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陆地卫星 - 计算大气顶部的辐射率或反射率和温度
陆地卫星 MSS/TM/ETM+/OLI

关键词

图像、辐射转换、辐射、反射、亮度温度、Landsat、
大气校正

概要

陆地卫星
陆地卫星 - 帮帮我
陆地卫星 [-RNP] 输入=基本名 产量=基本名 [文件=姓名[传感器=绳子]
[方法=绳子[日期=YYYY-MM-DD[太阳高度=浮动[产品日期=YYYY-MM-DD]
[获得=绳子[百分=浮动[像素=整数[瑞利=浮动]
[卫星通信网=绳子[,绳子,...]] [规模=浮动] [--覆盖] [--帮助] [--详细]
[--安静] [--ui]

标志：
-r
输出传感器处的辐射而不是所有波段的反射

-n
输入栅格地图使用波段号而不是代码作为扩展名

-p
打印输出元数据信息

--覆盖
允许输出文件覆盖现有文件

- 帮帮我
打印使用摘要

--详细
详细模块输出

- 安静的
静音模块输出

--用户界面
强制启动 GUI 对话框

参数：
输入=基本名 [必需的]
输入栅格波段的基本名称
示例：'B.' 对于 B.1、B.2、...

产量=基本名 [必需的]
输出栅格地图的前缀
示例：'B.toar.' 生成 B.toar.1, B.toar.2, ...

文件=姓名
Landsat 元数据文件的名称（.met 或 MTL.txt）

传感器=绳子
航天器传感器
仅在未提供“metfile”时才需要（建议出于理智考虑）
选项： mss1， mss2， mss3， mss4， mss5， tm4， tm5， tm7， oli8
mss1：Landsat-1 MSS
mss2：Landsat-2 MSS
mss3：Landsat-3 MSS
mss4：Landsat-4 MSS
mss5：Landsat-5 MSS
tm4：Landsat-4 TM
tm5：Landsat-5 TM
tm7：Landsat-7 ETM+
oli8：Landsat_8 OLI/TIRS

方法=绳子
大气校正方法
大气校正方法
选项： 未修正， DOS1， DOS2， dos2b， DOS3， DOS4
默认： 未修正

日期=YYYY-MM-DD
图像采集日期（yyyy-mm-dd）
仅当未给出“metfile”时才需要

太阳高度=浮动
以度为单位的太阳高度
仅当未给出“metfile”时才需要

产品日期=YYYY-MM-DD
图像创建日期 (yyyy-mm-dd)
仅当未给出“metfile”时才需要

获得=绳子
所有 Landsat ETM+ 频段的增益 (H/L) (1-5,61,62,7,8)
仅当未给出“metfile”时才需要

百分=浮动
路径辐射中太阳辐射的百分比
仅当“方法”是任何 DOS 时才需要
默认： 0.01

像素=整数
将数字视为暗物体的最小像素
仅当“方法”是任何 DOS 时才需要
默认： 1000

瑞利=浮动
瑞利大气（漫天辐照度）
仅当“方法”为 DOS3 时才需要
默认： 0.0

卫星通信网=字符串[,字符串……]
为给定元数据存储的返回值
仅当给出 'metfile' 和 -p 时才需要
选项： 数， 创建， 日期， 太阳升降机， 传感器， 乐队 苏纳兹， 次
数: 陆地卫星编号
创建: 创建时间戳
日期：日期
太阳高度: 太阳高度
传感器： 传感器
带: 波段数
苏纳兹: 太阳方位角
次： 时间

规模=浮动
输出的比例因子
默认： 1.0

商品描述

陆地卫星 用于转换经过校准的 Landsat 影像数字数
大气顶部辐射或大气顶部反射率和温度的产品
（传感器 TM 和 ETM+ 的频段 6）。 可选地，它可用于计算
具有大气校正的地表辐射或反射率（DOS 方法）。

通常，要这样做，生产日期、采集日期和太阳高度是
需要。 此外，对于 Landsat-7 ETM+ 还需要九个的增益（高或低）
各自的频段。

可选（推荐），可以从元数据文件（.met 或 MTL.txt）中读取数据
所有 Landsat MSS、TM、ETM+ 和 OLI/TIRS。 但是，如果给定太阳高度值
元数据文件的 被覆盖。 当 .met 文件中的数据为
不正确或不准确。 此外，如果在
元数据文件，然后使用命令行值。

