遥感图像的辐射定标与校正(三)
遥感实验-——辐射定标与大气校正
姓名：学号：日期：1．实验名称辐射定标与大气校正2、实验目的熟悉遥感软件，掌握ENVI中对图像辐射定标与大气校正的基本方法。
3、实验原理1、辐射定标是将传感器记录的电压或数字量化值（DN灰度值）转换成绝对辐射亮度值（辐射率）的过程，或者转换成与地表（表观）反射率、表面温度等物理量有关的相对值的处理过程2、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、辐射率、地表温度等真实物理模型参数，包括消除大气中水蒸气、氧气、二氧化碳、甲烷和臭氧等对地物反射的影响；消除大气分子和气溶胶散射的影响。
4、数据来源（下载源、波段数、对应的波长、分辨率、投影、地区）Landsat5、TM图像、BAND_COMBINATION = "1234567"5、实验过程5、1辐射定标：实方法一：External with MetadataBasic Tools-Preprocessing-Calibration Utilitties-Landsat Calibration5.1.1.1打开Basic Tools-Preprocessing-Calibration Utilitties-Landsat TM，根据图像信息输入5.1.1.2 打开校正图像，关联两幅图像，比较数据值方法二：BandMath验结果与分析5.1.2.1打开图像，选择BandMath按照辐射定标公式输入5.1.2.2 选择待校正波段图像5.1.2.3 关联两幅图像，对比两幅图像数据5、2 去零5.2.1打开图像，选择BandMath输入公式（b1*b1/b1）5.2.2 选择辐射定标过的图像5.2.3 打开图像，但是得到的图像是数据负值5、3简化暗像元法大气校正5.3.1 打开basic tool->Preprocessing->General Purpose Utilities->Dark Subtract5.3.2 关联图像，对比信息6、心得、意见或建议。
三、高光谱遥感图像辐射与几何校正
式中， L j (λi )是第i波段第j组辐射亮度输入值； DNij 是第i波段第j组图像灰度输出值； a( j,i)，b( j,i) 是第i波段第j组辐射定标系数。
3.1 成像光谱仪定标
机上和星上定标
必要性：系统集成、运行环境变化、器件老化
（2） 6S模型 （the Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum ）
适用于太阳反射波段（0.25~4μm）的大气辐射传输模式。 这种模式是在假定无云大气的情况下考虑了水汽、CO2、O3和O2的吸收、分 子和气溶胶的散射以及非均一地面和双向反射率的问题。 对5S模型的改进：考虑了目标高程、表面的非朗伯体特性、新的吸收分子 种类的影响（CO、N2O等），采用了好的近似算法来计算大气和气溶胶的散 射与吸收的影响，其中气体的吸收以10cm-1的光谱间隔来计算的，且光谱 积分的步长达到了2.5nm，适用于可见光—近红外（0.25～4μm）的多角度 数据。 可以模拟机载观测、设置地表的高度、解释BRDF作用和临近效应。它还采 用SOS (successive order of scattering) 方法计算散射作用以提高精 度。
机上或星上实时定标用于波段的漂移和系统辐射响应率的变化检 测。 (3)野外场地定标（On－site Calibration）
选择定标辐射场地，通过地面同步测量对遥感器定标。
3.1 成像光谱仪定标
实验室辐射定标
绝对辐射定标采用积分球作为光源照射传感器的整个视场，根据成像光 谱仪的动态范围，改变标准辐射源的辐射亮度输出级别，逐波段建立辐 射亮度输入值与遥感器输出DN值的关系。
【精品】3、遥感影像辐射校正教程PPT课件
L：辐射亮度值，单位（瓦特/平方厘米*微米*球面度） Gain:增益系数，可以从头文件获取。单位（瓦特/平方厘米*微
米*球面度） DN：数字量化值，DN值是遥感影像像元亮度值，记录的地物的
灰度值。无单位，是一个整数值，值大小与传感器的辐射分辨率、 地物发射率、大气透过率和散射率等有关。 Offset:偏移量，可以从头文件获取。单位（瓦特/平方厘米*微米 *球面度）
