FLAASH大气校正软件使用说明
Flaash大气校正
上机实习容：Flaash大气校正学生王玲学号201420771院系城市与环境学院专业地图学与地理信息系统年级2014级教务处制Flaash大气校正实验报告一、实验目的通过本次实验能够更深一步理解大气校正的原理、方法。
并且熟练掌握Landsat8 OLI 数据的大气校正的流程。
二、实验容1、辐射定标目的：将传感器记录的电压或数字量化值（DN值）转换为绝对辐射亮度值（辐射率）。
原理：L=Gain*DN + Bias步骤：（1）首先，在Envi5.1中打开辐射定标工具，Toolbox/Radiometric Correction/ Radiometric Calibration，并在File Selection对话框中选择数据，如下所示：（2）辐射定标参数设置当选择好辐射定标的数据时，接下来需选择定标参数。
其中，①Calibration Type：辐射定标类型，因Flaash校正要求输入的数据为辐亮度值，因此辐射定标类型选择辐亮度。
当数据的每个波段包含Gain和Offest参数时，Envi会自动从元数据文件中获取这些参数，并按照辐射定标公式进行定标，本实验所使用的Landsat8 OLI 数据的元数据中包含这两个参数。
另外，Envi默认Gain和Offest参数定标单位为W/（m2*sr*μm），因此，计算得到的辐亮度值为W/（m2*sr*μm）。
②Output Interleave：输出数据存储顺序，因Flaash校正要求输入的数据存储类型为BIL或BIP，但因BIL的处理速度快，故在此选择BIL。
③Output Data Type：输出数据类型，辐射定标中可以选择的输出数据类型为三种，分别是：浮点型（Float）、双精度浮点型(Double)和无符号位16整型(Uint)。
本实验中使用的OLI6 原始数据为无符号16位整型，在进行Flaash校正时计算缩放因子是无单位型与浮点型数据之间的缩放关系，因此，该处选择浮点型（Float）。
FLAASH大气校正和黑暗像元法
FLAASH大气校正和黑暗像元法操作指导FLAASH大气校正大气是介于卫星传感器与地球表层之间的一层由多种气体及气溶胶组成的介质层。
在太阳辐射到达地表再到达卫星传感器的过程中，两次经过大气，故大气对太阳辐射的作用影响比较大。
大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，广义上讲是获得地物反射率、辐射率或者地表温度等真实物理模型参数，狭义上是获取地物真实反射率数据。
大气校正可以用来消除大气中水蒸气、氧气、二氧化碳、甲烷和臭氧等物质对地物反射的影响，也可以消除大气分子和气溶胶散射的影响。
大多数情况下，大气校正也是反演地物真实反射率的过程。
目前应用广泛的大气辐射传输模型有30多种，常用的辐射传输模型主要有6S、MODTRAN和ATCOR等，各种模型的基本原理都是基本相同，其中MODTRAN模型的精度最高。
MODTRAN模型还可以计算热红外波段。
实验数据实习所用到的数据为TM影像和ETM+影像，其FLAASH大气校正的方法和操作步骤一致，这里以TM影像为例介绍。
对于各个影像所需要的具体参数，将在需要用到的时候说明。
本文采用的实验测试数据为，具体的数据内容列表见下图1：1991年1999年2010年图1该数据包含了7个波段，其中的B6为热红外波段，不在本次Flaash校正范围内，其他剩余波段为可见光波段，需要进行大气校正。
操作步骤1、打开tm原始影像数据ENVI > file > open image file > ‘LT51230321991168BJC00_MTLold.txt’ > 打开文件，如下：可见光波段为选择波段图3辐射定标参数设置对话框3、储存顺序调整Flassh大气校正对于波段存储的要求为：BIL，BIP格式，上述计算得到的存储方式为BSQ，在此进行波段存储顺序的转化，具体操作如下：ENVI > basic tools > convert data (BSQ ,BIL ,BIP)图 4 存放顺序转换4、Flaash校正参数设置大气校正的前期准备工作完毕，现在进行校正参数的设置：ENVI > basic tools > preprocessing > calibration utilities > FLAASH，弹出对话框：的BIL或BIP格式数据，然后会弹出下面对话框（图6），按照下图进行设置。
flaash大气校正
基于像素级的校正，校正由于漫反射引起的连带效应。
1、原理
基于太阳波谱范围内(不包括热辐射)和平面朗伯体(或近似平 面朗伯体)，在传感器处接收的像元光谱辐射亮度公式为：
其中，பைடு நூலகம்
在大气校正参数获取后, 根据该方程逐个波段像元计算地表平均反射率。
2、优点
支持传感器的种类多； 算法精度高；
通过图像像素光谱上的特征来估计大气的属性，
多光谱设置（Multispectral Settings）
校正前
校正后
采用典型地物的光谱曲线特征来检验，如植被、水体。
气溶胶反演（Aerosol Retrieval）
None:选择此项时，初始能见度（Initial Visibility）值将用于气溶胶 反演模型；
2-Band（K-T）:当没有找到合适的黑暗像元时，初始能见度值将用
于气溶胶反演模型；
2-Band Over Water：用于海面上的图像。
尺度转换因子：为了将输入的辐亮度数据变为浮点型，当各波段的辐亮
度单位不一样时，选择第一项；否则选择第二项。
Ground Elevation：影像区域平均海拔，从相应区域的DEM 获取平均值；
大气模型(Atmospheric Model)
气溶胶模型（Aerosol Model）
初始能见度（Initial Visibility Value） 根据天气条件估计。
