影像校正

一 辐射校正

我们通过地理空间数据云平台，下载了一幅LE71180392013201EDC00的遥感影像。影像为landsat7遥感影像，行列号为118039，为2013年第201日拍摄的影像。 1 landsat影像辐射校正 1.1 landsat7遥感影像校正 1.1.1影像合成

由于下载得到的遥感影像是单波段影像，单波段影像为灰阶影像，地物信息显示不全面，为了得到真实的地表信息，并进行校正和分析处理，需要将各波段影像合成为一幅影像。合成影像如图1 所示。

图1 landsat7合成影像

1.1.2去条带处理

由图1 可知landsat7影像由许多条带。因landsat7号卫星受到损坏，因此landsat7的大多数影像都是不完整的为有条带的影像。

由于要得到完整的地表影像对影像进行分析，需要对下载的landsat7遥感影像进行去条带处理。这里利用了landsat_gapfill去条带插件进行处理，landsat_gapfill插件是通过相应的算法，根据周围的像元值推测出损坏的像元值，以得出损坏的地表影像信息。因为损坏的地表影像是通过相应的算法推测出来的，不是真实的地表信息，与真实地表会有些许偏差，因此对影像分类，地物提取等会存在一定的误差。去条带后的影像如图2所示。

图2 去条带后影像

1.2辐射定标

辐射定标是指建立遥感传感器的数字量化输出值DN与其所对应视场中辐射亮度值之间的定量关系。在进行大气校正前，由于影像里没有建立遥感传感器的数字量化输出值DN与其所对应视场中辐射亮度值之间的定量关系。所以要先进行辐射定标。

对影像进行去条带处理，得到无条带的影像后，对LANDSAT7遥感影像进行辐射定标处理。因为只能对单波段影像辐射定标,所以要

先将影像分成6个单波段影像，分别对6个单波段影像进行辐射定标。定标参数如图3所示，遥感影像类型为landsat 7 ETM+影像，时间为2013年7月，辐射定标完成后再对波段进行组合，得到图4 的辐射定标结果。

1.3大气校正

图3 辐射定标参数设置

图4 辐射定标结果影像

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。大气校正是反演地物真实反射率的过程。由于卫星接收的反射或辐射信息在进入传感器前会受到地球大气和光照等因素或者是大气分子和气溶胶散射的影响，所以要进行大气校正。

根据辐射定标结果，对影像进行大气校正，输入辐射定标影像，选择landsat tm7类型，计算并输入lat和lon数据，输入影像拍摄的时间2013年7月20日6:14:22拍摄，影像为地区中纬度夏季影像，选择mid-latitude summer选项，选择tropospheris海洋模型，校正参数如图5所示，进行大气校正。校正后得到图6的可见度和水汽注含量和图7的大气校正结果影像。

图5 大气校正参数设置

图6 大气能见度及水汽注含量

大气能见度（visibility）是反映大气透明度的一个指标，是具有正常视力的人在当时的天气条件下能清楚的观看到目标轮廓的最大地面水平距离。大气能见度和当时的天气情况密切相关，当出现降雨、雾霾、沙尘暴等天气过程时，大气透明度较低，能见度也就较差。即当卫星过近时受到影像所在地区降雨、雾霾、沙尘暴等天气的影响，使人眼能清楚看见目标轮廓的最远距离为 40km.

平均水汽注含量是通过1130Nm 处的水汽吸收波段及邻近的非水汽吸收波段比值来获取，是当地水汽含量平均值的体现。即遥感影像所在地区的平均水汽含量为2.9223cm.

将大气校正与原图像进行对比，如图7。

a 大气校正后影像 b 原影像

图7 大气校正前后影像对比（a 大气校正后影像b原影像 ）

从图中可以看出，进行了大气校正后的影像颜色较校正前的影像浅，这是由于大气校正消除了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，消除大气分子和气溶胶散射的影响。 1.4反射光谱特性曲线分析

将大气校正与原图像进行对比，如图8。从图中可以看出，进行了大气校正后的影像颜色较校正前的影像浅，这是由于大气校正消除了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，消除大气分子和气溶胶散射的影响。 将两幅影像链接，比较水体、植被、建设用地3种地物光谱大气校正前后的差异。如图8为植被的反射光谱曲线。图9为水体的反射光谱曲线，图10为水体的反射光谱曲线

a 校正前植被光谱曲线 b 校正后植被光谱曲线

图8 大气校正前后植被对比图（a校正前植被影像 b校正后植被影像）

从图8可以看出，在进行大气校正前，植被的反射光谱曲线在蓝光和红光波段不吸收谷，在绿光波段不是反射峰和近红外不是稳定的反射峰，可知植被的反射光谱曲线是错误的，而进行大气校正后的植被反射光谱曲线在绿光和红光波段有吸收谷，在绿光波段有一个反射峰，在近红外波段以后为一个明显的反射峰，可知大气校正后的植被反射光谱曲线是正确的植被反射光谱曲线。