④单击Edit Calibration Parameters按钮，可以打开定标 参数对话框，可以自行修改定标参数。
⑤选择输出路径及文件名，单击OK按钮，执 行定标过程。
⑥显示定标结果
当元数据信息丢失，或者选择File→Open External File → Landsat → GeoTIFF ，打开GeoTIFF格式文件时，需要手动输 入ENVI Landsat Calibration Dialog对话框中的参数（默认参 数会自动添加），以不带元数据的Landsat7_ GeoTIFF格式文 件数据为例，操作过程如下：
y=a*x+b（线性函数关系）
相对定标是确定各像元之间、各探测器之间、各
波谱段之间以及不同时间测量的辐射度量相对值。
传感器辐射定标分为三个方面内容：
①发射前的实验室定标； ②基于星载定标器的星上定标； ③发射后的定标（场地定标）。
注：我们常用的定标参数，有使用实验室定标的结果（如高分辨 率传感器QuickBird、WorldView-1等）；也有使用实验室定标与 星上定标相结合的参数（如NOAA、MSS等）；由于设备老化， Landsat TM5的定标参数有用实验室定标的（2003年前），也有 用经过场地定标的参数（2003年后）；
遥感图像的辐射校正实验报告
遥感图像的辐射校正实验报告1. 实验目的和内容实验目的：（1）复习巩固课堂上所学的对遥感图像的辐射校正，掌握这些校正方法的基本原理和方法，理解遥感图像辐射校正的意义;（2）实际学习对遥感图像进行绝对大气校正、相对大气校正的FLAASH和黑暗像元法;实验内容：（1）绝对大气校正将遥感图像的DN值转换为地表反射率、地表辐射率、地表温度等的方法。
本次实验通过FLAASH法进行绝对大气纠正。
（2）相对大气校正校正后得到的图像，相同的DN值表示相同的地物反射率，其结果不考虑地物的实际反射率。
本次实验通过黑暗像元法进行相对大气纠正。
2. 图像处理方法和流程A.绝对大气校正1、加载影像，打开ENVI，file>>open image file，打开L71120038_03820030128_MTL.txt2、辐射定标FLAASH模块需要输入的是经过辐射定标后的BIL/BIP文件，ENVI >> basic tools >>preprocessing > >calibration utilities >> Landsat calibration3、格式转换上述计算得到的存储方式为BSQ，FLAASH大气校正对于波段存储的要求为BIL/BIP格式，ENVI >> basic tools>> convert data (BSQ ,BIL ,BIP)4、FLAASH大气校正（1）ENVI>>basic tools>>preprocessing>>calibration utilities>> FLAASH，选择需要校正的数据。
选用第二种，设置Single scale factor：10。
（2）设置输入与输出文件①进入地理空间数据云，查询影像参数。
点击数据资源—LANDSAT系列数据—输入数据标识进行二次筛选—选择信息②查询图像的基本信息③设置Sensor类型为Landsat TM7，传感器参数被自动填写，影像和传感器参数查询数据相关信息后输入。
ENVI软件基本操作——辐射校正、辐射定标、大气校正、几何校正
ENVI软件基本操作——辐射校正、辐射定标、⼤⽓校正、⼏何校
正
辐射校正
Radiometric correction ⼀切与辐射相关的误差的校正。
⽬的：消除⼲扰，得到真实反射率的数据。
⼲扰主要有：传感器本⾝、⼤⽓、太阳⾼度⾓、地形等。
包括：辐射定标，⼤⽓纠正，地形对辐射的影响
辐射定标
DN值（Digital Number ）：遥感影像像元亮度值，记录地物的灰度值。
⽆单位，是⼀个整数值，值⼤⼩与传感器的辐射分辨率、地物发射率、⼤⽓透过率和散射率等相关。
反映地物的辐射率radiance
地表反射率：地⾯反射辐射量与⼊射辐射量之⽐，表征地⾯对太阳辐射的吸收和反射能⼒。
反射率越⼤，地⾯吸收太阳辐射越少；反射率越⼩，地⾯吸收太阳辐射越多，表⽰：surface albedo
表观反射率：表观反射率就是指⼤⽓层顶的反射率,辐射定标的结果之⼀，⼤⽓层顶表观反射率，简称表观反射率，⼜称视反射率。
英⽂表⽰为：apparent reflectance
