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    • Landsat7 ETM+數(shù)據(jù)的增益設(shè)置及增益改變

      2024-05-25 RS 116
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      Landsat7 ETM+數(shù)據(jù)的增益設(shè)置及增益改變

      Landsat7 ETM+數(shù)據(jù)的增益設(shè)置及增益改變

      本文就Landsat 7 ETM+的增益設(shè)置和數(shù)據(jù)的增益改變現(xiàn)象,及相關(guān)的數(shù)據(jù)使用問題,做一簡要介紹。

      1. 什么是傳感器的增益設(shè)置

      在美國的Landsat 7計劃中,以建立并定期更新全球陸地衛(wèi)星 存檔數(shù)據(jù)庫為目的,設(shè)計了長期數(shù)據(jù)獲取計劃(Long Term Acquisition Plan,即LTAP計劃),計劃在5年內(nèi)定期地獲取 每一景無云的陸地圖象數(shù)據(jù)。 為保證對地面數(shù)據(jù)的正常獲取、及對數(shù)據(jù)的充分利用,Landsat 7對ETM+傳感器的信號處理部 分進(jìn)行了重新設(shè)計,使其可以在兩種狀態(tài)下工作,即高增益狀 態(tài)和低增益狀態(tài)。從信號處理的角度講,傳感器的增益設(shè)置,將影響到其輸出信號的強(qiáng)度,在圖象上將表現(xiàn)為象元亮度的變化。LTAP計劃對各波段增益做如下統(tǒng)一設(shè)置:

      1. Band 1,2,3設(shè)置同一值;
      2. Band 4單獨設(shè)置;
      3. Band 5,7設(shè)置同一值;
      4. Band 6在格式1時總設(shè)置為低增益(6L),格式2時總設(shè)置為高增益(6H);
      5. Band 8(Pan)總設(shè)置為低增益。傳感器增益設(shè)置的依據(jù)是,以景或空間區(qū)域的平均信息量(熵值) 用來確定增益的設(shè)置;傳感器增益設(shè)置的目的是,使獲取的圖象 數(shù)據(jù)能夠盡可能充分地反映地物的光譜信息,避免出現(xiàn)亮度飽和 或過暗;傳感器增益設(shè)置的規(guī)律是,按季節(jié)在某一緯度范圍內(nèi)對 傳感器的增益進(jìn)行設(shè)置。

      2. 什么是數(shù)據(jù)的增益改變

      在了解了傳感器的增益設(shè)置后,對數(shù)據(jù)的增益改變就很容易理解了。當(dāng)傳感器某一波段的增益設(shè)置發(fā)生變化時,就表現(xiàn)出對應(yīng)圖象數(shù)據(jù) 的增益變化現(xiàn)象,即在圖象上從某一行開始,象元的亮度值發(fā)生了 階越性變化。如右圖所示。

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      3. 有增益改變數(shù)據(jù)的修正

      當(dāng)傳感器發(fā)生增益改變時,處理系統(tǒng)可自動判斷增益改變的位置和 變化方式,并對增益改變后的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。但是,這種處 理將依然在圖象上呈現(xiàn)出象元亮度值的階越性 變化。對此有兩種修正措施:

      • 圖象亮度調(diào)整:。在對數(shù)據(jù)的常規(guī)處理之后,根據(jù)增益變化前后的數(shù)據(jù)平均亮度,按照相鄰地區(qū)地物亮度比較接近的規(guī)律,將增益改變后的圖象象元亮度調(diào)整到增益改變前的水平上,從視覺上消除象元亮度值的階越性變化現(xiàn)象;
      • 輻射定標(biāo)處理:在對數(shù)據(jù)的常規(guī)處理之后,采用輻射定標(biāo)處理的 *** ,對增益改變前后的圖象數(shù)據(jù)分別選用相應(yīng)的處理參數(shù),將圖象亮度值轉(zhuǎn)換為地物輻射值(如:輻射亮度或反射率),此時由傳感器增益改變帶來的圖象亮度的階越性變化可以完全消除。目前,地面站采用之一種 *** 對有增益改變的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

