12-专题：实用技术
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技术专题：实用技术
技术支持邮箱：ENVI-IDL@esrichina.com.cn 技术支持热线：400-819-2881-7 官方技术博客：http://blog.sina.com.cn/enviidl 官方技术qq群：148564800
主要内容
Landsat8TIRS反演地表温度 基于CART的自动决策树分类 国产资源三号数据处理 水深反演和船只提取 图像数据类型转换 图像批量/分幅裁剪技术
练习数据:\ 3-专题：基于像元二分模型的植被覆盖度反 演\1-Landsat8
常见名词
名词
说明
辐射出射度
单位时间内从单位面积上辐射的辐射能量称为辐射 出射度，单位一般是W/m2 (瓦特/平方米)
辐射亮度（Radiance） 辐射源在某一方向上单位投影表面、单位立体角内 的辐射通量，称为辐射亮度，单位一般是 W/(m2*µm*sr)（瓦特/平方米.微米.球面度）
OLI辐射定标和大气校正为可选操作。
1.2 地表比辐射率计算
TIRS的Band10热红外波段与TM/ETM+6热红外波段具有近似 的波谱范围，本例采用TM/ETM+6相同的地表比辐射率计算 方法。使用Sobrino提出的NDVI阈值法计算地表比辐射率。 ε=0.004Pv+0.986
其中， Pv是植被覆盖度，用以下公式计算： Pv = [(NDVI- NDVISoil)／(NDVIVeg - NDVISoil)]
（1.3）
源自文库
✓ 对于TIRS Band10，K1= 774.89 W/(m2*µm*sr)，K2 = 1321.08K。
1. 处理流程
1.1 图像辐射定标
Band10 热红外数据辐射定标，得到B10辐射亮度图像。
✓ 工具：Radiometric Correction/Radiometric Calibration
第二步：计算植被覆盖度
✓ (b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.05)*0+(b1 ge 0.05 and b1 le 0.7)*((b10.05)/(0.7-0.05))
✓ b1：NDVI计算结果
第三步：计算地表比辐射率
✓ 0.004*b1+0.986 ✓ b1：植被覆盖度图像
1.3 黑体辐射亮度与地表温度计算
比辐射率( Emissivity)
大气透射率
亮度温度 （Brightness Temperature）
也称发射率，物体的辐射出射度与同温度黑体辐射 出射度的比值。如果物体指的是地表，称为地表比 辐射率。 通过大气(或某气层)后的辐射强度与入射前辐射强度 之比。
当一个物体的辐射亮度与某一黑体的辐射亮度相等 时，该黑体的物理温度就被称之为该物体的“亮度 温度”，所以亮度温度具有温度的量纲，但是不具 有温度的物理含义，它是一个物体辐射亮度的代表 名词。
1. Landsat8TIRS反演地表温度
1. 专题背景
热红外遥感（Infrared Remote Sensing）是指传感器工 作波段限于红外波段范围之内的遥感。即利用星载或机 载传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用这种热 红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热 惯量等。目前有很多的卫星携带了热红外传感器，包括 ASTER、AVHRR、MODIS、TM/ETM+/ TIRS等。
在NASA公布的网站查询（http://atmcorr.gsfc.nasa.gov），输入 成影时间：2013-10-03 02:55和中心经纬度（Lat：40.32899857 ，Lon：116.70610046），以及其他相应的参数，得到大气剖面信 息为：
✓ 大气在热红外波段的透过率τ：0.90 ✓ 大气向上辐射亮度L↑：0.75 W/(m2·sr·μm) ✓ 大气向下辐射亮辐射亮度L↓：1.29W/(m2·sr·μm)
1. 温度反演常见方法
目前，地表温度反演算法主要有以下三种
