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预处理 AVIRIS-3 辐射亮度数据

来源: https://vis-webcontent.s3.amazonaws.com/quickguides/Image+Preprocessing/Preprocess+AVIRIS-3/index.html

课程内容

第 1 课，共 1 课

预处理 AVIRIS-3 辐射亮度数据

在本快速指南中，您将：

  • • 打开并浏览一幅 AVIRIS-3 辐射亮度图像。
  • • 检查并剔除对应于水蒸气和 CO2 吸收特征的波段。
  • • 使用快速大气校正 (QUAC®) 工具来减弱大气效应并将图像校准为表观地表反射率。

示例数据

下载下面的示例数据。然后将 .zip 文件的内容解压到本地目录。

[AVIRIS3_Radiance.zip

1.6 GB

下载](assets/AVIRIS3_Radiance.zip)

背景

在进行光谱分析之前，应校正辐射亮度数据的大气效应并将其校准为地表反射率。在遥感中，物质是通过其反射光谱来识别的；因此，通常将图像校正为反射率，作为定位和识别图像中特征的第一步。

如果您计划使用光谱库或其他参考光谱将图像像元与地表的已知物质关联起来，那么图像数据必须是以反射率为单位。

这也确保了图像光谱的形状主要受地表物质的化学和物理性质影响，而不是受大气和太阳效应的影响。

NASA 也提供了经过大气效应校正的 Level-2A 反射率图像。然而，您可以选择使用像 FLAASH® 或 QUAC®（ENVI 中可用）这样的工具自行校准和校正辐射亮度图像。本练习使用 QUAC 进行大气校正并创建反射率图像。

打开并浏览辐射亮度图像

  1. 1 从菜单栏中，选择 File > Open(文件 > 打开)。出现Open(打开) 对话框。
  2. 2 转到保存示例数据的位置，选择文件 AVIRIS3_Radiance_MountainPassCA.dat。
  3. 3 点击 Open(打开)。ENVI 会以近似的真彩色显示图像。
  4. 4 按键盘上的 F12 键查看图像的完整范围。

  1. 5 在图层管理器中双击文件名，打开View Metadata(查看元数据) 对话框，您可以在此查看图像的详细信息。
  2. 6 点击左侧的 Spectral(光谱) 类别。表格显示了每个波段的中心波长。"FWHM" 列列出了 NASA 为 AVIRIS-3 文件提供的半高全宽值。

  1. 7 关闭View Metadata(查看元数据) 对话框。
  2. 8 在状态栏（ENVI 应用程序底部）的中间部分，右键点击并选择 Raster Data Values(栅格数据值)。当您在图像上移动光标时，状态栏会显示红、绿、蓝通道的像元值。

辐射亮度值的单位为 微瓦/(厘米² * 球面度 * 纳米)。

  1. 9 点击工具栏中的 Spectral Profile(光谱剖面图) 按钮。

出现Spectral Profile(光谱剖面图) 对话框，并且红色十字准线显示在图像窗口中。

  1. 10 在图像内部点击以将十字准线移动到不同位置。Spectral Profile(光谱剖面图) 对话框会更新该像元的光谱。请注意，当您将十字准线移动到场景内不同的物质上时，辐射亮度曲线的形状会略有变化。通常，Spectral Profile(光谱剖面图) 会显示高光谱数据中常见的一些大气吸收特征。

  1. 11 关闭Spectral Profile(光谱剖面图) 对话框。

检查并剔除噪声波段

接下来，您将使用 ENVI 的Xtreme Viewer(极速浏览器) 来直观地检查 AVIRIS-3 辐射亮度波段。您将识别那些包含条纹、传感器伪影以及水和 CO2 吸收噪声的波段。然后，您将定义一个剔除这些波段的辐射亮度图像光谱子集。

  1. 1 在图层管理器中，右键点击 AVIRIS3_Radiance_MountainPassCA.dat 并选择 Band Animation > Using Xtreme Viewer(波段动画 > 使用极速浏览器)。出现Xtreme Viewer(极速浏览器)，从波段 1 开始。播放控件位于浏览器底部。
  2. 2 默认播放速度为每秒 30 帧，太快了。要放慢速度，请点击浏览器顶部的 Frames per Second(每秒帧数) 下拉列表并选择 3。
  3. 3 点击 Play Forwards(正向播放) 按钮开始动画。
  4. 4 检查每个波段以寻找噪声。例如，波段 133 显示出条纹噪声。如果您需要更多时间来检查单个波段，请点击 Pause(暂停) 按钮。

  1. 5 当您完成波段动画检查后，关闭Xtreme Viewer(极速浏览器)。灰度栅格系列将从图层管理器和图像窗口中移除。

在本练习中，您将创建一个剔除以下噪声波段的新图像：

  • • 波段 1
  • • 波段 129 - 136

  • • 波段 193 - 208

  • 6 从菜单栏中，选择 File > Save As > Save As (ENVI, NITF, TIFF, DTED)(文件 > 另存为 > 另存为 (ENVI, NITF, TIFF, DTED))。出现Data Selection(数据选择) 对话框。

