（FLAASHQUAC）
反光雨衣辐射定标和⼤⽓校正
太阳辐射通过⼤⽓以某种⽅式⼊射到物体表⾯然后再反射回传感器，由于⼤⽓⽓溶胶、地形和邻近地物等影像，使得原始影像包含物体表⾯，⼤⽓，以及太阳的信息等信息的综合。如果我们想要了解某⼀物体表⾯的光谱属性，我们必须将它的反射信息从⼤⽓和太阳的信息中分离出来，这就需要进⾏⼤⽓校正过程。 学习利⽤ ENVI ⼤⽓校正扩展模块（FLAASH 和 QUAC）对多光谱和⾼光谱数据进⾏⼤⽓校正的过程，还包括⼤⽓校正的准备⼯作——辐射定标。 FLAASH 是基于 MODTRAN5 辐射传输模型，MODTRAN 模型是由进⾏⼤⽓校正算法研究的领先者 SpectralSpectral Sciences, Inc 和美国空军实验室（Air Force Research Laboratory）共同研发。Exelis VIS 公司负责集成和 GUI 设计。 辐射定标
辐射定标是将图像的数字量化值（DN）转化为辐射亮度值或者反射率或者表⾯温度等物理量的处理过程。辐射定标参数⼀般存放在元数据⽂件中，ENVI 中的通⽤辐射定标⼯具（Radiometric Calibration）能⾃动从元数据⽂件中读取参数，从⽽完成辐射定标。
（1）选择 File>Open As>Landsat>GeoTIFF with Metadata，选择打开*_ ⽂件。下⾯以Quic kbird影像为数据源学习卫星影像的正射校正过程。分别在ENVI5.3和ENVI Classic下操作。 （2）在 Toolbox 中，选择 Radiometric Correction > Radiometric Calibration，对⽂件对话框中选择多光谱数据。打开 Radiometric Calibration ⾯板。
（3）在Radiometric Calibration ⾯板中，设置以下参数： 定标类型（Calibration Type）：辐射率数据 Radiance 单击 Apply FLAASH Settings 按钮，⾃动设置 FLAASH ⼤⽓校正⼯具需要的数据类型，包括储存顺序（Interleave）：BIL 或者 BIP；数据类型（Data Type）：Float；辐射率数据单位调整系数（Scale Factor）：0.1。
（4）设置输出路径和单位名，单击 OK 执⾏辐射定标。 如图5.2.1
图5.2.1 Radiometric Calibration ⾯板
（5）显⽰辐射定标结果图像，选择 Display>Profiles>Spectral 查看波谱曲线，看到定标后的数值主要集中在 0-10 范围内，单位是
µW/(cm2 * sr * nm)。如图5.2.2
图5.2.2 辐射定标结果的波谱曲线
多光谱数据 FLAASH ⼤⽓校正
输⼊数据要求
FLAASH 对⼤⽓校正的输⼊图像做了⼀些要求，具体要求如下：
1. 图像基本参数
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
丙酮回收870-1020 nm
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）。
数据储存类型
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)。
⽂件类型： ENVI 标准栅格格式⽂件，BIP 或者 BIL 储存结构。
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）。
波谱滤波函数⽂件：对于未知多光谱传感器（UNKNOWN-MSI）需要提供波谱滤波函数⽂件。
详细操作步骤
ENVI ⼤⽓校正模块的使⽤主要⼜以下 7 个⽅⾯组成：1、输⼊⽂件准备，2、基本参数设置， 3、多光谱数据参数设置，4、⾼光谱数据参数设置，5、⾼级设置，6、输出⽂件，7、处理结果。⼀)、 输⼊⽂件准备
根据前⼀章节中介绍的 FLAASH 对数据的要求准备待校正⽂件。由于使⽤了 Radiometric Calibration ⼯具辐射定标，数据类型、储存顺序、辐射率数据单位都符合 FLAASH 要求，Landsat5 的 L1G 级数据包括了中⼼波长信息。
(⼆) 、基本参数设置
在Toolbox 中打开 FLAASH ⼯具： /Radiometric Correction/Atmospheric Correction Module/FLAASH Atmospheric Correction。启动 FLAASH Atmospheric Correction Module Input Parameters ⾯板
Input Radiance Image：选择辐射定标结果数据，在打开的 Radiance Scale Factors ⾯板中，设置 Single scale factor：如图5.3.1
