辐射的透过率、散射率和吸收率。
为了使用MODTRAN模型，首先需要提供准确的大气和地表输入参数。
这些参数包括大气柱密度、大气温度和湿度剖面、大气组分（如O3、CO2、CH4）的垂直分布、地表反射率和大气底部温度等。
MODTRAN提供了一个用户友好的界面，可以通过输入参数文件来设置这些参数。
此外，用户还可以选择辐射源的类型和光谱范围，并设定所需的输出参数。
一旦输入参数设置完毕，用户可以运行MODTRAN程序来计算大气传输模拟。
MODTRAN将计算地球表面和大气中不同波长的辐射的透过率、散射率和吸收率。
它还可以计算辐射在不同视场角度和观测高度下的光谱。
MODTRAN模型广泛应用于不同领域。
在气象学中，MODTRAN可以评估大气对太阳辐射的散射和吸收，从而帮助预测地面的能量平衡和气候变化。
在环境监测中，MODTRAN可以估计大气中的污染物的传输和扩散，从而帮助监测和控制大气污染。
在红外/可见光传输中，MODTRAN可以模拟和优化激光通信系统、红外导引系统和遥感系统的性能。
此外，MODTRAN还可以用于军事应用、地球观测、无人机导航等领域。
总结起来，MODTRAN是一个强大的大气传输模型，可用于计算大气对电磁辐射的传输和吸收。
大气校正模型简述
大气辐射校正模型简介1、acorn模型它是一种基于图像自身的大气校正软件，可以实现图像辐射值到表观地表反射率的转换，其工作的波长范围是350－2500nm。
在目前的大气校正程序一般都把地表假定为水平朗伯体，这主要是因为我们一般很难获取地表的充足信息以完成地形校正，因此大气校正的结果称为拉伸的地表反射率，又称表观反射率，在地形信息已知的情况下，可以将表观反射率转为地表反射率。
Acorn所提供的最高级的大气校正形式是基于辐射传输理论的，大气校正的方法是基于chandrasekhar（1960，dover）公式，描述了太阳辐射源、大气、和地表对辐射的贡献关系。
Caorn提供了一系列大气校正策略，包括经验法和基于辐射传输理论的方法，既可以对高光谱数据进行大气校正，也可以对多光谱图像数据进行大气校正，校正模式如下：1）模式1：对定标后的高光谱数据进行辐射传输大气校正，输出项为地表表观反射率。
2）模式1.5：对定标后的高光谱数据利用水气和液体水光谱你和技术进行辐射传输大气校正。
3）模式2：对高光谱大气校正结果进行独立的光谱增强。
4）模式3：利用经验线性法对高光谱数据进行大气校正5）模式4：对高光谱数据进行卷积处理得到多光谱数据6）模式5：对定标的多光谱数据进行辐射传输大气校正7）模式6：对多光谱的大气校正结果进行独立的光谱增强2、lowtran模型LOWTRAN是一种低分辨率（分辨率≥20cm-1）大气辐射传输模式。
它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线，其他13种微量气体的垂直廓线，城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线，辐射参量（如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布），以及地外太阳光谱。
lowtran7可以根据用户的需要，设置水平、倾斜、及垂直路径，地对空、空对地等各种探测几何形式，适用对象广泛。
lowtran7的基本算法包括透过率计算方法，多次散射处理和几何路径计算。
操作_大气校正,辐射定标,气溶胶反演
基于RS\GIS监测洪灾变化上机操作实例基本原理：①大气校正遥感图像在获取过程中，受到大气吸收与散射、传感器定标、地形等因素的影响，且会随时间的不同而有所差异。
利用多时相遥感图像的光谱信息检测地物变化的重要前提是要消除不变地物的辐射值差异。
大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，大多数情况下，大气校正是反演地物真实反射率的过程。