  • 7 点击 Spectral Subset(光谱子集) 按钮。出现Spectral Subset(光谱子集) 对话框。默认情况下所有波段都被选中。

  • 8 在键盘上按住 Ctrl 键，同时按照以下步骤操作：

  • • 点击 Band 1(波段 1) 以取消选中它。

  • • 向下滚动。
  • • 依次取消选中 Band 129(波段 129) 到 Band 136(波段 136)。
  • • 向下滚动。

  • • 依次取消选中 Band 193(波段 193) 到 Band 208(波段 208)。

  • 9 松开 Ctrl 键。Number of items selected(已选项数) 应为 259。您取消了 25 个波段的选择。

如果您操作失误需要重新开始，请点击 Select All(全选) 按钮。然后按照上述步骤取消选择波段。

这是一个快速视频演示：

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这是一个模态窗口。

  1. 10 点击 OK(确定) 关闭Spectral Subset(光谱子集) 对话框。Data Selection(数据选择) 对话框的 Spectral Subset(光谱子集)部分报告"259 of 284 bands(284 个波段中的 259 个)"。
  2. 11 点击 OK(确定) 关闭Data Selection(数据选择) 对话框。出现Save File As Parameters(另存文件为参数) 对话框。
  3. 12 保持 Output Format(输出格式) 的默认选择 ENVI。
  4. 13 保持 Data Ignore Value(数据忽略值) 的默认值 -9999。
  5. 14 输入 Output Filename(输出文件名) 为 RadianceSpectralSubset.dat。
  6. 15 启用 Display result(显示结果) 选项。
  7. 16 点击 OK(确定)。Save File As Parameters(另存文件为参数) 对话框关闭，ENVI 创建光谱子集。
  8. 17 在图层管理器中，右键点击 AVIRIS3_Radiance_MountainPassCA.dat 并点击 Remove(移除)。

接下来，您将使用快速大气校正 (QUAC®) 来减弱大气效应并创建地表反射率图像。

创建地表反射率图像

QUAC 和其他大气校正选项可作为独立工具使用，也包含在预处理工作流中。本练习将使用工作流。

QUAC 是 ENVI 中最简单易用的大气校正工具。输入场景应包含各种光谱多样性的物质——至少 10 种——例如水、土壤、植被和人造结构。当图像光照均匀时效果最佳，例如晴朗天空条件或机载传感器在全云层下飞行时。

  1. 1 在工具箱中，展开 Workflows(工作流) 文件夹并双击 Preprocessing Workflow(预处理工作流)。工作流从Select Data(选择数据) 面板开始。
  2. 2 点击 Input Raster(输入栅格) 旁边的 Browse(浏览) 按钮。出现Data Selection(数据选择) 对话框。
  3. 3 选择 RadianceSpectralSubset.dat 并点击 OK(确定)。

  1. 4 点击 Next(下一步)。工作流程进入Atmospheric Correction(大气校正) 面板。
  2. 5 从 Method(方法) 下拉列表中，选择 QUAC - Quick Atmospheric Correction(QUAC - 快速大气校正)。

查看大气校正快速指南以了解更多关于此主题的信息。

  1. 6 从 Sensor Type(传感器类型) 下拉列表中，选择 AVIRIS。

  1. 7 点击 Next(下一步) 按钮。工作流程进入Export Final Result(导出最终结果) 面板。由于文件大小和波段数量较大，QUAC 处理需要几秒钟时间。处理完成后，QUAC 图像被添加到图层管理器并显示在图像窗口中。

  1. 8 在 Output Raster(输出栅格) 字段中，输入输出文件名 Reflectance.dat。
  2. 9 点击 Finish(完成) 按钮。Preprocessing Workflow(预处理工作流) 关闭。

QUAC 图像看起来与辐射亮度图像相似。您如何判断这是地表反射率图像呢？光谱剖面图可以验证这一点。

  1. 10 在图层管理器中右键点击 Reflectance.dat，选择 Profiles > Spectral(剖面图 > 光谱)。出现Spectral Profile(光谱剖面图) 对话框，红色十字准线出现在图像窗口中。反射率曲线与您在前一个练习中看到的辐射亮度曲线不同；例如：

从大约 1,800 到 1,900 nm 的直线代表缺失的反射率数据，即从反射率图像中剔除的波段。还要注意从 1,350 到 1,400 nm 的间隙。这对应于从反射率图像中剔除的波段 129 到 136，加上 QUAC 自动识别为坏波的另一个波段 (137)。

  1. 11 查看 Y 轴上的Data Values(数据值)。QUAC 创建了一个图像，其中反射率值乘以 (缩放) 了 10,000。例如，值 2000 表示 0.2 或 20% 的反射率。
  2. 12 关闭Spectral Profile(光谱剖面图) 对话框。

本练习到此结束。您可以将该地表反射率图像用于不同的光谱应用。

如果您将进行图像光谱与参考光谱（如光谱库或光谱仪数据）的比较分析，那么反射率值理想情况下应在 0 到 1 之间。有关如何执行此操作的说明，请参阅缩放和掩膜反射率图像快速指南。

您的意见对我们很重要，请花几分钟时间填写我们的快速指南反馈(在新标签页中打开)表单。

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