ENVI中基于统计学模型的大气校正方法详解
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2016-06-09
基于统计学模型的反射率反演的方法主要有平场域法（Flat Field，FF）、对数残差法（Log Residuals）、内部平均法（Internal Average Relative Reflectance，IARR）、经验线性法(Empirical Line)。集中在Basic Tools->Preprocessing-> Calibration Utilities菜单下。
1. 平场域定标(Flat Field Calibration)
Flat Field定标工具通过选择图像中一块具有高反射率、光谱变化平坦的区域，利用这个区域的平均光谱值来模拟飞行时的大气条件下的太阳光谱。将每个像元的DN值除以选择区域的平均光谱值得到相对反射率，以此来消除大气的影响。
在使用这个工具前，需要利用ENVI提供的感兴趣区绘制工具（ROI Tool）在被定标图像上选择感兴趣区作为平场域（Flat Field），感兴趣区可选择沙漠、大块水泥地、沙地等区域。操作过程如下：
（1） 在主菜单中，选择Basic Tools->Preprocessing-> Calibration Utilities-> Flat Field。在打开的Calibration Input File对话框中，选择输入文件，单击“OK”。
（2） 在打开的Flat Field Calibration Parameters面板中（图13.4），在标有“Select ROI for Calibration”一栏中，选择感兴趣区（只能选择一个），作为平场域定标的平均波谱区。
（3） 选择输出路径及文件名，单击“OK”执行定标处理。
图13.4 Flat Field Calibration Parameters面板
2. 对数残差（Log Residuals）
对数残差定标工具将数据除以波段几何均值，后再除以像元几何均值，可以消除光照、大气传输、仪器系统误差、地形影响和星体反照率对数据辐射的影响。定标结果的值在1附近。操作过程如下：
（1） 在主菜单中，选择Basic Tools->Preprocessing->Calibration Utilities->Log Residuals，在Log Residuals Calibration Input File对话框中，选择输入文件，单击“OK”。
（2） 在打开的Log Residuals Calibration Parameters面板中，选择输出路径及文件名，单击OK执行定标处理。
3. 内部平均（IAR）反射率定标
IAR (Internal Average Relative) Reflectance定标工具假定整幅图像的平均光谱基本代表了大气影响下的太阳光谱信息。把图像DN值与整幅图像的平均辐射光谱值相除，得到的结果为相对反射率。该工具特别适用于没有植被的干旱区域。操作过程如下：
（1） 在主菜单中，选择Basic Tools->Preprocessing->Calibration Utilities-> IAR Reflectance。在打开的Calibration Input File对话框中，选择输入文件，单击“OK”。
（2） 在打开的IARR Calibration Parameters面板中，选择输出到“File”或“Memory”。点击“OK”执行定标处理。
4. 经验线性定标(Empirical Line Calibration)
Empirical Line 定标方法是假设图像DN值与反射率之间存在线性关系：
反射率= 增益 * DN值+ 偏移
利用两个已知点的地面反射光谱值，再计算图像上对应像元点的平均DN值，然后利用线性回归求出增益和偏移值，建立DN值与反射率之间的相互关系式，进行反射率的定标。消除了太阳辐亮度和大气程辐射。
ENVI的Empirical Line定标工具要求至少需要一个已知区域的地面反射光谱值（Field Spectra）作为参照波谱，以及图像上对应像元点的波谱曲线（Data Spectra）。它们可以来自波谱剖面或波谱曲线、波谱库、感兴趣区、统计文件和ASCII文件。输入的波谱将自动被重采样，以与选择的数据波长相匹配。也可以用已经存在的系数对数据集进行定标。
1) 计算系数并定标（Compute Factors and Calibrate）
Empirical Line 定标工具时，一般可以在图像上选择一个暗区和一个亮区作为已知区域（假定这些区域中的参照波谱是可以获得的）。使用越多的已知波谱也可以提高定标精度，至少需要一组已知区域的波谱。操作过程如下：
（1） 选择Basic Tools->Preprocessing-> Calibration Utilities-> Empirical Line-> Compute Factors and Calibrate。在打开的Empirical Line Input File对话框中，选择输入文件。单击“OK”，
（2） 在打开的Empirical Line Spectra面板中（图13.5），需要选择地面反射光谱值（Field Spectra）以及图像上对应像元点的波谱值（Data Spectra）。
图13.5 Empirical Line Spectra面板
在Empirical Line Spectra对话框中，单击“Import Spectra”按钮，打开Data Spectral Collection对话框（图13.6）。