组员：王玲 王芹 李文苹
模型介绍（原理、优点、条件） 校正过程（步骤、参数说明） 结果评价
1、原理
全称：Fast Line-of-sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes
高光谱数据FLAASH大气校正
第13章高光谱数据FLAASH大气校正本节以AVIRIS高光谱数据为数据源，介绍高光谱数据的FLAASH大气校正过程。
13.1 浏览高光谱数据此AVIRIS高光谱数据为经过传感器定标的辐射亮度数据。
（1）在ENVI主菜单中，选择File→Open Image File，打开JasperRidge98av.img文件。
（2）在波段列表中，选择JasperRidge98av.img，单击右键选择Load True Color，在Display 窗口中显示真彩色合成图像。
（3）在主图像窗口中单击右键，快捷菜单中选择Pixel Locator。
设置Sample:366，Line:179。
此像元为硬质水泥地，吸收特征主要受大气的影响，单击Apply按钮。
（4）在主图像窗口中单击右键，快捷菜单中选择Z Profile，打开Spectral Profile窗口，绘制像素（366,179）的波谱剖面。
（5）在Spectral Profile窗口中，可以看到在760nm，940nm和1135nm处，水汽具有吸收特征，1400nm和1900nm附近基本没有反射能量，二氧化碳在2000nm附近有两个吸收特征。
13.2 AVIRIS数据大气校正（1）在ENVI主菜单中，选择Spectral→FLAASH，打开FLAASH Atmospheric Correction Model Input Parameters对话框。
（2）单击Input Radiance Image按钮，选择JasperRidge98av.img文件。
在Radiance Scale Factors对话框中，选择Read array of scale factors from ASCII file，单击OK按钮。
（3）选择AVIRIS_1998_scale.txt文件，按照默认设置，单击OK按钮。
（4）单击Output Reflectance File按钮，选择输出路径及文件名JasperRidge98av.img。
flaash大气校正
flaash大气校正Flaash大气校正（IRSP6-08.3.24）大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，获得地物反射率和辐射率、地表温度等真实物理模型参数，用来消除大气中水蒸气、氧气、二氧化碳、甲烷和臭氧对地物反射的影响，消除大气分子和气溶胶散射的影响。
FLAASH可以处理任何高光谱数据、卫星数据和航空数据(860nm/1135nm)，这些数据是由HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO-1)AISA、HARP、DAIS、Probe-1、TRWIS-3、SINDRI、MIVIS、OrbView-4、NEMO 等传感器获得的。
FLAASH还可以校正垂直成像数据和侧视成像数据。
Flaash大气校正使用了MODTRAN 4+辐射传输模型的代码，基于像素级的校正，校正由于漫反射引起的连带效应，包含卷云和不透明云层的分类图，可调整由于人为抑止而导致的波谱平滑。
FLAASH可对Landsat, SPOT, AVHRR, ASTER, MODIS, MERIS, AATSR, IRS等多光谱、高光谱数据、航空影像及自定义格式的高光谱影像进行快速大气校正分析。
能有效消除大气和光照等因素对地物反射的影响，获得地物较为准确的反射率和辐射率、地表温度等真实物理模型参数。
校正过程点击envi——Basic Tools －Preprocessing － Calibration Utilities －FLAASHSpectral －FLAASH.或者点击envi-spectral- FLAASH1、输入数据必须是辐射校正后的数据，对辐射校正数据转成BIL或BIP格式（Basic Tools ——Convert Data）；2、对输入数据进行头文件编辑，主要是对波长wavelenth（即每一波段的波长中心值）和波长宽度fwhm（每一波段的波长范围）的编辑。
不是高光谱数据可以不对fwhm进行编辑。
flaash大气校正操作流程
利用 spectral builder 导入该文件，如下：
FWHM 没有，不用写。 确定后，再次 impor txt 文件，如下：
然后，File 菜单保存为光谱库文件，如下：
此时，可查看光谱响应函数，如下：
2.点击 Mulitispectral Settings 导入刚才的光谱响应函数库，如下：
Flaash 大气校正流程（以 HJ 卫星为例）--于之锋 一．主界面 打开 flaash 主界面， .Input radiance image 必须是辐亮度， 不能是反射率， 需要是 envi standard 格式，并且是 BIL 或者是 BIP，不能是 BSQ 格式。之后还要求输入对应传感器各个波段的 中心波长和半峰全宽 fwhm（Full Wave at Half Maximum”） 。第 j 个波段的中心波长设为 j ， 响应函数设为 f，设光谱响应函数有 n 个间隔，则中心波长计算公式如下：
j
* f
i 1 i
n
i
f
i 1
n
n
i
Fwhm 计算公式为：
Fwhm j
输入的界面为：
f
i 1
i
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
。
之后选择单一的 scale，scale 设为 10，如下：
1). 2). 3). 4). 5). 6). 7). 8).