      4. 有增益改變數(shù)據(jù)的使用

      有增益改變現(xiàn)象數(shù)據(jù)的使用與正常數(shù)據(jù)的使用沒有本質(zhì)的差別,特別是在消除了增益改變對圖象亮度值的視覺影響后,可近似看 作正常數(shù)據(jù)。但要注意的是:在數(shù)據(jù)產(chǎn)品的頭文件中并未對傳感 器的增益改變做任何標(biāo)記,因此在進(jìn)行輻射值標(biāo)定處理時,可考 慮使用未經(jīng)修正的圖象數(shù)據(jù),并尋求相應(yīng)的標(biāo)定參數(shù)。

      5. ETM+波段6的增益設(shè)置問題

      我們知道,Landsat 7下行數(shù)據(jù)有兩個通道,分別記作格式1和 格式2。前文中提到,波段6在格式1時總設(shè)置為低增益(6L),在格式2時總設(shè)置為高增益(6H),沒有增益改變的問題。在數(shù)據(jù)使 用方面,用戶可根據(jù)各自的研究區(qū)域和應(yīng)用目的選擇使用某一通道。

      6. 關(guān)于Landsat 7快速格式產(chǎn)品的頭文件

      在Landsat 7快速格式產(chǎn)品的頭文件輻射記錄段中含有與輻射校正 有關(guān)的參數(shù),用戶可利用這些參數(shù)將圖象象元的亮度值轉(zhuǎn)換成地 物的輻射值或反射率。輻射記錄段以“gains and biases in ascending band number order”開始,逐行、按波段順序記錄了 輻射校正有關(guān)的參數(shù),每行中按bias、gain的順序排列,其中bias 的單位是W/m2 . ster .μm,gain的單位是(W/m2 . ster . μm)/DN。需要注意的是:在產(chǎn)品的頭文件中僅記錄了該產(chǎn)品各波段數(shù)據(jù)開始 時增益設(shè)置下的輻射校正參數(shù);在波段6的頭文件中則分別記錄了兩 種增益設(shè)置下(L、H)的輻射校正參數(shù)。

      7. 地物輻射值的計算

      利用頭文件中記錄的輻射校正參數(shù),用戶可方便地計算出地物在大氣 頂部的輻射亮度或反射率。計算式如下: L = gain * DN + bias r = πL ds2 / (E0 cosq) 其中:L是地物在大氣頂部的輻射亮度,DN是象元值,gain和bias可從頭文件中得到,r是地物反射率,ds是日地天文單位距離 ,E0太陽輻照度,q是太陽天頂角。 對熱紅外波段(6L和6H),可用下列 公式計算地物的傳感器溫度(K。): 其中:L6是由上式給出的地物在大氣頂部的輻射亮度,K1和K2是計算常數(shù),分別為K1 = 666. 093 W/m2 . ster . μm,K2 =1282. 7108 K。。延伸知識: Landsat-7數(shù)據(jù)的輻射標(biāo)定精度: 根據(jù)ETM+儀器設(shè)計,可保證在5年的設(shè)計壽命期內(nèi)使輻 *** 度維持在+/-5% 的范圍之內(nèi)。它室是通過變更硬件設(shè)計、衛(wèi)星發(fā)射前特性的確定、在軌監(jiān)測與標(biāo)定程序、變更地面數(shù)據(jù)處理來實現(xiàn)的。 怎樣利用“確定 的星歷數(shù)據(jù)(definitive ephemeris)”來改進(jìn)預(yù)處理:Level 1G ETM+ 數(shù)據(jù)產(chǎn)品的處理 *** 正在得到改進(jìn)。不久將用“確定的星歷數(shù)據(jù)” 來代替“預(yù)測的星歷數(shù)據(jù)(predicted ephemeris)”進(jìn)行ETM+數(shù)據(jù)的 幾何校正,并把Lever lG產(chǎn)品與地圖投影配準(zhǔn)。這樣Level 1G產(chǎn)品的地 理精度將得以大大提高。

      來源:開源地理空間基金會中文分會

      來源鏈接:https://www.osgeo.cn/post/2005g

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