a 校正前水体光谱曲线 b 校正后水体光谱曲线

图9大气校正前后水体对比图

（a校正前水体影像 b校正后水体影像）

从图中可以看出，校正前水体的反射光谱曲线在蓝光绿光和红光

波段不为反射峰，在近红外波段没有被吸收，不是水体正确的反射光谱曲线，而进行了大气校正后的水体的反射光谱曲线在蓝光绿光和红光波段附近为反射峰，在近红外波段有明显的吸收，没有全部吸收的原因可能是收到水面植被，污染物等影响，或者水面较浅造成的。

a 校正前建筑用地光谱曲b 校正后建筑用地光谱

图10 大气校正前后建筑用地对比图

（a校正前建筑用地影像 b校正后建筑用地影像）

从图中可以看出，在校正前，建筑用地的反射光谱曲线显示的反射率较低，属于低反射率，为进行大气校正后的建筑用地的反射光谱曲线在蓝光绿光红光和部分近红外波段有较高的反射率，由于建筑用地的比热容小，具有较高的吸收和发射率，所以进行大气校正后的建筑用地的反射光谱曲线为正确的建筑用地的反射光谱曲线。

造成植被、水体和建筑用地的反射光谱曲线与正确的反射光谱曲线产生较大差异的原因可能是由于大气和光照等因素或者是大气分子和气溶胶散射的影响。导致地物反射率、辐射率、地表温度等变化引起的。

2 landsat8 遥感影像校正

因landsat8影像是正常的影像，能够直接进行大气校正，

envi4.8中不能进行大气校正，需在ENVI5.1中进行。在进行大气校正前同样要先进行辐射定标处理。 2.1辐射定标

根据下载的“LC81180382014356LGN00”的影像数据，进行辐射定标。如图1所示，为辐射定标的过程处理。定标完成后，利用定标数据进行大气校正，如图2所示。

图1 辐射定标的过程处理

2.2 大气校正

根据辐射定标数据进行大气校正，大气校正参数如图2所示。

图2 大气定标数据

由图2可知，LC81180382014356LGN00影像为landsat8遥感影像，行列号为118 038，经度为31.316713，纬度为156.962712，属于2014年12月22日2:25:07拍摄的第356天的冬季影像。 2.3 利用辐射定标得到的数据进行大气校正

图3 可见度和水汽柱含量

由图可知，可见度为30.6751KM，水汽柱为2.0813CM。 大气能见度是反映大气透明度的一个指标，是具有正常视力的人在当时的天气条件下能清楚观看目标轮廓的最大地面水平距离。大气能见度和当时的天气情况密切相关，荡出现降雨、雾、霾、沙尘暴等

天气过程时，大气透明度较低，能见度也就较差。即当卫星过近时受到LC81180382014356LGN00影像所示地区降雨、雾霾等天气的影响，使人眼能清楚看见目标轮廓的最远距离为30.6751KM。

水汽柱含量是通过1130nm处的水汽吸收波段及邻近的非水汽吸收波段比值来获取，是当地水汽含量平均值的体现。即LC81180382014356LGN00影像所在地的平均水汽含量为2.0813CM 。 2.4 将大气校正与原图像进行对比

a 大气校正后 b 原影像

图4大气校正前后对比图（a大气校正影像 b原影像）

从图中可以看出，进行了大气校正后的影像颜色较校正前的影像浅，这是由于大气校正消除了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，消除大气分子和气溶胶散射的影响。

2.5 反射光谱特性曲线分析

将两幅影像链接，比较水体、植被、建设用地3种地物光谱大气校正前后的差异。如图5为植被的反射光谱曲线。图6为水体的反射光谱曲线，图7为水体的反射光谱曲线

a 校正前植被光谱曲线 b 校正后植被光谱曲线

图4 大气校正前后植被对比图（a校正前植被影像 b校正后植被影像）

从图4可以看出，在进行大气校正前，植被的反射光谱曲线在蓝光和红光波段不吸收谷，在绿光波段不是反射峰和近红外不是稳定的反射峰，可知植被的反射光谱曲线是错误的，而进行大气校正后的植被反射光谱曲线在绿光和红光波段有吸收谷，在绿光波段有一个反射峰，在近红外波段以后为一个明显的反射峰，可知大气校正后的植被反射光谱曲线是正确的植被反射光谱曲线。

a 校正前水体光谱曲线 b 校正后水体光谱曲线

图5大气校正前后水体对比图

（a校正前水体影像 b校正后水体影像）

从图中可以看出，校正前水体的反射光谱曲线在蓝光绿光和红光波段不为反射峰，在近红外波段没有被吸收，不是水体正确的反射光谱曲线，而进行了大气校正后的水体的反射光谱曲线在蓝光绿光和红光波段附近为反射峰，在近红外波段有明显的吸收，没有全部吸收的原因可能是收到水面植被，污染物等影响，或者水面较浅造成的。

a 校正前建筑用地光谱曲b 校正后建筑用地光谱

图6大气校正前后建筑用地对比图

（a校正前建筑用地影像 b校正后建筑用地影像）

从图中可以看出，在校正前，建筑用地的反射光谱曲线显示的反射率较低，属于低反射率，为进行大气校正后的建筑用地的反射光谱

曲线在蓝光绿光红光和部分近红外波段有较高的反射率，由于建筑用地的比热容小，具有较高的吸收和发射率，所以进行大气校正后的建筑用地的反射光谱曲线为正确的建筑用地的反射光谱曲线。

