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大气校正随想一

技术文档 admin 1111次浏览 已收录 2个评论

随着越来的中等分辨率数据的免费与开源,对可见光与短波红外的大气校正需求越来越大,同时也促进了其发展。
当前主要免费的中等分辨率卫星数据有,Landsat系列卫星,Sentinel2系列卫星,还有国内的高分一号WFV数据,HJ小卫星,实际上,GF、HJ卫星由于传感器的限制,辐射性能较差。所以主要以Landsat与Sentinel2为主。Landsat与Sentinel2系列卫星特点有:传感器接近天顶角观测且幅宽不大,因此可以忽略影像边缘的角度效应;用于大气校正的波段丰富,Landsat、Sentinel2包括短波红外与蓝光波段,可以用于实时气溶胶估计;Sentinel2还包括了水汽反演波段。另外值得注意的是Landsat8 OLI与Sentinel2包括了两个蓝光0.43um与0.48um,利用两个波段的信息,不仅可以反演气溶胶光学厚度(AOD),还可以估计其他额外的气溶胶特性参数,比如单次散射反照率(SSA),这些都是大气校正的必备参数,由于在可见光与短波红外波段,水汽吸收很小,所以水汽参量显得不太重要,而气溶胶特性参数(包括AOD与SSA)显得格外重要,并且难以实时准确获取。
这一段是番外篇,有一些人会质疑,你反演气溶胶管什么用(因为我是做气溶胶的,所以会有人质疑),无非就是发发文章什么,实际上没什么用处,首先这是对可见光定量遥感的无知,或者说是遥感基础的不扎实,对于数据的应用,只会按照教程操作,而不深究操作的含义究竟是什么?我在之前的关于FLAASH中的博文中(https://www.ixxin.cn/2018/12/01/enviflaash1/),也提到,其中有个能见度参数,这个就相当于气溶胶参数,MODTRAN中将水平能见度与AOD联系起来了,通过输入熟知的能见度而不是不熟悉的AOD进行大气校正。实际上FLAASH给你一个默认参数是40km,很多人根本不在乎,操作的时候也不关心这个参数,因为你改不改,FLAASH都是可以运行的,导致很多人认为这个参数无关紧要,实际上这是最重要的参数之一。FLAASH中还有一个参数是气溶胶类型,这里面包含着除AOD外的其他气溶胶特性参数,如SSA与散射相函数,这些参数都是需要仔细考虑的问题。说到这儿,还有一个要提一下,是我经历的一个事,我在某公司工作的时候,领导招聘,要求:遥感算法工程师,熟练使用ENVI、Erdas、Arcgis等软件,有IDL、Python等语言的基础。问我,遥感算法工程师就是会个软件就行么?我说会软件是基础,学习国外优秀软件的算法很关键,他说这不行,必须要求全开发。开发固然重要,但是也是要在有基础的开发,基础就来自于熟练使用软件,但是熟练使用软件不是单纯的“用”软件,要想其内部是如何实现的,得把软件用活了,而不是死用软件。这里举个ENVI的例子,基于矢量裁剪是最简单的影像处理的操作了,你们知道ENVI是如何实现的么,ENVI是分两步实现的,第一步建立掩膜文件,建立与源影像行列号相同,在矢量范围内值为1,在范围外值为0,第二步源文件与掩膜文件相乘就可以得到最终的结果。从这里面可以看出,如果想获得矢量范围外的值,那只需要把0与1换过来就行了。这种方法有个缺点,那就是当你源文件很大的情况下,建立的掩膜文件也很大,并且掩膜文件会建立在C盘(可以修改默认位置),需要C盘空间充足,所以当文件很大的时候,建议建立不要用ENVI裁剪。ENVI中还有一些成熟的,很好用的算法,所以软件你真的会用了么?这些软件的熟练操作,会帮助你的算法(假如能写出来的话)更好的运行。本段总结:1 气溶胶特性参数反演是定量遥感预处理的基础,2 学习遥感从熟练用“活”软件开始。
番外段2。如何透过MODIS产品来看气溶胶反演与大气校正的重要性。不考虑L1B级别以前的产品,L1B产品MOD02,是提供给普通用户的基本数据,经过辐射定标后的数据,定位数据MOD03,主要是提供L1B、L2级别数据的1KM分辨率地理定位数据,MOD35云掩膜产品,我觉着MOD35是MOD3.5的意思,仅次于MOD03,高于MOD04,因为大多数定量算法都不能在云上运行(云算法在云上运行)。下一个是就是MOD04,这就是大名鼎鼎的气溶胶特性产品,是最重要的大气产品之一,气溶胶的重要性可想而知,MOD05,大气水汽L2级产品,也很重要,MOD06,云顶参数与云属性L2级产品,MOD07是大气剖面相关的产品,MOD08都是气候类产品,基于前面的L2级别数据生产,MOD09是地表反射率产品,就是大气校正结果,官网是这样介绍的,陆地产品中,除了MOD11地表温度产品外,其余几乎全是基于MOD09生产的,重要程度可想而知!在早期MOD09产品中,气溶胶参数就是通过MOD04输入的,水汽是通过MOD05输入的,云掩膜使用MOD35。后来Eric开发了一种气溶胶算法,称为“内部气溶胶算法”,其原理就是通过多个蓝光与红光的反射率关系,得到气溶胶光学厚度与气溶胶类型两个参数(说不定国内的红蓝反射率关系气溶胶反演灵感来自于他呢,哈哈),然后基于内气溶胶参数进行大气校正。本段总结:大气校正是陆地定量算法的基础,而气溶胶是大气校正最重要的输入,没有之一。
回归正题,当前主要流行的大气校正器有哪些。商业软件有ENVI的FLAASH,Erdas与PCI的ATCOR。免费的就比较多了,用于生产Landsat4、5、7地表反射率产品的Ledaps,用于生产Landsat8地表反射率产品的LaSrc(目前Eric的内部版本还可以处理Sentinel2跟VIIRS数据),用于生产Sentinel2 L2A地表反射产品的Sen2Cor。(这里再吐槽一下,美国与欧洲发射卫星,一个是一个,数据质量好,产品也跟得上,反观国内,发上去就完事了,任务完成了,啥也没有,东西也得不到维护),这里要说一下,遥感所的Landsat5/7的地表反射率产品就是使用USGS的Ledaps系统生产的。当然还有一些免费的,如FORCE等等,太多了,不一一列举了。当然,软件虽然免费甚至开源,但是并不是那么“好用”的,首先一般运行于Linux系统,其次需要配置大量的第三方库,LaSrc甚至要配置15个库以上。

