实习7、地表反射率、温度的反演以及植被指数的计算

基本原理

一)地表反射率是指地表物体向各个方向上反射的太阳总辐射通量与到达该物体表面上的总辐射通量之比。反照率可以通过遥感成像提供的辐射亮度值L 或反照率p ，二向性反射

率分布函数BRDF 来获得：

地物反射率的光谱特征差异是从遥感影像中识别地表不同类型地物的基本依据，也是地表其他各种物理、生物物理参数反演的依据地表。

地表反射率的计算步骤：

1、辐射定标：根据遥感影像DN 值计算到达传感器的各波段辐射亮度也就是将传感器记录的辐射量化值（Digital Number ，DN ）转换成绝对辐射亮度值、表观反射率，或者表观温度的过程。

绝对定标：通过各种标准辐射源，建立辐射亮度值与辐射量化值（DN ）之间的定量关系式中，辐射亮度值L 的常用单位为W/(m2.μm.sr)，或者μW/(cm2.nm.sr) 。1W/(m2.μm.sr)=0.1 μW/(cm2.nm.sr)

2、各波段表观反射率计算

3、大气辐射校正（ENVI FLAASH/QUAC ）

绝对大气辐射校正：消除大气辐射衰减效应，将遥感影像的DN 值转换为地表反射率、辐亮度、地表温度等的方法，此过程包含了辐射定标。

相对大气辐射校正：将遥感影像的DN 值转换为类似的整型数，同时消除大气辐射衰减效应。

FLAASH 是用数学建模辐射的物理行为，纠正波长在可见光至近红外和短波红外区域，最多3微米。 （对于热地区，使用基本工具>预处理>校准工具>热大气压校正菜单选项。 ）不同于预先计算模拟结果的数据库内插辐射传输特性许多其他大气校正程序， FLAASH 采用了MODTRAN4辐射传输代码。MODTRAN4并入ENVI FLAASH 的版本被修改，以校正在HITRAN -96水行参数的误差。可以选择任何一种标准MODTRAN 大气模型和气溶胶类型，FLAASH 还包括以下功能：

校正邻近效应（像素混合是由于表面反射辐射的散射） 计算场景的平均能见度（气溶胶/雾量）。 FLAASH 采用最先进的技术来处理特别强调的大气条件，比如云的存在。

()()()

,,,,,,,,,i i v v i i v v i i v v dL R dE θφθφθφθφθφθφ=

，采用MODIS 31、32波段

数据准备

Landsat TM/ETM+打开ENVI 析，通过有关工具（卫星影像元数据、● ()3132312331322231122T T B B B T T C εεεεεεεε+-⎫⎛⎫+++-+⎪ ⎪⎭⎝⎭=-

PRODUCT_LINES_REF = 7301

PRODUCT_SAMPLES_THM = 4191

PRODUCT_LINES_THM = 3651

●研究区海拔高度2571m

●影像适用的MODTRAN气溶胶反演模式

2.遥感影像辐射定标，获得Landsat TM/ETM+影像的辐亮度（可见光/近红外）和辐照度（热红外）

通过地理信息添加影像加载数据file| open external file| Landsat |geo tiff of metadata，加载432假彩色合成组合方式显示，辐射定标操作：basic tools| preprocessing| calibration utilities| Landsat calibration，选择有六个波段的MTL.txt文件，加载1-5和7波段影像，点击ok。设置参数，卫星传感器为Landsat 5 TM，影像获取的时间默认为2007年5月20日，太阳高度角为65.14，选择定标类型为radiance（辐射），点击ok，选择储存位置，命名与点击ok

3.遥感影像数据格式转换，从BSQ转换为BIL格式

加载辐射定标后的数据，basic tools→convert data(BSQ、BIL、BIP)，选择进行辐射定标后的影像，选择输出类型为BIL，convert in place选择NO，（选择NO表示重新储存为另外的文件，选择YES代表替换原BSQ文件），选择储存位置，命名与点击ok，加载变化后影像，在BIL影像上右击→edit header查看行列信息，发现samples为8381，lines为7301，因此中心行列号为4191、3651。右击影像→pixel locator，输入4191、3651，点击apply，查看到显示Lat显示为36、3、24.73、Lon显示为102、59、44.90，这些就是中心坐标。

4.使用FLAASH进行大气辐射校正，得到可见光、近红外各个波段的地表反射率

主菜单下spectral→FLAASH

。

Input radiance image 加载BIL文件，弹出窗口，其中第一项为每个波段对应着不同的因子，第二个为每个波段对应相同的因子，选择第二个，因子输入10.0000；output reflectance file 选择保存位置，output directory FLAASH files选择辅助信息保存位置，rootname for FLAASH file选择辅助信息命名前缀。Scene center location，影像中心定位我们首先查看影像，在BIL 上右击→edit header查看行列信息，发现samples为8381，lines为7301，因此中心行列号为4191、3651。右击影像→pixel locator，输入4191、3651，点击apply，查看到lat显示36、3、24.73；Lon显示为102、59、44.90，这些就是中心坐标。将这些信息输入Scene center location。传感器选择，我们选择多光谱中的landsat TM5，平均海拔高度，因为查询得知，兰州地区的平均高程大概为2571m，因此这里我们输入2.571；时间我们通过头文件查看得知为2007年5月20日，3点38分36秒；大气模型我们选择sub-arctic summer，亚极地夏季，水汽含量默认为1；气溶胶模型选择rural 乡村模型。然后点击Multispectral setting，select channel definitions 选择GUI，打开选项卡第二项，assign default values…选择overland retrieval standard（660:2100nm），之后下面亮相KT高值自动选择第七波段，KT低值自动选择第三波段，其他选项默认；advanced settings这里的选项都不需要改动，选择默认的即可。点击apply。查看生成结果

5.使用波段计算工具（Band Math）进行地表温度计算

打开原始影像的第六波段，观察影像信息，同样进行辐射定标，辐射定标操作：basic tools →preprocessing→calibration utilities→landsat calibration，选择一个波段的MTL.txt文件，加载6波段影像，点击ok。设置参数，卫星传感器为landsat 5 TM，影像获取的时间为默认，时间为2007年5月20日，太阳高度角为65.14，定标类型选择radiance（辐射），点击edit calibration parameters，点击ok，选择储存位置，点击ok；

使用栅格计算器进行温度反演，公式为T=k2/ln(k1/Lλ+1)，主菜单下basic tools→band math，输入1260.56/log(607.76/b6+1)-273.13，之后b6选择辐射定标之后的第六波段，选择储存位置，命名与保存。

6.使用波段计算工具（Band Math）进行NDVI计算，比较加入float函数与否对计算过程的影响：

(b4-b3)/(b4+b3)

fix((float(b4)-b3)/(b4+b3)*1000)

fix((float(b4)-b3)/(float(b4)+b3)*1000)