目前可以进行大气校正的模块有很多种，如最早的 MODTRAN 4+，6S (Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum)，ACORN，ATREM，在 ERDAS IMAGINE 8.7上的模块 ATCOR，以及 ENVI上的模块 FLAASH（基于MODTRAN）。
FLAASH可对LANDSAT，SPOT，AVHRR，ASTER，MODIS，MERIS，AATSR， IRS等多光谱、高光谱数据、航空影像及自定义格式的高光谱影像进行快速大气校正分析。
下面的大气纠正步骤，都是基于FLAASH进行的。
②辐射定标当我们拿到一幅原始影像，先要进行辐射定标，目的是把图像上的DN（Digital Number）值转为辐亮度或者是反射率。
辐射定标的结果可以是表观辐亮度（L），也可以是表观反射率（ρ）。
计算表观辐亮度（L）的公式为：Radiance=（（Lmax-Lmin）/（Qcalmax-Qcalmin）*（Qcal-Qcalmin）+Lmin ①其中：Radiance 是表观辐亮度，注意单位是W/m2·sr·μm；Qcal为像元DN 值（也就是影像数据本身）； Qcalmax为传感器处最大辐亮度值所对应的DN值，一般为255；Qcalmin 为传感器处最大辐亮度值所对应的DN值，一般为0；Lmax 和Lmin是从参数表中查询，Lmin为光谱辐亮度的最小值，单位同L；Lmax为光谱辐亮度的最大值，单位同L。
MODTRAN介绍使用
2. MODTRAN简介
2.1 MODTRAN及特点
(1)模式选择性强。可任意选择 LOETRAN7或MODTRAN辐射 传输模式，在选择的模式下，可以计算吸收物质的路径透射比、
大气辐射率、单次 (多次 )散射的太阳/月亮辐射率和直接透过的太
阳辐射等；
(2)辐射过程几乎考虑了大气中所有大气分子的吸收、散射和气
3.1 MODTRAN的使用
边界温度。执 行模式选择计 算路径的透射 率和辐亮度或 计算大气辐亮 度和太阳/月亮 散射辐亮度时 ，对应地表或 云表面
地表反照 率设置。
3. MODTRAN的使用
3.1 MODTRAN的使用
地表高程
3. MODTRAN的使用
3.1 MODTRAN的使用
观测参数 设置 波长范围 设置
2.2 MODTRAN构成
2. MODTRAN简介
2.2 MODTRAN构成
CARD CARD1 CARD1A CARD1A1 CARD1A2 CARD1A3 CARD2 CARD2C CARD3 CARD3A1 必选/可选 必选 必选 可选 可选 可选 必选 可选 必选 可选 功能 主要辐射传输的驱动 控制DISORT算法 TOA太阳辐照度数据库的选择 选择波段模式参数文件 选择指定仪器的响应函数 气溶胶模式以及云雨模式的选择 大气层数以及读取指定文件的大气模式 定义几何路径参数 太阳的散射几何条件以及气溶胶散射相函数
内容提纲
1 大气辐射传输简单介绍
2 MODTRAN简介 3
MODTRAN的使用
3. MODTRAN的使用
3.1 MODTRAN的使用
3. MODTRAN的使用
3.1 MODTRAN的使用
MODTRAN Input →Model Atmosphere
遥感卫星影像预处理的方法步骤
1技术路线DOM 技术流程图数据查询数据获取数据预处理质量检查整理提交 原始数据正射校正平面控制高程数据辐射校正辐射定标大气校正配准融合整体镶嵌范围裁切高景一号MUX 影像大气校正植被指数多样性选择NDVI/EVI/NDWI/...光谱特征影像集随机森林分类研究区作物分类结果精度评价训练样本验证样本影像预处理辐射定标影像融合纹理特征多样性选择Mean/Entropy/ASM/...GLCM 计算高景一号Pan 影像灰度级量化...纹理特征影像集影像集验证样本集训练样本集实地调查高分解译样本筛选样本数据影像数据分类土地利用分类技术流程遥感图像水体粗提取先验阈值区间ROI 区域图像分割阈值水陆二值图边界膨胀直方图统计图像分割最小连通区去除水体掩膜图像水体分布提取技术流程模块开发数据处理数据获取水面实测光谱数据光学遥感数据实测水质参数数据水体固有光学量数据光谱特征分析固有光学特性分析基于水面实测光谱的水质参数反演算法基于光学遥感数据的水质参数反演策略最优反演算法精度评价水质参数反演软件模块开发反演算法水体光学分类大气校正水体提取水质参数反演技术路线图建筑物提取提取技术路线图2影像正射校正方案2.1正射校正原理遥感影像获取的过程中会受到各种不定因素的影响，如：传感器的成像方式、地形起伏、地球曲率、大气折射等，导致图像本身的几何位置、形状、尺寸等与其对应的地物不一致，发生变形。