造成植被、水体和建筑用地的反射光谱曲线与正确的反射光谱曲线产生较大差异的原因可能是由于大气和光照等因素或者是大气分子和气溶胶散射的影响。导致地物反射率、辐射率、地表温度等变化引起的。

二 高光谱分辨率遥感影像校正

高分辨率卫星是指空间分辨率很高的卫星，例如：IKONOS 全色1米，Quickbird 全色0.61米，Geoeye-1 全色0.41米。高分辨率卫星拍摄的影像就是高分辨率影像，通过高分辨率影像能够清楚直观的的观察地表地物轮廓及纹理等信息，地表信息非常全面。TM影像的分辨率为30米，即一个像元代表30平方米的地面面积，通过TM影像只能够大致的识别地物，不能够精确的识别地物轮廓。

高光谱分辨率遥感影像校正不需要进行辐射定标就能够进行大气校正，以课本的高光谱分表率遥感影像校正为例，打开影像，如图1 所示。

图1 高分辨率遥感影像

对高光谱分辨率遥感影像进行大气校正参数设置，如图2所示。高光谱分辨率遥感影像的大气校正与landsat影像的大气校正不同。

a 高分辨率遥感影像

b landsat遥感影像

图2 高分辨率影像与landsat影像大气校正参数设置 （a 高分辨率遥感影像b landsat遥感影像）

(2)利用辐射定标得到的数据进行大气校正。得到如图3的结果

图3可见度和水汽柱含量

由图可知，可见度为30.6751KM，水汽柱为2.0813CM。

(3)将大气校正与原图像进行对比，如图4。从图中可以看出，进行了大气校正后的影像颜色较校正前的影像浅，这是由于大气校正消除了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，消除大气分子和气溶胶散射的影响。

a 大气校正后 b 原影像

图4大气校正前后对比图（a大气校正影像 b原影像）

(4)将两幅影像链接，比较水体、植被、建设用地3种地物光谱大气校正前后的差异。如图2.4.1为植被的反射光谱曲线。图2.4.2

为水体的反射光谱曲线，图2.4.3为水体的反射光谱曲线

a 校正前植被光谱曲线 b 校正后植被光谱曲线

图2.1.4 大气校正前后植被对比图（a校正前植被影像 b校正后植被影像）

a 校正前水体光谱曲线

b 校正后水体光谱曲线

图2.1.5大气校正前后水体对比图 （a校正前水体影像 b校正后水体影像）

a 校正前建筑用地光谱曲b 校正后建筑用地光谱

图2.1.6 大气校正前后建筑用地对比图

（a校正前建筑用地影像 b校正后建筑用地影像）

二 几何校正

因为提取的信息是一幅有投影信息的影像和一幅无投影信息的影像，所以我们选用的是图像到图像（image to image）的几何校正，以有投影信息的LC81180382014356LGN00影像对无投影信息的LE71180382002331EDC00影像进行几何校正。我们选用二次式校正，选择选择6个控制点。我们选择明显的地物点作为控制点，且控制点的分布要均匀，并将控制点残差控制在0.5个像元内，以保证图像具有较高的精度。如图2.2.1,所示输入校正信息后，开始对影像进行校正，如图2.2.2所示以一幅图像为基准校正另外一幅，图2.2.3所示开始添加控制点，图2.2.4为添加的控制点信息。

图2.2.1,所示输入校正信息

图2.2.2 以一幅图像为基准校正另外一幅

如图2.2.3 开始添加控制点

图2.2.4 添加的控制点信息

最后得到6个控制点信息，且残差在0.5个像元内，如图2.2.5所示左图为有控制点信息的控制点分布情况，右图为校正影像控制点分布情况，最后得到图2.2.6的校正结果。

a 有投影信息影像控制点

b 无投影信息影像控制点

图2.2.4 控制点信息（a 有投影信息b无投影信息 ）

a 有投影信息影像控制点

b 无投影信息影像控制点

图2.2.4 控制点信息（a 有投影信息b无投影信息 ）

图2.2.6 LE71180382002331EDC00影像校正结果

三 无投影信息正射校正

正射校正的目的是消除投影差，影像成像位移，消除影像变形等影响。

打开quickbird影像数据和DEM搞成数据，影像如图1 所示

图1 quickbird影像

图2 选择校正文件

Quickbird影像选择双线性内插（bilinear）重采样方法,输入dem数据，DEM同样选择双线性内插（bilinear）重采样方法，参数设置如图3所示

运行后得到quickbird影像正射校正结果，将结果与原影像进行比较可知，正射校正后的影像与原影像存在几个像元的偏差。如图4

a 校正前

b 校正后

图2 正射校正结果比较 （a 校正前b校正后）