ENVI下环境二号卫星16米相机图像处理

环境减灾二号A、B卫星（简称环境二号卫星，简写HJ-2A /B）于2020年9月27日发射成功并于今年交付使用。每颗卫星配置有4类光学载荷：16m相机、高光谱成像仪、红外相机、大气校正仪。其中16m相机载荷由四台可见光CCD相机组成，通过视场拼接可提供幅宽为800km的多光谱图像；48/96m分辨率高光谱成像仪幅宽为96km；48/96m分辨率的红外相机幅宽为720km；大气校正仪可在轨同步获取与16m相机同视场的大气多谱段信息，进行大气辐射校正。两颗卫星通过同轨组网可快速获取地面影像，具备可见及红外多光谱数据国土2天1张图、高光谱数据国土15天1张图的能力。

每台光学载荷均由4台16米CCD相机（简称16米相机）组成，16米相机单台幅宽优于200公里，单星配置4台相机，可实现优于800公里的幅宽。除了常见的蓝/绿/红/近红外四个波段，还增加了能够有效反映作物特有光谱特性的“红边”波段。

本文介绍在ENVI5.6.2中16米相机图像处理方法，包括正射校正、辐射定标、大气校正，其他版本类似的处理方法。

说明：有关几何校正和大气校正的顺序问题，从原理上讲因为正射校正存在重采样误差问题会对辐射定标结果产生一定影响，正常应该是先大气后几何。在实际应用中，两种顺序的结果非常接近，ENVI软件中会把RPC、定标系数等信息写入头文件中（hdr）,不管采用哪个顺序都不会影响后续的处理。本文介绍的是先正射校正后辐射定标与大气校正，根据实际情况可选择其他处理顺序。

1、数据获取

目前环境二号卫星数据可以从https://data.cresda.cn/下载。

2、数据打开

请使用易智瑞公司遥感事业部开发的“中国国产卫星支持工具”打开国产卫星数据。

建议使用ENVI App Store进行ENVI扩展工具的安装与管理。

ENVI App Store下载地址：https://envi.geoscene.cn/appstore

在App Store找到中国国产卫星支持工具，点击安装进行安装。
重启 ENVI即可。

或手动安装扩展工具： https://envi.geoscene.cn/china

启动ENVI。选择主菜单 File > Open As > China Satellites >HJ-2A2B。选择XML文件打开数据。
在Layer Manager中，右键选择菜单View Metadata，选择各个选项可以看到自动读取的包括RPC、定标系统、成像几何、成像时间等元数据信息。

3、正射校正

正射校正可以选择无控制点/手动选择控制点正射校正和参考影像自动选择控制点正射校正。

3.1无控制点/手动选择控制点正射校正

在Toolbox中选择/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Workflow工具，不选择控制点以无控制点正射校正输出。与Landsat影像对比存在3~6个像素（东西向）的偏移，南北向1个像素左右的偏移，总体精度还是不错的。

图1：无控制点正射校正精度对比

3.2参考影像自动选择控制点正射校正

参考影像为15米的Landsat pan，DEM使用ENVI自带GMTED2010。

在Toolbox中选择/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Using Reference Image，打开基于基准影像的RPC正射校正工具；在面板上进行数据读写和参数设置：
Input Raster：选择前面打开的环境二号卫星16米相机图像数据；
Input Reference Raster：具有准确地理位置信息的参考影像。这里选择Landsat8 Pan影像数据；
Input DEM Raster：覆盖待校正影像区域的DEM数据，这里选择ENVI自带的GMTED2010的DEM；
DEM Is Height Above Ellipsoid：DEM数据是否是椭球高。GMTED2010不是椭球高，选择No；
Requested Number of GCPs：50，需要采集的控制点最大数量；
Search Windows Size：351，搜索窗口大小，窗口越大找点精度越高，时间越长；
Output Coordinate System：可选项，如果不设置，则输出的正射校正结果是UTM WGS84坐标系的；
Output Pixel Size：X：16，Y：16。

注：输出像元大小为可选项，如果不设置，则输出的像元大小为根据RPC自动计算的平均像元大小，建议手动设置输出数据的分辨率。

Image Resampling：重采样方法，默认双线性内插Bilinear；
Grid Spacing：像素栅格间距。保持默认10；这个值越大，校正速度越快，精度越低。
Output Raster：正射校正结果输出路径及文件名；
Output GCPs：控制点文件输出路径及文件名；
参数设置好之后，点击OK开始执行。

图2：RPC Orthorectification Using Reference Image参数设置

使用ENVI拉幕、透视等工具浏览，与Landat8pan图像进行精度检验，总体精度非常好，绝大部分地区在1个像素内。

图3：有控制点正射校正精度

在Toolbox中，打开/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification Workflow工具，可以将前面自动生成的控制点文件导入，查看自动寻找的控制点精度，也可手动修改GCP点再进行正射校正。如下图为本次GCP控制点的精度小于1个像素。

图4：控制点精度

4、辐射定标与大气校正

4.1 辐射定标

（1）在Toolbox中，选择/Radiometric Correction/Radiometric Calibration，选择上一步正射校正结果文件。

注：如果没有做正射校正处理，这里可直接选择打开的环境二号卫星图像。

（2）在Radiometric Calibration面板中，单击Apply FLAASH Settings按钮，参数自动设置为符合FLAASH大气校正的要求，包括定标类型（Calibration Type）、存储顺序（Interleave）和缩放系数（Scale Factor）。

注：由于2021年定标系数暂时缺少 HJ2A CCD2 和 HJ2B CCD4 传感器，目前暂不支持这两个传感器数据辐射定标。

（3）设置输出文件名，单击OK执行。

4.2 大气校正

（1）在Toolbox中，打开/Radiometric Correction/Atmospheric Correction Module/FLAASH Atmospheric Correction。

（2）点击Input Radiance Image，选择辐射定标结果数据，在Radiance Scale Factors面板中选择Use single scale factor for all bands，由于定标的辐射量数据与FLAASH的辐射亮度的单位一致，所以在此Single scale factor默认选择：1，单击OK；

注：由于使用Radiometric Calibration时自动将定标后的辐射亮度单位调整为（μW）/（cm2*nm*sr），与FLAASH要求的一致，因此在Radiance Scale Factors中输入1.0。

（3）设置输出文件名及临时输出路径；

注：建议设置Output Directory for FLAASH Files为非系统盘英文目录。

（4）传感器基本信息设置：