✓ 大气校正法（也称为辐射传输方程：Radiative Transfer Equation——RTE）
✓ 单通道算法 ✓ 分裂窗算法
本实例是基于大气校正法，利用Landsat8 TIRS反演地表 温度。
✓ 基本原理：首先估计大气对地表热辐射的影响, 然后把这部分大 气影响从卫星传感器所观测到的热辐射总量中减去, 从而得到地 表热辐射强度, 再把这一热辐射强度转化为相应的地表温度。
✓ 提示：由于缺少地表相关参数（气压、温度、相对湿度等信息） ，得到的结果是基于模型计算的结果。
1.3 黑体辐射亮度与地表温度计算
计算得到同温度下的黑体辐射亮度图像
✓ (b2-0.75-0.9*(1-b1)*1.29)/(0.9*b1)
• b1：地表比辐射率图像 • b2：Band10辐射亮度图像
（1.1）
式中，ε为地表比辐射率，TS为地表真实温度(K)，B(TS)为黑体热辐射亮 度，τ为大气在热红外波段的透过率。则温度为T的黑体在热红外波段的
辐射亮度B(TS)为：
B(TS) = [Lλ - L↑- τ(1-ε)L↓]/τε
（1.2）
Ts可以用普朗克公式的函数获取。
TS = K2/ln(K1/ B(TS)+ 1)
1. 基于大气校正法的温度反演
卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值Lλ由三部分组成：大气向上辐射 亮度L↑，地面的真实辐射亮度经过大气层之后到达卫星传感器的能量；
大气向下辐射到达地面后反射的能量。卫星传感器接收到的热红外辐射
亮度值Lλ的表达式可写为（辐射传输方程）：
Lλ = [εB(TS) + (1-ε)L↓]τ + L↑
计算得到地表温度图像（单位为℃）
✓ (1321.08)/alog(774.89/b1+1)-273
• b1：同温度下的黑体辐射亮度图像
1.4 后处理和统计分析
NDVI为归一化植被指数，NDVISoil为完全是裸土或无植被覆 盖区域的NDVI值，NDVIVeg则代表完全被植被所覆盖的像元 的NDVI值。取经验值NDVIVeg = 0.70和NDVISoil = 0.05。
1.2 地表比辐射率计算
第一步：计算NDVI
✓ Spectral/Vegetation/NDVI
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主要内容
Landsat8TIRS反演地表温度 基于CART的自动决策树分类 国产资源三号数据处理 水深反演和船只提取 图像数据类型转换 图像批量/分幅裁剪技术
练习数据:\ 3-专题：基于像元二分模型的植被覆盖度反 演\1-Landsat8
常见名词
名词
说明
辐射出射度
单位时间内从单位面积上辐射的辐射能量称为辐射 出射度，单位一般是W/m2 (瓦特/平方米)
辐射亮度（Radiance） 辐射源在某一方向上单位投影表面、单位立体角内 的辐射通量，称为辐射亮度，单位一般是 W/(m2*µm*sr)（瓦特/平方米.微米.球面度）
OLI辐射定标和大气校正为可选操作。
1.2 地表比辐射率计算
TIRS的Band10热红外波段与TM/ETM+6热红外波段具有近似 的波谱范围，本例采用TM/ETM+6相同的地表比辐射率计算 方法。使用Sobrino提出的NDVI阈值法计算地表比辐射率。 ε=0.004Pv+0.986
其中， Pv是植被覆盖度，用以下公式计算： Pv = [(NDVI- NDVISoil)／(NDVIVeg - NDVISoil)]
（1.3）
源自文库
✓ 对于TIRS Band10，K1= 774.89 W/(m2*µm*sr)，K2 = 1321.08K。
1. 处理流程
1.1 图像辐射定标
Band10 热红外数据辐射定标，得到B10辐射亮度图像。
✓ 工具：Radiometric Correction/Radiometric Calibration
第二步：计算植被覆盖度
✓ (b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.05)*0+(b1 ge 0.05 and b1 le 0.7)*((b10.05)/(0.7-0.05))