注意: 输入栅格中的任何空值或小于 QCALmin 的值在
输出栅格，它不包含在方程中。

裸眼 在传感器 价值观 （方法=未更正， 默认）

标准几何和辐射校正导致校准数字
(QCAL = DN) 图像。 为了进一步标准化照明几何的影响，QCAL
图像首先转换为传感器处的辐射，然后转换为传感器处的反射率。
热带首先从 QCAL 转换为传感器处辐射，然后转换为有效
以开尔文度为单位的传感器处温度。

辐射校准将 QCAL 转换为 在传感器 辐射, 辐射量
使用以下公式以 W/(m² * sr * µm) 为单位测量：

· 增益 = (Lmax - Lmin) / (QCALmax - QCALmin)

· 偏置 = Lmin - 增益 * QCALmin

· 辐射 = 增益 * QCAL + 偏置
哪里， IMAX 和 最小 是校准常数，和 QCAL最大值 和 QCAL最小值 是
QCAL 中重新调整的辐射范围的最高点和最低点。

然后，计算 在传感器 反射率 方程是：

· sun_radiance = [Esun * sin(e)] / (PI * d^2)

· 反射率 = radiance / sun_radiance
哪里， d 是以天文单位表示的地日距离， e 是太阳高度角，
和 易顺 是以 W/(m² * µm) 为单位的平均太阳大气外辐照度。

简体 表面 价值观 （方法=dos[1-4]）

大气校正和反射校准消除了路径辐射，即
来自大气的杂散光，以及太阳光照的光谱效应。 输出
这些简单的 表面 辐射 和 表面 反射率，方程是（不为
热带）：

· sun_radiance = TAUv * [Esun * sin(e) * TAUz + Esky] / (PI * d^2)

· radiance_path = radiance_dark - 百分比 * sun_radiance

· 辐射率 = (at-sensor_radiance - radiance_path)

· 反射率 = radiance / sun_radiance
哪里， 百分 是介于 0.0 和 1.0（通常为 0.01）之间的值， ESKY 是漫天的天空
辐照度， TAUz 是从太阳到地球的路径上的大气透射率
地面，和 TAU 是从地面沿路径的大气透射率
表面到传感器。 辐射暗 是从最暗处计算的传感器处辐射亮度
对象，即整个图像具有最少“dark_parameter”（通常为 1000）像素的 DN。
这些值是，

· DOS1：TAUv = 1.0，TAUz = 1.0 和 Esky = 0.0

· DOS2：TAUv = 1.0，Esky = 0.0，TAUz = sin(e) 对于所有具有最大波的波段
长度小于 1。（即频段 4-6 MSS、1-4 TM 和 1-4 ETM+）其他频段 TAUz =
1.0

· DOS3：TAUv = exp[-t/cos(sat_zenith)]，TAUz = exp[-t/sin(e)]，Esky = rayleigh

· DOS4：TAUv = exp[-t/cos(sat_zenith)]，TAUz = exp[-t/sin(e)]，Esky = PI *
辐射暗
注意: 输出辐射保持不变（即当它为负时不设置为 0.0）然后
它们可能是负值。 但是，输出反射率设置为 0.0 时
得到负值。

附注

输出栅格像元值可以用 规模 参数（例如，100 英寸
使用反射输出的情况 i.gensigset).

On 陆地卫星一号 元数据 文件
NASA 报告了 Landsat 数据的 L1G 元数据文件 (LDCM-DFCB-004.pdf) 的结构
连续性任务（即 Landsat-8）。

NASA 在 MIN_MAX_RADIANCE 组中保留了转换数字所需的必要信息
辐射值中的数字 (DN)。 然后， 陆地卫星 替换可能的标准
值与元数据值。 结果与元数据报告的值匹配
RADIOMETRIC_RESCALING 组中的文件。

此外，美国国家航空航天局 (NASA) 报告所有波段的最大-最小值和
增益偏置值。 奇怪的是，所有波段都具有相同的反射范围。 还，
他们在网页中写道，直接从 DN 计算反射率，首先是
RADIOMETRIC_RESCALING 值和秒除以 sin(sun_elevation)。

这是一个简单的重新缩放

· 反射率 = 辐射率 / sun_radiance = (DN * RADIANCE_MULT + RADIANCE_ADD) /
太阳光辉

· 现在反射率 = DN * REFLECTANCE_MULT + REFLECTANCE_ADD

· 然后 REFLECTANCE_MULT = RADIANCE_MULT / sun_radiance

·和REFLECTANCE_ADD = RADIANCE_ADD / sun_radiance

当我们需要 ESUN 值（未提供）来计算 sun_radiance 和
操作系统。 我们假设 REFLECTANCE_MAXIMUM 对应于 RADIANCE_MAXIMUM，那么

