2024年2月27日发(作者：虞阳阳)

需要对高分二号PMS数据进行完整的预处理时，包括大气校正、正射校正、图像融合处理，我们推荐如下图的处理流程。

注：全色图像没有方法进行大气校正，所以一般在定量遥感中不使用全色图像。本流程中只是为了说明所有处理的流程，所以包括了全色图像。

图：高分二号PMS L1a处理流程

表1 高分二号卫星轨道和姿态控制参数

参 数

轨道类型

轨道高度

倾角

降交点地方时

指 标

太阳同步回归轨道

631km （标称值）

97.9080 °

10:30 AM

侧摆能力（滚动） ± 35 °，机动 35 °的时间 ≦180s

表 2 高分二号卫星有效载荷技术指标

参 数 1m分辨率全色/4m分辨率多光谱相机

全色 0.45 — 0.90 μ m

0.45 — 0.52 μ m 蓝

光谱范围 0.52 — 0.59 μ m 绿

多光谱

0.63 — 0.69 μ m 红

0.77 — 0.89 μ m 近红外

空间分辨率

幅宽

全色 1m

多光谱 4m

45km （ 2 台相机组合）

重访周期（侧摆时） 5 天

覆盖周期（不侧摆） 69 天

1. 数据打开

ENVI5.1 暂不支持 GF2 数据 .xml 打开方式，但 GF2 数据为标准 TIFF 格式，故可直接使用 ENVI 的 Open 菜单打开，只是打开后软件不能自动识别元数据信息。

启动 ENVI5.2 ；依次 File > Open 或直接单击工具栏上的 图标，弹出 Open 对话框，选择数据文件夹下扩展为 .tiff 的文件，然后点击 Open 按钮打开（本例中为 …/GF2_PMS2_E115.7_N42.7_20140928_ ）。

辐射定标

全色图像没有方法进行大气校正，所以一般在定量遥感中不使用全色图像；这里也仅对多光谱数据进行辐射定标。使用 ENVI 提供的 Apply Gain and Offset 工具进行辐射定标。

（ 1 ）在 Toolbox 中，依次 Radiometric Correction > Apply Gain and

Offset ，弹出 Gain and Offset Input File 对话框，在 Select Input File 选项卡中选择待处理影像

GF2_PMS2_E115.7_N42.7_20140928_ ，点击 OK ；

（ 2 ）弹出 Gain and Offset Values 对话框，依次填入 Gain Values 和 Offset

Values ，设置输出路径、文件名及数据类型；

（ 3 ）点击 OK 开始执行（图 1 ）。

说明 ： GF-2 卫星绝对定标系数可从如下地址下载，

/n16/n1115/n1522/n2103/

2014年 GF-2卫星外场绝对辐射定标系数

1、 高分二号（GF-2）卫星绝对辐射定标系数见表1

表1 GF-2卫星各载荷的绝对辐射定标系数

卫星载荷 波段号

PAN

Band1

PMS1 Band2

Band3

Band4

PMS2

PAN

Band1

Gain

0.1630

0.1585

0.1883

0.1740

0.1897

0.1823

0.1748

Offset

-0.6077

-0.8765

-0.9742

-0.7652

-0.7233

0.1654

-0.5930

Band2

Band3

Band4

0.1817

0.1741

0.1975

-0.2717

-0.2879

-0.2773

注：利用绝对定标系数将卫星图像DN值转换为辐亮度图像的公式为：

LeeGainDNOffset

式中：式中Lee为转换后辐亮度，单位为Wm2sr1m1，DN为卫星载荷观测值；Gain为定标斜率，单位为Wm2sr1m1，Offset为绝对定标系数偏移量，单位为Wm2sr1m1。