通过一定的数学模型来改正和消除遥感影像产生的变形的过程称为几何校正。
通常情况下，对影像进行粗略几何校正时，需要利用卫星等提供的一些轨道、姿态参数以及与地面系统相关的处理参数来进行校正。
当精度要求较高时需对影像进行几何精校正，即利用地面控制点及畸变模型对原始影像进行校正。
经过粗校正之后接收到的全色影像数据中的大部分地物已经实现了重叠，只有个别仍存在偏差。
此时，需要利用DEM 数据对全色影像做正射校正，生成全色影像的正射影像图。
正射校正是将中心投影的影像进行纠正形成正射投影影像的过程，先把影像化分为许多小区域，之后根据相关参数按照对应的中心投影构像方程或者特定的数学模型用控制点进行解算，得到解算模型后利用数字高程模型对原始遥感影像进行校正，最终获得数字正射影像。
大气红外辐射传输计算模型研究
大气红外辐射传输计算模型研究大气红外辐射传输计算模型是研究大气下红外辐射的传输和相互作用的重要工具。
由于大气中存在各种不同的气体和大量的微小颗粒物质，它们对红外辐射的吸收和散射作用十分复杂，因此需要建立一些计算模型来研究这些现象。
在建立大气红外辐射传输计算模型时，需要考虑的因素有很多，比如大气的压强、温度、气体浓度、水汽含量、云层特征等等。
这些因素对于红外辐射的能量传输和吸收散射过程都有不同的影响，因此需要对它们进行精确的测量和分析。
目前，研究者们已经提出了许多不同的大气红外辐射传输计算模型，这些模型的原理和假设有所不同，也有不同的应用范围和精度。
下面，我们将介绍一些常见的大气红外辐射传输计算模型。
1. MODTRAN模型MODTRAN（MODerate resolution atmospheric TRANsmittance）模型是美国空军研究实验室开发的一种基于大气辐射传输算法的软件工具，它能够计算大气层中的辐射传输和吸收效应。
该模型计算过程中使用了大量的大气参数数据、地球表面特征和红外光谱数据等信息，可以模拟很多实际情况下的辐射传输效应。
2. LBLRTM模型LBLRTM（Line-By-Line Radiative Transfer Model）模型是由美国政府开发的一种大气辐射传输计算模型，它是一种基于线-线辐射传输算法的模型，可用于计算大气中的红外、可见光和紫外线的辐射传输和吸收。
该模型可以对不同气体和微粒对辐射传输的影响进行定量研究，可以成为大气遥感和气候变化研究中的重要工具。
3. MODIS模型MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）模型是美国地球观测卫星上搭载的一种观测仪器，它可以获取地球表面的辐射和反射信息，用于研究大气、陆地和海洋等不同环境下的红外辐射传输效应。
该模型结合了多种算法和数据源，能够实现广泛的遥感应用，包括气候变化、空气污染、卫星图像遥感等领域。
大气校正模型简述
大气辐射校正模型简介1、 acorn 模型它是一种基于图像自身的大气校正软件，可以实现图像辐射值到表观地表反射率的转换，其工作的波长范围是 350－ 2500nm。
在目前的大气校正程序一般都把地表假定为水平朗伯体，这主要是因为我们一般很难获取地表的充足信息以完成地形校正，因此大气校正的结果称为拉伸的地表反射率，又称表观反射率，在地形信息已知的情况下，可以将表观反射率转为地表反射率。
Acorn 所提供的最高级的大气校正形式是基于辐射传输理论的，大气校正的方法是基于chandrasekhar (I960, dover)公式，描述了太阳辐射源、大气、和地表对辐射的贡献关系。