在Data Spectral Collection对话框中，选择Import->from ROI/EVF from input file，选择定义好的感兴趣区文件，点击“Apply”，波谱名被输入到Empirical Line Spectra面板中。点击“Cancel”，关闭Data Spectra Collection对话框。
图13.6 Data Spectral Collection对话框
在Empirical Line Spectra对话框中，单击“Import Spectra”按钮，打开Feild Spectra Collection对话框，这个对话框与Data Spectra Collection对话框类似。
在Feild Spectra Collection对话框中，选择Import->from ASD binary file，选择对应图像波谱区域用ASD波谱仪测量波谱文件。点击“Apply”，波谱名被输入到Empirical Line Spectra面板中。点击“Cancel”，关闭Feild Spectra Collection对话框。
（3） 回到Empirical Line Spectra面板中，在顶部的列表内点击波谱名选择数据波谱。在底部的列表中，点击相应的参照波谱名，单击击“Enter Pair”按钮使两个波谱相关联，相关联的波谱将被列在“Selected Pairs”文本框中。（说明：如果错误的选择了关联波谱，在“Selected Pairs”文本框中单击关联波谱可移除）
（4） 重复（3）（4）步骤可选择关联波谱。
（5） 单击击“OK”。打开Empirical Line Calibration Parameters对话框。
（6） 在Empirical Line Calibration Parameters对话框中，选择输出定标结果文件路径及文件名，将定标系数保存在ASCII文件中，在“Output Calibration Filename”文本框中键入第二个文件名，定标系数文件的默认扩展名是 .cff。
（7） 单击OK执行定标过程。
2) 使用现有系数定标(Calibrating Using Existing Factors)
Calibrate Using Existing Factors工具可以使用另一个定标过程中存储的纠正系数来运行经验行定标功能。
（1） 在主菜单中，选择 Basic Tools- >Preprocessing-> Calibration Utilities-> Empirical Line->Calibrate Using Existing Factors。选择输入文件，点击“OK”。
（2） 在打开的Enter Calibration Factors Filename对话框中，选择一个之前定标过程中创建的定标系数文件（.cff）。点击“OK”。
在打开的Empirical Line Calibration Parameters对话框中，选择输出路径及文件名。单击“OK”执行定标过程。
摘自《ENVI遥感图像处理方法》科学出版社
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0100pvse.html
1. 平场域定标(Flat Field Calibration)
Flat Field定标工具通过选择图像中一块具有高反射率、光谱变化平坦的区域，利用这个区域的平均光谱值来模拟飞行时的大气条件下的太阳光谱。将每个像元的DN值除以选择区域的平均光谱值得到相对反射率，以此来消除大气的影响。
在使用这个工具前，需要利用ENVI提供的感兴趣区绘制工具（ROI Tool）在被定标图像上选择感兴趣区作为平场域（Flat Field），感兴趣区可选择沙漠、大块水泥地、沙地等区域。操作过程如下：
（1） 在主菜单中，选择Basic Tools->Preprocessing-> Calibration Utilities-> Flat Field。在打开的Calibration Input File对话框中，选择输入文件，单击“OK”。
（2） 在打开的Flat Field Calibration Parameters面板中（图13.4），在标有“Select ROI for Calibration”一栏中，选择感兴趣区（只能选择一个），作为平场域定标的平均波谱区。
（3） 选择输出路径及文件名，单击“OK”执行定标处理。
2. 对数残差（Log Residuals）
对数残差定标工具将数据除以波段几何均值，后再除以像元几何均值，可以消除光照、大气传输、仪器系统误差、地形影响和星体反照率对数据辐射的影响。定标结果的值在1附近。操作过程如下：
（1） 在主菜单中，选择Basic Tools->Preprocessing->Calibration Utilities->Log Residuals，在Log Residuals Calibration Input File对话框中，选择输入文件，单击“OK”。
（2） 在打开的Log Residuals Calibration Parameters面板中，选择输出路径及文件名，单击OK执行定标处理。
3. 内部平均（IAR）反射率定标
IAR (Internal Average Relative) Reflectance定标工具假定整幅图像的平均光谱基本代表了大气影响下的太阳光谱信息。把图像DN值与整幅图像的平均辐射光谱值相除，得到的结果为相对反射率。该工具特别适用于没有植被的干旱区域。操作过程如下：
