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# BRDF校正工具 - 使用说明文档
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## 一、软件概述
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BRDF校正工具是一款用于高光谱图像双向反射分布函数（BRDF）校正的统一GUI应用程序，支持两种场景：
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1. **陆地植被BRDF校正**（FlexBRDF算法）
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- 适用于陆地植被和地表的BRDF、地形和镜面反射校正
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- 支持AVIRIS、AVIRIS-NG等机载高光谱数据
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2. **水体BRDF校正**（Ocean BRDF Correction）
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- 专用于水体和海洋的BRDF校正
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- 支持多种BRDF模型和不确定性估算
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## 二、快速开始
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### 2.1 启动软件
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```bash
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python brdf_gui.py
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```
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启动后将显示主界面，选择需要使用的模块：
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- 点击"进入陆地模块"打开陆地植被BRDF校正
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- 点击"进入水体模块"打开水体BRDF校正
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## 三、陆地植被BRDF校正模块（FlexBRDF）
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### 3.1 界面布局
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模块界面分为左右两部分：
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- **左侧**：配置选项卡（文件与波段映射、校正参数、输出设置）
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- **右侧**：执行日志和进度显示
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### 3.2 文件与波段映射页
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#### 3.2.1 文件夹设置
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| 参数 | 说明 | 默认值 |
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|------|------|--------|
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| 输入文件夹 | 反射率文件所在目录（ENVI格式） | 空 |
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| 辅助文件夹 | 观测几何数据目录 | 空 |
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| CPU核心数 | 并行处理使用的CPU核心数 | 1 |
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**操作步骤**：
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1. 点击"浏览..."按钮选择输入文件夹和辅助文件夹
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2. 点击"自动匹配文件"按钮，软件会自动匹配反射率文件（`_rfl`后缀）和观测几何文件（`_obs`后缀）
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3. 匹配成功的文件对将显示在列表中
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#### 3.2.2 文件匹配规则
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- 反射率文件命名格式：`{prefix}_rfl{ext}`
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- 观测几何文件命名格式：`{prefix}_obs{ext}`
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- 软件根据`{prefix}`部分自动匹配对应文件对
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#### 3.2.3 手动添加文件对
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如需手动指定文件对：
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1. 在"手动添加文件对"区域，分别选择反射率文件和观测几何文件
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2. 点击"添加文件对"按钮
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#### 3.2.4 波段映射设置
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每个输入文件需要映射以下观测几何参数到辅助文件的波段：
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| 参数名称 | 说明 | 默认波段 |
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|----------|------|----------|
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| path_length | 路径长度 | 0 |
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| sensor_zn | 传感器天顶角 | 1 |
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| sensor_az | 传感器方位角 | 2 |
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| solar_zn | 太阳天顶角 | 3 |
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| solar_az | 太阳方位角 | 4 |
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| phase | 相位角 | 5 |
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| slope | 坡度 | 6 |
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| aspect | 坡向 | 7 |
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| cosine_i | 入射角余弦 | 8 |
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**设置方法**：
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1. 在文件列表中选择一个文件
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2. 在右侧波段映射表格中设置各参数对应的波段索引（从0开始）
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3. 点击"应用当前映射"保存设置
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### 3.3 校正参数页
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#### 3.3.1 选择校正类型
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勾选需要执行的校正类型（可单选或多选）：
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| 校正类型 | 说明 |
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|----------|------|
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| Topo (地形校正) | 消除地形起伏对反射率的影响 |
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| BRDF (双向反射分布函数) | 校正各向异性反射效应 |
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| Glint (耀斑校正) | 消除水体或湿润表面的镜面反射 |
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#### 3.3.2 地形校正参数（Topo Correction）
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| 参数 | 选项 | 默认值 | 说明 |
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|------|------|--------|------|
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| 类型 (type) | mod_minneart, scs+c, cosine, c, scs | mod_minneart | 地形校正算法类型 |
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| 拟合类型 (c_fit_type) | nnls, ols, wls | nnls | 系数拟合方法 |
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**掩膜条件设置**：
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- **计算掩膜 (calc_mask)**：定义参与计算校正因子的像素条件
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- **应用掩膜 (apply_mask)**：定义应用校正的像素条件
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掩膜条件类型详见[第5章 掩膜条件说明](#五掩膜条件说明)。
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#### 3.3.3 BRDF校正参数（BRDF Correction）
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| 参数 | 选项/范围 | 默认值 | 说明 |
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|------|-----------|--------|------|
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| 算法类型 (type) | flex, universal | flex | BRDF算法类型 |
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| 启用分组 (grouped) | 勾选/取消 | 勾选 | 是否按NDVI分组计算 |
