遙感圖像處理曲靖市Landsat8遙感影像 植被覆蓋反演

1、遙感圖像處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：曲靖市Landsat8遙感影像 植被覆蓋度反演 姓名：_ _ 學(xué)號(hào)： 專(zhuān)業(yè)：_地理科學(xué)_ _ 教師： 日期：_2017年3月15日_ 曲靖師范學(xué)院城市學(xué)院1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶?yáng)輻射通過(guò)大氣以某種方式入射到物體表面然后再反射回傳感器，由于大氣氣溶膠、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(yáng)的信息等信息的綜合。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(yáng)的信息中分離出來(lái)，這就需要進(jìn)行大氣校正過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)以曲靖市的一景Landsat 8遙感影像為數(shù)據(jù)源，利用ENVI大氣校正擴(kuò)展模塊（ FLAASH）進(jìn)行大氣校正，并對(duì)比分析

2、大氣校正前后植被、水體、土壤、裸巖等典型底物的光譜特征差異，為后續(xù)定量遙感的應(yīng)用奠定一定的基礎(chǔ)。2、 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1.軟件準(zhǔn)備：ENVI 5.3.12.數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：遙感數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)3、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程（一） 遙感影像數(shù)據(jù)的輻射定標(biāo)Landsat8數(shù)據(jù)和其他TM 數(shù)據(jù)類(lèi)似，發(fā)布的數(shù)據(jù)標(biāo)示 L1T，做過(guò)地形參與的幾何校正，一般情況下可以直接使用而不需要做幾何校正。為了利用其豐富的波段光譜信息，我們需要進(jìn)行輻射定標(biāo)處理，將原始圖像上的DN值轉(zhuǎn)為反射率。1.使用ENVI5.1下的通用定標(biāo)工具Radiometric Calibration進(jìn)行Landsat8的輻射定標(biāo)。打開(kāi)全波段文件，選擇MultiSpectra

3、l多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)，定標(biāo)的范圍可縮小為ROI區(qū)域。（1）.定標(biāo)參數(shù)設(shè)置。 為后續(xù)的FLAASH大氣校正做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，單擊Apply FLAASH Settings得到相應(yīng)的參數(shù)。然后點(diǎn)擊OK輸出結(jié)果。輻射定標(biāo)后的結(jié)果：通過(guò)定標(biāo)之后的影像DN值可靠。其中，底下的Data值為定標(biāo)前影像的像元值，上面的Data值為定標(biāo)后影像的像元值。且定標(biāo)前影像的數(shù)據(jù)類(lèi)型為無(wú)符號(hào)16位整型，定標(biāo)后影像為浮點(diǎn)型輻亮度值。（二）遙感影像的大氣校正Flassh大氣校正，大氣校正的意義在于去除一些大氣的干擾，首先，在Envi中打開(kāi)Flaash大氣校正工具，Toolbox/Radiometric Correction/FLA

4、ASH Atmospheric Correction，(1).Input Radiance Image：打開(kāi)輻射定標(biāo)結(jié)果數(shù)據(jù),要求為BIL存儲(chǔ)格式，這時(shí)會(huì)彈出Radiance Scale Factor對(duì)話框，它的作用是在單位未知的輻亮度值與浮點(diǎn)型輻亮度值之間做轉(zhuǎn)換，并且Scale Factor=浮點(diǎn)型或整型亮度圖像（單位未知）/ 浮點(diǎn)型輻射亮度。(2).Output Reflectance File：設(shè)置輸出FLAASH大氣校正結(jié)果的路徑；(3).Output Directory for FLAASH Files：設(shè)置輸出FLAASH校正文件的路徑； (

5、4).Scene Center Location：自動(dòng)獲取； (5).Sensor Type：Landsat-8 OLI；Sensor Altitude:自動(dòng)讀??；Pixel Size:自動(dòng)讀??；(6).Ground Elevation: 2.135KM。利用全球900米分辨率DEM數(shù)據(jù)，首先，點(diǎn)出 Rejion of Interest (ROI) Tool工具，用不規(guī)則多邊形劃一個(gè)封閉的多邊形并保存。然后導(dǎo)入全球900米分辨率DEM數(shù)據(jù)：Open World Data ->Elevation（GMTED2010）；在Toolbox下選擇Statistics->Compute

6、60;Statistics，打開(kāi)Compute Statistics輸入文件對(duì)話框，選擇GMTED2010.jp2數(shù)據(jù)。最后用“Date Manager”加載已經(jīng)保存好的ROI,點(diǎn)擊Rejion of Interest (ROI) Tool 中的“計(jì)算”，就能得出最后的計(jì)算結(jié)果2135.566m。(7).Flight data/Flight Time：從原始數(shù)據(jù)“.txt”中找到。（8）.Atmospheric Model：Mid-Latitude Summer（根據(jù)成像時(shí)間和緯度信息選擇）,此次成像時(shí)間是5月，所以選擇Mid-Latitude Summer。（9）.Aerosol Model

7、：Rural; （10）.Aerosol Retrieval：2-band（K-T）； 在Multispectral Settings多光譜設(shè)置里，K-T變換選項(xiàng)中，Defaults下拉框：Over-Land Retrieval Standard(660:2100);Filter Function File:選擇landsat8_oli.sli波譜響應(yīng)函數(shù)；11) 其他參數(shù)按照默認(rèn)設(shè)置即可。大氣校正結(jié)果：下圖是建筑的反射波普曲線，從中可看出（注：左邊是未校正的影像，右邊是校正好的），校正后的基本去除了空氣中水汽顆粒等因子的影響，下圖是植被的反射波普曲線，左邊是未校正的影像，右邊是校正好的，校正

