Landsat系列辐射定标参数整理
Landsat4-5TM和EO1-ALI简介
一.TMLandsat 4-5 TM 卫星数字产品资源描述Landsat 主题成像仪 (TM)是Landsat4和Landsat5 携带的传感器，从1982年发射至今，其工作状态良好，几乎实现了连续的获得地球影像。
Landsat-4和Landsat5同样每16 天扫瞄同一地区，即其16天覆盖全球一次。
LandsatTM 影像包含7个波段（超链接），波段1-5和波段7的空间分辨率为30米，波段6（热红外波段）的空间分辨率为120米。
南北的扫描范围大约为170km，东西的扫描范围大约为183km 。
产品说明参数二.ALIEO-1系列数据背景NMP（NASA新千年计划）：目的是通过发射试验卫星来验证一系列21世纪卫星新技术，称为飞行验证，是一项滚动计划，目前列入计划的包括：EO（地球探测）、DS（深空探测）和ST（空间技术）。
EO-1为对地计划的第一颗卫星，另计划发射EO-2（航天飞机上的红外激光雷达）和EO-3（对静止气象卫星新技术进行验证，以求明显改进目前气象预报的时效性和准确性）。
地球观测卫星-1（EO-1）是NASA新千年计划（NMP）的第一颗对地观测卫星，也是面向21 世纪为接替Landsat 7 而研制的新型地球观测卫星，目的是对卫星本体和新型遥感器技术进行验证。
该卫星于2000年11月21日成功发射。
EO-1 上搭载了3 种传感器，即：高光谱成像光谱仪Hyperion高级陆地成像仪ALI (Advanced Land Imager)大气校正仪AC (Atmosp heric Corrector)高光谱成像光谱仪HyperionHyperion传感器是第一台星载高光谱图谱测量仪，也是目前唯一在轨的星载高光谱成像光谱仪和唯一可公开获得的高光谱测量仪，意义重大。
波段：共有242 个波段, 光谱范围为400～2 500 nm , 光谱分辨率达到10 nm。
地面分辨率：30 m幅宽：7. 7 km数据级别：L1R & L1Gst高级陆地成像仪ALI。
【精选】landsat8辐射定标与大气校正ENVI5.1
四，辐射定标Landsat8数据和其他TM 数据类似，发布的数据标示L1T，做过地形参与的几何校正，一般情况下可以直接使用而不需要做几何校正。
为了利用其丰富的波段光谱信息，我们需要进行辐射定标处理，将原始图像上的DN值转为反射率。
1.使用ENVI5.1下的通用定标工具Radiometric Calibration进行Landsat8的辐射定标。
打开LC81220382013141LGN01_MTL.txt全波段文件，选择MultiSpectral多光谱数据进行定标，定标的范围可缩小为ROI区域。
在subset by file选项中选择5月份的ROI区域，使得定标的范围针对ROI。
2.定标参数设置。
为后续的FLAASH大气校正做数据准备，单击Apply FLAASH Settings得到相应的参数。
辐射定标后的结果：通过定标之后的影像DN值可靠。
五．Flassh大气校正大气校正的意义在于去除一些大气的干扰，利用ENVI5.1工具箱中的FLAASH Atmospheric Correction进行大气校正。
大气校正参数设置：1) Input Radiance Image：打开辐射定标结果数据,要求为BIL存储格式；2) Output Reflectance File：设置输出FLAASH大气校正结果的路径；3) Output Directory for FLAASH Files：设置输出FLAASH校正文件的路径；4) Scene Center Location：自动获取；5) Sensor Type：Landsat-8 OLI；Sensor Altitude:自动读取；Pixel Size:自动读取；6) Ground Elevation: 0.132KM。
注：利用ENVI自带的全球900米分辨率DEM数据计算，Open World Data ->Elevation（GMTED2010）;在Toolbox下选择Statistics->Compute Statistics，打开Compute Statistics输入文件对话框，选择GMTED2010.jp2数据。
Landsat 5和IRS P6数据辐射定标说明
Landsat 5和IRS P6数据辐射定标说明Landsat 5和IRS P6数据是两种应用很广泛的遥感数据，在利用两种数据来进行定量遥感研究过程中，不少用户会对它们的辐射定标问题产生疑问，现就中国科学院对地观测与数字地球科学中心（中国遥感卫星地面站）生产的Landsat 5 TM 和IRS P6数据的辐射定标问题做一说明（针对系统级纠正的FAST 格式产品）。
