高分五號02星於2021年9月7日成功發射，這顆衛星也被稱為高光譜觀測衛星，衛星搭載了一臺60公里幅寬、330譜段、30米解析度的可見短波紅外高光譜相機（AHSI），可見近紅外和短波紅外光譜解析度分別達到5奈米和10奈米。

本文件以一景L1級五號02星AHSI資料為例介紹其在ENVI5.6下（ENVI5.3.1及以上版本類似）的處理流程。包括資料開啟、輻射定標、FLAASH大氣校正以及正射校正等操作。

注：可訪問 envi.geoscene.cn/envi_license 獲取最新ENVI5.6.3軟體試用。

1處理流程

圖1   高分五號02星AHSI L1級資料預處理流程

流程說明：

• 通常情況下，高光譜資料普遍用於定量遙感的應用，輻射定標和大氣校正為必須進行的步驟。對於非定量的遙感應用，比如：土地利用型別分類、目視解譯等，大氣校正可以不做；
• AHSI L1級資料進行過輻射校正、壞像元修復、光譜校正等處理，沒有進行過系統幾何校正，通過自帶的RPC檔案並藉助經過地形矯正的Landsat8資料為參考影像可完成正射校正；
• 大氣校正和正射校正的先後順序對結果影響較小。

3詳細處理過程

請使用易智瑞公司遙感事業部開發的“中國國產衛星支援工具”高分五號02星資料。

建議使用ENVI App Store進行ENVI擴充套件工具的安裝與管理。

ENVI App Store下載地址：envi.geoscene.cn/appstore

• 在App Store找到中國國產衛星支援工具，點選安裝進行安裝。
• 重啟 ENVI即可。

或手動安裝擴充套件工具：

2.1資料開啟

（1）啟動ENVI；

（2）通過選單欄File -> Open As-> China Satellites ->GF-5B，在彈出的對話方塊，選擇xml檔案開啟資料。

軟體會自動將可見光-近紅外（VN）和短波紅外(SW)兩個影象檔案開啟，同時會自動將兩個影象檔案合併為330個波段的影象檔案，連同RPC和其他元資料檔案一併開啟。

圖2 開啟L1A級高分五號02星AHSI資料

2.2輻射定標

（1）在Toolbox中，選擇Radiometric Correction -> Radiometric Calibration

（2）在Radiometric Calibration引數設定面板中，直接點選Apply FLAASH Settings按鈕，其餘引數會自動調整為FLAASH大氣校正所要求的資料輸入格式；

（3）設定輻射定標結果輸出路徑和檔名；

（4）點選OK開始執行，定標結束後結果會自動載入到Data Manager中。

圖3 Radiometric Calibration引數設定面板

2.3大氣校正

大氣校正處理分別介紹利用兩種工具進行FLAASH大氣校正：擴充套件工具FLAASH Easy-to-Use和FLAASH大氣校正工具。

2.3.1 FLAASH Easy-to-Use

利用ENVI App Store安裝該工具，該工具為了更方便的使用FLAASH功能特意編寫易用版擴充套件工具，只需設定簡單幾個引數即可完成複雜的大氣校正處理，核心還是FLAASH工具。

• 在Toolbox中，選擇/Radiometric Correction/Atmospheric Correction Module/FLAASH Easy-to-Use。設定如下引數：
• Input Radiance Raster：輸入輻射亮度值影象。

注：該工具對輸入資料要求：

• 與FLAASH工具要求一致。輻亮度資料（最好使用Radiometric Calibration 工具定標，設定 Apply FLAASH Setting）
• 要求包含拍攝時間資訊
• 要求包含波長資訊
• 高光譜資料要求包含FWHM資訊
• Scale Factor：輻射亮度值單位換算。
• Aerosol Model：氣溶膠模型。
• Initial Visibility(km)：初始能見度。根據影像獲取時大氣情況設定，如果氣溶膠無法反演時(K-T，需要短波紅外波段)，該值將作為初始值參與大氣校正。
• Use Tiled Processing：是否採用分塊處理。預設為Yes，如果計算機實體記憶體較大推薦不進行分塊處理。分塊大小（Tile Size）可根據計算機記憶體情況確定，可設定為安裝記憶體的75%，
• 點選OK執行。