Caorn 提供了一系列大气校正策略，包括经验法和基于辐射传输理论的方法，既可以对高光谱数据进行大气校正，也可以对多光谱图像数据进行大气校正，校正模式如下：1) 模式 1 ：对定标后的高光谱数据进行辐射传输大气校正，输出项为地表表观反射率。
2) 模式 1.5：对定标后的高光谱数据利用水气和液体水光谱你和技术进行辐射传输大气校正。
3) 模式 2：对高光谱大气校正结果进行独立的光谱增强。
4) 模式 3：利用经验线性法对高光谱数据进行大气校正5) 模式 4：对高光谱数据进行卷积处理得到多光谱数据6) 模式 5：对定标的多光谱数据进行辐射传输大气校正7) 模式 6：对多光谱的大气校正结果进行独立的光谱增强2、 lowtran 模型LOWTRAN是一种低分辨率(分辨率》 20cm-1 )大气辐射传输模式。
它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线，其他 13 种微量气体的垂直廓线，城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线，辐射参量(如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布) ，以及地外太阳光谱。
lowtran7 可以根据用户的需要，设置水平、倾斜、及垂直路径，地对空、空对地等各种探测几何形式，适用对象广泛。
大气辐射传输模型的改进与优化
大气辐射传输模型的改进与优化大气辐射传输模型是用来研究大气层中辐射能量传输规律的重要工具。
它在气候变化、大气污染、生态系统与农业等领域有着广泛的应用。
然而，由于气候系统的复杂性和多变性，现有的大气辐射传输模型还存在一些问题与局限性。
因此，改进与优化大气辐射传输模型是当前研究的热点之一。
首先，我们可以从对大气成分的模拟方面入手，改进和优化大气辐射传输模型。
大气成分的空间和时间分布对大气辐射传输有重要影响。
然而，传统的大气辐射传输模型通常使用静态的大气成分参数，无法真实地反映大气成分的变化。
因此，引入动态大气成分模拟方法可以提高模型的准确性。
通过使用高分辨率的遥感技术，我们可以获取到更精细的大气成分数据，将其输入到模型中进行模拟，从而得到更准确的辐射传输结果。
其次，我们可以考虑改进辐射参数的确定方法。
辐射参数是大气辐射传输模型中的关键参数，直接影响到模拟结果的准确性。
传统方法通常使用地面观测数据或者常规气象观测数据来确定辐射参数。
然而，这种方法存在一定的局限性，比如观测数据的稀疏性和不确定性。
因此，引入遥感数据和机器学习算法可以有效地改进辐射参数的确定方法。
通过利用遥感数据获取的大范围、高分辨率的辐射观测数据，并结合机器学习算法对观测数据进行分析和处理，可以得到更准确、更全面的辐射参数。
此外，我们还可以优化模型的物理过程描述。
大气辐射传输模型中的物理过程描述是模型建立的基础，对模型的准确性和可靠性有着重要影响。
目前的大气辐射传输模型通常使用经验公式或者简化的物理模型来描述复杂的辐射传输过程。
然而，这种方法往往无法真实地反映大气层中各种辐射过程的细节。
因此，引入更精确的物理模型，如辐射传输方程、多组分辐射模型等，可以提高模型的准确性和可靠性。
最后，我们可以考虑引入数据同化方法来改进大气辐射传输模型。
数据同化是一种将观测数据与模型结果进行有效融合的方法。
通过将观测数据与模型结果进行比较，可以校正模型的初始条件和参数，从而提高模型的准确性和可靠性。
大气辐射传输校正模型
大气辐射传输校正模型在遥感的实际应用中，常用很多简化的手段，如假设地面为朗伯面，排除云的存在，采用有关标准大气模式及大气气溶胶模式等，一次产生了许多不同类型的大气辐射传输模型，主要分为两类，1)采用大气的光学参数2)直接采用大气物理参数如lowtran、modtran等大气辐射近似计算模型，而且还增加了多次散射计算1.5s模型该模型的代码模拟计算海平面上的均匀朗伯体目标的反射率，并假定大气吸收作用与散射作用可以耦合，就像吸收粒子位于散射层的上面一样，则大气上层测量的目标反射率可以表示为，海平面处朗伯体的反射率大气透过率分子、气溶胶层的内在反射率有太阳到地表再到传感器的大气透过率S为大气的反射率2.6S模型用FORTRAN语言编写的适用于太阳反射波段(0.4-2.5um)的大气辐射传输模型，这种模式再假定大气无云的情况下考虑了水汽、二氧化碳、臭氧。