图5.3.1 Radiance Scale Factors ⾯板
（1）Output Reflectance File：设置输出路径和⽂件名；
（2）Output Directory for FLAASH Files：设置其他⽂件输出⽬录；
（3）传感器基本参数设置：
中⼼点经纬度 Scene Center Location：如果图像有地理坐标则⾃动获取；选择传感器类型 Sensor Type：Landsat TM5，其对应的传感器⾼度以及影像数据的分辨率⾃动读取；
（4）设置影像区域的平均地⾯⾼程 Ground Elevation：0.05km
影像成像时间（格林威治时间）：在 layer manager 中的数据图层中右键选择 View Metadata，浏览 time 字段获取成像时间，2009 年9 ⽉ 22 号 02:43:22。
（5）⼤⽓模型参数选择 Atmospheric Model：Mid-Latitude Summer（根据成像时间和纬度信息依据下表规则选择）；
表 3.2 数据经纬度与获取时间对应的⼤⽓模型
（6）⽓溶胶模型 Aerosol Model：Urban；
步进梁式加热炉（7）⽓溶胶反演⽅法 Aerosol Retrieval：2-band（K-T）；注：初始能见度 Initial Visibility 只有在⽓溶胶反演⽅法为 None 时候，以及 K-T ⽅法在没有到⿊暗像元的情况下。
（8）其他参数按照默认设置即可如图5.3.2。
图5.3.2 FLAASH 基本参数设置
(三) 多光谱数据参数设置
（1）单击 Multispectral Settings，打开多光谱设置⾯板；
（2）K-T 反演选择默认模式：Defaults->Over-Land Retrieval standard（600:2100），⾃动选择对应的波段；
（3）其他参数选择默认。 如图5.3.3
图5.3.3 多光谱设置⾯板
(四) ⾼级设置
单击 Advanced Settings 打开⾼级设置⾯板。这⾥⼀般选择默认设置能符合绝⼤部分数据情况，在右边⾯板中设置：
（1）分块处理（Use Tiled Processing）：是否分块处理，选择 Yes 能获得较快的处理速度，Tile Size⼀般设为4-200m，根据内存⼤⼩设置，这⾥设置为100m（计算机物理内存8G）。
（2）空间⼦集（Spatial Subset）：可以设置输出的空间⼦集，这⾥选择默认输出全景。
（3）重定义缩放⽐例系数（Re-define Scale Factors For Radiance Image）：重新选择辐射亮度值单位转换系数，这⾥不设置。
（4）输出反射率缩放系数（Output Reflectance Scale Factor）：为了降低结果储存空间，默认反射率乘于 10000，输出反射率范围变成 0~10000。
（5）⾃动储存⼯程⽂件（Automatically Save Template File）：选择是否⾃动保存⼯程⽂件。
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（6）输出诊断⽂件（Output Diagnostic Files）：选择是否输出 FLAASH 中间⽂件，便于诊断运⾏过程中的错误。如图5.3.4
图5.3.4 ⾼级设置⾯板
如果对 Modtran 模型⾮常熟悉，可根据数据情况进⾏调整，如下为其余部分的参数说明。
1. ⽓溶胶厚度系数（Aerosol Scale Height）：⽤于计算邻域效应范围。⼀般值为 1~2km，默认为 1.5km。
2. CO2 混合⽐率（CO2 Mixing Ratio）：默认为 390ppm，它是依据 2001 测量值为 370ppm，增加 20ppm 以得到更好的结
果。
3. （Use Square Slit Function）：
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4. 使⽤领域纠正（Use Adjacency Correction）：Yes 或者 No。
5. 使⽤以前的 MODTRAN 模型计算结果（Reuse MODTRAN Calculations）：
6. No：重新计算 MODRTRAN 辐射传输模型。
7. Yes：执⾏上⼀次 FLAASH 运⾏获得的 MODRTRAN 辐射传输模型，每次运⾏ FLAASH后，都会在根⽬录和临时⽂件夹下⽣成⼀
个 acc_modroot.fla。
8. MODTRAN 模型的光谱分辨率（Modtran Resolution）：越低分辨率具有较快速度⽽相对较低的精度，主要影响区域在 2000 nm
