辐射定标与大气校正要点
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，A VHRR，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。
ENVI--专题五辐射定标与大气纠正
专题五辐射定标与大气纠正图像处理流程分为以下几个步骤：图像的配准、重采样、定标以及大气纠正。
其中，图像配准是做所有工作的前提，是图像的几何纠正。
在进行定性或者定量遥感时都要进行图像配准来确定我们所要研究的目标。
在进行完图像配准（几何纠正）之后，为了使得输出图像的配置与输入图像向对应，因此要进行重采样。
定标以及大气纠正则是进行辐射量纠正的重要的过程，是进行定量遥感不可少的步骤。
分类是图像处理的最后一步，按某种使用意图分类之后的图像，对实际应用有很大帮助。
辐射定标和大气纠正都属于图像的预处理，辐射定标的目的是把图像上的DN值转为辐亮度或者是反射率，大气纠正的目的是消除或减少大气对图像的干扰。
以下是图像预处理的流程：一、辐射定标要对图象进行辐射定标，将图象的DN值转化为表观反射率，该过程的实现是通过应用以下两个步骤来实现的：（1）首先将图象的DN值转化为辐亮度：radiance=gain*DN+offset (1)式（2）然后将图象的辐亮度转化为表观反射率：ρ=π*L*d2/（ESUN*cos（θ））(2)式其中ρ为表观反射率，L为表观辐亮度，d为日地距离，ESUN为太阳平均辐射强度，θ为太阳天顶角。
（3）将以上两个步骤结合得：ρ=π*（gain*DN+offset）* d2/（ESUN*cos（θ））(3)式ENVI中的具体实现：采用简单的波段运算例如，我们把2002-5-22的一幅ETM图像第3波段的DN值转化为表观反射率。
第一步，查找.FST文件（是该图像经过粗纠正后的数据信息说明文件），该图像第3波段的gain和offset，可知：gain＝0.619215662339154，offset＝-5.0000000000000第二步，查找.FST文件可知S =90-62.7=27.3度，cos（θ）＝0.8886；查找Table 11.4（Earth-Sun Distance in Astronomical Units）可知d=1.10109天文单位；查找Table11.3 （ETM+ Solar Spectral Irradiances）可知ESUN＝1551。
实习1 辐射定标与大气校正
实习1 辐射定标与大气校正一、实习目的：辐射定标和大气校正都属于图像的预处理，辐射定标的目的是把图像上的DN值转为表观辐亮度，大气校正的目的是消除或减少大气对图像的干扰。
本次实习要求熟练掌握辐射定标和大气校正的方法，加深对6S模型原理的理解，掌握6S软件的使用方法与步骤，并利用该软件进行TM影像的大气校正。
二、实习数据河北黄骅市TM影像三、实习步骤1辐射定标要对图像进行辐射定标，将图像的DN值转化为表观辐亮度，该过程应用下式实现：Radiance=gain*DN+offset (1) 也可由下式计算表观反射率，ρ=π*L*d2/（ESUN*cos（θ））(2) 其中ρ为表观反射率，L为表观辐亮度，d为日地距离，ESUN为太阳平均辐射强度，θ为太阳高度角。
将以上两个步骤结合得：ρ=π*（gain*DN+offset）* d2/（ESUN*cos（θ））(3) ENVI中的具体实现：以TM图像第3波段的DN值转化为表观反射率为例：第一步，查找HEADER文件，找到图像每个波段的gain和offset，如第三波段：gain＝1.61277，offset＝-0.0132第二步，查找HEADER文件可知Sθ=64度；查找表可知d=1.10109天文单位；查找表1 可知ESUN3＝1554。
第三步，把这些参数的值带入（3）式：：ρ3＝3.14159*(1.61277*b3-0.0132)*1.10109^2/(1554*cos(26*pi/180))同理，可求出其它波段的辐射定标表达式。
表1 TM光谱辐亮度以及外大气层太阳光谱辐照度2简单暗像元大气校正Dark Subtraction功能允许对图像数据进行大气散射校正。
从每一个波段减少的数字值，可以是波段最小值，或者是用户定义的感兴趣区的平均值，或一个特定值。
