GF2遙感影像預處理全流程

GF2遙感影像數據集處理

寫在前頭：為個人學習的總結，過段時間會把IDL自動化處理的代碼整理上傳，該文章參考了很多大佬的博文，稍后會整理一並給出。

數據分析：

以GF2_PMS1為例：

命名規則：

GF2_PMS1_E55.4_N25.3_20210205_L1A0005457874

GF2:高分二號	PMS1：一台PMS多光譜相機	E55.4_N25.3：經緯度	20210205：時間	L1A：級別	0005457874：編號

文件說明:

文件總覽
MSS多光譜圖像：空間分辨率低，光譜分辨率高
PAN全色圖像：空間分辨率高，光譜分辨率低
rpb文件：用於圖像正射校正
xml文件：圖像對應參數

高分影像處理流程：

1.輻射定標(大氣校正的准備工作)：

一般來講，輻射定標就是將圖像的數字量化值（DN）轉化為輻射亮度值或者反射率或者表面溫度等物理量的處理過程。

2.大氣校正：

當太陽輻射通過大氣以某種方式入射到物體表面然后再反射回傳感器，由於大氣氣溶膠、地形和鄰近地物等影像，使得原始影像包含物體表面，大氣，以及太陽的信息等信息的綜合。而如果我們想要了解某一物體表面的光譜屬性，我們必須將它的反射信息從大氣和太陽的信息中分離出來，這就需要進行大氣校正過程。

3.正射校正（幾何校正）：

先進行輻射定標和大氣校正，然后進行幾何校正。因為幾何校正的時候會重采樣，重采樣會改變像元值，從而影響輻射定標和大氣校正的結果。

4.NOTE：

輻射校正=輻射定標+大氣校正

全色圖像不進行大氣校正

以GF2_PMS1為例：

多光譜圖像（MSS）與全色圖像（PAN）：

	PAN	MSS
總覽圖
部分細節圖

多光譜圖像（MSS）：

輻射定標部分(Radiometric Calibration)：

輻射定標步驟：

說明	示例
右擊然后點擊View Metadata,可以看到影像的元數據信息，點擊Spectral，查看輻射定標系數，可與中國資源衛星中心下載得到的絕對輻射定標系數對比。其更新存在滯后，常在年尾更新
定標系數http://www.cresda.com/CN/Downloads/dbcs/index.shtml	光譜響應函數http://www.cresda.com/CN/Downloads/gpxyhs/index.shtml
在Toolbox中，雙擊Radiometric Correction--Radiometric Calibration
選擇需要處理的文件，點擊OK。Spatial_Subset自定義選擇空間裁剪，Spectral_Subset自定義選擇波段裁剪
彈出Radiometric Calibration對話框，Calibration Type選擇為Radiance, Output Interleave選擇為BIL，點擊Apply FLAASH Settings，Scale Factor自動變為0.10，設置輸出路徑及名稱，點擊OK執行，完成輻射定標
Output_Interleave一般選擇BIL，具體可參照https://www.zhihu.com/question/30174458
數據路徑為D:\ENVI_DATA\GF2_PMS1_XXXX
輻射定標輸出路徑為D:\ENVI_DATA\GF2_PMS1_XXXX\GF2_PMS1_XXXX_RadCor.dat	GF2_PMS1_XXXX_RadCor.dat為文件名，后綴dat為標准格式，文件尾部_RadCor為標記字段

輻射定標結果一覽：

	MSS	Radiometric Calibration
總覽圖
部分細節圖
植被光譜曲線變化

大氣校正部分(FLAASH)：

大氣校正步驟：

說明	示例
在Toolbox中，雙擊Radiometric Correction--Atmospheric Correction Module--FLAASH Atmospheric Correction打開大氣校正面板
此處參數設置較為復雜
Input Radiance Image選擇上一步做完輻射定標的文件
Radiance Scale Factors選擇第二項Use single scale factor for all bands。因為在輻射定標時已經設置了單位，所以這里不用改，如果沒有設置，這里應該填10
Output Reflectance File為輸出的大氣校正文件Output Directory for FLAASH Files為輸出的臨時文件夾
經緯度信息、時間信息已經自動獲取
對應參數設置后
光譜響應函數設置
找到下載好的資源文件
文件后綴為sli，需主要PMS1還是PMS2
回到主面板，點擊Advancced Settings，其中Use Tiled Processing修改為No，確認后回到主面板點擊Apply運行；如運行過程中出現下圖錯誤，則返回Advancced Settings，將Use Tiled Processing修改為Yes，Tile Size(Mb)設置為100Mb-1024Mb，對應本計算機內存8GB-64GB，確認后返回主面板點擊Apply運行。
校正結果