Output reflectance file 是输入需要保存反反射率文件的路径。 Out directory for flash file 输入的是保存中间结果的文件夹。 Flight time 是影像成像时间。 Scence center location 可以影像头文件中找到。 Atmospheric Model 可以根据具体地区的温度以及空气湿度找到对应的类型。 Water retrieval 需要有适合水汽反演的波段才行。 Aerosol retrieval 需要？？。 Initial visibility (km) 可以有所测的 AOD 通过软件 modo 进行换算。 大气校正的结果的好 坏可通过调整这个参数，我们所测的 AOD 可以乘以 0.85~0.95 的系数。软件在 E:\大气 校正\flaash 大气校正\modo_install\modo_v3\bin 里面。运行如下：
FLAASH大气校正流程
本文汇总了ENVI FLAASH大气校正模块中常见的错误，并给出解决方法，分为两部分：运行错误和结果错误。
前面是错误提示及说明，后面是错误解释及解决方法。
FLAASH对输入数据类型有以下几个要求：1、波段范围：卫星图像：400－2500nm，航空图像：860nm-1135nm。
如果要执行水汽反演，光谱分辨率<=15nm，且至少包含以下波段范围中的一个：∙∙●1050-1210 nm∙∙●770-870 nm∙∙●870-1020 nm2、像元值类型：经过定标后的辐射亮度（辐射率）数据，单位是：（μW）/（cm2*nm*sr）。
3、数据类型：浮点型（Floating Point）、32位无符号整型（Long Integer）、16位无符号和有符号整型（Integer、Unsigned Int)，但是最终会在导入数据时通过Scale Factor转成浮点型的辐射亮度（μW）/（cm2*nm*sr）。
4、文件类型：ENVI标准栅格格式文件，BIP或者BIL储存结构。
5、中心波长：数据头文件中（或者单独的一个文本文件）包含中心波长（wavelenth）值，如果是高光谱还必须有波段宽度（FWHM），这两个参数都可以通过编辑头文件信息输入（Edit Header）。
一．高级设置里的选项：1．Aerosol Scale Height大气溶胶高度，用来计算邻近效应的范围，1-2km2．CO2 Mixing Ratio (ppm) 2001年前是370ppm。
2001年以后是390ppm。
3．Use Square Slit Function（是否使用平方函数进行邻近像元亮度的均匀）一般选择no 4．Use Adjacency Correction（进行邻近效应校正）5．Reuse MODTRAN Calculations使用以前的MODTRAN模型计算结果6．Modtran Resolution设置MODTRAN模型的光谱分辨率（推荐值5 cm-1) 分辨率高速度慢精度高，分辨率低，速度快，但是精度差。
FLAASH大气校正参数设置
1.3.2FLAASH其它参数的设置（1）图像中心点坐标可以从相应的HDF文件中找到，也可以从屏幕上直接读取影像的中心坐标，对反演结果影响不大。
当影像位于西半球时，经度为负值；（2）传感器类型当选择传感器类型时，模块会选择相应的类型的传感器波段响应函数，同时系统一般会自动设置传感器的高度和图像的空间分辨率；（3）海拔高度海拔高度为研究区的平均海拔；（4）数据获取日期和卫星过境时间卫星过境时间为格林尼治时间，可以从相应的HDF文件中找到；（5）大气模型模块提供热带、中纬度夏季、中纬度冬季、极地夏季、极地冬季和美国标准大气模型，研究者根据数据获取时间选择相应的大气模型；（6）水气反演大多数多光谱数据不推荐反演水汽含量；（7）气溶胶模型可供选择的气溶胶模型有无气溶胶、城市气溶胶、乡村气溶胶、海洋气溶和对流层气溶胶模型。
当能见度大于40Km时，气溶胶类型选择对反演没有太多影响，一般情况下利用ASTER 数据不做气胶反演；在高级设置中，①Modtran 分辨率（Modtran resolution）：一般设置成5cm-1；②反射率输出的时尺度系数，默认尺度系数是10000，可以使用默认的尺度系数。
若使用默认的尺度系数，大气校正后得到反射率图像的数值域为：0-10000。
其余参数使用默认值。
大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，获得地物反射率和辐射率、地表温度等真实物理模型参数，用来消除大气中水蒸气、氧气、二氧化碳、甲烷和臭氧对地物反射的影响，消除大气分子和气溶胶散射的影响。
FLAASH 可以处理任何高光谱数据、卫星数据和航空数据(860nm/1135nm)，这些数据是由HyMAP、AVIRIS、CASI、HYDICE、HYPERION(EO-1)AISA、HARP、DAIS、Probe-1、TRWIS-3、SINDRI、MIVIS、OrbView-4、NEMO等传感器获得的。