1) 选择Basic Tools> Preprocessing > General Purpose Utilities> Dark Subtract.2) 当出现Dark Subtract Input File 对话框时，选择一个输入文件。
【精选】landsat8辐射定标与大气校正ENVI5.1
四，辐射定标Landsat8数据和其他TM 数据类似，发布的数据标示L1T，做过地形参与的几何校正，一般情况下可以直接使用而不需要做几何校正。
为了利用其丰富的波段光谱信息，我们需要进行辐射定标处理，将原始图像上的DN值转为反射率。
1.使用ENVI5.1下的通用定标工具Radiometric Calibration进行Landsat8的辐射定标。
打开LC81220382013141LGN01_MTL.txt全波段文件，选择MultiSpectral多光谱数据进行定标，定标的范围可缩小为ROI区域。
在subset by file选项中选择5月份的ROI区域，使得定标的范围针对ROI。
2.定标参数设置。
为后续的FLAASH大气校正做数据准备，单击Apply FLAASH Settings得到相应的参数。
辐射定标后的结果：通过定标之后的影像DN值可靠。
五．Flassh大气校正大气校正的意义在于去除一些大气的干扰，利用ENVI5.1工具箱中的FLAASH Atmospheric Correction进行大气校正。
大气校正参数设置：1) Input Radiance Image：打开辐射定标结果数据,要求为BIL存储格式；2) Output Reflectance File：设置输出FLAASH大气校正结果的路径；3) Output Directory for FLAASH Files：设置输出FLAASH校正文件的路径；4) Scene Center Location：自动获取；5) Sensor Type：Landsat-8 OLI；Sensor Altitude:自动读取；Pixel Size:自动读取；6) Ground Elevation: 0.132KM。
注：利用ENVI自带的全球900米分辨率DEM数据计算，Open World Data ->Elevation（GMTED2010）;在Toolbox下选择Statistics->Compute Statistics，打开Compute Statistics输入文件对话框，选择GMTED2010.jp2数据。
辐射定标、辐射校正、大气校正、正射校正等相关概念
辐射定标、辐射校正、大气校正、正射校正等相关概念作为初学者，容易将这几个概念搞混。
为了较好地理解这几个概念，先介绍一下相关的术语 terminology。
DN值（Digital Number ）：遥感影像像元亮度值，记录地物的灰度值。
无单位，是一个整数值，值大小与传感器的辐射分辨率、地物发射率、大气透过率和散射率等相关。
反映地物的辐射率radiance地表反射率：地面反射辐射量与入射辐射量之比，表征地面对太阳辐射的吸收和反射能力。
反射率越大，地面吸收太阳辐射越少；反射率越小，地面吸收太阳辐射越多，表示：surface albedo表观反射率：表观反射率就是指大气层顶的反射率,辐射定标的结果之一，大气层顶表观反射率，简称表观反射率，又称视反射率。
英文表示为：apparent reflectance4、行星反射率：从文献“一种实用大气校正方法及其在ＴＭ影像中的应用”中看到“卫星所观测的行星反射率（未经大气校正的反射率）”；在“基于地面耦合的TM影像的大气校正-以珠江口为例”一文有“该文应用1998年的LANDSAT5 TM影像,对原始数据进行定标、辐射校正,求得地物的行星反射率”。
因此行星反射率就是表观反射率。
英文表示：planetary albedo，辐射校正VS. 辐射定标辐射校正：Radiometric correction 一切与辐射相关的误差的校正。
目的：消除干扰，得到真实反射率的数据。
干扰主要有：传感器本身、大气、太阳高度角、地形等。
包括：辐射定标，大气纠正，地形对辐射的影响辐射定标：Radiometric calibration 将记录的原始DN值转换为大气外层表面反射率（或称为辐射亮度值）。
目的：消除传感器本身的误差，确定传感器入口处的准确辐射值方法：实验室定标、机上/星上定标、场地定标不同的传感器，其辐射定标公式不同。