图 1 使用 Apply Gain and Offset 工具进行辐射定标

3. FLAASH 大气校正

FLAASH 大气校正需要影像的中心波长信息， ENVI 暂不能自动识别 GF2 数据的头文件信息，因此首先需要手动添加中心波长信息。

1 ）添加中心波长

在 Toolbox 中，依次 Raster Management > Edit ENVI Header ，弹出 Edit

Header Input File 对话框，在 Select Input File 选项卡中选择上一步辐射定标后的结果（本例中为

GF2_PMS2_E115.7_N42.7_20140928_L1A-MSS2_ ）；弹出

Header Info 对话框，点击 Edit Attributes ，选择 Wavelengths ，弹出 Edit

Wavelength values 对话框（图 2 ），依次填入各波段对应中心波长，点击 OK 。

说明 ：这里取波谱响应值为 1 的波长为各波段对应中心波长，依次为 514nm 、 546nm 、

656nm 、 822nm 。

讨论：由于没有找到官方公布的中心波长信息，这里取与波谱响应中反射率为1的波长。

图 2 中心波长编辑对话框

2 ） FLAASH 大气校正

在 Toolbox ，打开 Radiometric Correction > Atmospheric Correction

Module > FLAASH Atmospheric Correction ，弹出 FLAASH Atmospheric

Correction Model Input Parameters 对话框，进行参数设置。



Input Radiance Image ：在弹出的 FLAASH Input File 对话框中，选择上一步定标好的数据；接着弹出 Radiance Scale Factors 面板，选择 Use single scale factor for all

bands ，由于上一步定标时没有对辐亮度数据做单位转换，所以在此 Single scale

factor 填写： 10 ，单击 OK ；





Output Reflectance File ：设置输出路径及文件名（本例中为 …/GF2_PMS2_E115.7_N42.7_20140928_L1A-MSS2_Rad_ ）；

Output Directory for FLAASH Files ：设置其他文件输出路径，建议输出到临时文件夹中；



传感器基本信息设置：

Scene Center Location ：中心点经纬度，由于按上述方式打开的原始影像没有坐标信息，此处无法自动识别（如有坐标信息， ENVI5.0 及后期版本均支持自动读取），可根据元数据文件中的四角点数据计算大概位置；

Sensor Type ：传感器类型，选择 UNKNOWN-MSI ；

Sensor Altitude （ km ）：传感器高度， 631 ；

Ground Elevation （ km ）：地面高程， （选择该景数据平均高程） ；

Pixel Size （ m ）：像素大小， 4 ；

Fight Date ：成像日期，（元数据中的成像日期） ；

Flight Time GMT （ HH ： MM ： SS ）：成像时间， （元数据中的成像时间） 。

说明 ：成像日期及时间可从元数据文件中查看（第 24 行 字段），需要减去 8 转换为格林尼治时间。



大气模型和气溶胶模型

Atmospheric Model & Aerosol Model ：根据经纬度和影像区域选择（如不清楚，可单击 Help 查看帮助文档）；

Aerosol Retrieval ：气溶胶反演方法，默认选择 2-Band （ K-T ），由于缺少短波红外，此处选择 None ；

Initial Visibility （ km ）：能见度，根据实际情况设置， 默认 40km 。此处由于成像时能见度较好，设为 60km （可单击 Help 查看具体说明）；