FLAASH还可以校正垂直成像数据和侧视成像数据。
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FLAASH 大气校正软件使用须知胡顺石 hufrank@（中国科学院遥感应用研究所）1 输入数据要求1．波段范围：卫星图像400—2500nm ，航空图像860—1135nm ；2．数据类型：必须是浮点型、4位有符号整型、2位无符号整型；3．影像存储格式：输入影像必须是BIL 或BIP 格式；4．影像单位：输入影像的单位必须是2/()W cm nm sr μ⋅⋅，如果单位不一致，先转换成所需要的单位。
可以指定为每个波段指定一个缩放因子，这需要一个文本文件，文本文件中包含每个波段对应的缩放因子；也可以为整幅影像的所有波段指定相同的缩放因子，5．水汽获取：如果要获取图像水汽含量，传感器具有1050~1210nm ，770~870nm 或者870~1020nm 范围内的通道，并且这些通道必须具有至少15nm 的光谱分辨率；6．气溶胶获取：如果要获取图像气溶胶含量，传感器必须具有660nm 和2100nm 附近的通道，这些通道主要是用于获取“黑暗像元”，条件为0.662.1 2.1(0.1)&&(0.45)ρρρ≤≈，如果输入图像中还具有800nm 和420nm 附近的通道，可以用于消除阴影和水体，条件为0.880.42 1.0ρρ≤； 7．输入波长信息：对于FLAASH 暂时没有的传感器类型：如果是高光谱数据，需要波长、FWHM 信息，这些信息可以在头文件中，也可以建立一个ASCII 文件进行存储；如果是多光谱数据，由要输入光谱响应函数，这需要在“Multispectral Settings ”中进行设置。
2 多光谱设置1．对于大部分多光谱数据而言，由于其不具备水汽反演通道，并且光谱分辨率没有达到15nm ，水汽反演功能是不能设置的；2．气溶胶反演，如下图所示。
这些参数用于确定黑暗像元，用于气溶胶反演；KT Upper Channel：建议选择2100nm附近的通道；KT Lower Channel：建议选择660nm附近的通道；Maximum Upper Channel Reflectance：建议设置为0.1 ，即：2.10.1ρ≤；Reflectance Ratio：为反射率比值，建议设置为0.45，即：0.662.10.45ρρ≈；Cirrus Channel (optional)：确定云的通道，建议设置为1367—1383nm左右的通道；图1 多光谱设置水汽、气溶胶和云反演通道设置如下图所示：图2 通道设置波长范围3高光谱设置1．Automatic Selection：根据输入高光谱数据的光谱特征信息，自动选择水汽、气溶胶和云反演通道；2．File：选择某一高光谱通道定义文件，然后根据文件中指定的反演通道进行反演。
高光谱通道定义文件如下：water channels referencewater channels absorptioncirrus channelKT upper channelsKT lower channelsalternate water channels absorptionalternate water channels reference***********************************************************************示例文件，A VIRIS的通道定义文件如下：; Standard AVIRIS channels; Channels are counted starting at 1.water channels reference = {73 74 75 87 88 89} ; wings must be; symmetric on absorption center channelwater channels absorption = {80 81 82} ; absorption bandcirrus channel = 109 ; no {} needed for single number; optional channels. Can leave these out, but will lose some; functionality. KT is needed for automatic visibility; determination.; Kaufman-Tanre method channelsKT upper channels = { 184 185 186 187 188 }KT lower channels = { 29 30 31 32 33 34 }alternate water channels absorption = { 49 50 } ; 0.82 micron bandalternate water channels reference = { 44 45 54 55 }***********************************************************************图3 高光谱设置4 高级设置FLAASH 高级设置分为三大部分：模型参数、观测几何和FLAASH 运行控制参数。