辐射定标是⽤户需要计算地物的光谱反射率或光谱辐射亮度时，或者需要对不同时间、不同传感器获取的图像进⾏⽐较时，都必须将图像的亮度灰度值转换为绝对的辐射亮度（⼤⽓外层表⾯反射率），这个过程就是辐射定标。
⽅法：实验室定标、机上/星上定标、场地定标。
不同的传感器，其辐射定标公式不同。
L=gain*DN+Bias
⼤⽓校正
Atmospheric correction 将辐射亮度或者表⾯反射率转换为地表实际反射率
⽬的：消除⼤⽓散射、吸收、反射引起的误差。
分类：统计型和物理型。
辐射定标和大气校正操作
辐射定标和大气校正操作辐射定标和大气校正是遥感图像处理中非常重要的环节，它们能够有效地消除大气干扰和地物表面反射率差异等因素对遥感图像的影响，从而得到更为精确的遥感信息。
本文将分别介绍辐射定标和大气校正的基本原理、方法和应用，并探讨它们在遥感图像处理中的重要作用。
一、辐射定标1.基本原理辐射定标是指通过对遥感仪器的响应进行准确的实验测定和模型估计，将数字遥感数据中的像元值转换为表观辐射亮度。
在遥感图像处理中，辐射定标是将数字数值转换为真实物理量的过程，包括辐射定标系数的获取和数据的辐射定标转换。
2.方法辐射定标的方法主要包括实地观测、辐射反演法和模型估算法。
其中，实地观测是指通过在地面上设置观测站点，利用辐射仪器对地表进行测量，获取地面真实辐射亮度，以此来建立数字值和真实辐射亮度之间的关系。
辐射反演法是指通过大气传输模型和辐射传输方程来估算大气对遥感数据的影响，并进一步进行辐射定标。
模型估算法是指利用已有的大气传输模型和地表反射率模型，通过数值方法来进行遥感图像的辐射定标。
3.应用辐射定标的应用主要包括地球观测卫星的遥感数据处理、遥感影像的信息提取、环境变化分析和生态监测等领域。
利用辐射定标后的遥感数据可以更准确地获取地表反射率、地表温度和大气成分等信息，从而为环境监测、资源管理和灾害预警提供更为可靠的数据支持。
二、大气校正1.基本原理大气校正是指利用大气传输模型和辐射传输方程，对遥感数据进行修正，消除大气对遥感图像的干扰和影响，还原地物表面的真实辐射亮度。
大气校正主要考虑大气吸收、散射和反照，以及大气对太阳辐射的衰减和地表反射率的影响。
2.方法大气校正的方法主要包括模型校正和经验校正。
其中，模型校正是指利用大气传输模型和辐射传输方程，对遥感数据进行数值计算，得到校正系数，进而进行大气校正。
经验校正是指利用多源遥感数据、气象数据和地面监测数据，结合统计模型和经验模型，对遥感数据进行修正，消除大气干扰。
遥感卫星影像辐射校正方法
北京揽宇方圆信息技术有限公司遥感卫星影像辐射校正方法影像辐射校正原理辐射校正是指对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正，消除或改正因辐射误差而引起影像畸变的过程。
利用传感器观测目标的反射或辐射能量时，所得到的测量值与目标的光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量之间的差值叫做辐射误差。
辐射误差造成了遥感图像的失真，影响遥感图像的判读和解译，因此，必须进行消除或减弱。
需要指出的是，导致遥感图像辐射量失真的因素很多，除了由遥感器灵敏度特性引起的畸变之外，还有视场角、太阳角、地形起伏以及大气吸收、散射等的强烈影响。
遥感图像辐射校正主要包括三个方面：（1）传感器的灵敏度特性引起的辐射误差，如光学镜头的非均匀性引起的边缘减光现象、光电变换系统的灵敏度特性引起的辐射畸变等；（2）光照条件差异引起的辐射误差，如太阳高度角的不同引起的辐射畸变校正、地面倾斜、起伏引起的辐射畸变校正等；（3）大气散射和吸收引起的辐射误差改正。
辐射校正的目的主要包括：1、尽可能消除因传感器自身条件、薄雾等大气条件、太阳位置和角度条件及某些不可避免的噪声等引起的传感器的测量值与目标的光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量之间的差异；2、尽可能恢复图像的本来面目，为遥感图像的识别、分类、解译等后续工作奠定基础。
辐射校正分为辐射定标和大气校正两部分。
辐射定标是用户需要计算地物的光谱反射率或光谱辐射亮度时，或者需要对不同时间、不同传感器获取的图像进行比较时，都必须将图像的亮度灰度值转换为绝对的辐射亮度，这个过程就是辐射定标。