其余参数默认。

图 3 FLAASH 基本参数设置面板

Atmospheric Model选项添加方法

Latitude (°N) Jan March May July Sept

80 SAW SAW SAW MLW MLW

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

SAW

MLW

MLW

SAS

MLS

T

T

T

T

T

MLS

SAS

SAS

MLW

MLW

MLW

SAW

MLW

MLW

SAS

MLS

T

T

T

T

T

MLS

SAS

SAS

MLW

MLW

MLW

MLW

MLW

SAS

SAS

MLS

T

T

T

T

T

MLS

SAS

SAS

MLW

MLW

MLW

MLW

SAS

SAS

MLS

T

T

T

T

T

MLS

MLS

SAS

MLW

MLW

MLW

MLW

MLW

SAS

SAS

MLS

T

T

T

T

T

MLS

MLS

SAS

MLW

MLW

MLW

MLW

Nov

SAW

SAW

MLW

SAS

SAS

MLS

T

T

T

T

T

MLS

SAS

SAS

MLW

MLW

MLW

Aerosol model的选择



Rural: 代表城市或工业污染源不强烈的地区的气溶胶。颗粒大小是一个混合的分布，一个大的一个小。

Urban: 80%个农村气溶胶20%煤烟般的气溶胶混合物，适合高密度的城市/工业区。

Maritime: 代表边界层在海洋或大陆，盛行季风的地区。它是由两部分组成，一个来自好样水汽和另一个来城市的气溶胶（忽略大颗粒）。

Tropospheric: 适用于平静，清澈（能见度大于40公里）的条件下，对土地和由城镇模式的小颗粒组成。









Multispectral Settings ：多光谱设置。

在弹出的 Multispectral Settings 面板中，单击 Filter Function

File ，弹出 Select the Multispectral Sensor's Filter Function File

对话框，选择 GF2 波谱响应函数（如之前未打开，可点击 Open 打开，本例中选择 ）；

其余参数默认。

注 ：波谱响应函数由中国资源卫星应用中心提供， ENVI 波谱库格式下载地址： /s/1dDEqv2h

图 4 多光谱设置面板



Advanced Setting ：高级设置。

设置 Use Tied Peocessing ：是否使用分块计算， No 。

说明 ：本例使用计算机内存为 8G ，这里不使用分块计算。如果低于

8G ，需要使用分块计算，并将分块打开 Tile Size 设置为 100~200M ；







其余参数默认。

可单击 Save 将工程文件保存到指定位置，下次直接单击 Restore 即可使用（若高级设置中 Automatically Save Template File 选项选择 Yes ， ENVI 也会将其自动保存到 Output Directory for FLAASH Files 设置的路径下）。

点击 Apply 执行。

图 5 大气校正进度条

（ 3 ）校正结果查看









显示 FLAASH 大气校正结果；

选择 Display > Profiles > Spectral 或单击工具栏上 图标，获取一个像素点的波谱曲线；

在 Layer Manager 中单击辐射定标结果图层，让这个图层处于激活状态，在工具栏中单击 获取辐射定标结果一个像素点的波谱曲线；

移动图像中的定位框，定位到植被、水体等地物上，获取同一像素点的大气校正和辐射定标波谱曲线，通过查看典型地物波谱曲线是否正确来初步判断校正结果是否正确；

图 6 所示为同一像素点大气校正前后的波谱曲线，可以看到大气校正去除了部分大气的影响。

说明 ： FLAASH 大气校正结果扩大了 10000 倍。

图 6 大气校正前后植被波谱曲线对比（左：校正前，右：校正后）

三、多光谱/全色正射校正

高分二号的L1A级包括了RPC文件，在经过了辐射定标、大气校正等处理，ENVI会自动将RPC嵌入处理结果中，可以在图层管理中辐射定标或者大气校正结果图层右键选View metadata，RPC选项就是嵌入的RPC文件。可以直接使用/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification

Workflow工具进行正射校正。

下面是基于无控制点对多光谱/全色数据结果进行正射校正。

（1）在Toolbox中，启动/Geometric Correction/Orthorectification/RPC

Orthorectification Workflow工具。在File Selection中选择全色数据辐射定标结果。DEM使用ENVI自带DEM。

（2）在RPC Refinement步骤中，打开Advanced面板，设置Output Piexl

Size：2。

（3）在Exports面板中，选输出路径和文件名。

（4）单击Finish执行处理。

同样的方法对多光谱大气校正结果进行大气校正。

图：RPC Refinement步骤参数

使用ERDAS IMAGINE进行影像融合

Subtractive融合

⑴点击Raster选项卡，在Resolution标签组中点击Pan Sharpen图标，在下拉菜单里选择Subtractive Resolution Merge。

⑵在弹出的Subtractive Resolution Merge对话框中设置多光谱输入数据为QuickBird_Pyramids_，高分辨率输入文件为QuickBird_Pyramids_，定义输出路径及文件名，这里设为。

⑶选择传感器类型为QuickBird(B,G,R,NIR)，设置Sharpening Filter Center

Value为17，设置Pan Contribution Weight为1.00，勾选Create image of full

areas，点击OK执行融合。

2024年2月27日发(作者：虞阳阳)

