高光譜影像FLAASH大氣校正模型參數(shù)影響與評價

摘 要：圖像輸出的正確性與否依靠對后期的處理有至關(guān)重要的作用，而大氣校正模塊中參數(shù)的正確性是對本文的數(shù)據(jù)的處理起著重要的作用，在本文中氣溶膠模式、能見度、大氣模式和水汽相關(guān)的參數(shù)都有著重要的作用。本文利用FLAASH模塊進行大氣校正能很好的提高圖像的質(zhì)量，大氣校正模型輸入?yún)?shù)的評價是一個重要的工作，也有重要的意義。

關(guān)鍵詞：FLAASH大氣校正 高光譜遙感 高光譜影像

中圖分類號：TP75 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0006-02

EO-1是NASA新千年計劃（NMP）的第一顆對地觀測衛(wèi)星，是為了接替美國陸地衛(wèi)星7而研制的新型地球觀測衛(wèi)星，它的發(fā)射是對衛(wèi)星本身和新的遙感器技術(shù)進行論證。EO-1（對地觀測衛(wèi)星）是在2000年11月21日發(fā)射成功。對地觀測衛(wèi)星上搭載了3種傳感器，即：

（1）Hyperion。（2）ALI。（3）AC。

波段：共有242個波段，光譜覆蓋范圍400～2500 nm，光譜精度達到10 nm。

地面分辨率：30 m

幅寬為：7.7 km

數(shù)據(jù)級別：L1R & L1Gst

本文采用的數(shù)據(jù)是LIG數(shù)據(jù)，是大氣校正模型的原理的基礎(chǔ)上來驗證大氣校正模型輸入?yún)?shù)的正確性與否進行驗證，為hyperion數(shù)據(jù)的校正獲得經(jīng)驗。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)所采用數(shù)據(jù)來源于西藏山南地區(qū)，成像時間為2002年3月22日，過境時間為5點13分，覆蓋范圍為E 90.46度～91.78度，N 28.22度～29.08度。（圖1）

2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)的前期已經(jīng)經(jīng)過過了：回波校正、背景去除、壞線修復等一系列的工作，這些工作做完以后本不應(yīng)該再有壞像元，但壞的像元依然存在，所以在進行大氣校正以前還需要對數(shù)據(jù)進行一定的處理[1]，在這里需要處理的步驟為：（1）未定標及水汽影響嚴重波段的剔除。（2）絕對輻射值的轉(zhuǎn)換。（3）壞線的修復。（4）垂直條紋的去除。（5）圖像的各發(fā)射腔近場非線性效應(yīng)。

3 FLAASH大氣校正模塊簡述

FLAASH（Fast line—of-sight atmospheric analysis of spectral hypercubes）是Spectral science Inc.（SSI）、U.S.Air force research laboratory（AFRL）和Spectral infor—mation technology application center（SITAC）合作開發(fā)的大氣訂正軟件。MODTRAN4是FLAASH大氣校正的核心代碼，Hyperspectral和multispectral image的真實地表反射率、Radiation rate和地表的真實溫度等可以同大氣校正來獲得。400～2500 nm的波譜范圍遙感圖像都可以在ENVI中的FLAASH模塊中進行大氣校正。

4 FLAASH大氣校正原理

太陽光的照射和大氣對地面物體反射光的影響都對圖像有著很大的影響所以需要在影像成像過程中去除，這樣才能復原影像的真是地表反射率。由于不能單獨考慮大氣下層的情況，大氣下層的情況的復雜性很大程度上對圖像的處理有著很重要的作用，所以必須對大氣下層的復雜性進行準確的假設(shè)和估算。MODTRAN是FLAASH采用的輻射傳輸模型，太陽光譜范圍內(nèi)和近似標準的朗伯體平面是該算法[2～4]的核心部分。其表達式為：

