TM数据预处理（DN转表观反射率）
遥感 2008-10-30 20:11 阅读525 评论0
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一般我们拿到的TM数据都是灰度值（DN值），必须转换为反射率才能进行运算（比如NDVI运算），否则是不严密的。
由灰度值转换为反射率的过程为：
具体过程：
1、DN转辐射能量值
公式为： =DN*gain +bias
其中L为地物在大气顶部的辐射能量值，单位为 ；DN为样本的灰度值，gain和bias分别为图
像的增益与偏置，可从图像的头文件中读取(需要经过转换)，头文件一般与原始数据一起提供。
在ENVI中可以这么做：
打开原始影像，用basic tools->preprocessing ->general purpo utilities->apply gain and offt ,
并选中要进行转换的波段，弹出如下对话框：
从头文件中读取该波段的gain和bias值：
也可查看固定值，如下表:
Landsat5和Landsat7各波段光谱通道的增益和偏置 单位：W/m2. ster.μm
Table4 the Gains and Bias of L5 and L7 unit: W/m2. ster.μm
1750波段号 Band Number | L5 TM1990/1991 | L7 ETM+2001/2002 |
增益GAINS | 偏置BIASES | 增益GAINS | 偏置BIASES |
B1 | 0.99992 | -0.01000 | 1.18070871 | -7.38070852 |
B2 | 2.42430 | -0.02320 | 1.20984250 | -7.60984259 |
B3 | 1.36344 | 方程练习题-0.00780 | 顺丰菜鸟0.94251966 | -5.94251966 |
B4 | 2.62901 | -0.01930 | 0.96929136 | -6.06929127 | 北京留学
B5 | 0.58771 | -0.00800 | 0.19122047 | -1.19122047 |
| 广东省阳江市 B6 | 3.20107 | 0.25994 | | |
B7 | 0.38674 | -0.00400 | 0.06649607 | -0.41649606 |
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详见《基于TM/ETM+遥感数据的地面相对反射率反演》
在头文件中．虽然指明是“GAINS／BIASES”，但是．数值的含义与实际并不相同。通过对比计算可以发现．A 中的增益实际上是Lmax／255的值，B和C中的增益实际上是Lmax值。从量纲来看，头文件中的“增益、偏置”的量纲是mW·cm-2·sr-1 ，不是当前所使用的标准单位W·m 2·sr-1·um-1。
头文件中的增益和偏置的值和换算后真实的增益和偏置的值见下表：
《Landsat5图像的增益、偏置取值及其对行星反射率计算分析》）
例如第1波段：
不醒人事
填写存储路径点‘OK’
（也可以用band math 工具，其公式（参数按具体值修改）：
b7*0.0568-0.1481
b5*0.1168-0.4000
b4*0.7418-1.3786
b3*0.8962-1.3
b2*1.1998-2.9
b1*0.5658-1.4286）
2、计算相对反射率
ρ=π×D2×L/（ESUNI×COS(SZ)） （1）
其中：ρ——地面相对反射率；D——日地天文单位距离；LsatI——传感器光谱辐射值，即大气顶层的辐射能量； ESUNl——大气顶层的太阳平均光谱辐射，即大气顶层太阳辐照度；SZ——太阳天顶角（单位为弧度）。
相关参数可以通过不同途径获得。其中：日地天文单位距离D＝1 - 0.01674 cos(0.9856× (JD-4)×π/180)；JD为遥感成像的儒略日（Julian Day），可以通过儒略日算法模块获得；太阳天顶角＝90°－太阳高度角；太阳高度角可以从遥感数据的头文件中获得；大气顶层太阳辐照度（ESUNI）从遥感权威单位定期测定并公布的信息中获取。实验区上述遥感数据参数见遥感数据技术参数表。
具体计算方式：
①日地天文单位距离D：
D = 1 + 0.0167 * Sin(2 * pi * (days - 93.5) / 360)
days是拍摄卫片的日期在那一年的天数，如2004年5月21号，则days＝３１＋２9＋31+30+21＝142。
②太阳天顶角＝90°－太阳高度角 （单位：弧度）
太阳高度角在头文件中（SUM ELEVATION）
在该头文件中为：太阳天顶角＝90°－SUM ELEVATION
③大气顶层太阳辐照度（ESUNI）可从遥感权威单位定期测定并公布的信息中获取；
大气顶层太阳辐照度（ESUNI）
Solar Exoatmospheric Spectral Irradiances(ESUNI) (W/cm2.ster.μm)
Band | TM1 | TM2 | TM3 | TM4 | 2017年犯太岁的生肖TM5 | TM7 |
L5 TM | 1957 | 1829 | 1557 | 刘邦电视剧全集1047 | 219.3 | 74.52 |
L7 ETM+ | 1969 | 1840 | 1551 | 1044 | 225.7 | 82.07 |
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------参见《Landsat5图像的增益、偏置取值及其对行星反射率计算分析》）
获得参数后可以用ENVI的band Math 工具写程序做。
例如2004年5月21日第五波段：
什么花开成语公式：
!PI*1.01250756^2*b7/(219.3*(COS(0.436332306))) （需要查证）
其中，各参数随具体值而改变.
（2004年5月21日公式：
!PI*(1.01250756^2)*b4/(1047*(COS(0.436332306)))
!PI*(1.01250756^2)*b3/(1557*(COS(0.436332306)))
!PI*(1.01250756^2)*b2/(1829*(COS(0.436332306)))
!PI*(1.01250756^2)*b1/(1957*(COS(0.436332306)))
!PI*(1.01250756^2)*b7/(74.52*(COS(0.436332306)))
!PI*(1.01250756^2)*b5/(219.3*(COS(0.436332306)))）
当然也可以将上述步骤写成一个整体：
（2004年5月21日公式：
!PI*(1.01250756^2)*( b7*0.0568-0.1481)/(74.52*(COS(0.436332306)))
!PI*(1.01250756^2)*( b5*0.1168-0.4000)/(219.3*(COS(0.436332306)))
!PI*(1.01250756^2)*( b4*0.7418-1.3786)/(1047*(COS(0.436332306)))
!PI*(1.01250756^2)*( b3*0.8962-1.3)/(1557*(COS(0.436332306)))
!PI*(1.01250756^2)*( b2*1.1998-2.9)/(1829*(COS(0.436332306)))
!PI*(1.01250756^2)*( b1*0.5658-1.4286)/(1957*(COS(0.436332306)))
）
对于ETM数据可以使用ERDAS，提供了很方便的处理接口。
（在不知道增益等参数的情况下，ENVI也有默认值，不过默认值存在较大偏差使用的是1986年的参数，最好用自己数据的参数做，envi中 basic tools->preprocess-> calibration utilities ->landsat TM 3、大气纠正（略）
可用ENVI的FLAASH，或参考<基于TM/ETM+遥感数据的地面相对反射率反演>