L=gain*DN+Bias在ENVI4.8中，定标模块：Basic Tools>Preprocessing>Calibration Utilities>模块(只能对一个波段进行辐射定标)大气校正：Atmospheric correction 将辐射亮度或者表面反射率转换为地表实际反射率目的：消除大气散射、吸收、反射引起的误差。
辐射定标和大气校正操作
辐射定标和大气校正操作辐射定标和大气校正是遥感图像处理中非常重要的环节，它们能够有效地消除大气干扰和地物表面反射率差异等因素对遥感图像的影响，从而得到更为精确的遥感信息。
本文将分别介绍辐射定标和大气校正的基本原理、方法和应用，并探讨它们在遥感图像处理中的重要作用。
一、辐射定标1.基本原理辐射定标是指通过对遥感仪器的响应进行准确的实验测定和模型估计，将数字遥感数据中的像元值转换为表观辐射亮度。
在遥感图像处理中，辐射定标是将数字数值转换为真实物理量的过程，包括辐射定标系数的获取和数据的辐射定标转换。
2.方法辐射定标的方法主要包括实地观测、辐射反演法和模型估算法。
其中，实地观测是指通过在地面上设置观测站点，利用辐射仪器对地表进行测量，获取地面真实辐射亮度，以此来建立数字值和真实辐射亮度之间的关系。
辐射反演法是指通过大气传输模型和辐射传输方程来估算大气对遥感数据的影响，并进一步进行辐射定标。
模型估算法是指利用已有的大气传输模型和地表反射率模型，通过数值方法来进行遥感图像的辐射定标。
3.应用辐射定标的应用主要包括地球观测卫星的遥感数据处理、遥感影像的信息提取、环境变化分析和生态监测等领域。
利用辐射定标后的遥感数据可以更准确地获取地表反射率、地表温度和大气成分等信息，从而为环境监测、资源管理和灾害预警提供更为可靠的数据支持。
二、大气校正1.基本原理大气校正是指利用大气传输模型和辐射传输方程，对遥感数据进行修正，消除大气对遥感图像的干扰和影响，还原地物表面的真实辐射亮度。
大气校正主要考虑大气吸收、散射和反照，以及大气对太阳辐射的衰减和地表反射率的影响。
2.方法大气校正的方法主要包括模型校正和经验校正。
其中，模型校正是指利用大气传输模型和辐射传输方程，对遥感数据进行数值计算，得到校正系数，进而进行大气校正。
经验校正是指利用多源遥感数据、气象数据和地面监测数据，结合统计模型和经验模型，对遥感数据进行修正，消除大气干扰。
Landsat5TM辐射定标和大气校正
遥感数据辐射定标和大气校正-Landsat 5 Thematic Mapper为例北京农业信息技术研究中心 遥感技术部yanggj@2008-12-261 辐射定标1.1 基本原理当TM 获取影像以后（Level 0），会将其转化为32 位浮点型的绝对辐亮度。
之后进一步处理，将绝对辐亮度变为8 位的DN 值（Digital Number），这也就是我们购买后拿到的数据（Level 1）。
如果要将L1 的DN 值转化为传感器处的辐亮度值（at-sensor spectral radiance），需要通过下面这个公式：其中，是传感器处的辐亮度值，注意单位是；为像元的DN 值；为传感器处最小辐亮度值所对应的DN 值（一般取0）； 为传感器处最大辐亮度值所对应的DN 值（一般取255）； 为光谱辐亮度的最小值，单位同 ； 为光谱辐亮度的最大值，单位同 。
上面的这个公式也可以改为：其中，各个波段的 ， 以及 和 见表1。
需要注意的是，上述参数在2003 年5 月5 日前后是不一致的，所以在操作时，一定要搞清楚影像获取的时间。
参考文献：Chander, G. and Markham, B. (2003). Revised Landsat-5 TM radiometric calibration procedures and postcalibration dynamic ranges. IEEE Transactions on geosciences and remote sensing. Vol. 41, No. 11, November: 2674-2677.1.2 操作流程由于ENVI 4.4 中有专门进行辐射定标的模块，因此实际的操作十分简单。
将原始TM影像打开以后，选择Basic Tools¬Preprocessing¬Calibration Utilities¬Landsat TM进入下一步参数选择：根据传感器类型选择Landsat 4,5 或者7。
LandsatTM辐射定标和大气校正步骤
