CHRIS数据基本特点以及预处理方法简介

PROBA(ProjectforOn-BoardAutonomy)是欧空局于2001年10月22日发射的新一代微卫星,为太阳同步轨道,轨道高度615km,倾角97·89°。星上搭载了3种传感器,即紧凑式高分辨率成像分光计CHRIS(CompactHighResolutionImagingSpectrometer)、辐射测量传感器SREM(radiationmeasurementsensor)、测量传感器DEBIE（debrismeasurementsensor）。其中：CHRIS作为一种成像装置，具有的成像模式多，光谱范围宽，分辨率高，同一地点5个不同角度成像的特点，为水质遥感监测提供了一个不可多得的数据源。这些优点不仅有利于生物量评估和生物健康状况的监测，而且对于植被或林地的冠层结构、密度、识别植物或林木种类方面也很有帮助。但CHRIS/PROBA数据本身被严重的条带噪声所污染,尤其是垂直条带噪声,因而去除条带噪声则成为使用CHRIS数据的首要与处理工作。对CHRIS影像进行去条带处理、辐射校正、大气校正等预处理,获得较好质量的影像,将为影像后期的进一步分析和实际应用提供保障。其中，去除条带方法,包括传统的矩匹配方法,新的迭代辐射纠正方法,校正因子法及比值法。各种方法的结果可以从两方面进行了比较、评定：定性的视觉效果及图像变换前后的定量的灰度偏移值。可将比较结果列成表格,从而挑选出最优秀的一种方法。CHRIS以推扫方式获取可见光----近红外光谱数据。CHRIS产品分两级Level0和Level1，L0是原始数据，仅用来生产L1产品。用户所使用的是L1产品，L1产品只有一种数据格式，即HDF（HierarchicalDataFormat），其特性见表：空间采样间隔/m天底点18——————————————————————————————————影像面积/km*km14*14影像数量/个5（不同角度）影像大小/km13*13（768*748pixels）每个影像大小/Mbit131像元格式BSQ光谱范围/nm400~~1050光谱波段数量空间分辨率为17m的18个波段，34m的62个波段光谱分辨率1.3nm@410nmto12nm@1050nm信噪比200预处理预处理预处理预处理过程：过程：过程：过程：去条带处理去条带处理去条带处理去条带处理,,,,校正校正校正校正((((辐射校正辐射校正辐射校正辐射校正,,,,大气校正大气校正大气校正大气校正,,,,正射校正正射校正正射校正正射校正),),),),具体的处理流程是具体的处理流程是具体的处理流程是具体的处理流程是::::去条带处理去条带处理去条带处理去条带处理::::频域低通滤波滤除高频部分的噪声频域低通滤波滤除高频部分的噪声频域低通滤波滤除高频部分的噪声频域低通滤波滤除高频部分的噪声,然后反变回空域获得去噪图像然后反变回空域获得去噪图像然后反变回空域获得去噪图像然后反变回空域获得去噪图像,但这类方法受阈值选取的限制但这类方法受阈值选取的限制但这类方法受阈值选取的限制但这类方法受阈值选取的限制,无法达到尽善尽美的地步无法达到尽善尽美的地步无法达到尽善尽美的地步无法达到尽善尽美的地步;另一类另一类另一类另一类是针对图像灰度值特征进行归一化和匹配方法是针对图像灰度值特征进行归一化和匹配方法是针对图像灰度值特征进行归一化和匹配方法是针对图像灰度值特征进行归一化和匹配方法,典型的有直方图匹典型的有直方图匹典型的有直方图匹典型的有直方图匹配、矩匹配方法配、矩匹配方法配、矩匹配方法配、矩匹配方法，，，，Mannhemi等采用校正因子法等采用校正因子法等采用校正因子法等采用校正因子法,Barducci等采用等采用等采用等采用应用比值法应用比值法应用比值法应用比值法,董广香等采用迭代拟合法对董广香等采用迭代拟合法对董广香等采用迭代拟合法对董广香等采用迭代拟合法对CHRIS数据进行去噪处理数据进行去噪处理数据进行去噪处理数据进行去噪处理,图像恢复较好，但难度较大。