需要对高分二号PMS数据进行完整的预处理时，包括大气校正、正射校正、图像融合处理，我们推荐如下图的处理流程。

注：全色图像没有方法进行大气校正，所以一般在定量遥感中不使用全色图像。本流程中只是为了说明所有处理的流程，所以包括了全色图像。

图：高分二号PMS L1a处理流程

表1 高分二号卫星轨道和姿态控制参数

参 数

轨道类型

轨道高度

倾角

降交点地方时

指 标

太阳同步回归轨道

631km （标称值）

97.9080 °

10:30 AM

侧摆能力（滚动） ± 35 °，机动 35 °的时间 ≦180s

表 2 高分二号卫星有效载荷技术指标

参 数 1m分辨率全色/4m分辨率多光谱相机

全色 0.45 — 0.90 μ m

0.45 — 0.52 μ m 蓝

光谱范围 0.52 — 0.59 μ m 绿

多光谱

0.63 — 0.69 μ m 红

0.77 — 0.89 μ m 近红外

空间分辨率

幅宽

全色 1m

多光谱 4m

45km （ 2 台相机组合）

重访周期（侧摆时） 5 天

覆盖周期（不侧摆） 69 天

1. 数据打开

ENVI5.1 暂不支持 GF2 数据 .xml 打开方式，但 GF2 数据为标准 TIFF 格式，故可直接使用 ENVI 的 Open 菜单打开，只是打开后软件不能自动识别元数据信息。

启动 ENVI5.2 ；依次 File > Open 或直接单击工具栏上的 图标，弹出 Open 对话框，选择数据文件夹下扩展为 .tiff 的文件，然后点击 Open 按钮打开（本例中为 …/GF2_PMS2_E115.7_N42.7_20140928_ ）。

辐射定标

全色图像没有方法进行大气校正，所以一般在定量遥感中不使用全色图像；这里也仅对多光谱数据进行辐射定标。使用 ENVI 提供的 Apply Gain and Offset 工具进行辐射定标。

（ 1 ）在 Toolbox 中，依次 Radiometric Correction > Apply Gain and

Offset ，弹出 Gain and Offset Input File 对话框，在 Select Input File 选项卡中选择待处理影像

GF2_PMS2_E115.7_N42.7_20140928_ ，点击 OK ；

（ 2 ）弹出 Gain and Offset Values 对话框，依次填入 Gain Values 和 Offset

Values ，设置输出路径、文件名及数据类型；

（ 3 ）点击 OK 开始执行（图 1 ）。

说明 ： GF-2 卫星绝对定标系数可从如下地址下载，

/n16/n1115/n1522/n2103/

2014年 GF-2卫星外场绝对辐射定标系数

1、 高分二号（GF-2）卫星绝对辐射定标系数见表1

表1 GF-2卫星各载荷的绝对辐射定标系数

卫星载荷 波段号

PAN

Band1

PMS1 Band2

Band3

Band4

PMS2

PAN

Band1

Gain

0.1630

0.1585

0.1883

0.1740

0.1897

0.1823

0.1748

Offset

-0.6077

-0.8765

-0.9742

-0.7652

-0.7233

0.1654

-0.5930

Band2

Band3

Band4

0.1817

0.1741

0.1975

-0.2717

-0.2879

-0.2773

注：利用绝对定标系数将卫星图像DN值转换为辐亮度图像的公式为：

LeeGainDNOffset

式中：式中Lee为转换后辐亮度，单位为Wm2sr1m1，DN为卫星载荷观测值；Gain为定标斜率，单位为Wm2sr1m1，Offset为绝对定标系数偏移量，单位为Wm2sr1m1。