✓ b1：NDVI计算结果
第三步：计算地表比辐射率
✓ 0.004*b1+0.986 ✓ b1：植被覆盖度图像
1.3 黑体辐射亮度与地表温度计算
比辐射率( Emissivity)
大气透射率
亮度温度 （Brightness Temperature）
也称发射率，物体的辐射出射度与同温度黑体辐射 出射度的比值。如果物体指的是地表，称为地表比 辐射率。 通过大气(或某气层)后的辐射强度与入射前辐射强度 之比。
当一个物体的辐射亮度与某一黑体的辐射亮度相等 时，该黑体的物理温度就被称之为该物体的“亮度 温度”，所以亮度温度具有温度的量纲，但是不具 有温度的物理含义，它是一个物体辐射亮度的代表 名词。
1. Landsat8TIRS反演地表温度
1. 专题背景
热红外遥感（Infrared Remote Sensing）是指传感器工 作波段限于红外波段范围之内的遥感。即利用星载或机 载传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用这种热 红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热 惯量等。目前有很多的卫星携带了热红外传感器，包括 ASTER、AVHRR、MODIS、TM/ETM+/ TIRS等。
在NASA公布的网站查询（http://atmcorr.gsfc.nasa.gov），输入 成影时间：2013-10-03 02:55和中心经纬度（Lat：40.32899857 ，Lon：116.70610046），以及其他相应的参数，得到大气剖面信 息为：
✓ 大气在热红外波段的透过率τ：0.90 ✓ 大气向上辐射亮度L↑：0.75 W/(m2·sr·μm) ✓ 大气向下辐射亮辐射亮度L↓：1.29W/(m2·sr·μm)
1. 温度反演常见方法
目前，地表温度反演算法主要有以下三种
✓ 大气校正法（也称为辐射传输方程：Radiative Transfer Equation——RTE）
✓ 单通道算法 ✓ 分裂窗算法
本实例是基于大气校正法，利用Landsat8 TIRS反演地表 温度。
✓ 基本原理：首先估计大气对地表热辐射的影响, 然后把这部分大 气影响从卫星传感器所观测到的热辐射总量中减去, 从而得到地 表热辐射强度, 再把这一热辐射强度转化为相应的地表温度。
✓ 提示：由于缺少地表相关参数（气压、温度、相对湿度等信息） ，得到的结果是基于模型计算的结果。
1.3 黑体辐射亮度与地表温度计算
计算得到同温度下的黑体辐射亮度图像
✓ (b2-0.75-0.9*(1-b1)*1.29)/(0.9*b1)
• b1：地表比辐射率图像 • b2：Band10辐射亮度图像
（1.1）
式中，ε为地表比辐射率，TS为地表真实温度(K)，B(TS)为黑体热辐射亮 度，τ为大气在热红外波段的透过率。则温度为T的黑体在热红外波段的
辐射亮度B(TS)为：
B(TS) = [Lλ - L↑- τ(1-ε)L↓]/τε
（1.2）
Ts可以用普朗克公式的函数获取。
TS = K2/ln(K1/ B(TS)+ 1)
1. 基于大气校正法的温度反演
卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值Lλ由三部分组成：大气向上辐射 亮度L↑，地面的真实辐射亮度经过大气层之后到达卫星传感器的能量；
大气向下辐射到达地面后反射的能量。卫星传感器接收到的热红外辐射
亮度值Lλ的表达式可写为（辐射传输方程）：
Lλ = [εB(TS) + (1-ε)L↓]τ + L↑
计算得到地表温度图像（单位为℃）
✓ (1321.08)/alog(774.89/b1+1)-273
• b1：同温度下的黑体辐射亮度图像
1.4 后处理和统计分析
NDVI为归一化植被指数，NDVISoil为完全是裸土或无植被覆 盖区域的NDVI值，NDVIVeg则代表完全被植被所覆盖的像元 的NDVI值。取经验值NDVIVeg = 0.70和NDVISoil = 0.05。
1.2 地表比辐射率计算
第一步：计算NDVI
✓ Spectral/Vegetation/NDVI