1. 辐射亮度计算辐射亮度计算采用如下的通用计算公式：max min min min max min()L L L QCAL QCAL L QCAL QCAL λ-=⋅-+- （1） 其中，L λ为光谱辐射亮度(w/(m 2μmsr))，QCAL 为像元的DN 值，QCAL max 和QCAL min 分别为像元可以取得的最大和最小DN 值（对于中国科学院对地观测与数字地球科学中心（中国遥感卫星地面站）生产的Landsat 5和IRS P6数据，QCAL min ＝0），L max 和L min 分别为QCAL= QCAL max 和QCAL= QCAL min 时的光谱辐射亮度值。
对于Landsat 5 TM 数据，QCAL max ＝255对于 IRS P6 LISS 3和LISS 4数据，QCAL max ＝255，对于AWIFS 数据，QCAL max ＝10231.1 TM 数据L max 和L min 获取TM 数据头文件中“RAD GAINS/BIASES ”之后的部分给出的是各波段的L max 和L min （注意这里给出的并非GAIN 和BIAS ），单位为mw/(cm 2sr)，没有考虑波段宽度，需要除以波段宽度将单位变为mw/(cm 2μmsr)，然后乘以10将辐射亮度单位变为标准单位(w/(m 2μmsr))，再参与有关的定量遥感计算。
从头文件计算TM 数据各波段的辐射亮度要考虑波段宽度并进行单位换算，比较复杂，另外中国科学院对地观测与数字地球科学中心（中国遥感卫星地面站）TM 数据处理系统采用的辐射定标算法与USGS TM 数据处理系统采用的辐射定标算法接近，而采用USGS 给出的定标参数来计算辐射亮度不用考虑波段宽度和单位换算，比较方便和精确，因此建议直接利用USGS 的定标参数来进行TM 数据的辐射定标[1]，具体如下：L λ=gain*DN+bias （2）其中，L λ为光谱辐射亮度(w/(m 2μmsr)，gain 和bias 为各波段的增益和偏置(w/(m 2μmsr)。
landsat波段参数
landsat波段参数Landsat 不同卫星和波段参数Landsat 卫星系列提供了丰富的地表观测数据，不同卫星搭载的传感器和波段参数有所不同。
以下是Landsat 4-9 号卫星的主要波段参数：波段Landsat 4-5 TM Landsat 7 ETM+ Landsat 8 OLI/TIRSLandsat 9 OLI-2/TIRS-2 用途1 0.45-0.52 µm 0.45-0.52 µm 0.433-0.453 µm 0.433-0.453 µm 海岸带水体、气溶胶2 0.52-0.60 µm 0.52-0.60 µm 0.450-0.510 µm 0.450-0.510 µm 蓝波段、水体穿透3 0.63-0.69 µm 0.63-0.69 µm 0.530-0.590 µm 0.530-0.590 µm 叶绿素吸收4 0.76-0.90 µm 0.77-0.89 µm 0.630-0.680 µm 0.630-0.680 µm 近红外、生物量5 1.55-1.75 µm 1.55-1.75 µm 0.845-0.885 µm 0.845-0.885 µm 植被含水量、土壤湿度6 10.4-12.5 µm 10.4-12.5 µm 1.560-1.660 µm 1.560-1.660 µm 地表温度（低）7 2.08-2.35 µm 2.09-2.35 µm 2.100-2.300 µm 2.100-2.300 µm 岩石、土壤类型区分8 - - 5.60-6.60 µm 5.60-6.60 µm 云层区分、地表温度（高）9 - - 2.11-2.29 µm 2.11-2.29 µm 水汽、云层10 -- 10.60-11.19 µm 10.60-11.19 µm 地表温度（高）11 -- 11.50-12.51 µm 11.50-12.51 µm 地表温度（高）QA Band - - 有有数据质量评估说明:µm: 微米 (micrometer)Landsat 8 及以后的卫星搭载了 Operational Land Imager (OLI) 和Thermal Infrared Sensor (TIRS) 两个传感器，因此波段更多。
landsat系列卫星的基本参数
