ENVI对国产卫星支持补丁.docx

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ENVI对国产卫星支持补丁

ENVI5.1-IDL8.3官方更新对国产卫星的原生支持

NVI5.1-IDL8.3r6的官方更新补丁，安装好ENVI5.1之后，解压覆盖文件即可。

下载地址：

下载后将后缀.exe1改成.exe

注：

R6补丁其他工具存在一些BUG，恢复原版文件：

该补丁主要新增对国产卫星高分一号、资源一号02C、资源三号传感器的原生支持，包括数据读取、正射校正、图像融合、flaash大气校正等。

另外修正了一些BUG。

下面我们以高分一号影像数据为例，来说明这次更新对国产卫星数据的支持。

一、数据读取

在ENVI中，选择file->OpenAs->CRESDA->GF-1，直接选择.xml文件打开影像数据。

补丁更新了ENVI可以识别的传感器列表，加入了国产卫星。

如下图所示：

图1新增对国产卫星传感器的支持

在Datamanager中可以看到ENVI自动识别了相应的RPC文件。

如下图所示。

图2DataManager中显示的RPC信息

在LayerManager中选中影像数据，单击右键，选择ViewMetadata，可以查看元数据信息，包括传感器类型、RPC信息、坐标系统、光谱信息、获取时间等，都可以自动读取。

如下图所示，是多光谱图像各个波段的详细信息。

图3Metadata查看

这里读入了多光谱和全色影像。

如下图所示。

图4多光谱影像（上）和全色影像（下）

二、正射校正

ENVI自动识别了RPC文件，直接选择ENVI中的正射校正的workflow进行正射校正。

由于缺少控制点信息这里直接使用无控制点正射校正功能。

1.在Toolbox中，选择GeometricCorrection/Orthorectification/RPCOrthorectificationWorkflow，打开正射校正工作流。

选择待校正影像文件。

点击Next。

2.进入Orthorectification参数设置。

全色图像像元大小为2，多光谱设为8；重采样选择三次卷积，其他默认。

如下图所示。

图5正射校正参数（全色图像）

3.单击Finish执行正射校正。

结果如下图所示。

图6正射校正结果（左-多光谱图像，右-全色图像）

三、图像融合

1.在Toolbox中，选择ImageSharpening/Gram-SchmidtPanSharpening，分别选择全色和多光谱数据进行融合处理，单击Next。

2.进入PanSharpeningParameters对话框，如下图，Sensor（传感器）选项下拉菜单中，已经添加了GF-1、ZY-3、ZY-1-02C选项。

这里选择GF-1，三次卷积，选择好输出路径和文件名，单击OK。

完成图像融合。

图7图像融合支持国产卫星传感器

3.融合效果如下图所示。

图8融合效果示例（上-多光谱图像，下-融合结果）

四、辐射定标

1.在Toolbox中，选择RadiometricCorrection/RadiometricCalibration，打开辐射定标工作流，选择多光谱影像作为InputFile，点击Ok。

2.进入RadiometricCalibration对话框。

CalibrationType（定标类型）有两个下拉选项：

Radiance（辐射亮度）和Reflectance（反射率），这里选择Radiance；单击ApplyFLAASHSetting，因为下面我们将进行Flaash大气校正，所以这里应用为Flaash大气校正对图像文件的要求：

OutputInterleave（输出数据存储类型）为BIL格式，OutputDataType（输出数据类型）为Float浮点型，ScaleFactor（缩放尺度）为0.10；最后选择输出路径和文件名，点击OK。

完成定标。

图9辐射定标参数设置

3.如下图所示，得到辐射亮度数数据。

图10辐射亮度结果

五、Flaash大气校正

1.在Toolbox中，选择RadiometricCorrection/AtmosphericCorrectionModule/FLAASHAtmosphericCorrection，打开FLAASH大气校正的工作流。

2.在FLAASH大气校正参数面板，有三大部分参数，首先设置第一部分：

选择输入文件为经过辐射定标后的多光谱文件，选择输出路径和文件名。

3.FLAASH大气校正参数面板第二部分，传感器基本信息设置：

∙SceneCenterLocation（成像中心点经纬度）自动从影像中获取；

∙SensorAltitude（传感器高度）：

在SensorType（传感器类型）中选择Multispectral/GF-1，可以自动获取，

注：

传感器类型支持国产卫星，如下图所示；

∙PixelSize（像元大小）：

8m；

∙GroundElevation（成像区域平均高度）：

127.95m，约等于0.128km；

∙FlightDate（成像时间）：

可以在数据上点击右键，选择ViewMetadata，从Time中读取为2013-06-13T10:

35:

07Z，实际上是2013年6月13日10点35分07秒，减去8换算为GMT时间。

图11FLAASH大气校正支持国产卫星传感器

4.FLAASH大气校正参数面板第三部分：

大气模型和气溶胶类型的选择等。

整个FLAASH大气校正参数设置如下图所示。

图12FLAASH大气校正参数

5.单击MultispectralSetting按钮，可以看到FilterFunctionFile已经自动读取入光谱响应曲线“gf1.sli”。

6.单击AdvancedSettings，在高级设置中：

∙TileSize默认的是Cashsize的大小，手动改为50-100Mb（根据内存大小设定），单击OK；

讨论：

一般中低分辨率的影像近似天顶角（ZenithAngle）为180，方位角（AzimuthAngle）为0，即垂直观测。

ENVIFLAASH的天顶角：

90-180度，方位角：

-180and180，没有查到高分一号的角度说明，这里选择默认。

图13大气校正高级参数设置

7.设置好后，在大气校正模块面板中，单击Apply。

8.大气校正完成后，检查大气校正的结果，分别加载校正前后的图像（选择CIR假彩色方式加载，可以更好的识别植被），查看典型地物的大气校正前后的光谱曲线，大致可以看出大气校正之后消除了大气散射的影响。

如下图所示。

图14高分一号FAASH大气校正结果

图15大气校正前后的植被波谱曲线（上-校正前，下-校正后）

ENVI下高分一号PMS相机多光谱数据大气校正

（2013-11-1511:

32:

04）

高分一号PMS相机的多光谱数据拥有很好的空间分辨率（8米）和幅宽（60km），包括蓝、绿、红、近红外4个波段。

本文介绍利用ENVIFLAASH工具完成高分一号PMS多光谱图像的大气校正，主要分为以下三步：

注：

本文是在ENVI5.0下和ENVIclassic完成，其他版本基本类似。

1数据定标

利用以下公式可将GF-1卫星各载荷的通道观测值计数值DN转换为卫星载荷入瞳处等效表观辐亮度数据。

式中：

Gain为定标斜率；DN为卫星载荷观测值；Bias为定标截距。

定标参数参照表1，来源于中国资源卫星应用中心：

表1高分一号星PMS相机的定标系数

卫星载荷

波段号

Gain

Bias

PMS1

PAN

0.1886

-13.127

Band1

0.2082

4.6186

Band2

0.1672

4.8768

Band3

0.1748

4.8924

Band4

0.1883

-9.4771

PMS2

PAN

0.1878

-7.9731

Band1

0.2072

7.5348

Band2

0.1776

3.9395

Band3

0.177

-1.7445

Band4

0.1909

-7.2053

WFV1

Band1

0.1709

-0.0039

Band2

0.1398

-0.0047

Band3

0.1195

-0.0030

Band4

0.1338

-0.0274

WFV2

Band1

0.1588

5.5303

Band2

0.1515

-13.642

Band3

0.1251

-15.382

Band4

0.1209

-7.985

WFV3

Band1

0.1556

12.28

Band2

0.1700

-7.9336

Band3

0.1392

-7.031

Band4

0.1354

-4.3578

WFV4

Band1

0.1819

3.6469

Band2

0.1762

-13.54

Band3

0.1463

-10.998

Band4

0.1522

-12.142

进行数据定标计算时候，我们可以有两种方法选择使用：

一、Bandmath

以下是利用Bandmath工具进行定标，这种方法灵活，不过需要一个一个波段定标。

1）有了绝对定标参数和定标公式，选择Toolbox/BandRatio/BandMath工具很容易进行传感器定标。

2）由于是单个波段文件的定标，选择Toolbox/RasterManagement/LayerStacking将定标后的单波段文件组合成一个多波段文件。

二、ApplyGainandOffset工具

我们可以使用ApplyGainandOffset工具。

。

1）启动Toolbox/RadiometricCorrection/ApplyGainandOffset。

2）在GainandOffsetValues中填入增益Gain值和偏移Offset。

3）选择输出路径和文件名执行定标。

图1GainandOffsetValues面板

计算好之后，继续执行以下步骤（原数据的储存顺序是BIP）：

（1）选择Toolbox/RasterManagement/EditENVIHeader->EditAttributes->Wavelength，将每个波段的中心波长输入——b1（502nm），b2（576nm），b3（680nm），b4（810nm）

讨论：

由于没有找到官方公布的中心波长信息，这里取与波谱响应中反射率为1的波长。

目前为止，影像数据准备工作完成了。

2波谱响应函数

波段响应函数，英文名为spectralresponsefunction（SRF）或者叫RelativeSpectralResponse（RSR），与宽波段传感器出现。