一般用图像恢复较好，但难度较大。一般用图像恢复较好，但难度较大。一般用图像恢复较好，但难度较大。一般用HDFclean进行简易操作。进行简易操作。进行简易操作。进行简易操作。水平噪声水平噪声水平噪声水平噪声总是出现在不同的波段和位置总是出现在不同的波段和位置总是出现在不同的波段和位置总是出现在不同的波段和位置,当这种水平噪声出现时当这种水平噪声出现时当这种水平噪声出现时当这种水平噪声出现时,只有部分数据损失只有部分数据损失只有部分数据损失只有部分数据损失,并维持正确的偶数像元值并维持正确的偶数像元值并维持正确的偶数像元值并维持正确的偶数像元值。。。。利用这种噪声的特点利用这种噪声的特点利用这种噪声的特点利用这种噪声的特点,很容易检测出带有这种噪声的行很容易检测出带有这种噪声的行很容易检测出带有这种噪声的行很容易检测出带有这种噪声的行,这是因为在所有行上这是因为在所有行上这是因为在所有行上这是因为在所有行上,总是有一总是有一总是有一总是有一个正确的值紧接着一个不正确的值；个正确的值紧接着一个不正确的值；个正确的值紧接着一个不正确的值；个正确的值紧接着一个不正确的值；垂直噪声垂直噪声垂直噪声垂直噪声在图像的每一条带的平均值中有明显的变化。在图像的每一条带的平均值中有明显的变化。在图像的每一条带的平均值中有明显的变化。在图像的每一条带的平均值中有明显的变化。辐射定标辐射定标辐射定标辐射定标:消除传感器自身引起的误差消除传感器自身引起的误差消除传感器自身引起的误差消除传感器自身引起的误差,通过给出一个联系通过给出一个联系通过给出一个联系通过给出一个联系DN值与辐射亮度值与辐射亮度值与辐射亮度值与辐射亮度L关关关关系的公式和一些参数。系的公式和一些参数。系的公式和一些参数。系的公式和一些参数。大气校正大气校正大气校正大气校正:用用用用6S模型效果较好。模型效果较好。模型效果较好。模型效果较好。ACORN是美国是美国是美国是美国ImSpecLLC公司开发的大气校正软件公司开发的大气校正软件公司开发的大气校正软件公司开发的大气校正软件,可以对波段范可以对波段范可以对波段范可以对波段范围围围围350~2500nm的高光谱和多光谱图像进行大气校正的高光谱和多光谱图像进行大气校正的高光谱和多光谱图像进行大气校正的高光谱和多光谱图像进行大气校正.但需要很多参但需要很多参但需要很多参但需要很多参数；数；数；数；正射校正正射校正正射校正正射校正:使用使用使用使用PCIGeomatica软件中的正射校正模块软件中的正射校正模块软件中的正射校正模块软件中的正射校正模块,该研究使用该研究使用该研究使用该研究使用的是的是的是的是SatelliteOrbitalModelling模型模型模型模型.由于由于由于由于PCI软件暂不支持软件暂不支持软件暂不支持软件暂不支持CHRIS数据数据数据数据,需要添加需要添加需要添加需要添加CHRIS数据。添加数据时需要数据。添加数据时需要数据。添加数据时需要数据。添加数据时需要CHRIS传感器及其轨传感器及其轨传感器及其轨传感器及其轨道信息参数道信息参数道信息参数道信息参数(AcrossTrackAngle,AlongTrackAngle,IFOV,Altitude,Period,ActualEccentricity,ActualInclination)以及图像的参数以及图像的参数以及图像的参数以及图像的参数(PixelSpacing,ApproxmiateSceneCenter),,传感器、轨道以及图像的参数分别从传感器、轨道以及图像的参数分别从传感器、轨道以及图像的参数分别从传感器、轨道以及图像的参数分别从CHRIS的官方网站和的官方网站和的官方网站和的官方网站和HDF格式的格式的格式的格式的CHRIS数据中获得数据中获得数据中获得数据中获得结论结论结论结论:利用遥感影像进行植被指数或水质参数的反演利用遥感影像进行植被指数或水质参数的反演利用遥感影像进行植被指数或水质参数的反演利用遥感影像进行植被指数或水质参数的反演,或是对遥感影像进行或是对遥感影像进行或是对遥感影像进行或是对遥感影像进行分类处理分类处理分类处理分类处理,影像的预处理是一个不可缺少的过程影像的预处理是一个不可缺少的过程影像的预处理是一个不可缺少的过程影像的预处理是一个不可缺少的过程,而且其处理结果的而且其处理结果的而且其处理结果的而且其处理结果的好坏直接关系到遥感影像的分析精度。