landsat系列卫星的基本参数Landsat系列卫星是美国国家航空航天局（NASA）与美国地质调查局（USGS）合作开发的一系列地球观测卫星，旨在获取高分辨率、多光谱的地球影像数据，用于地表监测、环境研究、农业、水资源管理等领域。
Landsat系列卫星已经发展了几代，包括Landsat 1至Landsat 9，下面将对这些卫星的基本参数进行介绍。
1. Landsat 1至5：Landsat 1至5是第一代Landsat卫星，分别于1972年、1975年、1978年、1982年和1984年发射。
它们采用了相同的技术和仪器，其中包括多光谱扫描仪（MSS）和多光谱扫描仪（TM）。
这些卫星的主要参数如下：-轨道高度：920公里-重量：约940千克-传感器：MSS和TM-像素尺寸：79米（MSS）、30米（TM）2. Landsat 6：Landsat 6于1993年发射，是Landsat系列中的唯一一颗失败卫星。
由于发射时发生故障，卫星未能达到预定轨道。
因此，Landsat 6并没有提供任何有效的影像数据。
3. Landsat 7：Landsat 7于1999年发射，是第二代Landsat卫星。
它配备了增强的传感器，被称为增强型地球观测仪（ETM+）。
它的主要参数如下：-轨道高度：705公里-重量：2490千克-传感器：ETM+-像素尺寸：15米（红、绿、蓝波段）、30米（近红外波段）4. Landsat 8：Landsat 8于2013年发射，是当前正在运行的第三代Landsat卫星。
它配备了遥感环境扫描仪（OLI）和热红外传感器（TIRS）。
它的主要参数如下：-轨道高度：705公里-重量：2850千克-传感器：OLI和TIRS-像素尺寸：30米（OLI可见光波段）、100米（OLI热红外波段）Landsat系列卫星具有以下共同特点：-卫星轨道：所有Landsat系列卫星都处于太阳同步轨道，这意味着它们以几乎相同的时间从地球上空经过，从而在不同时间和光照条件下获取影像数据。
Landsat系列辐射定标参数
辐射定标参数整理1.亮度温度计算亮度温度是一个常用的温度概念，是在卫星高度上传感器探测波段范围内普朗克黑体辐射函数与传感器响应函数乘积积分得到的辐射值．亮度温度包含有大气和地表对热辐射传导的影响，不是真正意义上的地表温度。
计算公式：其中，Lλ为传感器探孔处光谱辐射强度，即星上辐射亮度值，实现像素DN值转化为绝对辐射亮度值。
1.1.星上辐射亮度（Lλ）遥感影像的亮度值(DN值)都是经过量化和纠正过的以8bit编码的数字影像，为了精确反演地物特性，有必要将DN值转化为星上辐射亮度值。
ndsat8Lλ= M L*Q cal + A L通过查看影像的头文件，可以获取偏差参数：M L(RADIANCE_MULT_BAND_x)和A L(RADIANCE_ADD_BAND_x)为图像的增益和偏置。
1.1.ndsat5/7QCAL为经过辐射校正的图像灰度值即DN值；L max为探测器可检测到的最大辐射亮度，也是最大灰度值所相应的辐射亮；L min为探测器可检测到的最小辐射亮度，也是最小灰度值所相应的辐射亮度。
表 1 Landsat5 TM的Lmin和Lmax值表 2 Landsat7 ETM+的Lmin和Lmax值QCAL max为传感器接收到的最大灰度值，QCAL min为传感器接收到的最小灰度值。
（1）如果没有元数据信息，QCAL MIN默认值1（TM和ETM+1)或者0(MSS)；QCAL MAX取默认值255(TM 和ETM+)或者127(MSS)。
（2）如果有元数据信息，QCAL MIN取值如下：对于LPGS Products（The level 1 product generation system）取值为1，对于NLAPS Products（National Landsat Archive Production System）在04 April 2004之前取值为0，在04 April 2004之后取值为1；QCAL MAX 取值为127（MSS）, 255（TM、ETM）。
收藏史上最详细的Landsat1-9系列数据集介绍来啦！
收藏史上最详细的Landsat1-9系列数据集介绍来啦！美国陆地卫星（LANDSAT）系列卫星由美国航空航天局（NASA）和美国地质调查局（USGS）共同管理。
⾃1972年起，LANDSAT 系列卫星陆续发射，是美国⽤于探测地球资源与环境的系列地球观测卫星系统，曾称作地球资源技术卫星（ERTS）。