（1） 在主菜单中，选择Basic Tools->Preprocessing->Calibration Utilities-> IAR Reflectance。在打开的Calibration Input File对话框中，选择输入文件，单击“OK”。
（2） 在打开的IARR Calibration Parameters面板中，选择输出到“File”或“Memory”。点击“OK”执行定标处理。
4. 经验线性定标(Empirical Line Calibration)
Empirical Line 定标方法是假设图像DN值与反射率之间存在线性关系：
反射率= 增益 * DN值+ 偏移
利用两个已知点的地面反射光谱值，再计算图像上对应像元点的平均DN值，然后利用线性回归求出增益和偏移值，建立DN值与反射率之间的相互关系式，进行反射率的定标。消除了太阳辐亮度和大气程辐射。
ENVI的Empirical Line定标工具要求至少需要一个已知区域的地面反射光谱值（Field Spectra）作为参照波谱，以及图像上对应像元点的波谱曲线（Data Spectra）。它们可以来自波谱剖面或波谱曲线、波谱库、感兴趣区、统计文件和ASCII文件。输入的波谱将自动被重采样，以与选择的数据波长相匹配。也可以用已经存在的系数对数据集进行定标。
1) 计算系数并定标（Compute Factors and Calibrate）
Empirical Line 定标工具时，一般可以在图像上选择一个暗区和一个亮区作为已知区域（假定这些区域中的参照波谱是可以获得的）。使用越多的已知波谱也可以提高定标精度，至少需要一组已知区域的波谱。操作过程如下：
（1） 选择Basic Tools->Preprocessing-> Calibration Utilities-> Empirical Line-> Compute Factors and Calibrate。在打开的Empirical Line Input File对话框中，选择输入文件。单击“OK”，
（2） 在打开的Empirical Line Spectra面板中（图13.5），需要选择地面反射光谱值（Field Spectra）以及图像上对应像元点的波谱值（Data Spectra）。
- 选择数据（图像）波谱
在Empirical Line Spectra对话框中，单击“Import Spectra”按钮，打开Data Spectral Collection对话框（图13.6）。
在Data Spectral Collection对话框中，选择Import->from ROI/EVF from input file，选择定义好的感兴趣区文件，点击“Apply”，波谱名被输入到Empirical Line Spectra面板中。点击“Cancel”，关闭Data Spectra Collection对话框。
图13.6 Data Spectral Collection对话框
- 选择参照波谱
在Empirical Line Spectra对话框中，单击“Import Spectra”按钮，打开Feild Spectra Collection对话框，这个对话框与Data Spectra Collection对话框类似。
在Feild Spectra Collection对话框中，选择Import->from ASD binary file，选择对应图像波谱区域用ASD波谱仪测量波谱文件。点击“Apply”，波谱名被输入到Empirical Line Spectra面板中。点击“Cancel”，关闭Feild Spectra Collection对话框。
（3） 回到Empirical Line Spectra面板中，在顶部的列表内点击波谱名选择数据波谱。在底部的列表中，点击相应的参照波谱名，单击击“Enter Pair”按钮使两个波谱相关联，相关联的波谱将被列在“Selected Pairs”文本框中。（说明：如果错误的选择了关联波谱，在“Selected Pairs”文本框中单击关联波谱可移除）
（4） 重复（3）（4）步骤可选择关联波谱。
（5） 单击击“OK”。打开Empirical Line Calibration Parameters对话框。
（6） 在Empirical Line Calibration Parameters对话框中，选择输出定标结果文件路径及文件名，将定标系数保存在ASCII文件中，在“Output Calibration Filename”文本框中键入第二个文件名，定标系数文件的默认扩展名是 .cff。
（7） 单击OK执行定标过程。
2) 使用现有系数定标(Calibrating Using Existing Factors)
Calibrate Using Existing Factors工具可以使用另一个定标过程中存储的纠正系数来运行经验行定标功能。
（1） 在主菜单中，选择 Basic Tools- >Preprocessing-> Calibration Utilities-> Empirical Line->Calibrate Using Existing Factors。选择输入文件，点击“OK”。
（2） 在打开的Enter Calibration Factors Filename对话框中，选择一个之前定标过程中创建的定标系数文件（.cff）。点击“OK”。
在打开的Empirical Line Calibration Parameters对话框中，选择输出路径及文件名。单击“OK”执行定标过程。
摘自《ENVI遥感图像处理方法》科学出版社
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0100pvse.html
