大气校正作业

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：minminminmaxminmax)(*LQCALQCALQCALQCALLLL(2)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(Thelevel1productgenerationsystem)，则QCAL=1(Landsat-7数据属于此类型)。如果卫星数据来自美国的NLAPS(NationalLandsatArchiveProductionSystem)，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)：minminmax)1(*254LDNLLL(3)对于Landsat-5来说，可以改写为(QCALmin=0)：minminmax*255LDNLLL(4)2、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：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=193.000LMIN_BAND1=-1.520LMAX_BAND2=365.000LMIN_BAND2=-2.840LMAX_BAND3=264.000LMIN_BAND3=-1.170LMAX_BAND4=221.000原始DN值星上辐射转换大气校正地球表面象元反射值LMIN_BAND4=-1.510LMAX_BAND5=30.200LMIN_BAND5=-0.370LMAX_BAND6=15.303LMIN_BAND6=1.238LMAX_BAND7=16.500LMIN_BAND7=-0.150QCALMAX_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=1-0.01674cos(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-5ESUN数据Band波段123457Landsat-5ESUN195718261554103621580.67Landsat-7ESUN1969184015511044225.782.07从遥感数据的文件中获Landsat-5TM各反射波段的Lmax和Lmin(W˙m-2-sr-1˙μm-1)如下：波段BandLminLmax1-1.520193.0002-2.840365.0003-1.170264.0004-1.510221.0005-0.37030.2006-1.23815.3037-0.15016.5000三、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+0.029483529ρ2=0.044287858*b2+0.121353414ρ3=0.084748572*b3-0.000547678ρ4=0.190020277*b4+0.4115151ρ5=0.196793595*b5+2.015212045ρ7=0.411687488*b7+3.688088137（3）打开ENVI软件（File-OpenImageFile），通过得出的数据进行波段运算（BasicTools-BandMath），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。四、结果展示以下结果按照波段1-7的顺序依次排列，其中波段6缺失：校正前后效果如下图，以波段2为例：五、结论：总之，下载的遥感影像图在经过COST模型的校正后，反演结果会更接近实际，而且显著增强了图像清晰度，提高了视觉效果，利于遥感信息提取和专题解译。