（1）

式中，L圖像單位像元內(nèi)由單個傳感器接受到的輻射總值，A和B是依靠于地球的空氣包層和幾何條件所決定的系數(shù)，是圖像影像單元地表反射率，單位影像像元和周圍單位影像像元的平均反射率，S是半球反照率（大氣下層），是大氣的路徑輻射。公式（1）中的前面一項是由傳感器直接接收的地物反射的輻射能；第二項是對應(yīng)為地物向上反射經(jīng)大氣散射后進入傳感器的部分；而第三項是指大氣的路徑反射。和的差別是由于大氣的散射引發(fā)的proximity effect，如果=，則表示忽視了proximity effect的影響。MODTRAN可以計算（1）式中的每項參數(shù)。

5 FLAASH輸入?yún)?shù)對大氣校正結(jié)果影響

為了使校正結(jié)果更加精確需要找到影響衛(wèi)星成像時的所有能找到的因素，其中包括：衛(wèi)星成像參數(shù)、目標地物參數(shù)、氣溶膠參數(shù)等。衛(wèi)星成像的時間等參數(shù)可以通過影像自帶的頭文件而獲得，但是其它的一些參數(shù)如：溶膠的參數(shù)、水汽含量、目標地物的幾何參數(shù)是無法準確獲得，這些參數(shù)的是需要我們?nèi)蚀_分析和考慮的并在校正中進行準確的假設(shè)和估算，這樣的結(jié)果才會更接近于真實圖像的值。

5.1 不同大氣模式下的對比試驗

在FLAASH大氣校正模式中，大氣被分為了6種：tropical、sub-arctic winter、mid-latitude winter、us standard、sub-arctic summer、mid-latitude summer。根據(jù)操作說明，因為季節(jié)的不同對大氣校正有不同的影響需要選擇不同的大氣模式，在這里分別對其中4種模式（熱帶、亞極地冬季、中緯度冬季、美國標準）下與標準模式下進行對比。這里用Matlab對大氣校正后的結(jié)果進行了對比分析，分別比較了在tropical、mid-latitude winter、us.standard、sub-arctic winter四種大氣模型下的對比作為對數(shù)據(jù)評價的一個手段。在這里選用Matlab作為大氣校正后對數(shù)據(jù)進行評價的一個工具，在Matlab中選擇了均方差。均方差可以對兩幅圖像進行相似度對比，均方差公式為：

（2）

（表1）在四種不同的模式下進行大氣校正后的結(jié)果并用MATLAB進行分析得出：不同的模式下進行大氣校正還是有差別的，從均方差的數(shù)值上面來分析得出圖像間還是有很大的差異，從相關(guān)性可以看出圖像之間的具有較高的相關(guān)性。

5.2 不同氣溶膠模式下的對比試驗

對該副圖像分別進行了no aerosol、maritime、urban、troposheric四種大氣溶膠進行大氣校正，然后再與參考值進行對比。（表2）

用MATLBA進行分析處理后圖像得出結(jié)論：選擇rural模式下進行的大氣校正結(jié)果是最接近于真實地理環(huán)境；使用no aerosol和maritime模式下進行的大氣校正是有很大的不同；在urban和troposheric模式下進行的大氣校正后的結(jié)果是區(qū)別最大的。選擇氣溶膠模式的正確與否關(guān)系著堆大氣校正的結(jié)果的輸出，會對后面圖像進一步的處理帶來很誤差。

6 結(jié)語

ENVI中FLAASH大氣校正模塊中參數(shù)的選擇的正確性與否會對圖像的結(jié)果產(chǎn)生影響，這個模塊是盡量用到圖像本身的信息來進行大氣校正，使得圖像校正后的結(jié)果更加精確。FLAASH模塊能對圖像進行高質(zhì)量的校正并適用于不多種不同的傳感器，但也存在著不足之處。

參考文獻

[1]譚炳香，李增元，陳爾學，等.EO-1 Hyperion高光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理[J].遙感信息，2005（6）：36-41.

[2]趙英時.遙感應(yīng)用分析原理與方法[M].北京：科學出版社.

[3]Atmospheric Correction Module QUAC and FLAASH User’s Guide[Z]，2009.

[4]楊校軍，陳雨時，張曄.FLAASH模型輸入?yún)?shù)對校正結(jié)果的影響[J].遙感信息，2008（6）：32-38.