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| 几何核 (geometric) | li_sparse, li_dense, li_sparse_r, li_dense_r, roujean | li_sparse | 几何光学核函数 |
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| 体积核 (volume) | ross_thin, ross_thick, hotspot, roujean | ross_thick | 体积散射核函数 |
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| b/r 比率 | 0.1 - 10.0 | 2.5 | 树冠宽度/高度比 |
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| h/b 比率 | 0.1 - 5.0 | 2.0 | 树高/树冠宽度比 |
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| 采样比例 (sample_perc) | 0.01 - 1.0 | 0.1 | 用于拟合的采样比例 |
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| 插值方法 (interp_kind) | linear, nearest, cubic | linear | 插值方法 |
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| 分箱类型 (bin_type) | dynamic, fixed | dynamic | NDVI分箱类型 |
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| 分箱数量 (num_bins) | 1 - 100 | 18 | NDVI分箱数量 |
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| NDVI最小值 (ndvi_bin_min) | 0.0 - 1.0 | 0.05 | 分箱NDVI下限 |
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| NDVI最大值 (ndvi_bin_max) | 0.0 - 1.0 | 1.0 | 分箱NDVI上限 |
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| NDVI百分比最小值 (ndvi_perc_min) | 0 - 100 | 10 | 有效样本百分比下限 |
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| NDVI百分比最大值 (ndvi_perc_max) | 0 - 100 | 95 | 有效样本百分比上限 |
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| 太阳天顶角类型 (solar_zn_type) | scene, fixed, mean, custom | scene | 太阳天顶角计算方法 |
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**核函数组合推荐**：
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- 植被覆盖区：`li_sparse` + `ross_thick`
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- 稀疏植被区：`roujean` + `roujean`
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- 浓密植被区：`li_dense` + `ross_thick`
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#### 3.3.4 耀斑校正参数（Glint Correction）
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| 参数 | 选项 | 默认值 | 说明 |
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|------|------|--------|------|
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| 类型 (type) | mod_minneart, scs+c, cosine, c, scs, nir, mask | nir | 耀斑校正方法 |
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| 拟合类型 (c_fit_type) | nnls, ols, wls | nnls | 系数拟合方法 |
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**掩膜条件设置**：
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- **计算掩膜 (calc_mask)**：定义参与计算耀斑因子的像素
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- **应用掩膜 (apply_mask)**：定义应用耀斑校正的像素
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### 3.4 输出设置页
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| 参数 | 说明 | 默认值 |
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|------|------|--------|
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| 输出目录 | 校正结果保存路径 | 空 |
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| 后缀 (Suffix) | 输出文件名后缀 | topo_brdf_glint |
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| 输出系数 (coeffs) | 输出校正系数文件 | 不勾选 |
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| 输出图像 (image) | 输出校正后图像 | 勾选 |
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| 输出掩膜 (masks) | 输出使用的掩膜 | 不勾选 |
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**输出文件名格式**：
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```
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{原文件名}_{后缀}.dat
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```
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### 3.5 操作按钮
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| 按钮 | 功能 |
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|------|------|
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| 加载 JSON 配置 | 从JSON文件加载之前保存的配置 |
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| 保存 JSON 配置 | 将当前配置保存为JSON文件 |
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| 生成配置并运行 | 生成配置并启动BRDF校正处理 |
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## 四、水体BRDF校正模块（Ocean BRDF）
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### 4.1 输入文件设置
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| 参数 | 文件格式 | 说明 |
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|------|----------|------|
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| 高光谱文件 | ENVI (.dat, .bsq, .bip, .bil, .hdr) | 高光谱遥感影像 |
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| 角度文件 | ENVI (.dat, .bsq, .bip, .bil, .hdr) | 观测几何角度数据 |
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| 水体掩膜 | GeoTIFF (.tif, .tiff) | 水体区域掩膜 |
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### 4.2 BRDF模型参数
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| 参数 | 选项 | 默认值 | 说明 |
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|------|------|--------|------|
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| BRDF模型 | L11, M02, M02SeaDAS, O25 | L11 | BRDF校正模型 |
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| 处理块大小 | 1024 - 16384 | 4096 | 光谱维分块大小 |
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| 空间块大小 | 256 - 2048 | 512 | 空间维分块大小 |
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| 计算不确定性 | 勾选/取消 | 取消 | 是否计算BRDF不确定度 |
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**BRDF模型说明**：
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- **L11**：Lee et al. (2011) 模型，适用于开阔大洋
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- **M02**：Morel et al. (2002) 模型，经典水体BRDF模型
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- **M02SeaDAS**：SeaDAS实现的M02模型
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- **O25**：最新优化模型
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### 4.3 输出变量选择
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支持多选（按住Ctrl键选择多个）：
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| 变量 | 说明 |
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|------|------|
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| Rw_brdf | BRDF校正后的水体反射率 |
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| rho_ex_w | 水体反射率 (nrrs * π) |
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| nrrs | 归一化遥感反射率 |
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| C_brdf | BRDF校正因子 |
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| brdf_unc | BRDF不确定度（需勾选计算不确定性） |
