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用 python 对陆地卫星 8 数据进行辐射和大气校正

最编程 2024-04-04 12:41:53
...
# glob模块参考:
# glob是python自带的一个操作文件的相关模。用它可以查找符合特定规则的文件路径名。使用该模块查找文件,只需要用到: “*”, “?”, “[]”这三个匹配符;
import glob
import os
import sys
import tarfile
import re
from osgeo import gdal
import numpy
from Py6S import *
from osgeo import gdal
import pdb
import shutil
# argparse是一个Python模块:命令行选项、参数和子命令解析器。
import argparse
# 从base.py文件导入MeanDEM函数
from base import MeanDEM


def parse_arguments(argv):

# 此部分参考
# 此部分参考:
# 使用argparse的第一步是创建一个ArgumentParser对象。ArgumentParser对象包含将命令行解析成Python数据类型所需的全部信息。
parser = argparse.ArgumentParser() # 创建一个解析对象

# parser.add_argument() 向该对象中添加你要关注的命令行参数和选项
# name or flags - 一个命名或者一个选项字符串的列表;type - 命令行参数应当被转换成的类型;
# help - 一个此选项作用的简单描述;default - 当参数未在命令行中出现时使用的值。
# parser.add_argument('--Input_dir', type=str, help=r'D:\ProfessionalProfile\LandsatImage\LC08_L1TP_134036_20170808_20170813_01_T1\.', default=None)
# parser.add_argument('--Output_dir', type=str, help=r'D:\ProfessionalProfile\LandsatImage\1_OutputPy-RadiationCalibration0414\.', default=None)

parser.add_argument('--Input_dir', type=str, help='Input dir', default=r'D:\ProfessionalProfile\LandsatImage\LC08_L1TP_134036_20170808_20170813_01_T1')
parser.add_argument('--Output_dir', type=str, help='Output dir', default=r'D:\ProfessionalProfile\LandsatImage\1_OutputPy-RadiationCalibration0414')

# parser.add_argument('--Input_dir', type=str, help='Input dir', default=None)
# parser.add_argument('--Output_dir', type=str, help='Output dir', default=None)

# parse_args(args=None, nampespace=None),args 参数名称,namespace 赋值。
return parser.parse_args(argv) # 进行解析


# 逐波段辐射定标
def RadiometricCalibration(BandId):
# LandSat8 TM辐射定标参数
global data2,ImgRasterData
parameter_OLI = numpy.zeros((9,2))

#计算辐射亮度参数
parameter_OLI[0,0] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_MULT_BAND_1.+',data2)[0]).split("=")[1])
parameter_OLI[1,0] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_MULT_BAND_2.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[2,0] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_MULT_BAND_3.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[3,0] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_MULT_BAND_4.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[4,0] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_MULT_BAND_5.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[5,0] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_MULT_BAND_6.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[6,0] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_MULT_BAND_7.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[7,0] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_MULT_BAND_8.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[8,0] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_MULT_BAND_9.+',data2)).split("=")[1])

parameter_OLI[0,1] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_ADD_BAND_1.+',data2)[0]).split("=")[1])
parameter_OLI[1,1] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_ADD_BAND_2.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[2,1] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_ADD_BAND_3.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[3,1] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_ADD_BAND_4.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[4,1] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_ADD_BAND_5.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[5,1] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_ADD_BAND_6.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[6,1] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_ADD_BAND_7.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[7,1] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_ADD_BAND_8.+',data2)).split("=")[1])
parameter_OLI[8,1] = float(''.join(re.findall('RADIANCE_ADD_BAND_9.+',data2)).split("=")[1])

Gain = parameter_OLI[int(BandId) - 1,0]
Bias = parameter_OLI[int(BandId) - 1,1]

RaCal = numpy.where(ImgRasterData>0 ,Gain * ImgRasterData + Bias,-9999)
return (RaCal)

# 6s大气校正
def AtmosphericCorrection(BandId):

global data
# 6S模型
s = SixS()

s.geometry = Geometry.User()
s.geometry.solar_z = 90-float(''.join(re.findall('SUN_ELEVATION.+',data2)).split("=")[1])
s.geometry.solar_a = float(''.join(re.findall('SUN_AZIMUTH.+',data2)).split("=")[1])
s.geometry.view_z = 0
s.geometry.view_a = 0


# 日期
Dateparm = ''.join(re.findall('DATE_ACQUIRED.+',data2)).split("=")
Date = Dateparm[1].split('-')

s.geometry.month = int(Date[1])
s.geometry.day = int(Date[2])