大气校正是指传感器最终测得的地面目标的总辐射亮度并不是地表真实反射率的反映，其中包含了由大气吸收，尤其是散射作用造成的辐射量误差。
大气校正就是消除这些由大气影响所造成的辐射误差，反演地物真实的表面反射率的过程。
辐射校正流程图影像辐射校正方法辐射定标主要分为两种类型：统计型和物理型。
统计型是基于陆地表面变量和遥感数据的相关关系，优点在于容易建立并且可以有效地概括从局部区域获取的数据，例如经验线性定标法，内部平场域法等，另一方面，物理模型遵循遥感系统的物理规律，它们也可以建立因果关系。
辐射定标和大气校正操作
辐射定标和大气校正操作
辐射定标和大气校正是遥感影像处理中非常重要的一步，这一步操作的目的是消除遥感影像中的大气影响和提高遥感数据的准确性和可靠性。
一、辐射定标
辐射定标是指将遥感图像数字值转化为物理量，如辐射亮度或辐射能量密度，以便进行后续的研究和分析。
通过辐射定标，可以获取遥感图像的定量数据，从而进一步分析地表特征的反射率、温度等参数，为后续的研究和应用提供基础数据支撑。
辐射定标的主要流程包括以下几个步骤：
1.获取探测器和辐射源的响应函数。
2.进行黑体校正，得到辐射量的响应函数，即反演探测器的响应曲线。
3.确定大气辐射的影响，校正大气辐射，得到地表辐射的响应函数。
4.计算出地表反射率或辐射亮度等物理量。
二、大气校正
大气校正是指消除地表反射光谱数据中大气的影响，使我们能够更好地理解地表物质的本质。
遥感定量分析中的准确性和可靠性依赖于获取地表反射信息的过程中，大气影响的有效消除。
大气校正的主要流程包括以下几个步骤：
1.利用透过率、底层反射系数、相对湿度等气象信息，建立大气传输模型。
2.对遥感图像进行预处理，包括辐射定标、大气校正系数的确定以及去除云层、雾霾等非地表干扰因素。
3.根据大气传输模型，计算出地表反射率。
4.对反射率数据进行归一化处理，以消除不同时间、不同地点之间的反射率差异，使其成为具有比较性的数据。
总之，辐射定标和大气校正是遥感影像处理中最基础的处理步骤之一，对遥感图像的质量和后续的数据应用和分析具有非常重要的意义。
遥感影像辐射定标
遥感影像辐射定标摘要：一、引言二、遥感影像辐射定标的概念与意义三、遥感影像辐射定标的方法1.辐射定标的基本原理2.辐射定标的实现步骤3.辐射定标的关键技术四、遥感影像辐射定标的应用五、我国遥感影像辐射定标的发展现状与展望六、总结正文：一、引言遥感影像辐射定标是遥感技术中不可或缺的一个环节，它对遥感数据的准确性和可靠性起着决定性的作用。
本文将从遥感影像辐射定标的概念、方法、应用以及我国的发展现状等方面进行详细介绍。
二、遥感影像辐射定标的概念与意义遥感影像辐射定标是指将遥感传感器接收到的辐射能量转换为具有实际意义的光谱辐射强度或反射率的过程。
辐射定标的意义在于：使遥感数据具有统一、稳定的量纲和单位，便于不同传感器之间的数据对比和应用；消除传感器自身特性和大气影响等因素导致的辐射误差，提高数据精度。
三、遥感影像辐射定标的方法1.辐射定标的基本原理辐射定标的基本原理是根据传感器接收到的辐射能量与辐射源之间的关系，建立辐射强度与数字值之间的转换关系。
这一关系通常通过辐射传输模型和传感器响应函数的耦合来实现。
2.辐射定标的实现步骤（1）选择合适的辐射定标场地，进行实地测量。
（2）收集与定标场地同步的遥感影像，并对影像进行预处理。
（3）根据实地测量数据，构建辐射定标模型。
（4）利用辐射定标模型，对遥感影像进行辐射定标处理。
（5）检验辐射定标结果，评估定标精度。
3.辐射定标的关键技术（1）辐射定标场的选择与设计。
（2）辐射测量设备的选取与校准。
（3）辐射传输模型的建立与验证。
（4）传感器响应函数的获取与修正。
四、遥感影像辐射定标的应用遥感影像辐射定标在环境监测、资源调查、气候变化研究等领域具有广泛的应用。
通过辐射定标，可以获得准确的地表反射率、地表温度等遥感数据，为后续的数据分析与应用提供可靠的基础。
五、我国遥感影像辐射定标的发展现状与展望近年来，我国遥感影像辐射定标技术取得了显著的成果，不仅在理论研究方面有所突破，还成功应用于多个遥感项目中。
3遥感图像辐射处理
方法二：利用图象本身来求反射率
• 内部平均法 • 平场域法
• 对数残差法
方法三：借助已知地物光谱反射率的经验方法
7
太阳高度角和地形影响引起的辐射误差校正
• 太阳高度角引起的辐射误差校正：
