Landsat系列辐射定标参数整理
辐射定标参数整理
1. 亮度温度计算
亮度温度是一个常用的温度概念，是在卫星高度上传感器探测波段范围内普朗克黑体辐射函数与传感器响应函数乘积积分得到的辐射值．亮度温度包含有大气和地表对热辐射传导的影响，不是真正意义上的地表温度。
计算公式：
其中，L λ为传感器探孔处光谱辐射强度，即星上辐射亮度值，实现像素DN 值转化为绝对辐射亮度值。
1.1. 星上辐射亮度（L λ）
遥感影像的亮度值(DN值) 都是经过量化和纠正过的以8bit 编码的数字影像，为了精确反演地物特性，有必要将DN 值转化为星上辐射亮度值。
1.1.1. Landsat8
L λ = M L *Q cal + A L
通过查看影像的头文件，可以获取偏差参数：M L (RADIANCE_MULT_BAND_x) 和A L (RADIANCE_ADD_BAND_x) 为图像的增益和偏置。
1.1.2. Landsat5/7
QCAL 为经过辐射校正的图像灰度值即DN 值；L max 为探测器可检测到的最大辐射亮度，也是最大灰度值所相应的辐射亮；L min 为探测器可检测到的最小辐射亮度，也是最小灰度值所相应的辐射亮度。
表 1 Landsat5 TM的Lmin 和Lmax 值
表 2 Landsat7 ETM+的Lmin 和Lmax 值
QCAL max 为传感器接收到的最大灰度值，QCAL min 为传感器接收到的最小灰度值。（1）如
果没有元数据信息，QCAL MIN 默认值1（TM 和ETM+1) 或者0(MSS)；QCAL MAX 取默认值255(TM和ETM+)或者127(MSS)。（2）如果有元数据信息，QCAL MIN 取值如下：对于LPGS Products（The level 1 product generation system）取值为1，对于NLAPS Products（National Landsat Archive Production System）在04 April 2004之前取值为0，在04 April 2004之后取值为1；QCAL MAX 取值为127（MSS ）, 255（TM 、ETM ）。
注：LPGS 和NLAPS 分别是两种数据处理系统得到的产品，从2008年12月份开始，L7 ETM+ 和 L5都是以LPGS 系统处理，L4 TM和 MSS 以NLAPS 系统处理。
表 3 Landsat5/7的QCALmin 和QCALmax 的值
1.2. 预设常量K
K1和K2是发射前预设的常量，具体值如下表所示。
2. 大气顶层反射率（表观发射率）
6.1. Landsat 5/7（TM/ETM）
π∗Lλ∗d 2
ρ=其中：ρ——地面相对反射率；D ——日地天文单位距离；L λ——传感器光谱辐射值，即大气顶层的辐射能量； ESUN ——大气顶层的太阳平均光谱辐射，即大气顶层太阳辐照度；1
注：Landsat7热红外波段（Band 6）在格式1时总设置为低增益(6L)，格式2时总设置为高增益(6H)
θ——太阳天顶角（单位为弧度）。
相关参数可以通过不同途径获得。其中：日地天文单位距离D ＝1 - 0.01674 cos(0.9856× (JD-4)×π/180)；JD 为遥感成像的儒略日（Julian Day ），可以通过儒略日算法模块获得；太阳天顶角＝90°－太阳高度角；太阳高度角可以从遥感数据的头文件中获得；大气顶层太阳辐照度（ESUN ）从遥感权威单位定期测定并公布的信息中获取。 具体计算方式： ① 地天文单位距离D ：
儒略日计算： JD=1721103.5+INT(365.25*Y)+INT(30.6*M+0.5)+D
日地距离计算： D=1 - 0.01674 *cos(0.9856*(JD-2451545)*π/180/36525) 其中 Y M D 分别为年月日
②太阳天顶角＝90°－太阳高度角 （单位：弧度） 太阳高度角在头文件中（SUN ELEVATION）
在该头文件中为：太阳天顶角＝90°－SUN ELEVATION
③大气顶层太阳辐照度（ESUN ）可从遥感权威单位定期测定并公布的信息中获取；
大气顶层太阳辐照度（ESUN ）
6.2. Landsat 8（OLI ）
ρλ =( Mp *Q cal + A p )/sin(θse)
M p
为增益参数（REFLECTANCE_MULT_BAND_x）,
A p
为偏移参数
（REFLECTANCE_ADD_BAND_x），θSE 为太阳高度角（SUN_ELEVATION）