ENVI5.1下NPP VIIRS数据处理
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2016-06-18
1. 概述
1.1 NPP VIIRS
在过去几年里，NASA运行了很多卫星系统，包括著名的EOS系统（MODIS、ASTER等）。现在，NASA正在构建一个新的卫星系统继续全球环境观测，其中重要的卫星系统是NPOESS Preparatory Project (简称NPP，也有资料显示是National Polar-orbiting Partnership的简称)，由NASA、NOAA和美国空军共同研发。
NPP卫星系统包括5个传感器，如下图所示。用于探测地球环境和大气，包括土地覆盖制图、植被变化。NPP还能追踪大气臭氧和气溶胶以及海洋和陆地表面温度，另外，NPP可以监测海冰和陆地冰川。NPP也能够监控火山爆发、森林火灾、干旱、洪水、沙尘暴、飓风/台风等自然灾害。
总之，NPP可以从太空中监测地球的健康，提供长时间序列数据，主要承担未来地球科学任务。
图1 NPP卫星结构图（NASA免费提供）
VIIRS（Visible infrared Imaging Radiometer）可见光红外成像辐射仪是NPP卫星上重要的传感器。 可收集陆地、大气、冰层和海洋在可见光和红外波段的辐射图像。他是高分辨率辐射仪AVHRR和地球观测系列中分辨率成像光谱仪MODIS系列的拓展和改进。VIIRS数据可用来测量云量和气溶胶特性、海洋水色、海洋和陆地表面温度、海冰运动和温度、火灾、和地球反照率。气象学家使用VIIRS数据来提高我们对全球温度变化的了解。基本参数如下：
• 光谱波段：22个（0.3~14μm），
‒ 可见光、近红外9个（0.4~0.9μm）；
‒ 短、中波红外8个（1~4μm）；
‒ 热红外4个（8~12μm）；
‒ 1个低照度条件下的可见光通道。
• 分辨率：
‒ 星下点空间分辨率400m；
‒ 扫描带边缘空间分辨率约800m。
• 扫描幅宽：±56°，3000km。
• 重返周期：每4小时经过赤道一次。
• 首幅图像：2011年11月21日
详细可参考：http://npp.gsfc.nasa.gov/suomi.html
1.2 数据下载
可以通过两个网站下载NPP卫星数据：
NASA LAADS网站：http://ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html
NOAA's Comprehensive Large Array-Data Stewardship System (CLASS)网站：http://www.nsof.class.noaa.gov/saa/products/welcome
NPP数据在接收处理后6小时能到CLASS，24小时内能在网站下载。下面以CLASS网站为例子，简单介绍下载流程。
（1） 打开http://www.class.ngdc.noaa.gov/，选择数据类型。
图2 选择下载数据类型
注：可以先选择右边User Profile注册或者登陆，按照要求设置邮箱和用户信息，可以只填必填信息即可，之后设置用户配置信息，按照要求填写即可。
（2） 搜索数据：使用地图或者坐标位置设置搜索范围，以及设置时间区间。
图3 设置搜索条件，包括范围、时间等
（3） 区域、日期、时间等参数选好后，点击search按钮，就可以得到数据列表
图4 数据搜索结果页面
（4） 选择好需要下载的数据之后，点击Goto Cart按钮，申请数据下载；
（5） 提交数据申请之后，邮箱中会受到若干封确认邮件，最后会在注册邮箱中收到数据下载的地址，在有效时间内到这个地址可以看到所申请的数据列表，点击所选数据，可以进行下载，如下图是数据下载列表：
数据下载详细介绍参考：http://www.class.ncdc.noaa.gov ... 9.pdf
1.3 ENVI5.1下的VIIRS数据支持
对于NPP VIIRS数据，ENVI5.1新增了Open as->NPP->VIIRS传感器选项，完全支持这个数据，“完全支持”的意思是数据：
• 可以显示原始数据；
• 可以像ENVI标准栅格数据那样处理；
• 包含有纬度/经度信息的地理查找表（GLT）；
• 包含有一个质量标志的栅格数据
• 有适用于数据的质量标志
• 在数据读入对话框、或者Toolbox/Geometric Correction下，都可以对影像进行Bow-tie纠正
支持的数据产品及格式包含：
• HDF5 格式
• 由the Integrated Data Processing Segment (IDPS) 生产，通过NOAA CLASS 系统发布的数据
• Joint Polar Satellite System (JPSS) Common Data Format Control Book (CDFCB)
• Sensor Data Records (SDRs)
• I-bands, M-bands, 以及 Day/Night Band (DNB)
• Active Fires Product (AVAFO*.h5): ENVI displays these files as point vectors.