如下图所示。
图4 高级设置1．模型参数。
这部分参数用于输入MODTRAN 模型的参数。
Aerosol Scale Height (KM)：气溶胶在1/e 高度处的垂直廓线高度，其值基本在1~2km 之间，默认为1.5km 。
注意：它只用于邻近效应散射范围；CO2 Mixing Ratio (ppm)：CO2混合比，2001年大致为370ppm ，为得到更好的结果，推荐使用390ppm ；Use Square Slit Function ：是否对邻近波段进行平均；Use Adjacency Correction ：是否考虑邻近效应，如果不考虑邻近效应，则e ρρ=；Reuse MODTRAN Calculations ：决定是否重用上次MODTRAN 运行结果。
如果选择No ，FLAASH 则重新计算所有参数；如果选择Yes ，FLAASH 会重新反演水汽，FLAASH 大气校正窗体中的Water Retrieval 会变成Yes ，除非你将Reuse MODTRAN Calculations 设置成No ，否则它不会变化。
对于同一光照条件、观测几何和能见度等条件下的影像，建议设置成Yes ，这样只反演水汽，因而能加快运算速度；Modtran Resolution ：设置MODTRAN 模型运算的波谱分辨率并控制运算速度,值越大运算速度越快,精度降低。
主要精度差别在2000nm 附近以超过2000nm 波段处。
高光谱默认为51cm −，多光谱默认为15。
如果选择了气溶胶反演，FLAASH 将在气溶胶两个反演通道以151cm −1cm −进行运算；否则，此过程将会被省略；Modtran Multiscatter Model ：选择散射计算模型。
FLAASH 提供三种散射计算模型Isaacs ，Scaled DISORT 和DISORT 。
其区别在于：Isaacs 精度较低，但运算速度快；Scaled DISORT 精度接近于DISORT ，运算速度接近于Isaacs ；DISORT 精度高，但运算速度慢。
因此建议选择Scaled DISORT 散射模型； Number of DISORT Streams ：如果在Modtran Multiscatter Model 选择了Scaled DISORT 或DISORT ，选择计算流数。
考虑到精度和时间，建议选择8。
Isaacs 与DISORT-2: DISORT-4: DISORT-8: DISORT-16的时间比如下： Isaacs: DISORT-2: DISORT-4: DISORT-8: DISORT-16 = 1: 22: 24: 30: 602．观测几何。
这部分参数用于输入传感器观测几何条件。
Zenith Angle ：观测天顶角，位于90~180之间的正值，180表示垂直观测或星下点观测；Azimuth Angle ：观测方位角，从地面—传感器视线在地面的投影与正北方向的夹角，取值范围为-180~180之间。
如果是星下点观测，观测方位角可以是任何值。
3．FLAASH 运行控制参数。
控制FLAASH 运行参数配置。
Use Tiled Processing ，Tile Size (Mb)：用于设置是否要分块处理，分块的大小。
对于大影像建议进行分块处理；Spatial Subset ：对图像进行裁切，裁切部分参与大气校正的部分；Re-define Scale Factors For Radiance Image ：对输入影像的选择缩放因子，转换成单位；2/()W cm nm sr μ⋅⋅Output Reflectance Scale Factor ：为节省存储空间输出影像为整型，因此要对地表反射率值进行缩放，此处设置输出的影像的缩放因子，默认为10000； Automatically Save Template File ：设置是否保存模板文件，模板文件定义了大气校正的基本参数，建议选择Yes ；Output Diagnostic Files ：设置是否输出特征文件。
如果选择Yes ，则会输出一个特征文件，其中包含通道定义文件，其中有水汽、气溶胶和云反演通道定义。
5 其它注意事项1．对于MODIS 这种影像分辨率较低的情况，不应再考虑邻近效应，将Advancedsettings→Use Adjacency Correction设置为No；2．如果要进行气溶胶、水汽反演，输入图像应具有相应通道和相应条件；3．对于ASTER数据而言，不建议反演气溶胶，因为660nm波段太宽且包含植被红边信息，这会严重影响能见度值的估计；参考文献[1] FLAASH4.7帮助文件[2] /esri/viewthread.php?tid=33334&highlight=flaash[3] /s/blog_764b1e9d0100pvrk.html。