Landsat TM 辐射定标和大气校正步骤一、数据准备从USGS网站或者马里兰大学下载TM原始数据，USGS网站下载的数据是原始数据，在ENVI软件File–Open ExternalFile–Landsat – Geotiff with meta中只需打开***********_MTL.txt即可打开所有波段数据（除band6）；usgs网站或马里兰大学网站下载的数据有可能不是原始数据，在ENVI软件File–Open External File–Landsat–Geotiff with meta中只需打开***********.met 即可打开所有波段数据（除band6）二、辐射定标1. 由于ENVI 4.7中有专门进行辐射定标的模块。
将原始TM的影像打开以后，选择Basic Tools–Preprocessing–Calibration Utilities–Landsat Calibration2. 进入下一步参数选择：根据传感器类型选择Landsat 4,5 或者7。
从遥感影像的头文件中获取Data Acquisition 的时间，Sun elevation。
如果你是用File–Open External File–Landsat–Geotiff with meta(Fast) 的方法打开的话，sun elevation 就已经填好了。
这里Calibration Type 注意选择为Radiance。
输出文件，定标就完成了。
三、大气校正简单一点的大气校正可以采用ENVI的FLAASH模块，以下就是FLAASH操作的步骤：1. FLAASH 模块的进入方法是Spectral–FLAASH，或者是BasicTools–Preprocessing–Calibration Utilities–FLAASH。
2. FLAASH 模块的操作界面分为三块：最上部设定输入输出文件；中间设定传感器的参数；下部设定大气参数。
envi辐射定标和大气校正步骤
envi辐射定标和大气校正步骤
辐射定标和大气校正是遥感影像处理中的重要步骤，用于消除大气效应，得到真实的地物辐射亮度。
1. 辐射定标（Radiometric Calibration）：
a. 获取辐射定标参考：通过使用辐射标准器，如辐射球或辐射标准板，获取具有已知辐射值的参考影像；
b. 通过校正系数确定辐射值：根据辐射定标参考和参考影像的灰度值，计算校正系数，以将影像的灰度值转换为辐射亮度。
2. 大气校正（Atmospheric Correction）：
a. 估算大气透过率：通过使用大气透过率模型，根据遥感影像的特性（如波段反射率、大气参数等），估算不同波段的大气透过率；
b. 估算大气辐射：使用大气辐射传输模型，结合大气透过率和太阳辐射，估算出大气辐射；
c. 扣除大气辐射：将估算得到的大气辐射从原始遥感影像中扣除，得到经过大气校正的影像。
这些步骤可以根据具体的遥感影像和数据处理软件的要求进行调整和优化。
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。
第七章 辐射定标与大气校正
路径辐射（散射）(path radiance)
Lpath Lr La
Lr和La 分别为大气分子和气溶胶的路径散射
Lx
F0x Px () 4 coss
x为r或a，分别表示大气分子和气溶胶的路径散射
x 大气分子或气溶胶的平均一次散射反照率
Px () 为散射相函数
汽含量，大气光学厚度（气溶胶），以及气溶胶模式，
我们可以通过大气辐射传输模式模拟，计算三个不同地
表反射率条件下的大气层顶辐射亮度，进而求解得到 a
对入射光的消光（extinction) 产生路径辐射（散射）(path radiance) 产生天空漫射光(diffuse skylight) 发生地面——天空的多次反射 邻区经多次散射面混入象元反射光中，造成影
像模糊(diffuse adjacency signal)
传感器接收的辐亮度
第七章 辐射定标与大气校正
一、 二、 三、 四、
辐射定标 辐射纠正 辐射与大气的相互作用 大气纠正
一、 辐射定标（calibration）
辐射定标指将接收的遥感数据，通常是灰度 （DN）值，转换成实际的物理量（如辐射亮 度、反射率等）。
辐射的偏差问题 定标参数的确定与获取 辐射定标的种类 DN值向辐亮度的转换
通常，遥感器接收到来自目标物的辐射信息后，将 其转为灰度值进行存储，是为了节省空间。
Landsat TM: 0-255 NOAA AVHRR: 0-1023