• 带有 Quality，Latitude，Longitude 栅格数据的环境数据Environmental Data Records (EDRs) ：
‒ 气溶胶光学厚度、浑浊度系数
‒ 冰面温度
‒ 地表温度
‒ 海洋水色/叶绿素(chlorophyll-a, IOP-a, IOP-s, nLw)
‒ 海冰表征（冰河世纪，）
‒ 海面温度
‒ 积雪深度二进制地图
‒ 积雪分数
‒ 地表类型
‒ 悬浮物 – 烟浓度
‒ 植被指数（大气表观NDVI和EVI）
• 不带经纬度的EDR：
‒ 云底高度
‒ 云层覆盖层
‒ 云层有效粒径
‒ 云光学厚度
‒ 云顶高度
‒ 云顶压力
‒ 云顶温度
2. 详细操作步骤
2.1 数据打开与浏览
以NPP VIIRS传感器I波段的数据：GIMGO-SVI01_npp_d20130919_t0239457_e0245261_b09814_c20131220095743102418_noaa_ops.h5
为例
（1） 直接将图像拖拽到ENVI操作界面、Open打开，或者通过选择特定传感器Opne as-> NPP -> VIIRS打开Select NPP VIIRS Parameters面板。
图5 Select NPP VIIRS Parameters面板
注：Select Product下拉框跟打开的数据类型有关，详细如下：
1) 辐射率数据:
‒ Day/Night Band: 32-bit floating point in units of W/(cm2 * sr)
‒ bands 1-5: unsigned 16-bit integer in units of W/(m2 * sr * µm)
‒ M-bands 3-5, 7, 13: 32-bit floating point in units of W/(m2 * sr * µm)
‒ M-bands 1, 2, 6, 8-12: unsigned 16-bit integer in units of W/(m2 * sr * µm)
2) 反射率数据:
‒ I-bands 1-3: unsigned 16-bit integer
‒ M-bands 1-11: unsigned 16-bit integer
3) 亮温 (Kelvins)
‒ I-bands 4-5: unsigned 16-bit integer
‒ M-band 13: 32-bit floating point
‒ M-bands 12, 14-16: unsigned 16-bit integer
4) 反照率（Albedo）
‒ NCC products only: 32-bit floating point
（2） Select NPP VIIRS Parameters面板中显示了成像时间、数据类型等基本信息，勾选Load Raw Image，选择导入原始图像，可以得到下图。
图6 打开显示的数据
（3） 可以看到，自动读入的原始数据包括辐射率数据、质量数据、经纬度和高程数据：
图7 打开的数据列表
（5） 通过View Metadata菜单可以查看元数据信息。
图8 元数据信息
2.2几何校正
（1）选择打开数据，在Select NPP VIIRS Parameters面板中，勾选Geocorrect and Mitigate Bowtie Effect，
（2）选择投影类型和差值方法。
（3） 选择输出路径和文件名，单击OK。
图7 Select NPP VIIRS Parameters面板
可以得到几何纠正之后的影像（下图左），这里再打开原始影像（下图右）进行对比显示：
图8 几何校正结果和RAW数据的显示
File -> Opne World Data -> Shaded Relief导入全球自然地形数据、矢量数据Countires、States/Provinces。
图9 叠加全球背景数据后的结果
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101ccyi.html
1.1 NPP VIIRS
在过去几年里，NASA运行了很多卫星系统，包括著名的EOS系统（MODIS、ASTER等）。现在，NASA正在构建一个新的卫星系统继续全球环境观测，其中重要的卫星系统是NPOESS Preparatory Project (简称NPP，也有资料显示是National Polar-orbiting Partnership的简称)，由NASA、NOAA和美国空军共同研发。