我们知道每一个波段都有一个波段范围，比如HJ-b1（475nm）波段为520-430纳米，实际上传感器的感光元件在这个波段范围内的每一点所感应的强度都是不一样。

在成像中，原则上讲应该根据波段响应函数来进行加权平均，但由于处理起来比较麻烦，而且一般的精度要求不太高，所以大多数图像都是直接取了波段范围内的中点值来运算。

波段响应函数是描述一定波长范围内（超出波段范围）的量子效应，当需要精确计算像元响应时候，比如大气校正反演真实地表反射率，就需要使用波谱响应函数。

任何传感器在设计时都会给出严格的波段响应函数，高分一号也不例外。

在中国资源卫星应用中心可下载：

将数据拷贝到文本文件中。

如下图中为波谱响应函数数字表达的一部分，第一列表示波长，后面五列分别表示一个全色和4个多光谱对应波长的波谱响应值。

图2高分一号波谱响应值

在ENVI中，使用波谱曲线来描述波谱响应函数，也就是以波长作为x轴，波谱响应值作为y轴，存储格式为ENVI波谱库文件（.sli）。

下面介绍ENVIclassic中的波谱响应函数的制作。

（1）启动ENVIClassic

（2）选择Window->StartNewPlotWindow，ENVIPlotWindow窗口中，选择File->InputData->ASCII,如图3所示，自动将第一列作为X轴，后面3-6列作为Y轴。

单击OK。

（3）如图所示，生成了4条曲线。

选择Edit->DataParameters，更改每一条曲线的名称：

b1,b2,b3,b4，便于区分。

（4）选择File->SavePlotAs->SpectralLibrary，将波谱曲线保存为波谱库文件.sli。

图3导入ASCII文件

图4高分一号波谱响应函数的曲线表达

注：

如果出现以下情况，原因是没有将多光谱波段1和波段2空白部分填补0。

图5错误情况

3FLAASH大气校正

（1）工具箱/RadiometricCorrection/AtmosphericCorrectionModule/FLAASHAtmosphericCorrection打开FLAASH大气校正模块；

（2）点击InputRadianceImage，前面处理好的数据，在RadianceScaleFactors面板中选择Usesinglescalefactorforallbands，由于定标的辐射量数据与FLAASH的辐射亮度的单位相差10倍，所以在此Singlescalefactor选择默认：

10，单击OK；

注：

定标后的单位是W⋅m−2⋅sr−1⋅μm−1，与FLAASH要求的单位（μW）/（cm2*nm*sr）相差10倍关系，因此在RadianceScaleFactors中输入10缩放系数。

（3）设置输出文件及路径设置；

（4）传感器基本信息设置：

●成像中心点经纬度FLAASH自动从影像中获取。

●传感器高度（SensorAltitude）：

505km

注：

没有得到官方正式数据

●像元大小（pixelSize）：

8m

●成像区域平均高度可以通过统计DEM数据获取

●成像时间：

从数据头文件中读取（.XML），位置为：

2013-09-0813:

14:

07；减去8换算GMT时间

（5）大气模型和气溶胶模型，根据经纬度和影像区域选择。

（6）气溶胶反演方法选择None（缺少短波红外），能见度设置为40km。

图6FLAASH大气校正参数设置

（7）单击MultispectralSetting按钮，在FilterFunctionFile导入光谱响应曲线“gf-1pms.sli”，单击OK；D:

\ProgramFiles\Exelis\ENVI51\classic\filt_func\gf1.sli

（8）单击AdvancedSettings，在高级设置中

●TileSize默认的是Cashsize的大小，手动改为50-100Mb（根据内存大小设定），单击OK；

●从xml文件中得到：

97.0867

79.1983

讨论：

一般中低分辨率的影像近似天顶角：

180和方位角：

0，即垂直观测。

ENVIFLAASH的天顶角：

90-180度，方位角：

-180and180，没有查到高分一号的角度说明，这里选择默认。

图7大气校正高级参数设置

（9）设置好后，在大气校正模块面板中，单击Apply。

（10）大气校正完成后，检查大气校正的结果，分别加载校正前后的图像（选择CIR假彩色方式加载，可以更好的识别植被），查看典型地物的大气校正前后的光谱曲线。

4总结

从上面可以看到，对于未知的多光谱传感器的FLAASH大气校正，关键是获取波谱响应函数，而波谱响应函数一般都是公开的。

类似的方法可用于高分一号宽幅传感器的FLAASH大气校正。