ENVI+遥感图像的辐射定标

1.实验目的与任务： （1）了解辐射定标的原理；

（2）使用ENVI软件自带的定标工具定标 （3）学习使用波段运算进行辐射定标。 2.实验设备与数据： 设备：遥感图像处理系统

数据：焦作2004年3-7和4-8数据

【备注：当 ENVI 第一次打开一个文件，它需要关于文件特征的特定信息。通常，这些信息存储在与图像文件同名的一个独立的文本头文件，但是文件扩展名为.hdr 。若文件打开时没有找到 ENVI头文件，你必须在 Header Information 对话框中输入一些基本的参数. 另外一些数据格式没有 .hdr 文件也能自动打开。这些格式包括：TIFF、 GeoTIFF、 GIF、 JPEG、 BMP、 SRF、 HDF、 PDS、 MAS-50、 NLAPS、RADARSAT 和 AVHRR 。 关于ENVI的一些基本知识,我们就介绍到这里,如果想了解更多的,请参考用户手册和ENVI中的HELP.】。下面是关于ENVI的一些具体应用.

3 辐射定标的过程

拿到一幅原始图像,我们先要进行辐射定标,目的是把图像上的DN值转为辐亮度或者是反射率（即辐射定标）.另外通过大气纠正,我们可以消除一些大气的干扰（即大气校正）.

本实验主要学习辐射定标。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)。大气校正部分，感兴趣的同学可以自己去关注6S或者其它大气校正的软件。

一般有两种方式：第一种：利用计算公式，在ENVI中利用band math（波段运算）计算辐亮度或者反射率；第二种：利用ENVI自带的对TM的定标工具，进行定标，获取辐亮度或者反射率。

第一种方法：利用计算公式，通过ENVI的波段运算进行定标： 1）计算表观辐亮度的公式：

radiance=（（lmax-lmin）/（qcalmax-qcalmin）*（qcal-qcalmin）+lmin 其中：radiance – 表观辐亮度

qcal-----DN（也就是影像数据本身）； lmax 和lmin是从参数表中查询；

qcalmax 是DN值的最大值，对于TM是8bit来说，qcalmax=255； Qcalmin 是DN值的最小值，一般为0。

所以上面的公式针对TM数据可以简写成：

radiance=（（lmax-lmin）/qcalmax）*qcal + lmin 即：

上面的这个公式还可以进一步简化为：

两个公式比较，可以看出，公式的中字母的对应关系。 注意：公式中需要的数据，可以通过后面的表格中查询获取！！！！

2） 表观反射率的计算

ρ =π*L*d2/（ESUN*cos（θ））

其中ρ为表观反射率；

L为上一步计算出来的表观辐亮度；

d为日地距离，这个数据通过下面的表格中获取；

ESUN为大气层外的太阳辐射,也可以说是传感器接收处的太阳辐射; θ 为太阳天顶角。（这个可以通过影像的元数据获取）

关于辐亮度和反射率的计算，举例说明如下：

例如: 我们把2004年四月份的TM图像第3波段的DN值转化为表观辐亮度。运用公式：

1）表观辐亮度的计算：

radiance=（（lmax-lmin）/（qcalmax-qcalmin）*（qcal-qcalmin）+lmin

qcal-----DN

high gain：b3-------lmax=264，lmin=-1.17（这些数值都是从下面给出的表中获得） 把这些数据都带入上面的公式之后变成，计算获得：L3=1.039880*b3-1.17

注意：这里面的B3就是波段3的每个像元的数值，也就是DN值。只要在波段运算

的公式中输入上面这个公式，然后b3选择波段三就可以记得得到表观辐亮度的一副影像数据。

2）表观反射率的计算：

ρ=π*L*d2/（ESUN*cos（θ））

L----radiance θ=42.43 d=0.9909 π=3.1415 ESUN：1554 （b3的ESUN是1554，查表获取） 把数据带入上面公式就可以计算得到ρ表观反射率数据。

。

当然计算表观反射率的时候，可以把1）和2）的这两个公式可以合并成为一个，如下的计算：

ρ3=π*L3*d2/（ESUN*cos（θ））

=3.1415* (1.039880*b3-1.17)* 0.9909^2/(1554*(cos42.43)) = 3.1415* (1.039880*b3-1.17)* 0.9909^2/(1554*0.7381)

以上是公式的推导，下面是对结果的计算，

以ρ3= 3.1415* (1.039880*b3-1.17)* 0.9909^2/(1554*0.7381)为例，说明波段运算：

可以看出，要想获得表观反射率数据ρ3，只需要带入b3的数据就可以，b3就是波段3的DN值；

实施运算：Basic tools > band math，输入运算式：

然后指定B3是指哪个波段的数据，如下图：

对于其它波段只要知道相关的参数,可以用同样的方法作简单的定标.

其中关于TM图像的一些参数如下:

下面是对于ETM+的参数：

Table 11.2 ETM+ Spectral Radiance Range watts/(meter squared * ster * µm) Before July 1, 2000 Band Number1 2 3 4 5 6 7 8 Low Gain High Gain After July 1, 2000 Low Gain High Gain

LMIN LMAX LMIN LMAX LMIN LMAX LMIN LMAX -6.2 -6.0 -4.5 -4.5 -1.0 0.0 -0.35 -5.0 297.5 303.4 235.5 235.0 47.70 17.04 16.60 244.00 -6.2 -6.0 -4.5 -4.5 -1.0 3.2 194.3 202.4 158.6 157.5 31.76 12.65 -6.2 -6.4 -5.0 -5.1 -1.0 0.0 293.7 300.9 234.4 241.1 47.57 17.04 16.54 243.1 -6.2 -6.4 -5.0 -5.1 -1.0 3.2 -0.35 -4.7 191.6 196.5 152.9 157.4 31.06 12.65 10.80 158.3 -0.35 10.932 -0.35 -5.0 158.40 -4.7 Table 11.3 ETM+ Solar Spectral Irradiances Band 1 2 3 4 5 7 8 watts/(meter squared * µm) 1969.000 1840.000 1551.000 1044.000 225.700 82.07 1368.000 Table 11.4 Earth-Sun Distance in Astronomical Units Julian Day 1 15 32 46 60 Distance .9832 .9836 .9853 .9878 .9909 Julian Day 74 91 106 121 135 Distance .9945 .9993 1.0033 1.0076 1.0109 Julian Day 152 166 182 196 213 Distance 1.0140 1.0158 1.0167 1.0165 1.0149 Julian Day 227 242 258 274 288 Distance 1.0128 1.0092 1.0057 1.0011 .9972 Julian Day 305 319 335 349 365 Distance .9925 .9892 .9860 .9843 .9833

第二种方法. 用户ENVI中的工具进行辐射定标 所使用的工具如下图所示：

打开之后，需要输入参数，如下图所示。这些参数是从所用遥感影像的元数据中获取。元数据你可以上网查。