说功能,之前提到气溶胶光学特性对大气校正的重要性,所以每一个优秀的大气校正算法,必然有一个优秀的气溶胶算法,当然用户友好型的软件呢,淡化这个思想,给你固定的选项,甚至不让你设置,直接给你默认。FLAASH是如何得到气溶胶参数的呢,首先FLAASH需要设置气溶胶类型[乡村型、海事型、城市型等],然后对于存在短波红外2.1um左右的波段,可以设置反演波段,比如使用0.46um跟2.3um还是0.64um跟2.3um,还可以设置反射率阈值等等,是不是想起了kaufman的暗目标算法?


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坐标山科大遥感系小鲜肉一枚。
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(2)个小伙伴在吐槽
  1. 学无止境,自叹不如
    刘PANPAN2019-04-10 10:07 回复 Windows 10 | Chrome 64.0.3282.140
  2. 本来是来您这儿找资源的。无意间点开一看,总结得真是太好了,看到了很多共鸣,也受到了很大启发。随着遥感产业的兴起,一些“歪风邪气”一般的理念开始盛行,定量遥感越来越不受重视,各行各业的关注重点倒退到了“拍照”和“出图”的这个层面。气溶胶反演被很多人当成了转么用来做PM的蹩脚手段。国产卫星,尤其是高分系列,看报道总是振奋人心,真正用起来来就发现其在辐射性能上的表现是多么的不协调。同时,高分的应用推广,在技术层面上的推进远不及在行政层面上做得到位。 感谢分享!
    fifacjx2019-05-17 17:39 回复 Windows 10 | Chrome 74.0.3729.131