# 中心经纬度
point1lat = float(''.join(re.findall('CORNER_UL_LAT_PRODUCT.+',data2)).split("=")[1])
point1lon = float(''.join(re.findall('CORNER_UL_LON_PRODUCT.+',data2)).split("=")[1])
point2lat = float(''.join(re.findall('CORNER_UR_LAT_PRODUCT.+',data2)).split("=")[1])
point2lon = float(''.join(re.findall('CORNER_UR_LON_PRODUCT.+',data2)).split("=")[1])
point3lat = float(''.join(re.findall('CORNER_LL_LAT_PRODUCT.+',data2)).split("=")[1])
point3lon = float(''.join(re.findall('CORNER_LL_LON_PRODUCT.+',data2)).split("=")[1])
point4lat = float(''.join(re.findall('CORNER_LR_LAT_PRODUCT.+',data2)).split("=")[1])
point4lon = float(''.join(re.findall('CORNER_LR_LON_PRODUCT.+',data2)).split("=")[1])

sLongitude = (point1lon + point2lon + point3lon + point4lon) / 4
sLatitude = (point1lat + point2lat + point3lat + point4lat) / 4

# 大气模式类型
if sLatitude > -15 and sLatitude <= 15:
s.atmos_profile = AtmosProfile.PredefinedType(AtmosProfile.Tropical)

if sLatitude > 15 and sLatitude <= 45:
if s.geometry.month > 4 and s.geometry.month <= 9:
s.atmos_profile = AtmosProfile.PredefinedType(AtmosProfile.MidlatitudeSummer)
else:
s.atmos_profile = AtmosProfile.PredefinedType(AtmosProfile.MidlatitudeWinter)

if sLatitude > 45 and sLatitude <= 60:
if s.geometry.month > 4 and s.geometry.month <= 9:
s.atmos_profile = AtmosProfile.PredefinedType(AtmosProfile.SubarcticSummer)
else:
s.atmos_profile = AtmosProfile.PredefinedType(AtmosProfile.SubarcticWinter)

# 气溶胶类型大陆
s.aero_profile = AtmosProfile.PredefinedType(AeroProfile.Continental)

# 目标地物??????
s.ground_reflectance = GroundReflectance.HomogeneousLambertian(0.36)

# 550nm气溶胶光学厚度,根据日期从MODIS处获取。
#s.visibility=40.0
s.aot550 = 0.14497

# 通过研究去区的范围去求DEM高度。
pointUL = dict()
pointDR = dict()
pointUL["lat"] = point1lat
pointUL["lon"] = point1lon
pointDR["lat"] = point4lat
pointDR["lon"] = point2lon
meanDEM = (MeanDEM(pointUL, pointDR)) * 0.001

# 研究区海拔、卫星传感器轨道高度
s.altitudes = Altitudes()
s.altitudes.set_target_custom_altitude(meanDEM)
s.altitudes.set_sensor_satellite_level()

# 校正波段(根据波段名称)
if BandId == '1':
s.wavelength = Wavelength(PredefinedWavelengths.LANDSAT_OLI_B1)

elif BandId == '2':
s.wavelength = Wavelength(PredefinedWavelengths.LANDSAT_OLI_B2)

elif BandId == '3':
s.wavelength = Wavelength(PredefinedWavelengths.LANDSAT_OLI_B3)

elif BandId == '4':
s.wavelength = Wavelength(PredefinedWavelengths.LANDSAT_OLI_B4)

elif BandId == '5':
s.wavelength = Wavelength(PredefinedWavelengths.LANDSAT_OLI_B5)

elif BandId == '6':
s.wavelength = Wavelength(PredefinedWavelengths.LANDSAT_OLI_B6)

elif BandId == '7':
s.wavelength = Wavelength(PredefinedWavelengths.LANDSAT_OLI_B7)

elif BandId == '8':
s.wavelength = Wavelength(PredefinedWavelengths.LANDSAT_OLI_B8)

elif BandId == '9':
s.wavelength = Wavelength(PredefinedWavelengths.LANDSAT_OLI_B9)

# 下垫面非均一、朗伯体
s.atmos_corr = AtmosCorr.AtmosCorrLambertianFromReflectance(-0.1)

# 运行6s大气模型
s.run()

xa = s.outputs.coef_xa
xb = s.outputs.coef_xb
xc = s.outputs.coef_xc
x = s.outputs.values
return (xa, xb, xc)


if __name__ == '__main__':

