大气校正随想一

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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