访问量： 353 次浏览
Landsat7 ETM+数据的增益设置及增益改变
本文就Landsat 7 ETM+的增益设置和数据的增益改变现象， 及相关的数据使用问题，做一简要介绍。
在美国的Landsat 7计划中，以建立并定期更新全球陆地卫星 存档数据库为目的，设计了长期数据获取计划(Long Term Acquisition Plan，即LTAP计划)，计划在5年内定期地获取 每一景无云的陆地图象数据。 为保证对地面数据的正常获取、 及对数据的充分利用，Landsat 7对ETM+传感器的信号处理部 分进行了重新设计，使其可以在两种状态下工作，即高增益状 态和低增益状态。从信号处理的角度讲，传感器的增益设置， 将影响到其输出信号的强度，在图象上将表现为象元亮度的变化。 LTAP计划对各波段增益做如下统一设置：
在了解了传感器的增益设置后，对数据的增益改变就很容易理解了。 当传感器某一波段的增益设置发生变化时，就表现出对应图象数据 的增益变化现象，即在图象上从某一行开始，象元的亮度值发生了 阶越性变化。如右图所示。
当传感器发生增益改变时，处理系统可自动判断增益改变的位置和 变化方式，并对增益改变后的数据进行相应的处理。但是，这种处 理将依然在图象上呈现出象元亮度值的阶越性 变化。对此有两种修正措施：
有增益改变现象数据的使用与正常数据的使用没有本质的差别， 特别是在消除了增益改变对图象亮度值的视觉影响后，可近似看 作正常数据。但要注意的是：在数据产品的头文件中并未对传感 器的增益改变做任何标记，因此在进行辐射值标定处理时，可考 虑使用未经修正的图象数据，并寻求相应的标定参数。
我们知道，Landsat 7下行数据有两个通道，分别记作格式1和 格式2。前文中提到，波段6在格式1时总设置为低增益(6L)， 在格式2时总设置为高增益(6H)，没有增益改变的问题。在数据使 用方面，用户可根据各自的研究区域和应用目的选择使用某一通道。
在Landsat 7快速格式产品的头文件辐射记录段中含有与辐射校正 有关的参数，用户可利用这些参数将图象象元的亮度值转换成地 物的辐射值或反射率。辐射记录段以“gains and biases in ascending band number order”开始，逐行、按波段顺序记录了 辐射校正有关的参数，每行中按bias、gain的顺序排列，其中bias 的单位是W/m2 . ster .μm，gain的单位是(W/m2 . ster . μm)/DN。 需要注意的是：在产品的头文件中仅记录了该产品各波段数据开始 时增益设置下的辐射校正参数；在波段6的头文件中则分别记录了两 种增益设置下(L、H)的辐射校正参数。
利用头文件中记录的辐射校正参数，用户可方便地计算出地物在大气 顶部的辐射亮度或反射率。计算式如下： L = gain * DN + bias r = πL ds2 / (E0 cosq) 其中：L是地物在大气顶部的辐射亮度，DN是象元值， gain和bias可从头文件中得到，r是地物反射率，ds是日地天文单位距离 ，E0太阳辐照度，q是太阳天顶角。 对热红外波段(6L和6H)，可用下列 公式计算地物的传感器温度(K。)： 其中：L6是由上式给出的地物在大气顶部的辐射亮度，K1和K2是计算常数， 分别为K1 = 666. 093 W/m2 . ster . μm，K2 =1282. 7108 K。。 延伸知识： Landsat-7数据的辐射标定精度： 根据ETM+仪器设计， 可保证在5年的设计寿命期内使辐射精度维持在+/-5% 的范围之内。它室是通过变更硬件设计、卫星发射前特性的确定、 在轨监测与标定程序、变更地面数据处理来实现的。 怎样利用“确定 的星历数据（definitive ephemeris）”来改进预处理：Level 1G ETM+ 数据产品的处理方法正在得到改进。不久将用“确定的星历数据” 来代替“预测的星历数据（predicted ephemeris）”进行ETM+数据的 几何校正，并把Lever lG产品与地图投影配准。这样Level 1G产品的地 理精度将得以大大提高。