大气校正作业介绍 - 图文

基于COST模型的遥感影像

大气辐射校正

姓名：彭菲

学号：107551400600 导师：瓦哈甫·哈力克 教授 专业：人文地理

院系：资源与环境科学学院

基于COST模型的遥感影像大气辐射校正

一、COST模型基本原理 COST概念模型概括为三个步骤:

1、将遥感器记录的DN值转换为遥感器的光谱辐射值，即根据遥感器的增益与偏移进行遥感器定标；

辐射亮度是大气层顶传感器接受的辐射亮度，其计算公式为：

L=Gain*DN+Bias (1)

公式1中，Gain为遥感图像的增益，Bias为遥感图像的偏移。由于传感器性能的老化，以上参数也在改变。如果没有Gain和Bias的数据。辐射亮度也可以用下面的公式计算：

L?Lmax?Lmin*(QCAL?QCALmin)?Lmin (2)

QCALmax?QCALmin公式2中，QcaL为某一像元的DN值，即QCAL=DN。QCALmax为像元可以取的最大值255。QCALmin为像元可以取的最小值。如果卫星数据来自LPGS(The level 1 product generation system)，则QCAL=1(Landsat-7数据属于此类型)。如果卫星数据来自美国的NLAPS( National Landsat Archive Production System )，则QCALmin=0 (Landsat-5的TM数据属于此类型)。

根据以上情况，对于Landsat-7来说，可以改写为(QCALmin=1)： L?Lmax?Lmin*(DN?1)?Lmi n (3)

254 对于Landsat-5来说，可以改写为(QCALmin=0)：

L?Lmax?Lmin*DN?Lmin (4)

2552、遥感器的光谱辐射值转换成遥感器的相对反射值；

Lhazel= LI,min-LI,1% (Chavez,1996) (5)

其中：Lhazel——大气层光谱辐射值；LI,min——遥感器每一波段最小光谱辐射值；LI,1%——反射率为1%的黑体辐射值。 遥感器的最小光谱辐射值的转换算式为：

LI,min＝LMINI+QCAL×(LMAXL-LMINL)/QCALMAX (6) 其中：QCAL——每一个波段最小DN值；QCALMAX＝255；LMAXL、LMINI为常数，即遥感器光谱辐射值的上限和下限，从遥感数据头文件或权威部门定期公布信息中获取。

黑体辐射值LI,1%的转换算式：

LI,1%=0.01*ESUNI*COS2(SZ)/(*D2) (7) LI,1%———假设黑体反射率为1%各波段的黑体辐射值。

3、消除因大气吸收和散射造成的大气影响，即大气校正，同时计算地理表面像元相对反射率。

COST大气纠正概念模型如下：

原始DN值 星上辐射转换 大气校正 地球表面象元反射值

TM数据地面反射率反演的数学模型（Chaves，1996）可综合表达为： ρ=π×D2×(LsatI-LhazeI)/（ESUNI×COS2(SZ) ） （8）

其中:ρ—地面相对反射率;D—日地天文单位距离; LsatI—传感器光谱辐射值,即大气顶层的辐射能量; LhazeI—大气层辐射值; ESUNl—大气顶层的太阳平均光谱辐射,即大气顶层太阳辐照度;SZ—太阳天顶角。

二、遥感影像基础数据

1、本次作业选择遥感影像基本情况如下：

卫星：LANDSAT5； 条代号：142； 行编号：29；

中心纬度：44.6125； 中心经度：88.8049； 日期：2011-10-03； 平均云量：0%。

LMAX_BAND1 = 193.000 LMIN_BAND1 = -1.520 LMAX_BAND2 = 365.000 LMIN_BAND2 = -2.840 LMAX_BAND3 = 264.000 LMIN_BAND3 = -1.170 LMAX_BAND4 = 221.000

LMIN_BAND4 = -1.510 LMAX_BAND5 = 30.200 LMIN_BAND5 = -0.370 LMAX_BAND6 = 15.303 LMIN_BAND6 = 1.238 LMAX_BAND7 = 16.500 LMIN_BAND7 = -0.150

QCALMAX_BAND1 = 255.0（其他波段同） QCALMIN_BAND1 = 1.0（其他波段同） SUN_ELEVATION = 38.6535566

相关参数:日地天文单位距离D=1 - 0.01674 cos(0.9856×(JD-4)×π/180); JD为遥感成像的儒略日,通过儒略日计算公式获得;太阳天顶角=90°-太阳高度角;太阳高度角从遥感数据的文件中获得;大气顶层太阳辐照度(ESUNI)从遥感权威单位定期测定并公布的信息中获取，如下：

大气层顶平均太阳光谱辐照度ESUN(W˙m-2-sr-1˙μm-1)，选用Landsat-5 ESUN数据 Band波段 1 2 3 4 5 7 Landsat-5 ESUN 1957 1826 1554 1036 215 80.67 Landsat-7 ESUN 1969 1840 1551 1044 225.7 82.07 从遥感数据的文件中获Landsat-5 TM各反射波段的Lmax和Lmin (W˙m-2-sr-1˙μm-1)如下： 波段Band Lmin Lmax 1 -1.520 193.000 2 -2.840 365.000 3 -1.170 264.000 4 -1.510 221.000 5 -0.370 30.200 6 -1.238 15.303 7 -0.150 16.5000 三、操作流程 1、遥感图像下载 本图像通过地理空间数据云下载

如上图所示，打开网页后，进行登陆，搜索乌鲁木齐遥感图，选择一景有2011年数据的图像下载。 2、图像数据处理

（1）把下载下来的影像图进行解压后，找到存放影像信息的txt文件，如下

，打开后找到该影像的基础数据。

（2）通过COST模型，将基础数据进行运算，得到最后波段运算要输入的一元一次方程。得到结果如下：

ρ1=0.005397202*b1+0.029483529 ρ2=0.044287858*b2+0.121353414 ρ3=0.084748572*b3-0.000547678 ρ4=0.190020277*b4+0.4115151 ρ5=0.196793595*b5+2.015212045 ρ7=0.411687488*b7+3.688088137

（3）打开ENVI软件（File-Open Image File），通过得出的数据进行波段运算（Basic Tools-Band Math），输入并添加得出的一元一次方程，定义使用该方程的波段，输出通过该模型校正得到的校正图。具体流程如下。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/sjb5.html