但是，当我们开展定量分析的时候，就必须重新将 其转换回实际物理量。
辐亮度的计算
定标过程一般采取线形公式进行转换： L = a*DN + b （或：DN = a*L + b）
辐射定标和大气校正过程参考
辐射定标和大气校正过程参考实验数据来源：使用的数据为广东省汕头市的ETM+影像，成像时间为2001年11月22日，2:28:18.000（格林威治时间）。
数据处理一．辐射定标1.首先对图像进行辐射定标，将图像的DN值转化为辐亮度。
每个角标中含有 的参数表示波段不同则取值不同，具体参数可从卫星影像的头文件中得到。
L是某个波段光谱辐射亮度；gain为增量校正系数，offset为校正偏差量，DN 是图像灰度值，DNmax和DNmin为遥感器最大和最小灰度值，Lmax， Lmin分别为最大和最小灰度值所相应的辐射亮度。
Band3:定标公式：L=(152.9+5)/(255-1)*b1-52.在ENVI中操作如图：定标前： 定标后：二． 大气校正1.将图像的辐亮度转化为表现反射率))cos(*/(**2θπρESUN d L =其中ρ为表观反射率，L 为表观辐亮度，d 为日地距离，ESUN 为太阳平均辐射强度，θ为太阳天顶角。
ESUN 的值从表3中查得。
d 的值根据影像成像的儒略日（在一年中所在天数）从表4查得，如实习影像成像时间是2001年11月22日，儒略日为第326天，d=0.9860天文单位。
θ从头文件中读取为41.36°，cos θ=0.7506，表观反射率计算公式为： ρ=3.142*L*(0.9860)2/(1554*0.7506)。
参考表格：2.在ENVI中操作如图：结果图：1.输入文件：input32.通过cmd.exe执行下列操作得到output3.txt文件3.找到所需数据由output3.txt可知coefficients xa xb xa : 0.00543 0.02145 0.05637。
4. 利用公式计算校正后的反射率其中，ρ为校正后的反射率，L i是i波段的辐射量度得到计算公式为：y=0.00543*L i-0.021455.利用ENVI计算用6s得到模型进行的大气纠正四．对比大气纠正完得到的是地表真实反射率，而辐射定标完得到的是表观发射率，二者的区别就是表观反射率经过大气校正之后得到的才是真实反射率，所以两个的值有所差别。
环境卫星（HJ）数据辐射定标与大气校正
响应函数值。
DNij = TiRijIj DNij 是波段j中像元i的灰度值， Ti 是指像元i处表征表面变化的地貌因子，对确定的像元所 有 波 段 都 相 同 , Rij 是 波 段 j 中 像 元 i 的 反 射 率 ， Ij 是 波 段 j 的 光 照 因 子 。 如 果 假 设 DNi. 表示像元i的所有波段的几何平均值， DN.j 表示波段j对所有像元的几何平均值， DN.. 表 示 所 有 像 元 在 所 有 波 段 的 数 据 的 几 何 均 值 ， 则 DN.j / DN .. 表 示 DNij / DNi. 对一个波段中所有像元的几何平均值：
2 HJ-CCD-A 星影像辐射定标和大气校正实例
2.1 环境卫星（HJ）数据介绍
环境与灾害监测预报小卫星星座 A、B 星(HJ-1A/1B 星)于 2008 年 9 月 6 日成功发射， HJ-1-A 星搭载了 CCD 相机和超光谱成像仪（HSI），HJ-1-B 星搭载了 CCD 相机和红外相机 （IRS）。星座 CCD 相机的重访周期为 2 天，解决了中分辨率遥感影像获取周期短的问题。 该星座的主要任务是对自然灾害、生态破坏、环境污染进行大范围、全天候、全天时的动态 监测，结合地面应用系统对灾害和生态环境的发展变化趋势进行预测，对灾情和环境质量进 行快速和科学评估，提高灾害和环境信息的观测、采集、传送和处理能力，为紧急救援、灾 后救助及恢复重建和环境保护工作提供科学依据。环境卫星高度是 650km。环境卫星图像包 含 4 个波段：0.43-0.52um，0.52-0.6um，0.63-0.69um，0.76-0.9um，空间分辨率均为 30m。
辐射定标大气校正
辐射定标大气校正
辐射定标大气校正是指在空间或地面的辐射测量过程中，根据大气物理和光学参数，在实际测量的辐射信息上进行修正，使其可以反映大气散射现象和大气表面特征的空间变化，以达到显示大气表面形态和空间变化的目的。
辐射定标大气校正大致分为三个步骤：辐射准确定标、大气校正、数据处理。