· REFLECTANCE_MAXIMUM / sin(e) = RADIANCE_MAXIMUM / sun_radiance

· Esun = (PI * d^2) * RADIANCE_MAXIMUM / REFLECTANCE_MAXIMUM
哪里 d 是元数据文件提供的或在内部计算的地-日距离
程序。

陆地卫星 恢复 NASA 重新调整以继续使用 Lmax、Lmin 和 Esun
用于计算将 DN 转换为辐射率和辐射率转换为反射率的常数的值
“传统”方程和简单的大气校正。 注意: 最大时
未提供值， 陆地卫星 尝试计算 Lmax、Lmin 和 Esun
RADIOMETRIC_RESCALING（在测试中结果相同）。

校准 常数
在详细模式下（标志 --详细)，程序写入基本卫星数据和
转换中使用的参数。

生产日期不是一个准确的值，但有必要应用正确的校准
在日期中更改的常量：

· Landsat-1 MSS：从不

· Landsat-2 MSS：16年1975月XNUMX日

· Landsat-3 MSS：1年1978月XNUMX日

· Landsat-4 MSS：26年1982月1日和1983年XNUMX月XNUMX日

· Landsat-4 TM：1年1983月15日和1984年XNUMX月XNUMX日

· Landsat-5 MSS：6年1984月9日和1984年XNUMX月XNUMX日

· Landsat-5 TM：4年2003月2日和2007年XNUMX月XNUMX日

· Landsat-7 ETM+：1 年 2000 月 XNUMX 日

· Landsat-8 OLI/TIRS：2013年发射

示例

元数据 文件 例子
将波段栅格 7_203、30.1_203 [...] 中 Landsat-30.2 ETM+ 的数字数字转换为
输出文件 203_30.1_toar、203_30.2_toar [...] 和
输出文件 293_39.61_toar 和 293_39.62_toar 中的传感器处温度：
i.landsat.toar 输入=203_30。 输出=_toar \
数据文件=p203r030_7x20010620.met
or
i.landsat.toar 输入=L5121060_06020060714。 \
输出=L5121060_06020060714_toar \
数据文件=L5121060_06020060714_MTL.txt
or
i.landsat.toar 输入=LC80160352013134LGN03_B 输出=toar \
metfile=LC80160352013134LGN03_MTL.txt sensor=oli8 date=2013-05-14

操作系统1 例子
使用 DOS1 将 DN 转换为反射率：
# 重命名频道或制作副本以匹配 i.landsat.toar 的输入方案：
g.copy raster=lsat7_2002_10,lsat7_2002.1
g.copy raster=lsat7_2002_20,lsat7_2002.2
g.copy raster=lsat7_2002_30,lsat7_2002.3
g.copy raster=lsat7_2002_40,lsat7_2002.4
g.copy raster=lsat7_2002_50,lsat7_2002.5
g.copy raster=lsat7_2002_61,lsat7_2002.61
g.copy raster=lsat7_2002_62,lsat7_2002.62
g.copy raster=lsat7_2002_70,lsat7_2002.7
g.copy raster=lsat7_2002_80,lsat7_2002.8
使用 DOS1 计算 DN 的反射率值（元数据来自
p016r035_7x20020524.met.gz）：
i.landsat.toar 输入=lsat7_2002。 输出=lsat7_2002_toar。 传感器=tm7 \
方法=dos1 日期=2002-05-24 sun_elevation=64.7730999 \
product_date=2004-02-12 增益=HHHLHLHHL
生成的 Landsat 频道名称为 lsat7_2002_toar.1 .. lsat7_2002_toar.8。

参考文献：

· Chander G.、BL Markham 和 DL Helder，2009 年：环境遥感，
飞行。 113

· Chander GH 和 B. Markham，2003 年。：IEEE 地球科学和远程学报
传感，卷。 41，没有。 11.

· 查韦斯 PS, jr. 1996. 基于图像的大气校正 - 重新审视和
改进。 摄影测量工程与遥感 62（9）：1025 1036。

· Huang 等人：At-Satellite Reflectance, 2002: A First Order Normalization Of
Landsat 7 ETM+ 图像。

· R. Irish：Landsat 7。科学数据用户手册。 17 年 2007 月 15 日； 2011 年 XNUMX 月 XNUMX 日。

· Markham BL 和 JL Barker，1986 年：Landsat MSS 和 TM 校准后动态
范围、大气层外反射率和卫星温度。 EOSAT陆地卫星
技术说明，第 1 号。

· Moran MS、RD Jackson、PN Slater 和 PM Teillet，1992：遥感
环境，卷。 41.

· Song 等人，2001 年：使用 Landsat TM 数据进行分类和变化检测，当
以及如何校正大气效应？ 环境遥感，卷。 75.

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