和氧气的吸收、分子和气溶胶的散射以及均一地面和双向反射率问题，它是对5s模型的改进(vermote,1997)，考虑了目标高程、表面的非朗伯体特性、新的吸收分子种类的影响(CO N2O等)，采用好的近似算法来计算大气和气溶胶的散射和吸收的影响，其中气体的吸收以10cm-1的光谱间隔来计算的，并且光谱积分的步长达到了 2.5nm，适用于可见光和近红外的多角度数据。
它可以模拟机载观测、设置地表的高度、解释brdf作用和临近效应，还采用sos(successive orderof scattering)方法计算散射作用以提高精度，但该模型的缺点是不能处理球形大气和limb(临边)观测。
需要输入的参数：1)几何参数：太阳天顶角、卫星天顶角。
太阳方位角、卫星方位角，观测时间，也可以通过输入卫星轨道与时间参数代替2)大气模式：大气组分参数，：包括水汽，灰尘颗粒度等参数，偌缺乏精确的实况数据数据，可以根据卫星数据的地理位置和时间，选用6s提供的标准模型来替代3)气溶胶模式：气溶胶组分参数，包括水分含量以及烟尘、灰尘等在空气中的百分比等参数，若缺乏情却的实况数据，可以选用6s提供的标准模型来代替4)气溶胶浓度：气溶胶的大气路径长度，一般可用当地的能见度参数表示。
【珍藏】大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn)
【珍藏】大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn) 在遥感的实际应用中～常用很多简化的手段～如假设地面为朗伯面～排除云的存在～采用有关标准大气模式及大气气溶胶模式等～一次产生了许多不同类型的大气辐射传输模型～主要分为两类～1,采用大气的光学参数2,直接采用大气物理参数如lowtran、modtran等大气辐射近似计算模型～而且还增加了多次散射计算1. 5s模型该模型的代码模拟计算海平面上的均匀朗伯体目标的反射率～并假定大气吸收作用与散射作用可以耦合～就像吸收粒子位于散射层的上面一样～则大气上层测量的目标反射率可以表示为～海平面处朗伯体的反射率大气透过率分子、气溶胶层的内在反射率有太阳到地表再到传感器的大气透过率S为大气的反射率大气传输辐射校正模型,3 modtran该模型是由美国空军地球物理实验室研制的大气辐射模拟计算程序～在遥感领域被广泛应用于图像的大气校正。
,1lowtran7是一个光谱分辨率20cm～的大气辐射传输实用软件～它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线～水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线～其他13种微量气体的垂直廓线～城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线～辐射参量,如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布,～以及地外太阳光谱。
lowtran7可以根据用户的需要～设置水平、倾斜、及垂直路径～地对空、空对地等各种探测几何形式～适用对象广泛。
lowtran7的基本算法包括透过率计算方法～多次散射处理和几何路径计算。
1, 多次散射处理lowtran 采用改进的累加法～自海平面开始向上直至大气的上界～全面考虑整层大气和地表、云层的反射贡献～逐层确定大气分层每一界面上的综合透过率、吸收率、反射率和辐射通量。
再用得到的通量计算散射源函数～用二流近似解求辐射传输方程。
