地理信息系统-操作指南-GF5数据分类

GF5高光谱数据处理说明文档

北京航天宏图信息技术股份有限公司

2019年7月

1、GF5-AHSI数据介绍

高分五号卫星是环境保护部作为牵头用户的环境专用卫星，也是国家高分重大科技专项中搭载载荷最多、光谱分辨率最高、研制难度最大的卫星。GF-5卫星在2018年5月9日成功发射，经过在轨测试，2019年3月21日，中国高分辨率对地观测系统的高分五号卫星正式投入使用。卫星首次搭载了大气痕量气体差分吸收光谱仪、主要温室气体探测仪、大气多角度偏振探测仪、大气环境红外甚高分辨率探测仪、可见短波红外高光谱相机、全谱段光谱成像仪共6台载荷。对GF-5卫星中的高光谱传感器（AHSI传感器）数据的预处理工作总结为五个步骤，主要是要解决GF-5前期预处理（两部分高光谱数据合并、波长信息写入、坏波段剔除等操作）、条纹噪声去除、辐射定标、大气校正、光谱滤波和几何校正等工作。

单景GF-5高光谱数据压缩文件中共15个文件，具体详细内容如下：

图 1 单景GF-5数据文件格式

GF-5高光谱数据将可见光波段和短波红外波段分为两个文件存放，其中可见光-近红外波段为150个（*VN.geotiff），短波红外波段为180个（*SW.geotiff），共计330个波段，并且中心波长、半高宽（*Spectralresponse.raw）和辐射定标系数（*.raw）等信息也是分可见光-近红外和短波红外两部分存放。由于上述等原因，对于单景标准GF-5高光谱数据并不能方便进行预处理，需要对文件夹下的各类数据进行整合处理。

a 无空间位置信息真彩色2%显示

b 加载空间位置信息真彩色2%显示

c GF-5原始影像3D立方体无拉伸显示

图2 GF-5原始影像的不同真彩色显示形式（R：Band 59，638.598nm；G：Band 38，548.666nm；

B：Band 20，471.625nm）

2、GF-5数据预处理流程

对GF-5卫星中的高光谱数据的预处理工作总结为五个步骤，主要是要解决GF-5前期预处理（两部分高光谱数据合并、波长信息写入、坏波段剔除、条纹噪声去除等操作）、辐射校正（辐射定标、大气校正等）、几何校正（几何精校正、正射校正等）、应用产品生产（植被指数、参量反演等）、镶嵌。具体流程如下：

GF5 AHSI 数据

文件合并

辐射定标

光谱滤波

正射校正

植被指数

图像分类

影像镶嵌几何精校正

条纹去除

大气校正

图 3 GF -5 数据处理流程

产品生产流程：

（1） 前期预处理：GF -5元数据文件夹，默认剔除水汽强吸收波段，舍弃可见光和短波红外重合部分的波段，进行高分五号数据预处理。主要解决高光谱数据中没有写入波长信息、可见光-近红外和短波红外波分的数据合并存储

（2） 条纹去除：GF -5影像的可见光-近红外数据部分的前十个波段存在条纹噪声，条纹类型为竖条纹，需要去除其竖条纹以提高影像的成像质量。

（3） 辐射校正：对影像进行辐射定标和大气校正，辐射定标是将前期处理的DN 值数据转化成辐亮度或者表观反射率数据，大气校正是将辐射定标的结果消除大气传输的影响生产地表反射率产品。

（4） 几何校正：对辐射校正后的产品进行几何校正，主要处理方式有几何精

校正和正射校正处理，使GF-5数据具有准确的空间位置信息。

3、GF-5前期预处理

根据GF-5高光谱数据的特点，需要对数据文件夹下的相关数据进行整合处理后方能进行辐射校正等工作。将可见光波段和短波红外波段两个部分的高光谱数据合并为一个单一的影像文件。一般情况，合并后应该为330波段，但是实际上直接整合后的数据还存在以下两个前期预处理关键点：

第一个处理点是对于短波红外波段存在两个水汽强吸收带，区间范围分别为波长1350-1426nm和1798-1948nm，在GF-5短波红外文件中与波长对应的就是波段43-50和96-112两个范围内，共计25个波段。

a SWIR文件中第43波段

b SWIR文件中第50波段

c SWIR文件中第96波段

d SWIR文件中第112波段

图4 GF-5数据中水汽强吸收波段显示示例

第二个处理点是可见光波段和短波红外波段中存在部分波段重合，关于选取VNIR部分还是SWIR部分，可根据波长重合部分影响的成像质量进行取舍，波长重合部分如下所示：

图5 可见光波段(VNIR)和短波波段（SWIR）重合波段范围综上所述，在PIE-Hyp的GF-5前期预处理功能中默认剔除25个水汽强吸收波段，并且舍弃波长重合波段中短波红外部分（SWIR）的前4个波段。最后，GF-5前期预处理功能中默认输出301个波段，并在输出文件中设置了中心波长和半高宽等波长信息。

选择功能菜单栏【图像预处理】→【GF5预处理】→【GF5前期预处理】打开“GF5前期预处理”对话框（图5所示）。在【输入文件】选项加载GF5对应影像文件。

图6 GF-5前期预处理主界面

图7 GF-5前期预处理后数据文件

4、GF-5辐射定标

PIE-Hyp软件中GF-5辐射定标功能可以将通过GF-5前期预处理得到的结果

进行辐射定标，可以将原始DN值数据定标为辐射亮度值或大气表观反射率。默认以表观反射率的形式输出辐射定标后的数据。

选择功能菜单栏【图像预处理】→【GF5预处理】→【AHSI辐射定标】打开“GF5-AHSI辐射定标”对话框。

图8 GF-5辐射定标功能主界面

●影像文件：输入GF5经前期预处理合并后的结果数据；

●VNIR定标系数文件：输入GF5可见光-近红外数据的辐射定标系数文件；

●SWIR定标系数文件：输入GF5短波外数据的辐射定标系数文件；

●太阳高度角文件：输入太阳高度角文件；

●太阳高度角波段：当输入太阳高度角文件后会默认读物文件中的第二波

段作为太阳高度角波段；