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对数据的充分利用，Landsat7对ETM+传感器的信号处理部分进行了重新设计，使其可以在两种状态下工作，即高增益状态和低增益状态。从信号处理的角度讲，传感器的增益设置，将影响到其输出信号的强度，在图象上将表现为象元亮度的变化。LTAP计划对各波段增益做如下统一设置：1.Band1，2，3设置同一值；2.Band4单独设置；3.Band5，7设置同一值；4.Band6在格式1时总设置为低增益(6L)，格式2时总设置为高增益(6H)；5.Band8(Pan)总设置为低增益。传感器增益设置的依据是，以景或空间区域的平均信息量(熵值)用来确定增益的设置；传感器增益设置的目的是，使获取的图象数据能够尽可能充分地反映地物的光谱信息，避免出现亮度饱和或过暗；传感器增益设置的规律是，按季节在某一纬度范围内对传感器的增益进行设置。2．什么是数据的增益改变在了解了传感器的增益设置后，对数据的增益改变就很容易理解了。当传感器某一波段的增益设置发生变化时，就表现出对应图象数据的增益变化现象，即在图象上从某一行开始，象元的亮度值发生了阶越性变化。如右图所示。3．有增益改变数据的修正当传感器发生增益改变时，处理系统可自动判断增益改变的位置和变化方式，并对增益改变后的数据进行相应的处理。但是，这种处理将依然在图象上呈现出象元亮度值的阶越性变化。对此有两种修正措施：图象亮度调整：(如左图所示)。在对数据的常规处理之后，根据增益变化前后的数据平均亮度，按照相邻地区地物亮度比较接近的规律，将增益改变后的图象象元亮度调整到增益改变前的水平上，从视觉上消除象元亮度值的阶越性变化现象；辐射定标处理：在对数据的常规处理之后，采用辐射定标处理的方法，对增益改变前后的图象数据分别选用相应的处理参数，将图象亮度值转换为地物辐射值(如：辐射亮度或反射率)，此时由传感器增益改变带来的图象亮度的阶越性变化可以完全消除。目前，地面站采用第一种方法对有增益改变的数据进行处理。4．有增益改变数据的使用有增益改变现象数据的使用与正常数据的使用没有本质的差别，特别是在消除了增益改变对图象亮度值的视觉影响后，可近似看作正常数据。但要注意的是：在数据产品的头文件中并未对传感器的增益改变做任何标记，因此在进行辐射值标定处理时，可考虑使用未经修正的图象数据，并寻求相应的标定参数。5．ETM+波段6的增益设置问题我们知道，Landsat7下行数据有两个通道，分别记作格式1和格式2。前文中提到，波段6在格式1时总设置为低增益(6L)，在格式2时总设置为高增益(6H)，没有增益改变的问题。在数据使用方面，用户可根据各自的研究区域和应用目的选择使用某一通道。6．关于Landsat7快速格式产品的头文件在Landsat7快速格式产品的头文件辐射记录段中含有与辐射校正有关的参数，用户可利用这些参数将图象象元的亮度值转换成地物的辐射值或反射率。辐射记录段以“gainsandbiasesinascendingbandnumberorder”开始，逐行、按波段顺序记录了辐射校正有关的参数，每行中按bias、gain的顺序排列，其中bias的单位是W/m2.ster.μm，gain的单位是(W/m2.ster.μm)/DN。需要注意的是：在产品的头文件中仅记录了该产品各波段数据开始时增益设置下的辐射校正参数；在波段6的头文件中则分别记录了两种增益设置下(L、H)的辐射校正参数。7．地物辐射值的计算利用头文件中记录的辐射校正参数，用户可方便地计算出地物在大气顶部的辐射亮度或反射率。计算式如下：L=gain*DN+biasr=πLds2/(E0cosq)其中：L是地物在大气顶部的辐射亮度，DN是象元值，gain和bias可从头文件中得到，r是地物反射率，ds是日地天文单位距离，E0太阳辐照度，q是太阳天顶角。对热红外波段(6L和6H)，可用下列公式计算地物的传感器温度(K。)：其中：L6是由上式给出的地物在大气顶部的辐射亮度，K1和K2是计算常数，分别为K1=666.093W/m2.ster.μm，K2=1282.7108K。。6H和6L反演的地表亮温数据只有微弱差异，较大的差值出现在高亮温处，差值正负的分布与亮度温度大小、地物类型没有显著关系．6H数据反演地表亮温具有较高的灵敏度，6L数据具有较宽的可用温度范围陆地卫星Landsat－7ETM+数据获取便捷，费用低，热红外6波段具有60m的高空间分辨率，图像大气程差较均匀，能有效提供热场景观结构的图谱信息，在热红外遥感地学研究尤其是近几年在城市热岛效应研究中得到了应用．国内不少研究人员利用Landsat－7ETM+影像的热红外数据对多个城市进行了城市热岛的空间平面结构或季节变化的研究［4－9］，取得了一定的研究成果．Landsat－7ETM+的热红外数据是单波段的，但使用2种成像模式，提供了2种成像模式下的热红外数据6H和6L．不可避免，在具体应用时研究人员需选择合适的热红外数据，认为：Landsat－7ETM+波段6没有增益改变的问题，在数据使用方面，用户可根据各自的研究区域和应用目的选择使用某一通道。本文目的是比较6H和6L数据计算地表亮温上的差异．1Landsat－7ETM+成像模式及热红外波段数据的辐射特征为使传感器获取的图像数据能够尽可能地反映地物光谱信息，Landsat－7ETM+传感器信号处理部分做了特殊设计，可在高低增益2种模式下工作［11－12］．目的是无需探测器饱和而能最大程度地利用探测器的8位辐射分辨率，避免出现亮度饱和或过暗．对于所有波段，当表面亮度高时，处于低增益成像模式；当表面亮度低时，处于高增益成像模式；低增益模式下数据动态范围约是高增益时的1.5倍（表1）．6波段在高低增益模式下分别获取1次数据，有2个独立的数据文件———6L（低增益）和6H（高增益）数据文件．6L数据具有更宽的动态范围，辐射灵敏性较低，可探测传感器上的最小辐射变化约为0.067W/（m2·srad·μm），等效于地物在温度300K时可探测的最小温度变化为0.5K，在高DN值上饱和度较少；6H数据的动态范围更有限些，具有较高的辐射灵敏性，可探测传感器上的最小辐射变化约为0.037W/（m2·srad·μm），等效于地物在温度300K时可探测的最小温度变化为0.27K．地表热辐射强度和温度之间不是线性关系，据普朗克定律，可测温度范围内可探测的温度最小变化量并不是一个常量，高温时趋向小值，低温时趋向大值；320K时，6L数据可探测的最小温度变化为0.43K，6H数据可探测的最小温度变化为0.24K［10］．表2给出6H和6L数据的可用温度范围等参数。Landsat－7ETM+6H和6L通道反演出的温度只有微小的差别，6L通道数据反演的地表温度比6H通道数据总体上略高少许．可以认为6H和6L通道都可以用来反演城市温度．6H和6L通道的可用温度范围不一致．6H通道可用温度范围240～320K，6L通道可用温度范围130～350K，6H通道比较适合常规条件下的地表温度反演，反演精度高于6L通道．地表亮温接近320K时，6H与6L反演出的结果有较大差异．地球表面可以分为以下类别：陆地（无冰雪、无沙漠）、沙漠、冰雪、水体、海冰、火山，对于覆盖有沙漠、冰雪、海冰、火山等地物类型的研究区，6H与6L数据的选择可参照研究目的及以上数据处理方法进行具体分析