波段图像比值运算 定量：需要太阳高度角 太阳光线垂直照射 时获取的图像
太阳光线倾斜照射 时获取的图像
• 地形影响引起的辐射误差校正
M m I 2
S 0, 若M m M m S , 若 I 0 .5 M m M m S , 若 I 0 .5 2M m
m min{r , g , b}
M max{ r , g , b}
H 0, 若 max min H 60(2 b r ), 若R max H 60(4 r b), 若G max H 60(6 g r ), 若B max
梯度图像
g ( x, y) | G[ f ( x, y)] |
在图像上，边缘处具有较大的梯度，可通过设 置合适的阈值将边缘提取出来。
36
37
空间卷积锐化法
常见锐化模板:
2 -1 -1 0 0 -1 0 -1 4 -1 0 -1 0 -1 2 -1 -1 -1 -1 2 2 2 -1 -1 -1
-1
2 -1 -1 2 -1 2 -1 2 2 -1 -1 -1 2 -1 -1 -1 2 -1 -1 -1
-1 -1 2 -1 2 -1 2 -1 -1
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频率域增强
基本原理：图像中的灰度跳跃变化区，对应着频率域 中的高频成分，灰度变化缓慢的区域对应着频率域中 的低频成分。通过频域滤波处理，可保留低频或高频 成分，达到图像平滑或锐化的目的。
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§6－1 遥感图像的辐射定标与校正-3
2) 遥感器星上内定标
灯定标
太阳定标 月亮定标
优点+缺点
优点: 可对一些光学遥感实时定标
不足: 大部分只是部分系统定标; 没有模拟遥感器的成像状态; 星上定标系统也不够稳定。
3) 遥感器场地外定标
对应输出的量化值
传感器
入瞳处各光 谱带的辐射 亮度
辐 射 记 录 段 以 “ gains and biases in ascending band number order”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，
地物辐射值的计算
L = gain * DN + bias
r = πL ds2 / (E0 cosq) 其中：L是地物在大气顶部的辐射亮度，DN是象元
定标场地要求
面积大+地物均匀+有利的大气环境
优点:实现了对遥感器运行状态下与获取地面图象完全相
同条件的绝对校正。
不足:需要测量和计算空中遥感器过顶时的大气环境和地物
反射率。
法国的SPOT、 ERS一1/2分别建立了校准试验场， 其中SPOT图像定标精度已达97％。
中国遥感卫星辐射校正场 甘肃省敦煌市郊戈壁滩:可见光波段辐射定标 青海湖水面为场地:红外波段的仪器辐射定标
值，gain和bias可从头文件中得到，r是地物反射 率太阳，天ds是顶日角地。天文单位距离，E0太阳辐照度，q是
青海湖位于青藏高原东北部，湖面海拔3194米，周长约365公里， 湖面面积4282平方公里，是我国最大，世界第二的内陆咸水湖
用户方
基于遥感图像特征的绝对定标(交叉定标) 基于卫星传感器系统参数的绝对定标
用参数定标
例:Landsat 7快速格式产品的头文件辐射记录 段中ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ有与辐射校正有关的参数
去标定飞行中遥感器的辐射量，从而实现卫星的标定;
最后辐射校正系数的误差以辐射计的定标误差为主 ;
仅仅需要对飞行高度以上的大气进行校正，回避了底
层大气的校正误差，有利于提高精度。
•
3.辐照度法：又称改进的反射率法，利用地面测
量的向下漫射与总辐射度值来确定卫星遥感器高度的
表观反射率，进而确定出遥感器入瞳处辐射亮度，这 种方法是使用解析近似方法来计算反射率，从而可大 大缩减计算时间和计算复杂性。
大气参数
大气传输模型
定标场地
•
1.反射率法：在卫星过顶时同步测量地面目标反
射率因子和大气光学参量（如大气光学厚度、大气柱
水汽含量等）然后利用大气辐射传输模型计算出遥感
器入瞳处辐射亮度值。具有较高的精度。
•
2.辐亮度法：采用经过严格光谱与辐射标定的辐
射计，通过航空平台实现与卫星遥感器观测几何相似
的同步测量，把机载辐射计测量的辐射度作为已知量，