2, 透过率计算该模型在单纯计算透过率或仅考虑单次散射时～采用参数化经验方法计算带平均透过率～在计算多次散射时～采用k,分布法3, 光线几何路径计算考虑了地球曲率和大气折射效应～将大气看作球面分层～逐层考虑大气折射效应由于lowtran直接使用大气物理参数～因而需要按照下列方法计算出与lowtran使用的大气物理参数相对应的大气光学参数179页 4.modtran辐射传输模型,1modtran可以计算0到50000cm的大气透过率和辐射亮度～它在440nm到无限,1,1大的波长范围精度是2cm～在22680到50000cm紫外波,200-440nm,范围的,1精度是20cm～在给定辐射传输驱动、气溶胶和云参数、光源与遥感器的几何立体对和地面光谱信息的基础上～根据辐射传输方程来计算大气的透过率以及辐射亮度。
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在遥感的实际应用中，常用很多简化的手段，如假设地面为朗伯面，排除云的存在，采用有关标准大气模式及大气气溶胶模式等，一次产生了许多不同类型的大气辐射传输模型，主要分为两类，
1）采用大气的光学参数
2）直接采用大气物理参数如lowtran、modtran等大气辐射近似计算模型，而且还增加了多次散射计算
1. 5s模型
该模型的代码模拟计算海平面上的均匀朗伯体目标的反射率，并假定大气吸收作用与散射作用可以耦合，就像吸收粒子位于散射层的上面一样，则大气上层测
量的目标反射率可以表示为，
海平面处朗伯体的反射率
大气透过率
分子、气溶胶层的内在反射率
有太阳到地表再到传感器的大气透过率
S为大气的反射率
大气传输辐射校正模型－3 modtran
该模型是由美国空军地球物理实验室研制的大气辐射模拟计算程序，在遥感领域被广泛应用于图像的大气校正。
lowtran7是一个光谱分辨率20cm－1，的大气辐射传输实用软件，它提供了6种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线，其他13种微量气体的垂直廓线，城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线，辐射参量（如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布），以及地外太阳光谱。
lowtran7可以根据用户的需要，设置水平、倾斜、及垂直路径，地对空、空对地等各种探测几何形式，适用对象广泛。
lowtran7的基本算法包括透过率计算方法，多次散射处理和几何路径计算。
1）多次散射处理
lowtran 采用改进的累加法，自海平面开始向上直至大气的上界，全面考虑整层大气和地表、云层的反射贡献，逐层确定大气分层每一界面上的综合透过率、吸收率、反射率和辐射通量。
再用得到的通量计算散射源函数，用二流近似解求辐射传输方程。
2）透过率计算
该模型在单纯计算透过率或仅考虑单次散射时，采用参数化经验方法计算带平均透过率，在计算多次散射时，采用k－分布法
3）光线几何路径计算
考虑了地球曲率和大气折射效应，将大气看作球面分层，逐层考虑大气折射效应
由于lowtran直接使用大气物理参数，因而需要按照下列方法计算出与
lowtran使用的大气物理参数相对应的大气光学参数179页
4.modtran辐射传输模型
modtran可以计算0到50000cm－1的大气透过率和辐射亮度，它在440nm到无限大的波长范围精度是2cm－1，在22680到50000cm－1紫外波（200-440nm）范围的精度是20cm－1，在给定辐射传输驱动、气溶胶和云参数、光源与遥感器的几何立体对和地面光谱信息的基础上，根据辐射传输方程来计算大气的透过率以及辐射亮度。
cm－1是表示波数，即使指在波的传播方向上单位长度内所含的波长的数目。
开发modtran是为例改进lowtran的光谱分辨率，modtran将光谱的半高全宽度（full width half maximum，FWHM）由lowtran的20cm－1减少到2cm－1，目前的modtran4.0它的光谱分辨率已经达到2cm－1，改进了瑞利散射和复折射系数的计算精度，增加了disort计算太阳散射贡献的方位角相关选项，并将7种brdf 模型引进到模型中，使地表的参数化输入成为可能。