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| nrrs_unc | nrrs不确定度（需勾选计算不确定性） |
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**默认选中**：Rw_brdf, nrrs, C_brdf
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### 4.4 输出设置
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| 参数 | 选项 | 默认值 |
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|------|------|--------|
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| 输出路径 | 文件前缀路径 | 空 |
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| 输出格式 | ENVI | ENVI |
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### 4.5 运行
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点击"运行水体BRDF校正"按钮开始处理。
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## 五、掩膜条件说明
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掩膜用于定义参与计算或应用校正的像素范围。所有掩膜条件取交集（同时满足）。
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### 5.1 支持的掩膜类型
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| 类型 | 说明 | 参数 |
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|------|------|------|
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| **ndi** | 归一化差值指数 | band_1, band_2, min, max |
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| **ancillary** | 辅助数据掩膜 | name, min, max |
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| **neon_edge** | NEON数据边缘掩膜 | radius |
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| **kernel_finite** | 核函数有限性掩膜 | 无参数 |
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| **water** | 水体掩膜 | band_1, band_2, threshold |
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| **external** | 外部掩膜文件 | file_path, class |
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| **band** | 单波段阈值 | band, min, max |
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### 5.2 各类型详细参数
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#### ndi（归一化差值指数）
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```
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ndi = (band_1 - band_2) / (band_1 + band_2)
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保留范围: [min, max] 内的像素
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```
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| 参数 | 类型 | 默认值 | 说明 |
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|------|------|--------|------|
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| band_1 | 整数 | 550 | 第一个波段波长(nm) |
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| band_2 | 整数 | 2150 | 第二个波段波长(nm) |
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| min | 浮点数 | -1.0 | NDI最小值 |
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| max | 浮点数 | 0.0 | NDI最大值 |
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**典型应用**：
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- NDVI植被掩膜：band_1=850, band_2=680, min=0.2, max=1.0
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- NDWI水体掩膜：band_1=860, band_2=1240, min=-1.0, max=0.0
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#### ancillary（辅助数据掩膜）
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基于观测几何参数创建掩膜。
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| 参数 | 类型 | 默认值 | 可选值 |
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|------|------|--------|--------|
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| name | 字符串 | slope | slope, aspect, cosine_i, sensor_zn, sensor_az, solar_zn, solar_az, phase, path_length, utc_time |
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| min | 浮点数 | 0.0 | - |
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| max | 浮点数 | 1.0 | - |
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**典型应用**：
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- 坡度掩膜：只处理坡度小于30度的区域
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- name=slope, min=0, max=30
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- 太阳天顶角掩膜：排除大太阳天顶角
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- name=solar_zn, min=0, max=60
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#### neon_edge（NEON边缘掩膜）
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用于消除NEON高光谱数据图像边缘的噪声区域。
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| 参数 | 类型 | 默认值 | 说明 |
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|------|------|--------|------|
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| radius | 整数 | 1 | 边缘裁剪像素数 |
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#### kernel_finite（核函数有限性掩膜）
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自动排除会导致核函数计算溢出或不稳定的像素。无需参数。
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#### water（水体掩膜）
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使用特定波段组合识别水体。
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| 参数 | 类型 | 默认值 | 说明 |
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|------|------|--------|------|
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| band_1 | 整数 | 550 | 第一个波段波长(nm) |
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| band_2 | 整数 | 850 | 第二个波段波长(nm) |
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| threshold | 浮点数 | 0.0 | 水体识别阈值 |
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#### external（外部掩膜文件）
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使用外部分类或掩膜文件。
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| 参数 | 类型 | 默认值 | 说明 |
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|------|------|--------|------|
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| file_path | 字符串 | 空 | 外部掩膜文件路径 |
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| class | 整数 | 1 | 要保留的类别值 |
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#### band（单波段阈值）
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基于单个波段的值创建掩膜。
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| 参数 | 类型 | 默认值 | 说明 |
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|------|------|--------|------|
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| band | 整数 | 650 | 波段波长(nm) |
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| min | 浮点数 | 0.0 | 最小值 |
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| max | 浮点数 | 1.0 | 最大值 |
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### 5.3 掩膜条件设置步骤
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1. 在校正参数页找到掩膜设置区域
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2. 点击"+ 添加条件"按钮
