Sen2Cor-处理从Sentinel-2卫星拍摄的图像的程序。本文介绍了如何安装，运行和配置它。在裁判官方面，我需要对Sentinel-2卫星的图像进行大气校正。精通生态学，因此有可能不去研究物理学和数学，而是使用现成的工具。发现了这样的工具-Sen2Cor。问题在于，Sen2Cor没有明确的说明。地理信息学教科书的作者没有进入使用特定程序的丛林，相反，科学文章的作者认为，图像校正是该技术的一部分，因此太简单了，因此他们没有详细描述它。在“用于假人”的网站上（而不是用于假人的网站），也没有写过Sen2Cor。官方文档令人困惑：只需说一下“用户指南”第26页上的“安装”部分就立即指向发行说明的第60页即可。我花了一段时间才弄清楚。我决定为安装，启动和配置Sen2Cor写一个易于理解的指南。该手册针对生物学家，生态学家，农业专家以及所有可能需要卫星图像处理但不是主要任务的人员。实际上，我分享自己的经验。我不保证绝对正确和完整。我认为，地理信息专家会给我一些建议。严格来说，Sen2Cor不仅可以进行大气校正，还可以校正太阳和地形的角度以及主题分类（场景分类），但对我而言，最重要的是进行大气校正。因此，为简单起见，我有时写“大气校正”而不是“处理”，尽管这是不准确的。Sen2Cor在三种模式下工作：作为独立的控制台应用程序，作为Sentinel-2 Toolbox中的插件以及作为PDGS（有效载荷数据地线段）中使用的控制台应用程序。 PDGS是从卫星接收的地面数据中心。他在意大利的一家研究所工作。从理论上讲，您可以使用与在数据中心中启动Sen2Cor相同的模式来运行Sen2Cor，但是要运行，您需要的是无法在Internet上下载的数据，因此我们将不考虑此选项。 Sentinel-2 Tolobox也被绕过，因为我没有使用此程序。它具有图形界面，因此我认为了解她的工作并不困难。因此，本文介绍了如何在控制台模式下使用Sen2Cor。Sen2Cor在64位Windows，MacOS和Linux上运行。我有Linux，因此我将以Linux为例显示命令。但是，唯一的区别在于安装程序和文件路径。Sen2Cor需要4 GB的RAM。如果更少，它将启动，但可能在处理过程中崩溃。RAM的消耗取决于所拍摄图像的分辨率，因此，如果内存较小，并且程序因此而出错，则可以以较低的分辨率开始处理。下面介绍了如何执行此操作。对处理器没有类似的严格要求，但是处理器越弱，处理所花费的时间就越多。安装
您需要下载安装程序并运行它。 Sen2Cor是用Python编写的，但是解释器和所有必需的软件包都在安装程序中，因此您无需自己安装Python并配置环境。假设我们有一个带有主目录的用户/home/user。在主目录spaceshots中创建一个文件夹，我们将在其中使用图片。文件夹的完整路径为/home/user/spaceshots。接下来，下载并运行安装程序。打开Sen2Cor页面在欧洲航天局的仪器现场。该程序有两个版本：2.5.5和2.8。安装2.8更好：它消耗更少的RAM并包含更少的错误。如果需要处理根据旧规范拍摄的照片，则可能需要版本2.5.5。点击“ Sen2Cor v2.8”。在“独立安装程序”部分的页面结尾，是用于下载安装程序的链接。下载适合我们操作系统的软件。在这种情况下，它是“ Linux安装程序：Sen2Cor-02.08.00-Linux64.run”。将文件保存到/home/user/spaceshots。接下来，打开控制台，移至目录spaceshots并运行安装程序。$ cd ~/spaceshots
$ ./Sen2Cor-02.08.00-Linux64.run
默认情况下，该程序安装在当前目录中。在Sen2Cor-02.08.00-Linux64其中创建一个文件夹，其中提取了所有程序文件。总的来说，安装归结为解压缩归档文件。另外，在主目录中创建了一个用于配置文件和日志的文件夹：/home/user/sen2cor/2.8。如果没有错误，则控制台上应显示一个标题，«Congratulations, Installation successful...»并提供测试安装的建议。让我们进行测试运行：$ /home/user/spaceshots/Sen2Cor-02.08.00-Linux64/bin/L2A_Process -h
该命令/home/user/spaceshots/Sen2Cor-02.08.00-Linux64包含Sen2Cor的安装目录。该文件夹bin包含程序的主要可执行文件，包括main文件L2A_Process。该选项-h表明您需要显示帮助页面。命令执行的结果是，控制台中应显示以下内容：usage: L2A_Process.py [-h] [--mode MODE] [--resolution {10,20,60}]
[--datastrip DATASTRIP] [--tile TILE]
[--output_dir OUTPUT_DIR] [--work_dir WORK_DIR]
[--img_database_dir IMG_DATABASE_DIR]
[--res_database_dir RES_DATABASE_DIR]
[--processing_centre PROCESSING_CENTRE]
[--archiving_centre ARCHIVING_CENTRE]
[--processing_baseline PROCESSING_BASELINE] [--raw]
[--tif] [--sc_only] [--cr_only] [--debug]
[--GIP_L2A GIP_L2A] [--GIP_L2A_SC GIP_L2A_SC]
[--GIP_L2A_AC GIP_L2A_AC] [--GIP_L2A_PB GIP_L2A_PB]
input_dir
Sentinel-2 Level 2A Processor (Sen2Cor). Version: 2.8.0, created: 2019.02.20,
supporting Level-1C product version 14.2 - 14.5.