辐射准确定标是指给定某一空间或时间的辐射测量参数，确定该辐射测量数值的准确性，使其能够反映实际的辐射特征。
这个过程需要在测量条件不变的前提下，根据实际环境特征和辐射测量定标原则，在辐射测量系统中设定新的参数，确定该系统的定标精度，以保证辐射测量测量参数的准确性。
大气校正是指通过解决大气物理参数对辐射测量系统的影响，来保证辐射测量系统的精度和准确性。
根据大气物理参数，大气校正把辐射测量参数分为天顶辐射、太阳直射辐射和地表反射等参数，以便于根据大气的变化情况对辐射测量系统进行精确校正。
数据处理是指将获得的原始辐射数据进行分类、统计和处理，以便于更好地反映实际的大气变化现象和大气表面特征的空间变化。
数据处理可以采用常规的数据处理程序，如统计分析、回归分析、分类分析等，以及GIS技术等。
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landsat7辐射定标和大气校正步骤
landsat7辐射定标和大气校正步骤Landsat是美国国家航空航天局（NASA）和美国地质调查局（USGS）合作推出的一系列卫星，用于进行地球遥感观测。
Landsat 7是其中的一颗卫星，它能够提供高分辨率的遥感影像数据，广泛应用于地球科学研究、环境监测和资源调查等领域。
为了获得准确的地球表面反射率信息，需要对Landsat 7卫星数据进行辐射定标和大气校正。
辐射定标是指将Landsat 7卫星接收到的原始辐射数据转换为辐射亮度值的过程。
在这个过程中，需要校正卫星传感器的非线性响应、移除大气散射和吸收的影响，以及纠正地表与卫星之间的距离差异等。
为了实现辐射定标，需要使用卫星的辐射定标系数，这些系数通过在轨定标和地面辐射定标实验获得。
通过对原始辐射数据进行辐射定标，可以消除不同时间和地点采集的数据之间的差异，从而确保数据的一致性和可比性。
大气校正是指对辐射定标后的数据进行进一步处理，以消除大气散射和吸收的影响，获取地表反射率信息。
地球大气层中的气体、云和气溶胶等物质会对太阳辐射和地球表面辐射的传播和接收造成干扰，导致遥感数据中存在大气噪声。
为了消除这些干扰，需要进行大气校正。
大气校正的目标是根据大气模型和卫星观测数据，估算出大气散射和吸收的光谱反射率，从而得到地表的真实反射率。
在进行大气校正时，需要使用大气模型来模拟和估算大气散射和吸收的光谱反射率。
常用的大气模型有大气透射率模型和大气散射模型。
大气透射率模型用于估算太阳辐射和地球辐射在大气中的传播损失，而大气散射模型用于估算大气散射对地表反射率的影响。
根据这些模型，可以通过对卫星观测数据进行反演和拟合，得到大气散射和吸收的光谱反射率。
辐射定标和大气校正是Landsat 7数据预处理的重要步骤，对于获取准确的地表反射率信息至关重要。
通过辐射定标，可以消除不同时间和地点采集的数据之间的差异，确保数据的一致性和可比性。
而通过大气校正，可以消除大气散射和吸收的影响，获取地表的真实反射率。
实验2辐射定标与大气校正
辐射定标与大气校正辐射定标是将传感器记录的电压或数字量化值(DN)转换成绝对辐射亮度值（辐射率）的过程，或者转换与地表（表观）反射率、表面（表观）温度等物理量有关的相对值的处理过程。
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，获得地物反射率、辐射率、地表温度等真实物理模型参数，消除大气分子和气溶胶散射的影响。
这里我们以landsatFLAASH大气校正，和ASTER大气校正为例。
①在ENVI主菜单中,选择File>> Open External Flie>>>Landsat >>>Fast，在文件选择对话框中选择landsatTM_JasperRidge.hrf.fst文件，（也可以选择单个波段）ENVI自动将数据添加到波段列表中，并按照波长分为3个组，全色、热红外、可见光-红外。
②辐射定标在ENVI主菜单中，选择Basic Tools>> Preprocessing>>>>> Calibration Utilities>> Landsat Calibration，选择可见光-红外组（6个波段），打开Landsat定标工具。
Landsat 定标工具会从元数据文件中自动获得相关的参数信息，包括成像日期、定标参数等，选择CalibrationType: Radiance。