附近。⾼光谱数据默认为 5 cm-1，多光谱数据默认为 15 cm-1。
9. MODTRAN 多散射模型（Modtran Multiscatter Model）：校正⼤⽓散射对成像的影响，提供三种模型选择 ISAACS，DISORT 和
Scaled DISORT。默认是 Scaled DISORT 和 streams为 8。
Isaacs 模型计算速度快，精度⼀般；
DISORT 模型对于短波（⼩于 1000nm）具有较⾼的精度，但是速度⾮常⽐较慢，由于散射对短波（如可见光）影响较⼤，长波（近红外以上）影响较⼩，因此当薄雾较⼤和短波图像时可以选择此⽅法；
Scaled DISORT 提供在⼤⽓窗⼝内与 DISORT 类似的精度，速度与 Isaacs 类似，这模型是推荐使⽤的模型。当选择 DISORT 或者Scaled DISORT，需要选择 streams：2、4、8、16，这个值是⽤来估算散射的⽅向，可见 streams 值越⼤速度越慢。
观测参数
天顶⾓（Zenith Angle）：是传感器直线视线⽅向和天顶的夹⾓，范围是 90~180 度，其中 180 为传感器垂直观测。
⽅位⾓（Azimuth Angle）：范围是-180~180 度。
(五) 处理结果浏览
1. 设置好参数后，单击 Apply 执⾏⼤⽓校正；
2. 完成后会得到反演的能见度和⽔汽柱含量。
3. 显⽰⼤⽓校正结果图像，查看像元值，可以看到像元值扩⼤ 10000 倍后，值在⼏百到⼏千不等。如果要得到 0-1 范围内的反射率数
据，可以使⽤ BandMath 除以 10000.0。
4. 选择 Display>Profiles>Spectral 查看典型地物波谱曲线，如植被、⽔体等。如图
5.3.5
图5.3.5 FLAASH ⼤⽓校正结果中获取的波谱曲线（左-植被，右-⽔体）
⾼光谱数据 FLAASH ⼤⽓校正
5.4.1输⼊⽂件准备
牙箱
本例中的AVIRIS⾼光谱数据已经是辐射率数据，包括了中⼼波长、波段宽度（FWHM），Integer 数据类型，BIP 储存顺序。在 layer manager 中的数据图层中右键选择 View Metadata，可以浏览所有的信息。
基本参数设置
（1）打开 CupriteAVIRISSubset.dat 数据，在 Toolbox 中打开 FLAASH ⼯具： /Radiometric Correction/Atmospheric Correction Module/FLAASH Atmospheric Correction 。 启 动 FLAASH Atmospheric Correction Module Input Parameters ⾯板。
（2）Input Radiance Image：选择 CupriteAVIRISSubset.dat ⽂件，在打开的 Radiance Scale Factors ⾯板中，选择默认 Read array of scale factors (1 per band) from ASCII file。 在对话框中选择 ⽂件，在 Input ASCII File 对话框
中，Scale Column 设置 如图5.4.1。
图5.4.1 Radiance Scale Factors 和输⼊⽂本⽂件⾯板
（3）Output Reflectance File：设置输出路径和⽂件名；
（4）Output Directory for FLAASH Files：设置其他⽂件输出⽬录；
（5）传感器基本参数设置：
中⼼点经纬度 Scene Center Location：如果图像有地理坐标则⾃动获取；
选择传感器类型 Sensor Type：Hyperspectral > AVIRIS；
传感器飞⾏⾼度 Sensor Altitude (km)：20
设置影像区域的平均地⾯⾼程 Ground Elevation：0.6km
图像地⾯分辨率 Pixel Size (m)：15.5
影像成像时间（格林威治时间）Flight Date：Aug 6, 2011，Flight Time (GMT): 19:20:00
（6）⼤⽓模型参数选择 Atmospheric Model：U.S. Standard（根据成像时间和纬度信息依据下表规则选择）；
（7）⽔汽反演 Water Retrieval：yes
（8）⽔汽吸收波长 Water Absorption Feature：1135
（9）⽓溶胶模型 Aerosol Model：Urban；
（10）⽓溶胶反演⽅法 Aerosol Retrieval：2-band（K-T）；
（11）其他参数按照默认设置即可。 如图5.4.2
图5.4.2 FLAASH 基本参数设置
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