圖4 FLAASH Easy-to-Use引數面板

2.3.2 FLAASH大氣校正工具

第一步：FLAASH大氣校正

• 在Toolbox中，開啟/Radiometric Correction/Atmospheric Correction Module/FLAASH Atmospheric Correction工具，彈出FLAASH Atmospheric Correction Model Input Parameters引數設定面板。
• 在基本引數設定面板中，上面部分主要用於設定資料輸入輸出：
• Input Radiance Image：選擇上一步輻射定標後的結果；
• Radiance Scale Factors：選擇Use single scale factor for all bands，數值保持預設1

注：原始輻射定標結果的單位為W·m^-2·sr^-1·μm^-1，FLAASH要求輸入輻亮度資料的單位為μW·cm^-2·sr^-1·nm^-1，二者正好相差10倍，在做輻射定標時我們已經做了Scale Factor單位轉換，故保持預設即可；

• Output Reflectance File：設定經大氣校正後的地表反射率資料輸出路徑及檔名；
• Output Directory for FLAASH Files：校正過程中生成其他檔案的儲存路徑，預設在當前使用者系統臨時資料夾下，如果該資料夾沒有許可權或所在磁碟空間不足，建議修改至其他磁碟，否則會出現程式碼為102的錯誤）；
• Rootname for FLAASH Files：輸出檔名字首，可不填。

至此，上面部分引數已經設定完畢，中間部分主要用於設定影像和感測器相關引數，大部分為自動獲取，這裡只需要設定不能自動獲取引數：

• Sensor Altitude(km)：感測器高度，705km（ENVI預設不會自帶填入，手動輸入即可）；
• Ground Elevation(km)：影像對應區域地面平均高程，注意單位是km；
• Pixel Size(m)：像元大小，30m；

中間部分已經設定完畢，最下部為大氣模型及氣溶膠反演相關引數設定：

• Atmospheric Model：大氣模型，一般根據影像中心緯度和獲取月份確定，需藉助幫助文件完成；
• Water Retrieval：是否進行水汽反演，選擇Yes，此時下方Water Absorption Feature選項啟用，有1135/940/820nm三個選項可選，推薦選擇1135nm。此處保持預設；
• Aerosol Model：氣溶膠模型，有Rural、Urban、Maritime和Tropospheric四個選項可選；
• Aerosol Retrieval：氣溶膠反演方法，使用暗像元反射比模型估算影像氣溶膠含量和平均能見度，有None、2-Band(K-T)和2-Band Over Water三個選項可選。本例子選擇了VNSW波段，可選擇2-Band(K-T)；
• Initial Visibility(km)：初始能見度。根據影像獲取時大氣情況設定，如果氣溶膠無法反演時，該值將作為初始值參與大氣校正，此處保持預設即可；
• Spectral Polishing：光譜平滑。保持預設Yes；
• Width (number of bands)：光譜平滑視窗大小。數值越大，輸出反射率資料光譜越平滑，奇數值較偶數值計算效率略高。此處保持預設。
• Wavelength Recalibration：輸入波長校準。AVIRIS、HYDICE、HyMap、HYPERION、 CASI和AISA感測器ENVI會自動校準，其他高光譜感測器需要提供額外的光譜儀定義檔案。此處保持預設No。

至此，基本引數面板全部設定完畢，設定結果如圖所示：

圖5 FLAASH大氣校正基本引數設定面板

• 高光譜引數設定面板，用來設定水汽和氣溶膠反演通道：
• 在基本引數設定面板底部，點選Hyperspectral Settings…，開啟高光譜引數設定面板；
• Select Channel Definitions by：通道引數來源。這裡我們保持預設設定Automatic Selection即可，FLAASH自動選擇通道定義，通道定義由FLAASH根據資料的光譜特徵自動分配。

高階引數設定面板：

• 在基本引數設定面板中，點選右下角Advanced settings…，開啟高階引數設定面板；

左方引數框中的引數一般保持預設即可，對於右側引數框中的引數：

• Use Tiled Processing：是否採用分塊處理。預設為Yes，如果計算機實體記憶體較大推薦不進行分塊處理。分塊大小（Tile Size）可根據計算機記憶體情況確定，可設定為安裝記憶體的75%，預設為100M或者大於Classic中設定的快取大小（Cache Size）。對於包含許多0值的影像，分塊大小不易設定太小，避免出現分塊像元值全為0而報錯。此處選擇No，不進行分塊（計算機實體記憶體8G以上一般可選擇）；
• 其他引數保持預設即可，引數設定完畢後點擊OK。
• 在基本引數設定面板中，點選左下角Apply按鈕，彈出FLAASH Atmospheric Correction面板，顯示處理進度。處理結束後，會彈出一個簡單的統計面板，說明大氣校正結束。