③选择输出路径和文件名，由于文件较小，我们可以选择memory,单击OK 按钮执行定标处理。
得到的辐射亮度的单位为W/(m2*um*sr)。
图像文件的储存顺序为BSQ，下面将定标结果进行BSQ到BIL的转换处理。
第二步储存顺序调整①在主菜单中，选择Basic Tool>>>>Convert Data(BSQ、BIL、BIP)在Convert File Input File对话框中选择memory。
单击OK按钮，打开Convert File Parameters对话框。
遥感卫星影像辐射校正包括辐射定标和大气校正@揽宇方圆
北京揽宇方圆信息技术有限公司遥感卫星影像辐射校正包括辐射定标和大气校正指在光学遥感数据获取过程中，产生的一切与辐射有关的误差的校正（包括辐射定标和大气校正）。
三者关系如图：大气校正的准备过程为辐射定标辐射定标定义（Radiometric Calibration）是用户需要计算地物的光谱反射率或光谱辐射亮度时，或者需要对不同时间、不同传感器获取的图像进行比较时，都必须将图像的亮度灰度值转换为绝对的辐射亮度，这个过程就是辐射定标。
绝对定标：通过各种标准辐射源，在不同波谱段建立成像光谱仪入瞳处的光谱辐射亮度值与成像光谱仪输出的数字量化值之间的定量关系相对定标：确定场景中各像元之间、各探测器之间、各波谱之间以及不同时间测得的辐射量的相对值。
技术流程：获取空中、地面及大气环境数据，计算大气气溶胶光学厚度，计算大气中水和臭氧含量，分析和处理定标场地及训练区地物光谱等数据，获取定标场地数据时的几何参量和时间，将获取和计算的各种参数带入大气辐射传输模型，求取遥感器入瞳时的辐射亮度，计算定标系数，进行误差分析，讨论误差原因。
方法：反射率法：在卫星过顶时同步测量地面目标反射率因子和大气光学参量（如大气光学厚度、大气柱水汽含量等）然后利用大气辐射传输模型计算出遥感器入瞳处辐射亮度值，具有较高的精度。
辐亮度法：采用经过严格光谱与辐射标定的辐射计，通过航空平台实现与卫星遥感器观测几何相似的同步测量，把机载辐射计测量的辐射度作为已知量，去标定飞行中遥感器的辐射量，从而实现卫星的标定，最后辐射校正系数的误差以辐射计的定标误差为主，仅仅需要对飞行高度以上的大气进行校正，回避了底层大气的校正误差，有利于提高精度。
辐照度法：又称改进的反射率法，利用地面测量的向下漫射与总辐射度值来确定卫星遥感器高度的表观反射率，进而确定出遥感器入瞳处辐射亮度。
这种方法是使用解析近似方法来计算反射率，从而可大大缩减计算时间和计算复杂性。
大气校正定义：大气校正是指传感器最终测得的地面目标的总辐射亮度并不是地表真实反射率的反映，其中包含了由大气吸收，尤其是散射作用造成的辐射量误差。
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大气对传感器接收辐射能量的影响
对入射光的消光（extinction) 产生路径辐射（散射）(path radiance) 产生天空漫射光(diffuse skylight) 发生地面——天空的多次反射 邻区经多次散射面混入象元反射光中，造成影
像模糊(diffuse adjacency signal)
散射角
为散射角，是入射方向与观测方向的夹角
cos coss cosv sins sinv cos(s v )
s和v 分别为入射方向与观测方向天顶角
s和v 分别为入射方向与观测方向天顶角
地面反射辐射
Lg (Fg Esky )RTv
对入射光的消光（extinction)
到达地面的太阳直射光辐照率为：
Fg
F0
r0 r
2
Ts
F0
r0 r
2
exp
h 0
s a cos s
dl
F0 d2
exp
cos
s
F0 大气层外平均日地距离太阳辐照度， s 入射天顶角
r0 , r 平均和成象时的日地距离
整层大气光学厚度
s , a 分别为容积散射和吸收系数
天空漫射光
Esky
F
4
[r Pr
2
()
a Pa ()]d
Landsat TM: 0-255 NOAA AVHRR: 0-1023
但是，当我们开展定量分析的时候，就必须重新将 其转换回实际物理量。
辐亮度的计算
定标过程一般采取线形公式进行转换： L = a*DN + b （或：DN = a*L + b）
a(gain)、b(offset)通常可以从遥感数据头文件读出 L
内部参考光源与外部参考光源相结合进行定标 地面测量相结合进行定标
DN fr L Ap 2