好坏直接关系到遥感影像的分析精度。好坏直接关系到遥感影像的分析精度。好坏直接关系到遥感影像的分析精度。CHRIS数据特点数据特点数据特点数据特点:该数据文件包括传感器类型、数据所有权、目标名称、成像日期该数据文件包括传感器类型、数据所有权、目标名称、成像日期该数据文件包括传感器类型、数据所有权、目标名称、成像日期该数据文件包括传感器类型、数据所有权、目标名称、成像日期、、、、图图图图像序号、图像编号、目标经度、目标纬度、目标海拔、飞行天顶角像序号、图像编号、目标经度、目标纬度、目标海拔、飞行天顶角像序号、图像编号、目标经度、目标纬度、目标海拔、飞行天顶角像序号、图像编号、目标经度、目标纬度、目标海拔、飞行天顶角、、、、最小天顶角、太阳天顶角、飞行时间、图像中心时间、观察天顶角最小天顶角、太阳天顶角、飞行时间、图像中心时间、观察天顶角最小天顶角、太阳天顶角、飞行时间、图像中心时间、观察天顶角最小天顶角、太阳天顶角、飞行时间、图像中心时间、观察天顶角、、、、观察方位角观察方位角观察方位角观察方位角、、、、工作模式工作模式工作模式工作模式、、、、行数行数行数行数、、、、列数列数列数列数、、、、波段数波段数波段数波段数、、、、平台实际高度平台实际高度平台实际高度平台实际高度、、、、响应响应响应响应文件产生时间文件产生时间文件产生时间文件产生时间、、、、文件产生时间文件产生时间文件产生时间文件产生时间、、、、定标数据单位定标数据单位定标数据单位定标数据单位、、、、传感器温度传感器温度传感器温度传感器温度、、、、模板值模板值模板值模板值等元数据信息。等元数据信息。等元数据信息。等元数据信息。读取读取读取读取CHRIS数据有很多的现成软件数据有很多的现成软件数据有很多的现成软件数据有很多的现成软件,如如如如SpaceResearch的的的的HDFExplorer、、、、NCSA的的的的JHV、、、、ESRI的的的的NoeSys、、、、JPLofNASA的的的的WebWinds等等等等,而而而而ENVI虽可读取图像虽可读取图像虽可读取图像虽可读取图像,却不能读取头文件却不能读取头文件却不能读取头文件却不能读取头文件,通常使用通常使用通常使用通常使用HDFExplorer读读读读取取取取CHRIS的头文件的头文件的头文件的头文件,获得元数据获得元数据获得元数据获得元数据。。。。近些年来很多学者基于大气辐射传输模型对水体遥感图像进行大气校正[7,8],其中比较常用的大气辐射传输模型有6S[9,10]和MODTRAN[11]。一些商用软件在大气辐射传输模型计算基础上,集成了一些图像处理方法,实现遥感图像快速大气校正,比如基于MODTRAN的ACORN[12]、ATREM[13]、FLAASH[14]、和基于6S的REMS[15]水体：零度角最好，减少二向反射的影响，模式2CHRISL1数据共有5个成像模式:3、4、5模式主要为陆地成像,模式2为水成像,模式1则包括陆地与水成像。具体分类如下[3]:MODE1:全部列宽度,62个光谱段,波谱范围为773~1036nm,天底点地面分辨率34m;MODE2:水波段:全部列宽度,18个光谱段,天底点地面分辨率17m;MODE3:陆地波段:全部列宽度,18个光谱段,天底点地面分辨率17m;MODE4:叶绿素波段设置:全部列宽度,18个光谱段,天底点地面分辨率17m;MODE5:陆地波段:半列宽度,37个光谱段,天底点地面分辨率17m。CHRIS/PROBA