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3. 选择掩膜类型
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4. 设置对应参数值
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5. 可添加多个条件（取交集）
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6. 点击"删除"按钮移除不需要的条件
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## 六、配置文件的保存与加载
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### 6.1 保存配置
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1. 完成所有参数设置
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2. 点击"保存 JSON 配置"按钮
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3. 选择保存路径和文件名
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4. 配置将以JSON格式保存，包含：
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- 输入文件列表
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- 波段映射关系
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- 校正参数设置
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- 掩膜条件
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- 输出设置
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### 6.2 加载配置
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1. 点击"加载 JSON 配置"按钮
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2. 选择之前保存的JSON配置文件
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3. 软件将自动恢复所有设置
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**注意**：
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- 加载配置后会自动匹配文件对，请确保输入文件和辅助文件路径仍然有效
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- 如果文件路径已改变，需要重新手动设置文件夹路径
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## 七、典型工作流程
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### 7.1 陆地植被BRDF校正流程
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1. **启动软件** → 选择"陆地植被BRDF校正"
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2. **设置文件夹** → 选择输入文件夹和辅助文件夹
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3. **匹配文件** → 点击"自动匹配文件"
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4. **检查映射** → 确认波段映射设置正确
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5. **选择校正** → 勾选需要的校正类型（Topo/BRDF/Glint）
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6. **设置参数** → 根据数据特点调整校正参数
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7. **设置掩膜** → 添加合适的掩膜条件（如NDVI>0.2）
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||
8. **设置输出** → 指定输出目录和后缀
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9. **保存配置** → （可选）保存当前配置
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||
10. **运行** → 点击"生成配置并运行"
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### 7.2 水体BRDF校正流程
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1. **启动软件** → 选择"水体BRDF校正"
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2. **选择文件** → 依次选择高光谱文件、角度文件、水体掩膜
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3. **选择模型** → 选择适合的BRDF模型（通常用L11）
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4. **选择变量** → 勾选需要的输出变量
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5. **调整参数** → （可选）调整块大小以优化性能
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6. **设置输出** → 指定输出文件前缀路径
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||
7. **运行** → 点击"运行水体BRDF校正"
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## 八、常见问题与解决方案
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### 8.1 文件匹配问题
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**问题**：自动匹配找不到文件对
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**解决**：
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- 检查文件命名是否符合 `{prefix}_rfl` 和 `{prefix}_obs` 格式
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- 确保输入文件夹和辅助文件夹路径正确
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- 使用手动添加功能指定文件对
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### 8.2 波段映射问题
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**问题**：提示波段索引超出范围
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**解决**：
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- 检查辅助文件的实际波段数
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- 确认波段索引从0开始计数
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||
- 验证辅助文件格式正确
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### 8.3 内存不足问题
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**问题**：处理大文件时内存溢出
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**解决**：
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- 减少CPU核心数设置
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- 对于水体模块，减小处理块大小（chunk_size）
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||
- 分块处理（FlexBRDF会自动分块）
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### 8.4 掩膜问题
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**问题**：校正后结果为空或过少
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**解决**：
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- 检查掩膜条件是否过于严格
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- 验证NDVI或波段阈值设置是否合理
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- 查看掩膜类型是否与数据匹配
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## 九、技术参数参考
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### 9.1 支持的文件格式
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| 类型 | 格式 |
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|------|------|
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| 输入反射率 | ENVI标准格式 (.dat + .hdr) |
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| 观测几何 | ENVI标准格式 (.dat + .hdr) |
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| 水体掩膜 | GeoTIFF (.tif) |
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| 输出结果 | ENVI标准格式 |
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| 配置文件 | JSON (.json) |
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### 9.2 系统要求
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- **操作系统**：Windows 10/11, Linux, macOS
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- **Python版本**：3.8+
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- **内存**：建议8GB以上（处理大图像需要更多）
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- **依赖库**：PyQt5, numpy, scipy等（详见requirements.txt）
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## 十、联系与支持
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如有问题或建议，请查看项目文档或联系开发团队。
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*文档版本：v1.0*
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*最后更新：2026年4月*
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