昼夜之别
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昼夜之别
对 VIIRS 昼夜波段进行少量处理，即可获得广泛应用
作者匿名 2014年7月15日，星期二
NOAA/NASA/DoD Suomi-NPP 卫星最有趣的新功能之一是昼夜波段。作为可见光红外成像辐射计套件的一部分，这些探测器的灵敏度足以通过星光对地球表面成像。昼夜波段不仅分辨率更高，而且其灵敏度比其前身——DMSP业务线扫描系统——高出250倍之多。
昼夜波段的应用包括监测温暖的低层云、城市灯光、气体燃烧和野火。长期合成图像揭示了全球基础设施发展和能源使用模式。
在较短的时间尺度上（Suomi-NPP 大约每 100 分钟完成一次轨道运行），多个昼夜波段场景拼接在一起，可以显示夜晚的地球快照，例如这张南美洲的视图，其中包含了巴西 14 个世界杯举办城市。
Marit Jentoft-Nilsen 和我使用了许多软件工具来读取、拼接、投影和可视化这些数据，最初是从几个 HDF5 文件开始的。VIIRS 数据被聚合成数据块，每个数据块的采集时间为 5 分钟。这些文件由 NOAA 的 CLASS（综合大型阵列数据管理系统）进行分发、存档和再分发。为了处理 VIIRS 独特的投影，我使用了 ENVI 的 使用领结校正重新投影 GLT 功能来导入数据。（如果你不熟悉 VIIRS 数据，现在正是阅读科罗拉多州立大学 CIRA 的 Curtis Seaman 撰写的 VIIRS 影像数据入门指南 (PDF) 的好时机。）
到目前为止一切顺利。当然，数据的单位是瓦特每平方米每球面度，有效范围大约在 0.0000000005 到 0.0000000500 之间。由于有效数据跨越了好几个数量级，任何保持城市细节的线性尺度都会使微弱的灯光和周围的景观变成黑色。而任何显示微弱细节的尺度都会使城市区域完全过曝。
为了使数据更易于管理，同时显示暗区和亮区的细节，并允许导出到 Photoshop，我进行了一个快速的波段数学计算：UINT(SQRT((b1+1.5E-9)*4E15)*(SQRT((b1+1.5E-9)*4E15) lt 65535) + (SQRT((b1+1.5E-9)*4E15) ge 65535)*65535)
这个公式看起来有点复杂，但还好。它添加了一个偏移量以消除一些虚假的负值；乘以一个大常数以使数据适配到 2 字节整数文件所允许的 65,536 个值中；计算平方根以改善对比度，将任何高于 65,535 的值设置为 65,535；然后将浮点数转换为无符号整数。这样生成的数据可以保存为几乎任何图像处理程序都能读取的 16 位 TIFF 文件，同时比 8 位文件保留了更多的灵活性。
最后的步骤是将 TIFF 文件导入 Photoshop，通过色阶和曲线调整来优化对比度，尽可能多地展现细节，添加海岸线和标签，然后导出为网页格式。最终成果是：巴西之夜，由NASA地球观测站在世界杯前夕发布。