陆地卫星的主要任务是调查地下矿藏、海洋资源和地下⽔资源，监视和协助管理农、林、畜牧业和⽔利资源的合理使⽤，预报农作物的收成，研究⾃然植物的⽣长和地貌，考察和预报各种严重的⾃然灾害（如地震）和环境污染，拍摄各种⽬标的图像，以及绘制各种专题图（如地质图、地貌图、⽔⽂图）等。
从 Landsat 1 到 9，所有Landsat图像均可通过 USGS Earth Explorer 公开获得。
USGS Earth Explorer链接：表 Landsat系列卫星简介Landsat 1-9 卫星介绍Landsat 1-4民⽤地球资源卫星在20世纪60年代中期就由 DOI (Department of the Interior)的USGS (国家地质调查局United States Geological Survey) 进⾏构思。
1966年9⽉20⽇，USGS在华盛顿⼀个新闻宣布会上宣布了最早的专⽤民⽤空间地球表⾯成像项⽬计划——地球资源观测卫星(EROS)。
该任务分配给了NASA，由它计划并建造卫星和相关载荷。
1966年发起的ERTS项⽬，在1975年改名为Landsat。
因此，早期的 ERTS-1 和 ERTS-2 卫星后来被重新命名为 Landsat-1 和 Landsat-2。
Landsat 1Landsat 1 于1972 年 7 ⽉ 23 ⽇发射，携带两种传感器：RBV和MSS，⼀直运⾏到 1978 年 1 ⽉，⽐其设计寿命延长了 5 年。
结果信息的质量和影响超出了所有⼈的预期。
Landsat 2Landsat 2 最初被命名为 ERTS-B，于 1975 年 1 ⽉ 22 ⽇发射。
Landsat TM 辐射定标和大气校正步骤
Landsat TM 辐射定标和大气校正步骤一、数据准备从USGS网站或者马里兰大学下载TM原始数据，USGS网站下载的数据是原始数据，在ENVI软件File–Open ExternalFile–Landsat – Geotiff with meta中只需打开***********_MTL.txt即可打开所有波段数据（除band6）；usgs网站或马里兰大学网站下载的数据有可能不是原始数据，在ENVI软件File–Open External File–Landsat–Geotiff with meta中只需打开***********.met 即可打开所有波段数据（除band6）二、辐射定标1. 由于ENVI 4.7中有专门进行辐射定标的模块。
将原始TM的影像打开以后，选择Basic Tools–Preprocessing–Calibration Utilities–Landsat Calibration2. 进入下一步参数选择：根据传感器类型选择Landsat 4,5 或者7。
从遥感影像的头文件中获取Data Acquisition 的时间，Sun elevation。
如果你是用File–Open External File–Landsat–Geotiff with meta(Fast) 的方法打开的话，sun elevation 就已经填好了。
这里Calibration Type 注意选择为Radiance。
输出文件，定标就完成了。
三、大气校正简单一点的大气校正可以采用ENVI的FLAASH模块，以下就是FLAASH操作的步骤：1. FLAASH 模块的进入方法是Spectral–FLAASH，或者是BasicTools–Preprocessing–Calibration Utilities–FLAASH。
2. FLAASH 模块的操作界面分为三块：最上部设定输入输出文件；中间设定传感器的参数；下部设定大气参数。
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辐射定标参数整理
1.亮度温度计算
亮度温度是一个常用的温度概念，是在卫星高度上传感器探测波段范围内普朗克黑体辐射函数与传感器响应函数乘积积分得到的辐射值．亮度温度包含有大气和地表对热辐射传导的影响，不是真正意义上的地表温度。
计算公式：
其中，Lλ为传感器探孔处光谱辐射强度，即星上辐射亮度值，实现像素DN值转化为绝对辐射亮度值。
1.1.星上辐射亮度（Lλ）
遥感影像的亮度值(DN值)都是经过量化和纠正过的以8bit编码的数字影像，为了精确反演地物特性，有必要将DN值转化为星上辐射亮度值。
ndsat8
Lλ= M L*Q cal + A L
通过查看影像的头文件，可以获取偏差参数：M L(RADIANCE_MULT_BAND_x)和A L(RADIANCE_ADD_BAND_x)为图像的增益和偏置。
1.1.