有關參數說明：

屬性	值
Sensor Type	Multispectral→UNKNOWN→MSI
Sensor Altitude	631km(GF2衛星軌道高度)
Ground Elevation	成像區域平均高度，通過DEM數據獲取。沒有DEM數據則可查詢平均海拔。
Pixel Size	4m
Water Retrieval	大多數多光譜數據不推薦反演水汽含量
Atmospheric Model	根據latitude和月份選擇(latitude可在xml文件中獲取或在工具欄中使用工具獲取)
Aerosol Model
Aerosol Retrieval	由於缺少短波紅外，此處選擇None；是否可進行KT變換——打開多光譜設置，Defaults選擇陸地，發現KT變換沒有改變，所以選擇None。詳情參照https://zhuanlan.zhihu.com/p/344736260

Aerosol Retrieval參數選擇：

打開多光譜設置，選擇KT_Aerosol Retrieval
Defaults選擇陸地，發現KT變換沒有改變，所以選擇None

Ground Elevation的一種估測方法：

1.打開需要估計區域對應的圖像
2.選擇Flie->Open World Data->Elevation(GMTED2010)，打開ENVI自帶的全球900m分辨率的DEM數據
3.在ToolBox中，選擇/Statistics/Compute Statistics
4.選擇GMTED2010.jp2數據，打開Stats Subset選項
5.選擇File，選擇估計區域對應圖像
6.選擇Image，查看選擇后結果。紅色區域為估計區域
7.mean即為估計值，單位為m

大氣校正結果一覽：

輻射定標獲得的文件	大氣校正獲得的文件

正射校正部分（RPC Orthorectification Workflow）：

正射校正步驟：

說明	示例
在Toolbox中，啟動/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Workflow工具
Input File選擇上一步大氣校正后的文件，DEM File默認不變，點擊Next
Advanced面板中注意Output Pixel Size為4m
Export面板中在Out Filename中設置輸出名稱及路徑，點擊Finish，完成正射校正

正射校正結果一覽：

大氣校正后文件	正射校正后文件

多光譜影像處理總覽：

階段	示例
多光譜圖像
輻射定標后
大氣校正后
正射校正后

全色圖像（PAN）：

輻射定標部分（全色影像PAN一般無需大氣校正）：

輻射定標步驟：

說明	示例
1.在Toolbox中，打開/Radiometric Correction/Radiometric Calibration
2.選擇全色波段影像
3.由於多光譜FLAASH大氣校正的結果為擴大了10000倍的反射率數據，為了讓融合圖像效果好，需要將全色數據與多光譜數據的像元值變成一致。這里使用輻射定標工具將全色數據定標為大氣表觀反射率，並擴大10000倍。

輻射定標結果一覽：

輻射定標前：	輻射定標后：

正射校正：

正射校正步驟：

說明	示例
在Toolbox中，啟動/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Workflow工具
Input File選擇上一步輻射定標后的文件，DEM File默認不變，點擊Next
Advanced面板中注意Output Pixel Size為1m
Export面板中在Out Filename中設置輸出名稱及路徑，點擊Finish，完成正射校正

正射校正結果一覽：

正射校正前	正射校正后

圖像融合：

​ ENVI5.2版本中新增了NNDiffuse Pan Sharpening融合方法，該方法的融合結果對於色彩、紋理和光譜信息，均能得到很好保留，還具有很好的處理效率，並支持RPC虛擬定位和無地理空間坐標的圖像。為了得到更好的融合效果，對多光譜和全色影像有幾點要求：多光譜圖像中每個波段的波譜響應函數重疊度要求最小，全色波段的波譜范圍覆蓋所有多光譜的波譜范圍，另外，全色圖像的分辨率必須是多光譜的整數倍，最好是4倍。

​ 使用NNDiffuse方法對國產衛星影像融合時，有些影像覆蓋區域有大片水域或者濃密植被時，融合結果的藍色波段會偏藍。這種情況我們可以考慮使用Gram-Schmidt融合方法。使用Gram-Schmidt融合方法時，分兩種情況：沒有背景0值和有很多背景0值情況下（一般為整景影像時）。

NNDiffuse Pan Sharpening：

NNDiffuse Pan Sharpening工具要求輸入的多光譜和全色數據的空間分辨率是整數倍的（本例正射校正時分別將多光譜的全色的分辨率重采樣為4米和1米，就是為了方便該工具的使用）

說明	示例
在Toolbox中，啟動/Image Sharpening/NNDiffuse Pan Sharpening
低精度柵格：多光譜 高精度柵格：全色 設置輸出路徑

效果一覽

MSS	PAN	融合后：

Gram-Schmidt Pan Sharpening：

說明	示例
在Toolbox中，啟動/Image Sharpening/Gram-Schmidt Pan Sharpening
選擇低分辨率影像：MSS
選擇高分辨率影像：PAN
設置參數如圖，設置輸出路徑。點擊ok執行

效果一覽：

MSS
PAN
NNDiffuse_Pan_Sharpening
Gram_Schmidt_Pan_Sharpening