NPP卫星系统包括5个传感器，如下图所示。用于探测地球环境和大气，包括土地覆盖制图、植被变化。NPP还能追踪大气臭氧和气溶胶以及海洋和陆地表面温度，另外，NPP可以监测海冰和陆地冰川。NPP也能够监控火山爆发、森林火灾、干旱、洪水、沙尘暴、飓风/台风等自然灾害。
总之，NPP可以从太空中监测地球的健康，提供长时间序列数据，主要承担未来地球科学任务。
图1 NPP卫星结构图（NASA免费提供）
VIIRS（Visible infrared Imaging Radiometer）可见光红外成像辐射仪是NPP卫星上重要的传感器。 可收集陆地、大气、冰层和海洋在可见光和红外波段的辐射图像。他是高分辨率辐射仪AVHRR和地球观测系列中分辨率成像光谱仪MODIS系列的拓展和改进。VIIRS数据可用来测量云量和气溶胶特性、海洋水色、海洋和陆地表面温度、海冰运动和温度、火灾、和地球反照率。气象学家使用VIIRS数据来提高我们对全球温度变化的了解。基本参数如下：
• 光谱波段：22个（0.3~14μm），
‒ 可见光、近红外9个（0.4~0.9μm）；
‒ 短、中波红外8个（1~4μm）；
‒ 热红外4个（8~12μm）；
‒ 1个低照度条件下的可见光通道。
• 分辨率：
‒ 星下点空间分辨率400m；
‒ 扫描带边缘空间分辨率约800m。
• 扫描幅宽：±56°，3000km。
• 重返周期：每4小时经过赤道一次。
• 首幅图像：2011年11月21日
详细可参考：http://npp.gsfc.nasa.gov/suomi.html
1.2 数据下载
可以通过两个网站下载NPP卫星数据：
NASA LAADS网站：http://ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html
NOAA's Comprehensive Large Array-Data Stewardship System (CLASS)网站：http://www.nsof.class.noaa.gov/saa/products/welcome
NPP数据在接收处理后6小时能到CLASS，24小时内能在网站下载。下面以CLASS网站为例子，简单介绍下载流程。
（1） 打开http://www.class.ngdc.noaa.gov/，选择数据类型。
图2 选择下载数据类型
注：可以先选择右边User Profile注册或者登陆，按照要求设置邮箱和用户信息，可以只填必填信息即可，之后设置用户配置信息，按照要求填写即可。
（2） 搜索数据：使用地图或者坐标位置设置搜索范围，以及设置时间区间。
图3 设置搜索条件，包括范围、时间等
（3） 区域、日期、时间等参数选好后，点击search按钮，就可以得到数据列表
图4 数据搜索结果页面
（4） 选择好需要下载的数据之后，点击Goto Cart按钮，申请数据下载；
（5） 提交数据申请之后，邮箱中会受到若干封确认邮件，最后会在注册邮箱中收到数据下载的地址，在有效时间内到这个地址可以看到所申请的数据列表，点击所选数据，可以进行下载，如下图是数据下载列表：
数据下载详细介绍参考：http://www.class.ncdc.noaa.gov ... 9.pdf
1.3 ENVI5.1下的VIIRS数据支持
对于NPP VIIRS数据，ENVI5.1新增了Open as->NPP->VIIRS传感器选项，完全支持这个数据，“完全支持”的意思是数据：
• 可以显示原始数据；
• 可以像ENVI标准栅格数据那样处理；
• 包含有纬度/经度信息的地理查找表（GLT）；
• 包含有一个质量标志的栅格数据
• 有适用于数据的质量标志
• 在数据读入对话框、或者Toolbox/Geometric Correction下，都可以对影像进行Bow-tie纠正
支持的数据产品及格式包含：
• HDF5 格式
• 由the Integrated Data Processing Segment (IDPS) 生产，通过NOAA CLASS 系统发布的数据
• Joint Polar Satellite System (JPSS) Common Data Format Control Book (CDFCB)
• Sensor Data Records (SDRs)
• I-bands, M-bands, 以及 Day/Night Band (DNB)
• Active Fires Product (AVAFO*.h5): ENVI displays these files as point vectors.