ndsat5/7
QCAL为经过辐射校正的图像灰度值即DN值；L max为探测器可检测到的最大辐射亮度，也是最大灰度值所相应的辐射亮；L min为探测器可检测到的最小辐射亮度，也是最小灰度值所相应的辐射亮度。
表 1 Landsat5 TM的Lmin和Lmax值
表 2 Landsat7 ETM+的Lmin和Lmax值
QCAL max为传感器接收到的最大灰度值，QCAL min为传感器接收到的最小灰度值。
（1）如
果没有元数据信息，QCAL MIN默认值1（TM和ETM+1)或者0(MSS)；QCAL MAX取默认值255(TM 和ETM+)或者127(MSS)。
（2）如果有元数据信息，QCAL MIN取值如下：对于LPGS Products（The level 1 product generation system）取值为1，对于NLAPS Products（National Landsat Archive Production System）在04 April 2004之前取值为0，在04 April 2004之后取值为1；QCAL MAX 取值为127（MSS）, 255（TM、ETM）。
注：LPGS和NLAPS分别是两种数据处理系统得到的产品，从2008年12月份开始，L7 ETM+ 和L5都是以LPGS系统处理，L4 TM和MSS以NLAPS系统处理。
表 3 Landsat5/7的QCALmin和QCALmax的值
1.2.预设常量K
K1和K2是发射前预设的常量，具体值如下表所示。
2.大气顶层反射率（表观发射率）
ndsat 5/7（TM/ETM）
ρ=
π∗Lλ∗d2 ESUN∗cosθ
其中：ρ——地面相对反射率；D——日地天文单位距离；Lλ——传感器光谱辐射值，即大气顶层的辐射能量；ESUN——大气顶层的太阳平均光谱辐射，即大气顶层太阳辐照度；1注：Landsat7热红外波段（Band 6）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)
θ——太阳天顶角（单位为弧度）。
相关参数可以通过不同途径获得。
其中：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（Julian Day），可以通过儒略日算法模块获得；太阳天顶角＝90°－太阳高度角；太阳高度角可以从遥感数据的头文件中获得；大气顶层太阳辐照度（ESUN）从遥感权威单位定期测定并公布的信息中获取。
具体计算方式：
①地天文单位距离D：
儒略日计算：JD=1721103.5+INT(365.25*Y)+INT(30.6*M+0.5)+D
日地距离计算：D=1 - 0.01674 *cos(0.9856*(JD-2451545)*π/180/36525) 其中Y M D 分别为年月日
②太阳天顶角＝90°－太阳高度角（单位：弧度）
太阳高度角在头文件中（SUN ELEVATION）
在该头文件中为：太阳天顶角＝90°－SUN ELEVATION
③大气顶层太阳辐照度（ESUN）可从遥感权威单位定期测定并公布的信息中获取；
大气顶层太阳辐照度（ESUN）
ndsat 8（OLI）
ρλ=( M p*Q cal + A p)/sin(θse)
M p为增益参数（REFLECTANCE_MULT_BAND_x）, A p为偏移参数（REFLECTANCE_ADD_BAND_x），θSE为太阳高度角（SUN_ELEVATION）。