摘要:2008年5月成功发射升空的风云三号气象卫星已交付使用,由于它的空间分辨率低,通过地面控制点的传统几何校正方法已不再适用。本文研究将地理位置查找表法(GLT)应用于风云三号气象卫星搭载的可见光红外扫描辐射计(Visible and InfraRed Radiometer,VIRR)的几何校正方法,并取得了很好的校正效果。该方法为风云三号气象卫星影像的预处理提供了非常有价值的参考。
关键词:ENVI;GLT;风云三号;气象卫星;几何校正
1 引 言
气象卫星具有覆盖范围大、重返周期短等特点,广泛应用于气象灾害监测、气候变化监测、海洋、环境监测、农作物长势监测和估产等领域。气象卫星空间分辨率比较低,地面控制点很难选取而且选择的意义不大,通过地面控制点利用二次多项式几何校正方法对这类卫星影像进行几何校正已经不适用了。风云三号气象卫星于2008年5月成功发射,发射质量为2400kg,在轨飞行尺寸为4·46m×10m×3·79m,轨道高度836·4km,倾角98·753°,周期101·496分,使用寿命2年以上。风云三号气象卫星装载的探测仪器有:10通道可见光红外扫描辐射计、20通道红外分光计、20通道中分辨率成像光谱仪、臭氧垂直探测仪、臭氧总量探测仪、太阳辐照度监测仪、4通道微波温度探测辐射计、5通道微波湿度计、微波成像仪、地球辐射探测仪和空间环境监测器[1]。其中可见光红外扫描辐射计(Visible and InfraRed Radi-ometer,VIRR)的主要任务是通过对地扫描方式获取地球的可见光、红外二维影像信息[2],星下点分辨率1·1km,扫描宽度3000km。本文研究将GLT几何校正法应用于VIRR的几何校正。
2 HDF5格式
HDF (Hierarchical Data Format)的全称为层次式文件格式,HDF文件格式是一种具有自我描述性、可扩展性、自我组织性的可用于绝大多数科学研究的储存格式[3]。HDF5是HDF系列格式的最新版本,为了充分利用当今计算机系统的能力和特点,克服HDF4·x的不足。采用了二叉树的方式建立文件内容的“索引”,通过“索引”可以方便快捷的访问数据内容,支持大于2G的文件管理(HDF4·X的极限),支持并行I/O。HDF 5支持跨平台,它所支持的操作系统包括windows、linux、uNIx等主流操作系统。目前,大多数的气象卫星使用HDF5作为储存数据格式,包括我国的风云系列卫星、美国的NO-AA系列气象卫星、MODIS数据等。
3 GLT几何校正法
VIRR影像文件包含每个初始像元的地理定位信息,以几何文件(经纬度)方式提供。GLT几何校正法利用输入的几何文件生成一个地理位置查找表文件(Geographic Lookup Table,GLT),从该文件中可以了解到某个初始像元在最终输出结果中实际的地理位置。地理位置查找表文件是一个二维图像文件,文件中包含两个波段:地理校正影像的行和列。文件对应的灰度值表示原始影像每个像素对应的地理位置坐标信息,用有符号整型储存,它的符号说明输出像元是对应于真实的输入像元,是由邻近像元生成的填实像元(infill pixel)。符号为正时说明使用了真实的像元位置值;符号为负时说明使用了邻近像元的位置值,值为0说明周围7个象元内没有邻近像元位置值。GLT文件包含初始影像每个像元的地理定位信息,它的校正精度很高。避免了通过地面控制点利用二次多项式几何校正法对低分辨率影像数据的处理。
4 方法实验
4·1 数据文件打开
先安装ENVI的HDF5读取补丁,可以在EN-VI/IDL中国区官方论坛下载获取,下载网址为:
https://bbs. esrichina-bj. cn/ESRI/viewthread.php? tid=37118&highlight=hdf5
将下载的文件解压放在…ITTIDL70xprod-uctsenvi4xsave_add下,启动ENVI,在菜单File下新增一个菜单Open HDF5 File。通过主菜单→File→Open HDF5 File,选择文件(如文件后缀是.hdf,在文件类型选择*.*),文件中包含很多的信息,以图层列表方式显示,如图1所示。
选择图像数据EV_RefSB,在右边可以预览。点击Import to ENVI,将数据加载到ENVI的波段列表中。同样的方法打开定位文件(Latitude和Longitude)。
4.2 构建GLT文件
通过主菜单→Map→Georeference from InputGeometry→Build GLT打开构建GLT文件功能。经度longitude信息文件作为X波段,纬度latitude信息文件作为Y波段。值得注意的是,由于X波段左边边缘为0值,因此有必要对边缘进行掩膜处理,选择空间子集去掉开始3个像素。选择WGS84经纬度坐标系作为输出GLT文件的投影信息。在GLT文件输出参数设置中,像元大小选择默认,旋转角度(Rotation)为0(正上方为北),选择保存路径和文件名输出。
4.3 应用GLT文件校正影像
选择主菜单→Map→Georeference from InputGeometry→Georeference from GLT。选择GLT文件和待校正文件,选择输出路径和文件名输出,如图2所示为最终校正结果。
利用ENVI下的Google Earth Bridge功能,将校正结果在Google Earth下叠加显示,可以看到校正结果和Google Earth完全重合如图3。
5 结束语
ENVI下的GLT法校正影像具有操作过程比较简单、运算速度快和校正精度高等优点。这种方法还适用于MODIS、SeaWIFS、AVHRR、海洋一号等低分辨率卫星影像的几何校正。由于此类数据接受数据量多,利用IDL语言还可以编写数据批处理过程,快速的完成海量数据的几何校正工作。感谢青海省气象科学研究所遥感中心提供风云三号气象卫星实验数据。
参考文献
1 风云三号(01批)卫星使用要求(第六稿修改稿)[Z].国家卫星气象中心,2003.
2 国家航天局聚焦风云三号气象卫星[EB/OL]. https://www.cnsa.gov.cn/n615708/n676979/n2237254/n2237257/167167.html.
3 刘玉洁,杨忠东,等.MODIS遥感信息处理原理与算法[M].北京:科学出版社,2001.