圖6 FLAASH大氣校正結果面板

校正後的地表反射率資料存放在設定的Output Reflectance File路徑下，其他結果檔案存放在設定的Output Directory for FLAASH Files路徑下。

第二步：結果檢視

大氣校正結果是否正確可通過檢視典型地物波譜曲線進行，一般選擇檢視植被波譜曲線。具體操作如下：

• 在Data Manager中，選擇FLAASH大氣校正結果，右鍵選擇Load CIR以標準假彩色合成方式載入顯示；
• 在工具欄中，點選 圖示或使用快捷鍵Alt + Z，彈出Spectral Profile面板，顯示檢視中心畫素光譜曲線；
• 在Layer Manager中，選擇輻射定標資料圖層，再次點選工具欄上 圖示，開啟另一個Spectral Profile面板；
• 移動檢視視窗中的定位框，選擇植被覆蓋較密的像元，檢視大氣校正前後該像元處的光譜曲線。定位像元處植被前後光譜曲線如下圖所示，可以看到FLAASH大氣校正基本消除了大氣的影響；
• 同理，可多檢視幾個不同區域植被像元大氣校正前後的光譜曲線。

圖7 FLAASH大氣校正前後植被光譜曲線對比（左-大氣校正前，右-大氣校正後）

大氣校正後的波譜曲線有幾個波段是“斷開”的，是因為Flaash大氣校正後的結果會標識幾個水汽影響波段為“bad bands”，實際這幾個波段在原始影象中的畫素值也都為0.

2.4正射校正

高分五號02星AHSI L1級包括了RPC檔案，在經過了輻射定標、大氣校正等處理後，ENVI仍可以最大程度的保持元資料資訊，會自動將RPC嵌入處理結果中（hdr標頭檔案中）。在Layer Manager中，大氣校正結果檔案上點選右鍵選擇View Metadata，開啟元資料檢視面板。可以看到RPC資訊。

下面對大氣校正的結果進行RPC正射校正。可選擇流程化正射校正（/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Workflow）或者基於參考影像正射校正（/Geometric Correction /Orthorectification/RPC Orthorectification Using Reference Image）。

    本例子使用Landsat8作為參考影像，如下圖為兩個資料疊加顯示結果，可以看到有不小的偏差。

圖8 兩個資料的疊加顯示（小視窗顯示的為Landsat影像）

• 開啟/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Using Reference Image，開啟基於基準影像的RPC正射校正工具；在面板上進行資料讀寫和引數設定：
• Input Raster：選擇上一步得到的大氣校正結果；
• Input Reference Raster：具有準確地理位置資訊的參考影像。這裡選擇選擇覆蓋該區域的Landsat8影象全色波段；
• Input DEM Raster：這裡使用全球200米解析度的DEM；
• DEM Is Height Above Ellipsoid：DEM資料是否是橢球高。這裡使用全球200米解析度的DEM，則按照預設No。
• Requested Number of GCPs：50，需要採集的控制點最大數量；
• Search Windows Size：551,搜尋視窗大小，理論視窗越大，找點精度越高，時間越長。
• Output Coordinate System：可選項，如果不設定，則輸出的正射校正結果是UTM-WGS84座標系的；
• Output Pixel Size：X：30，Y：30。

注：輸出像元大小為可選項，如果不設定，則輸出的像元大小為根據RPC自動計算的平均像元大小，建議手動設定輸出資料的解析度。

• Image Resampling：重取樣方法，預設雙線性內插Bilinear；
• Grid Spacing：畫素柵格間距。保持預設10；這個值越大，校正速度越快，精度越低。
• Output Raster：正射校正結果輸出路徑及檔名。軟體會自動設定，可手動修改；
• Output GCPs：控制點檔案輸出路徑及檔名，軟體會自動設定，可手動修改；
• 引數設定好之後，點選OK開始執行。

注：如果有多個數據需要處理，ENVI5.6（需要單獨安裝Geospatial Services Framework——GSF）提供後臺並行處理功能，在RPC Orthorectification Using Reference Image面板左下角點開三角形按鈕點選Run Task in the Background。

圖9  RPC Orthorectification Using Reference Image引數設定面板

分別顯示正射校正後的結果以及基準影像，開啟透視視窗，進行對比檢視。

圖10  對比檢視正射校正影像與參考影像位置配準情況

在Toolbox中，開啟/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Workflow工具，可以將前面自動生成的控制點檔案匯入，檢視自動尋找的控制點精度。