图 1 使用 Apply Gain and Offset 工具进行辐射定标

3. FLAASH 大气校正

FLAASH 大气校正需要影像的中心波长信息， ENVI 暂不能自动识别 GF2 数据的头文件信息，因此首先需要手动添加中心波长信息。

1 ）添加中心波长

在 Toolbox 中，依次 Raster Management > Edit ENVI Header ，弹出 Edit

Header Input File 对话框，在 Select Input File 选项卡中选择上一步辐射定标后的结果（本例中为

GF2_PMS2_E115.7_N42.7_20140928_L1A-MSS2_ ）；弹出

Header Info 对话框，点击 Edit Attributes ，选择 Wavelengths ，弹出 Edit

Wavelength values 对话框（图 2 ），依次填入各波段对应中心波长，点击 OK 。

说明 ：这里取波谱响应值为 1 的波长为各波段对应中心波长，依次为 514nm 、 546nm 、

656nm 、 822nm 。

讨论：由于没有找到官方公布的中心波长信息，这里取与波谱响应中反射率为1的波长。

图 2 中心波长编辑对话框

2 ） FLAASH 大气校正

在 Toolbox ，打开 Radiometric Correction > Atmospheric Correction

Module > FLAASH Atmospheric Correction ，弹出 FLAASH Atmospheric

Correction Model Input Parameters 对话框，进行参数设置。



Input Radiance Image ：在弹出的 FLAASH Input File 对话框中，选择上一步定标好的数据；接着弹出 Radiance Scale Factors 面板，选择 Use single scale factor for all

bands ，由于上一步定标时没有对辐亮度数据做单位转换，所以在此 Single scale

factor 填写： 10 ，单击 OK ；





Output Reflectance File ：设置输出路径及文件名（本例中为 …/GF2_PMS2_E115.7_N42.7_20140928_L1A-MSS2_Rad_ ）；

Output Directory for FLAASH Files ：设置其他文件输出路径，建议输出到临时文件夹中；



传感器基本信息设置：

Scene Center Location ：中心点经纬度，由于按上述方式打开的原始影像没有坐标信息，此处无法自动识别（如有坐标信息， ENVI5.0 及后期版本均支持自动读取），可根据元数据文件中的四角点数据计算大概位置；

Sensor Type ：传感器类型，选择 UNKNOWN-MSI ；

Sensor Altitude （ km ）：传感器高度， 631 ；

Ground Elevation （ km ）：地面高程， （选择该景数据平均高程） ；

Pixel Size （ m ）：像素大小， 4 ；

Fight Date ：成像日期，（元数据中的成像日期） ；

Flight Time GMT （ HH ： MM ： SS ）：成像时间， （元数据中的成像时间） 。

说明 ：成像日期及时间可从元数据文件中查看（第 24 行 字段），需要减去 8 转换为格林尼治时间。



大气模型和气溶胶模型

Atmospheric Model & Aerosol Model ：根据经纬度和影像区域选择（如不清楚，可单击 Help 查看帮助文档）；

Aerosol Retrieval ：气溶胶反演方法，默认选择 2-Band （ K-T ），由于缺少短波红外，此处选择 None ；

Initial Visibility （ km ）：能见度，根据实际情况设置， 默认 40km 。此处由于成像时能见度较好，设为 60km （可单击 Help 查看具体说明）；