1) modtran输入输出参数
控制运行参数：如何采用何种辐射传输程序，是否进行多次散射计算等。
，
主要在card1中完成，card5提供了多重复计算的选项
遥感器参数：如遥感器的波段参数，观测的波束（波长范围），其中在card1a
中有是否输入遥感器波段响应函数的选项，在card1a3中输
入波段响应函数的文件名，在card4中输入模拟计算的波长
范围。
大气参数：其中大气模型通过card1中的选项确定，其他具体参数包括气溶胶
主要通Card2来进行选择。
观测几何条件：在card1中有关于几何条件的选项，另外在card3中主要为几何
参数的输入选项，它通过多种方式组合来实现几何参数的输
入，可根据计算的方便进行选择。
地表参量：在card1中提供了地表参数设定的初步选项，所以只能在card4根
据card1中设定的参数对地表的参数进行具体设定。
所有的输入都通过card1进行控制，然后在由后续的card进行具体社这
设定所有参数之后，就可以用modtran来模拟大气辐射传输过程
由卫星获得的表观反射率可以表示为
为目标反射率，为大气的路径辐射项等小反射率
为大气的光学厚度，为大气的半球反照率，为散射透过率，＝
在实际的工作中，我们可以用下面的公式：
为遥感器接收到的辐射亮度，为路径的程辐射
太阳下行总辐射，是大气层顶的太阳辐照度
为遥感器和目标之间的透过率，是直射透过率，
由此可以得出
将遥感器接收的辐射亮度和modtran4模拟的大气校正参数带入式子就可以进行校正。
大气传输辐射校正模型－4 acorn
5.acorn辐射校正模型
它是一种基于图像自身的大气校正软件，可以实现图像辐射值到表观地表反射率的转换，其工作的波长范围是350－2500nm
在目前的大气校正程序一般都把地表假定为水平朗伯体，这主要是因为我们一般很难获取地表的充足信息以完成地形校正，因此大气校正的结果称为拉伸的地表反射率，又称表观反射率，在地形信息已知的情况下，可以将表观反射率转为地表反射率。
Acorn所提供的最高级的大气校正形式是基于辐射传输理论的，大气校正的方法是基于chandrasekhar（1960，dover）公式，下面是其简化形式，描述了太阳辐射源、大气、和地表对辐射的贡献关系：
到达遥感器的总辐射，大气层顶的太阳辐照度，大气反射率
地物光谱反射率，大气上行透过率，大气下行反射率
在acorn的每一种基于辐射传输的大气校正策略中都用到了以上公式。
Caorn提供了一系列大气校正策略，包括经验法和基于辐射传输理论的方法，既可以对高光谱数据进行大气校正，也可以对多光谱图像数据进行大气校正，校正模式如下：
1）模式1：对定标后的高光谱数据进行辐射传输大气校正，输出项为地表表观反射率。
2）模式1.5：对定标后的高光谱数据利用水气和液体水光谱你和技术进行辐射传输大
气校正。
3）模式2：对高光谱大气校正结果进行独立的光谱增强。
4）模式3：利用经验线性法对高光谱数据进行大气校正
5）模式4：对高光谱数据进行卷积处理得到多光谱数据
6）模式5：对定标的多光谱数据进行辐射传输大气校正
7）模式6：对多光谱的大气校正结果进行独立的光谱增强
8）模式7：利用经验线性法对多光谱数据进行大气校正
为了减少大气校正数据中残留的认为噪声，acorn提供了三种类型的抑制噪声的方法
方法一：用于评价和校正高光谱数据集与光谱辐射转换计算之间的光谱定标不匹配现象，主要是抑制在760，940，1150，2000nm波长的强吸收特征附近的认为噪声（表现为尖峰）
方法二：由于绝对辐射定标的误差和辐射传输计算的误差，在图像数据和大气辐射传输模型间存在辐射定标不匹配现象，表现为整个光谱范围内常常由一些小的认为噪声，方法二的任务就是消除这些噪声的影响，使光谱变平滑。
方法三：在1400到1900nm的水汽吸收带内，给出的反射率光谱往往噪声很大，这些噪声是由该波长范围的低辐射值引起的。
方法三对定标后辐射的信号级别进行评定，抑制最低的信号部分，该部分容易产生错误的反射率计算，在输出光谱中将该低信号部分置为0。