#输入数据路径
# sys.argv参考
# sys.argv[]说白了就是一个从程序外部获取参数的桥梁,这个“外部”很关键,所以那些试图从代码来说明它作用的解释一直没看明白。因为我们从外部取得的参数可以是多个,所以获得的是一个列表(list),也就是说sys.argv其实可以看作是一个列表,所以才能用[]提取其中的元素。其第一个元素是程序本身,随后才依次是外部给予的参数。
RootInputPath = parse_arguments(sys.argv[1:]).Input_dir
RootOutName = parse_arguments(sys.argv[2:]).Output_dir

#创建日志文件
LogFile = open(os.path.join(RootOutName,'log.txt'),'w')

# Python os.walk() 方法 https://www.runoob.com/python/os-walk.html
# os.walk(top[, topdown=True[, onerror=None[, followlinks=False]]])
# top -- 是你所要遍历的目录的地址, 返回的是一个三元组(root,dirs,files)。
# root 所指的是当前正在遍历的这个文件夹的本身的地址
# dirs 是一个 list ,内容是该文件夹中所有的目录的名字(不包括子目录)
# files 同样是 list , 内容是该文件夹中所有的文件(不包括子目录)
for root,dirs,RSFiles in os.walk(RootInputPath):

#判断是否进入最底层
if len(dirs)==0:
#根据输入输出路径建立生成新文件的路径
RootInputPathList = RootInputPath.split(os.path.sep)
RootList = root.split(os.path.sep)
StartList = len(RootInputPathList)
EndList = len(RootList)
outname = RootOutName
for i in range(StartList,EndList):
if os.path.exists(os.path.join(outname,RootList[i]))==False:
os.makedirs(os.path.join(outname,RootList[i]))
outname=os.path.join(outname,RootList[i])
else:
outname=os.path.join(outname,RootList[i])

MeteDatas = glob.glob(os.path.join(root,'*MTL.txt'))

for MeteData in MeteDatas:
pass

f = open(MeteData)
data = f.readlines()
data2 =' '.join(data)

shutil.copyfile(MeteData,os.path.join(outname,os.path.basename(MeteData)))

if len(os.path.basename(MeteData))<10:

RSbands = glob.glob(os.path.join(root,"B0[1-8].tiff"))
else:
RSbands = glob.glob(os.path.join(root,"*B[1-8].TIF"))
print('影像'+root+'开始大气校正')
print(RSbands)
for tifFile in RSbands:

BandId = (os.path.basename(tifFile).split('.')[0])[-1]

#捕捉打开数据出错异常
try:
IDataSet = gdal.Open(tifFile)
except Exception as e:
print("文件%S打开失败" % tifFile)
LogFile.write('\n'+tifFile+'数据打开失败')

if IDataSet == None:
LogFile.write('\n'+tifFile+'数据集读取为空')
continue
else:
#获取行列号
cols = IDataSet.RasterXSize
rows = IDataSet.RasterYSize
ImgBand = IDataSet.GetRasterBand(1)
ImgRasterData = ImgBand.ReadAsArray(0, 0, cols, rows)

if ImgRasterData is None:
LogFile.write('\n'+tifFile+'栅格数据为空')
continue
else:
#设置输出文件路径
outFilename=os.path.join(outname,os.path.basename(tifFile))

#如果文件存在就跳过,进行下一波段操作
if os.path.isfile(outFilename):
print("%s已经完成" % outFilename)
continue
else:
# #辐射校正
RaCalRaster = RadiometricCalibration(BandId)
#大气校正
a, b, c = AtmosphericCorrection(BandId)
y = numpy.where(RaCalRaster!=-9999,a * RaCalRaster - b,-9999)
atc = numpy.where(y!=-9999,(y / (1 + y * c))*10000,-9999)

driver = IDataSet.GetDriver()
#输出栅格数据集
outDataset = driver.Create(outFilename, cols, rows, 1, gdal.GDT_Int16)

# 设置投影信息,与原数据一样
geoTransform = IDataSet.GetGeoTransform()
outDataset.SetGeoTransform(geoTransform)
proj = IDataSet.GetProjection()
outDataset.SetProjection(proj)

outband = outDataset.GetRasterBand(1)
outband.SetNoDataValue(-9999)
outband.WriteArray(atc, 0, 0)
print('第%s波段计算完成'%BandId)
# print(root+'计算完成')
print('\n')
#关闭日志文件
LogFile.close()

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