• 带有 Quality，Latitude，Longitude 栅格数据的环境数据Environmental Data Records (EDRs) ：
‒ 气溶胶光学厚度、浑浊度系数
‒ 冰面温度
‒ 地表温度
‒ 海洋水色/叶绿素(chlorophyll-a, IOP-a, IOP-s, nLw)
‒ 海冰表征（冰河世纪，）
‒ 海面温度
‒ 积雪深度二进制地图
‒ 积雪分数
‒ 地表类型
‒ 悬浮物 – 烟浓度
‒ 植被指数（大气表观NDVI和EVI）
• 不带经纬度的EDR：
‒ 云底高度
‒ 云层覆盖层
‒ 云层有效粒径
‒ 云光学厚度
‒ 云顶高度
‒ 云顶压力
‒ 云顶温度
2. 详细操作步骤
2.1 数据打开与浏览
以NPP VIIRS传感器I波段的数据：GIMGO-SVI01_npp_d20130919_t0239457_e0245261_b09814_c20131220095743102418_noaa_ops.h5
为例
（1） 直接将图像拖拽到ENVI操作界面、Open打开，或者通过选择特定传感器Opne as-> NPP -> VIIRS打开Select NPP VIIRS Parameters面板。
图5 Select NPP VIIRS Parameters面板
注：Select Product下拉框跟打开的数据类型有关，详细如下：
1) 辐射率数据:
‒ Day/Night Band: 32-bit floating point in units of W/(cm2 * sr)
‒ bands 1-5: unsigned 16-bit integer in units of W/(m2 * sr * µm)
‒ M-bands 3-5, 7, 13: 32-bit floating point in units of W/(m2 * sr * µm)
‒ M-bands 1, 2, 6, 8-12: unsigned 16-bit integer in units of W/(m2 * sr * µm)
2) 反射率数据:
‒ I-bands 1-3: unsigned 16-bit integer
‒ M-bands 1-11: unsigned 16-bit integer
3) 亮温 (Kelvins)
‒ I-bands 4-5: unsigned 16-bit integer
‒ M-band 13: 32-bit floating point
‒ M-bands 12, 14-16: unsigned 16-bit integer
4) 反照率（Albedo）
‒ NCC products only: 32-bit floating point
（2） Select NPP VIIRS Parameters面板中显示了成像时间、数据类型等基本信息，勾选Load Raw Image，选择导入原始图像，可以得到下图。
图6 打开显示的数据
（3） 可以看到，自动读入的原始数据包括辐射率数据、质量数据、经纬度和高程数据：
图7 打开的数据列表
（5） 通过View Metadata菜单可以查看元数据信息。
图8 元数据信息
2.2几何校正
（1）选择打开数据，在Select NPP VIIRS Parameters面板中，勾选Geocorrect and Mitigate Bowtie Effect，
（2）选择投影类型和差值方法。
（3） 选择输出路径和文件名，单击OK。
图7 Select NPP VIIRS Parameters面板
可以得到几何纠正之后的影像（下图左），这里再打开原始影像（下图右）进行对比显示：
图8 几何校正结果和RAW数据的显示
File -> Opne World Data -> Shaded Relief导入全球自然地形数据、矢量数据Countires、States/Provinces。
图9 叠加全球背景数据后的结果
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101ccyi.html