DN
L fr Ap 2
定标参数的确定
• 定标公式针对何种真实物理量 反射率？
• a是负数时，定标前后图象视觉相反 ？
• 定标参数的确定都是对波段的波长积分
响 应 函 数
λ
DN值向辐亮度的转换
通常，遥感器接收到来自目标物的辐射信息后，将 其转为灰度值进行存储，是为了节省空间。
L F0 cos s R( s, s ;v,v )
辐亮度向反射率的转换
反射率：地物反射亮度与相同光照条件下的标 准板反射辐亮度之比。
标准板反射辐亮度为：
L0
F0
cos s
故地物反射率为：
R(
s
,
s
;
v
,
v
)
L(s ,
F0
s ;v , cos s
v
)
三、 辐射与大气的相互作用
大气与辐射的相互作用
DN值的影响因素
DN：一般光敏原件——电流值的离散化
CCD——电压值的离散化
DN fr L Ap 2
fr 仪器波段响应函数，L 入射光辐照度，Ap 仪器镜
头孔径， 瞬时视场，波段宽度
参考光源
地面定标测量
遥感数据的辐射定标
确定响应函数，求出遥感数据DN值与入射光强的函数 关系，将DN值转化为入射光辐亮度。
传感器接收的辐亮度
Lsat Lg Lpath
路径辐射（散射）(path radiance)
Lpath Lr La
Lr和La 分别为大气分子和气溶胶的路径散射
Lx
F0x Px () 4 coss
x为r或a，分别表示大气分子和气溶胶的路径散射
x 大气分子或气溶胶的平均一次散射反照率
Px () 为散射相函数
胶的变化，即大气光学厚度的变化，因此关键是如何估
算遥感图像的气溶胶分布。
2 参考地物法(Invariant—Object Methods)
对于TM等高分辨率的图像，通常可以假设整幅图
像的大气状况相同，图像的观测天顶角也可以近似看
作相同（垂直观测），如果可以在一幅图像中找到苦
多次反弹反射率
R R
1 Rra
R
1 Rra (0,0) Tv (Ts sky )
Tv [ Rsat
ra
(s ,v )]
R aRsat b
多次反弹的影响较弱，一般可以忽略
四、 大气纠正方法
1 已知大气状况的校正方法 2 参考地物法(Invariant—Object Methods) 3 暗目标方法（Dark-Object Methods） 4 其它大气校正方法
第七章 辐射定标与大气校正
一、 辐射定标 二、 辐射纠正 三、 辐射与大气的相互作用 四、 大气纠正
一、 辐射定标（calibration）
辐射定标指将接收的遥感数据，通常是灰度 （DN）值，转换成实际的物理量（如辐射 亮度、反射率等）。
辐射的偏差问题 定标参数的确定与获取 辐射定标的种类 DN值向辐亮度的转换
• 机（星）上定标（on-board）：
•在仪器扫描过程中根据参考的标准灯光和阳光光源进行定标
• 地面目标物定标：
•获取卫星数据过程中，在典型地区（地物单一，具有朗伯体性 质，如沙漠、清洁湖面等）进行同步光谱测量，然后用地面光谱 数据对卫星遥感数据进行定标
遥感数据的星上辐射定标
DN值的影响因素 参考光源 地面定标测量 遥感数据的辐射定标——地表辐亮度的计算
1 已知大气状况的校正方法
如果已知大气的垂直廓线（温、湿、压），大气水
汽含量，大气光学厚度（气溶胶），以及气溶胶模式，
我们可以通过大气辐射传输模式模拟，计算三个不同地
表反射率条件下的大气层顶辐射亮度，进而求解得到 a
和 b 值，而达到大气效应纠正的目的。对于可见光/近
红外波段而言，大气状况最主要的影响因素是大气气溶
辐射的偏差问题
传感器性能——波段响应函数
分光比例 探测元件的响应率及敏度 光学元件的损耗
（半导体材料性能）的不稳定性 工作过程中电压的起伏 数据的储存
辐射定标的种类
根据定标参数获取的途径和时间，可以分为：
• 发射前定标（prelaunch）：
•卫星发射前在地面上对仪器进行反复定标
线形区域
DN
二、 辐射纠正—反射率的计算
电磁辐射与辐射源——地物——传感器的几何 关系
水平地面的假设 山地辐射纠正 辐亮度向反射率的转换
电磁辐射与辐射源——地物 ——传感器的几何关系
入射辐照度下入射方向是余弦关系 对于水平地面，入射辐照度为：
F F0 coss
对足够大的地面面积，反射辐亮度仅与二向反射率有 关；如地面为朗伯体且水平，则任何观测方向上其反 射辐亮度均相等。对于传感器来说，一般地物均充满 整个瞬时视场，故反射亮度与观测方向不是余弦关系， 其反射辐亮度为：