ENVI/IDL实现HJ卫星气溶胶反演

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分享 2016-05-29
之前基于modis反演过气溶胶,也利用ENVI for ArcGIS Server成功在线部署,在线体验地址:http://tm.arcgisonline.cn/2013/0416/550.html。这次利用环境卫星反演气溶胶,使用了查找插值,因此不同于modis的气溶胶反演结果,气溶胶值不仅限于查找表中的值了,每个像元一个对应的气溶胶值,而且对反演结果进行了空值填补和滤波处理。

图1 HJ卫星气溶胶反演流程图
详细功能模块介绍:
1、 HJ卫星波段合成和辐射定标
利用IDL编写的HJ卫星扩展工具,很容易的实现了数据的波段和成和辐射定标功能。

图2 辐射定标
2、 辐亮度转换为表观反射率
利用IDL实现辐亮度到表观反射率的转换,转换所需要的参数例如卫星ID、传感器ID、太阳高度角、影像拍摄时间都是从HJ星数据自带的XML文件中读取的。很明显,影像像元值已经由辐射定标后的辐亮度转换为了表观反射率。

图3 辐亮度转换为表观反射率公式


图4 辐亮度转换为表观反射率
3、 裁剪和重采样处理
为了更精确的反演气溶胶,经过试验当影像分辨率为300m*300m的时候反演出来的气溶胶效果最好;为了更快地进行气溶胶反演,对影像进行裁剪和重采样。
图5 裁剪和重采样
4、 云检测
HJ卫星的云检测是通过阈值实现的,研究表明(Acker-man等,2010),在红光波段卫星观测到的云的反射率一般大于0.2,因此我们可以利用0.2这个阈值来去除云。


图6 云检测
5、 暗像元判断
NDVI的值在[-1 ~1]之间,对陆地表面上的主要覆盖而言,云、水和雪等在可见光波段的反射比在红外波段的反射强,其NDVI为负值,因此也将被判为非暗像元被筛选出来,不参与AOD的计算;而有植被覆盖时NDVI>0,且其值随着覆盖度的增大而增大,因而可以用来识别暗像元。通过监测产品和地面同步观测数据的验证对比,同时考虑大气影响,将NDVI的闭值设为0.3。如下图所示,白色区域为暗像元区。
图7 暗像元区域
6、 角度文件(太阳和卫星天顶角、方位角)
HJ星的XML文件中有一个中心点的太阳高度角和太阳方位角,在txt文件中有每一个像元的观测天顶角和观测方位角。但是对于气溶胶反演来说,一景数据用一个太阳天顶角和方位角还是会影响精度的,因此通过读取txt文件中的观测天顶角和观测方位角和xml中的参数来计算每一个像元的太阳天顶角和太阳方位角,然后将得到的四个角度数据插值成为一个含有四个波段的ENVI文件。
以上所有的功能都是利用IDL实现的。
图8 太阳天顶角
7、 查找表
HJ星的查找表功能是利用IDL调用6S辐射传输模型实现的,该查找表是考虑了所有的角度,因此适用于各个地区,也可以建立针对每一景图像建立一个查找表。查找表内容分为7项,分别为:辐射传输方程参数 P0 、 T、S、太阳天顶角、卫星天顶角、相对方位角、气溶胶值。
图9 环境卫星查找表
8、 气溶胶反演
气溶胶反演程序是利用IDL实现暗像元掩膜,查找查找表,插值查找表,气溶胶逐像元反演,高度校正、输出反演结果功能。没有做过任何处理的反演结果如下图所示。
图10 气溶胶反演结果
9、 反演后处理
气溶胶反演出之后,非暗像元去是没有气溶胶值的,因此要进行空值填补,为了更好的显示,去除由于噪声影响而出现的小斑点,做了滤波处理,最终显示效果如下图所示。

图11 反演后处理
10、 叠加重庆市行政区划界限
图中比较红的地方气溶胶值较大,这个地方是因为遥感影像上有薄云导致的,从反演结果上可以看出,自右下角向左上角递增的趋势,重庆市市区基本也是和整个趋势,红色区域可不做参考。
图12 叠加重庆行政矢量图
文章来源:http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d01019hdw.html

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