其余参数默认。

图 3 FLAASH 基本参数设置面板

Atmospheric Model选项添加方法

Latitude (°N) Jan March May July Sept

80 SAW SAW SAW MLW MLW

70

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

SAW

MLW

MLW

SAS

MLS

T

T

T

T

T

MLS

SAS

SAS

MLW

MLW

MLW

SAW

MLW

MLW

SAS

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T

T

T

T

T

MLS

SAS

SAS

MLW

MLW

MLW

MLW

MLW

SAS

SAS

MLS

T

T

T

T

T

MLS

SAS

SAS

MLW

MLW

MLW

MLW

SAS

SAS

MLS

T

T

T

T

T

MLS

MLS

SAS

MLW

MLW

MLW

MLW

MLW

SAS

SAS

MLS

T

T

T

T

T

MLS

MLS

SAS

MLW

MLW

MLW

MLW

Nov

SAW

SAW

MLW

SAS

SAS

MLS

T

T

T

T

T

MLS

SAS

SAS

MLW

MLW

MLW

Aerosol model的选择



Rural: 代表城市或工业污染源不强烈的地区的气溶胶。颗粒大小是一个混合的分布，一个大的一个小。

Urban: 80%个农村气溶胶20%煤烟般的气溶胶混合物，适合高密度的城市/工业区。

Maritime: 代表边界层在海洋或大陆，盛行季风的地区。它是由两部分组成，一个来自好样水汽和另一个来城市的气溶胶（忽略大颗粒）。

Tropospheric: 适用于平静，清澈（能见度大于40公里）的条件下，对土地和由城镇模式的小颗粒组成。









Multispectral Settings ：多光谱设置。

在弹出的 Multispectral Settings 面板中，单击 Filter Function

File ，弹出 Select the Multispectral Sensor's Filter Function File

对话框，选择 GF2 波谱响应函数（如之前未打开，可点击 Open 打开，本例中选择 ）；

其余参数默认。

注 ：波谱响应函数由中国资源卫星应用中心提供， ENVI 波谱库格式下载地址： /s/1dDEqv2h

图 4 多光谱设置面板



Advanced Setting ：高级设置。

设置 Use Tied Peocessing ：是否使用分块计算， No 。

说明 ：本例使用计算机内存为 8G ，这里不使用分块计算。如果低于

8G ，需要使用分块计算，并将分块打开 Tile Size 设置为 100~200M ；







其余参数默认。

可单击 Save 将工程文件保存到指定位置，下次直接单击 Restore 即可使用（若高级设置中 Automatically Save Template File 选项选择 Yes ， ENVI 也会将其自动保存到 Output Directory for FLAASH Files 设置的路径下）。

点击 Apply 执行。

图 5 大气校正进度条

（ 3 ）校正结果查看









显示 FLAASH 大气校正结果；

选择 Display > Profiles > Spectral 或单击工具栏上 图标，获取一个像素点的波谱曲线；

在 Layer Manager 中单击辐射定标结果图层，让这个图层处于激活状态，在工具栏中单击 获取辐射定标结果一个像素点的波谱曲线；

移动图像中的定位框，定位到植被、水体等地物上，获取同一像素点的大气校正和辐射定标波谱曲线，通过查看典型地物波谱曲线是否正确来初步判断校正结果是否正确；

图 6 所示为同一像素点大气校正前后的波谱曲线，可以看到大气校正去除了部分大气的影响。

说明 ： FLAASH 大气校正结果扩大了 10000 倍。

图 6 大气校正前后植被波谱曲线对比（左：校正前，右：校正后）

三、多光谱/全色正射校正

高分二号的L1A级包括了RPC文件，在经过了辐射定标、大气校正等处理，ENVI会自动将RPC嵌入处理结果中，可以在图层管理中辐射定标或者大气校正结果图层右键选View metadata，RPC选项就是嵌入的RPC文件。可以直接使用/Geometric Correction/Orthorectification/RPC Orthorectification

Workflow工具进行正射校正。

下面是基于无控制点对多光谱/全色数据结果进行正射校正。

（1）在Toolbox中，启动/Geometric Correction/Orthorectification/RPC

Orthorectification Workflow工具。在File Selection中选择全色数据辐射定标结果。DEM使用ENVI自带DEM。

（2）在RPC Refinement步骤中，打开Advanced面板，设置Output Piexl

Size：2。

（3）在Exports面板中，选输出路径和文件名。

（4）单击Finish执行处理。

同样的方法对多光谱大气校正结果进行大气校正。

图：RPC Refinement步骤参数

使用ERDAS IMAGINE进行影像融合

Subtractive融合

⑴点击Raster选项卡，在Resolution标签组中点击Pan Sharpen图标，在下拉菜单里选择Subtractive Resolution Merge。

⑵在弹出的Subtractive Resolution Merge对话框中设置多光谱输入数据为QuickBird_Pyramids_，高分辨率输入文件为QuickBird_Pyramids_，定义输出路径及文件名，这里设为。

⑶选择传感器类型为QuickBird(B,G,R,NIR)，设置Sharpening Filter Center

Value为17，设置Pan Contribution Weight为1.00，勾选Create image of full

areas，点击OK执行融合。