8、后的植被反射波普在4波段以前反射很低，主要集中在4-7波段。下圖是植被的反射波普曲線，左邊是校正好的影像，右邊是未校正好的，大致可以看出大氣校正后消除了大氣散射的影響。下圖是水體的反射波普曲線，左邊是未校正的影像，右邊是校正好的，從圖中可以看出，校正后的影像，水體反射波普曲線從1波段到7波段，反射值不斷降低。已經(jīng)消除了空氣中水汽等的影響。從上述的波譜對(duì)比曲線中可以看出，經(jīng)過(guò)FLAASH校正的影像基本去除了空氣中水汽顆粒等因子的影響，植被、建筑、水體的波譜曲線趨于正常。（三）去除異常值1.利用波段運(yùn)算對(duì)紅波段和近紅外波段進(jìn)行去除異常值處理在Band Math對(duì)話框的Enter an expres

9、sion 中輸入(b1 lt 0)*0+(b1 gt 10000)*0+(b1 ge 0 and b1 le 10000)*b1 點(diǎn)擊Add to List 添加到Previous Band Math Expression 中，選中該公式，點(diǎn)擊OK，在Variables to Bands Pairings對(duì)話框中選擇紅色波段，選擇存儲(chǔ)位置，點(diǎn)擊OK。通過(guò)直方統(tǒng)計(jì)查看結(jié)果用同樣的方法對(duì)近紅外波段去除異常值，并查看結(jié)果。2.將去除異常值的紅波段和近紅外波段進(jìn)行組合（layer stracking）3. 計(jì)算NDVI并獲取閾值點(diǎn)擊Toolbox工具箱中Spectral/Vegetation/NDVI

10、,彈出NDVI Calculation Input File對(duì)話框，選擇已經(jīng)做好的影像作為輸入圖像。在NDVI Calculation Parameters中的Input File Type 中選擇landsat OLI，NDVI的紅色波段填2，近紅外波段填1。加載提取好的邊界（鑲嵌數(shù)據(jù)集）新建ROI>file>import vector提取好的邊界>在roi中直接統(tǒng)計(jì)（computer statistics）>file>Export to text file用ROI中的不規(guī)則多邊形把影像全部畫(huà)下來(lái)。點(diǎn)擊Compute Statistics 進(jìn)行計(jì)算，下面我們分析

11、統(tǒng)計(jì)結(jié)果，取一定置信度獲取最大最小NDVI值。置信區(qū)間為5%-95%，將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)加到EXCEL中找到5%和95%所對(duì)應(yīng)的值，分別是最小值0.262745和最大值0.835294。4. 植被覆蓋度的計(jì)算公式如下：4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 覆蓋度分類(lèi)結(jié)果：我們?cè)俨榭唇Y(jié)算結(jié)果，可以看到波段最小值由剛才的-1變?yōu)?。2.覆蓋度分類(lèi)（密度分割）（1）對(duì)反演后的影像進(jìn)行裁剪，將背景值改為-1 Toolbox > regions of interest > subset data from rois（2）在裁剪后的影像的圖層上點(diǎn)擊右鍵，選擇New raster color slice,點(diǎn)擊清除按鈕，

12、添加自己所需區(qū)間并設(shè)置顏色，單擊OK分類(lèi)結(jié)果：5、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)（1）.在輻射定標(biāo)中，定標(biāo)參數(shù)設(shè)置中，要單擊Apply FLAASH Settings得到相應(yīng)的參數(shù)，不然，在后面的大氣校正中中找不到相應(yīng)文件。（2）. 在Radiance Scale Factor對(duì)話框中，它的作用是在單位未知的輻亮度值與浮點(diǎn)型輻亮度值之間做轉(zhuǎn)換，并且Scale Factor=浮點(diǎn)型或整型亮度圖像（單位未知）/ 浮點(diǎn)型輻射亮度。當(dāng)各波段的輻亮度單位不一致時(shí)，選擇第一項(xiàng)，否則選擇第二項(xiàng)，因做輻射定標(biāo)時(shí)已經(jīng)使縮放系數(shù)符合Flaash校正要求，因此此處的縮放系數(shù)為默認(rèn)值1。（3）.

13、在確定Ground Elevation的時(shí)候，如果利用ENVI自帶的全球900米分辨率DEM數(shù)據(jù)計(jì)算，算出的高程為2.107千米，和實(shí)際的2.135相比，出現(xiàn)了錯(cuò)誤。（4）. 選擇氣溶膠模型（Aerosol Model）時(shí)，沒(méi)有城市和工業(yè)影響的地區(qū)選擇Rural（鄉(xiāng)村）；混合80%鄉(xiāng)村和20%煙塵氣溶膠選擇Urban（城市），該模型適合高密度城市或工業(yè)地區(qū)；平靜、干凈條件下（能見(jiàn)度大于40km，即晴朗天氣）的陸地，只包含微小成分的鄉(xiāng)村氣溶膠時(shí)選擇Tropospheric（對(duì)流層）；由此可見(jiàn)，氣溶膠模型的選擇與城市、工業(yè)影響程度有關(guān)。（5）.利用ENVI軟件對(duì)landsat8影像進(jìn)行輻射