ACOLITE大气校正

1. 大气校正的基本原理

大气校正的目标是从卫星大气顶层（TOA）反射率中恢复地表（水体）反射率，核心在于补偿大气散射、吸收以及地表反射（如天空光、太阳光反射）带来的影响。对水体遥感而言，准确的水体反射率是反演叶绿素浓度、总悬浮固体浓度等下游产品的基础。

TOA 反射率可表示为：

\[ \rho_t(\lambda)=t\hat{\rho}_w(\lambda)+[\rho_r(\lambda)+\rho_a(\lambda)+\rho_{ar}(\lambda)] \]

其中：

• \(t\) 为漫透射率；
• \(\rho_r(\lambda)\) 为瑞利散射反射率；
• \(\rho_a(\lambda)\) 为气溶胶散射反射率；
• \(\rho_{ar}(\lambda)\) 为瑞利-气溶胶多重散射项。

不同大气校正方法可将括号内项整体视为未知路径辐射，也可分离估算瑞利与气溶胶贡献。气溶胶贡献的不确定性最大，微小误差会放大到水体反射率估计中。常见气溶胶参数获取方式包括：基于影像估算平均气溶胶厚度、使用 MODIS 气溶胶产品、以及实测气溶胶数据。

2. ACOLITE 简介

ACOLITE 由比利时皇家自然科学研究所 RBINS（Royal Belgian Institute of Natural Sciences）开发，是面向沿海与内陆水体的大气校正工具。内置两种方法：指数外推与暗光谱拟合（Dark Spectrum Fitting，DSF）。

DSF 方法假设近红外或短波红外波段水体地表反射率接近于零，从而估计气溶胶散射并完成校正。ACOLITE 会将影像重采样到 10 m 并与原网格对齐，同时自动掩膜非水体、云层以及异常高 TOA 反射率像元，提取更“干净”的水体光谱。

ACOLITE 以 Python 软件包形式提供，可命令行或脚本调用，也有 GUI 便于交互设置。下载地址：https://github.com/acolite/acolite。核心输出参数为 l2w_parameters=Rrs_*，用于直接输出水体反射率产品。

3. Sentinel-2 处理流程（示例）

以下以 Sentinel-2 影像为例，展示基本流程：

1. 解压软件安装包。
2. 使用 GUI 配置参数。

3. 或直接编辑 settings 文件完成批量或自动化处理。

关键参数说明

• l2w_parameters=Rrs_*：输出水体反射率产品。
• s2_target_res=10：目标空间分辨率 10 m。
• l2w_export_geotiff=True：输出 GeoTIFF。
• inputfile：输入影像路径。
• output：输出目录。
• polygon：裁剪范围矢量（可选）。

示例配置：

## ACOLITE settings

## 核心参数
l2w_parameters=Rrs_*
s2_target_res=10
l2w_export_geotiff=True

## 运行参数
inputfile=./S2B_MSIL1C.SAFE
output=./output
polygon=./xxx.shp
rgb_rhot=True
rgb_rhos=True
map_l2w=True
new_path=None

4. 批量处理思路

可通过脚本批量生成多份 settings 文件，对多景 Sentinel-2 影像进行自动化处理。实践示例可参考： 使用ACOLITE对OLCI影像进行大气校正+批处理

5. 小结与后续

ACOLITE 对 Sentinel-2 的支持已经较成熟，但对国产卫星（如高分系列）的适配仍不完善。后续将补充高分影像的处理流程与实操经验。

参考资料

• ACOLITE
• 大气校正 - 维基百科