…
如果出现，则说明安装正常，可以使用该程序了。唯一仍然没有做的事情就是简化程序的启动。当您需要指定文件的完整路径时：/home/user/spaceshots/Sen2Cor-02.08.00-Linux64/bin/L2A_Process。不舒服 简单地编写起来容易得多L2A_Process。但是，如果您现在执行此操作，将出现错误：$ L2A_Process
bash: L2A_Process:
要修复该错误并在command上运行Sen2Cor L2A_Process，您需要向该文件添加一个命令，该文件.bashrc位于主目录（在本例中为address /home/user/.bashrc）。这是一个隐藏文件，因此在打开它之前，需要在文件管理器中启用隐藏文件的显示。将以下行添加.bashrc到文件末尾：
source /home/user/spaceshots/Sen2Cor-02.08.00-Linux64/L2A_Bashrc
第一行是注释，以记住为什么需要第二行。每次系统启动时，第二行执行文件中包含的脚本L2A_Bashrc。该脚本更改了一些环境变量，以便L2A_Process可以从任何地方访问该命令，而无需指定该命令的完整路径。为了使更改.bashrc生效，您需要返回到控制台并运行以下命令$ source ~/.bashrc
您也可以更改程序的安装位置。为此，必须在启动安装程序时指定该选项--target。例如，命令
将在安装Sen2Cor /usr/share/sen2cor。我们从超级用户运行命令，因为普通用户通常不能将文件写入/usr。但是，在这种情况下，您将必须以超级用户权限运行Sen2Cor或将访问权限更改为/usr/share/sen2cor。如何在MacOS和Windows上安装MacOS , Linux.
Windows — zip-, .
L2A_Process L2A_Process.bat,
bin, , :
C:\Users\user\spaceshots\Sen2Cor-02.08.00-Linux64/L2A_Process.bat -h
Windows :
:\Users\user\sen2cor\2.8. .
,
L2A_Process.bat, Windows
L2A_Bashrc.bat PATH.
图像处理
因此，我们安装了Sen2Cor并使其在command上运行L2A_Process。现在进行大气校正。假设我们已经下载了卫星图像并将其解压缩到中/home/user/spaceshots。我于2018年7月27日拍摄了叶卡捷琳堡以西地区的照片。快照文件名为L1C_T40VFJ_A016162_20180727T071939.zip。打开包装后，出现S2A_MSIL1C_20180727T071621_N0206_R006_T40VFJ_20180727T092607.SAFE文件夹。然后，为了进行大气校正，您需要运行以下命令：$ L2A_Process S2A_MSIL1C_20180727T071621_N0206_R006_T40VFJ_20180727T092607.SAFE/
按下Enter键后，您可以放松下来，因为该处理需要花费大量时间（在带有Intel Cascade Lake的Yandex.Cloud上，并保证5％的CPU份额-大约一个小时）。Sen2Cor在控制台中显示有关进度的信息，以便您大致了解程序当前正在做什么。在控制台中登录开始Sentinel-2 Level 2A Processor (Sen2Cor). Version: 2.8.0, created: 2019.02.20, supporting Level-1C product version 14.2 - 14.5 started ...
Product version: 14.5
Operation mode: TOOLBOX
Processing baseline: 99.99
Progress[%]: 0.00 : Generating datastrip metadata
L1C datastrip found, L2A datastrip successfully generated
Selected resolution: 60 m
Progress[%]: 1.13 : PID-4202, L2A_ProcessTile: processing with resolution 60 m, elapsed time[s]: 2.299, total: 0:00:10.789933
Progress[%]: 1.13 : PID-4202, L2A_ProcessTile: start of pre processing, elapsed time[s]: 0.000, total: 0:00:10.790432
Progress[%]: 1.27 : PID-4202, L2A_Tables: start import, elapsed time[s]: 0.278, total: 0:00:11.068694
Progress[%]: 1.69 : PID-4202, L2A_Tables: band B01 imported, elapsed time[s]: 0.851, total: 0:00:11.919562
Progress[%]: 9.39 : PID-4202, L2A_Tables: band B02 imported, elapsed time[s]: 15.618, total: 0:00:27.537532
Progress[%]: 17.16 : PID-4202, L2A_Tables: band B03 imported, elapsed time[s]: 15.743, total: 0:00:43.280800
…
程序完成工作后，/home/user/spaceshots在S2A_MSIL1C_20180727T071621_N0206_R006_T40VFJ_20180727T092607.SAFE/旁边，应出现另一个名称非常相似的文件夹-S2A_MSIL2A_20180727T071621_N9999_R006_T40VF08，我们现在已经有了程序。为此，请考虑Sentinel-2图像的结构。Sentinel-2卫星图像是一个大小为几百兆字节的zip存档。在我们的情况下，归档文件名为L1C_T40VFJ_A016162_20180727T071939.zip。信息以名称编码：处理级别（L1C），地区代码（T40VFJ），轨道号（A016162）），拍摄日期和时间。在此存档中，有一个长名称为.SAFE的文件夹。在* .SAFE文件夹中，有一个GRANULE文件夹，在其中有另一个长名的文件夹，其中有IMG_DATA文件夹，其中有14张jp2格式的图像。其中有13个编号-名称以B01-B12结尾（再加上一个编号B8A）。这些是图块-在特定波长下拍摄的地球表面图像。例如，B04是红色范围内的图片，而B08是近红外范围内的图片，这两个图片可以一起用于计算众所周知的索引NDVI。第14张图像的名称以TCI结尾，表示真彩色图像-这是一张全彩色图片，即与在常规相机上拍摄的图像大致相同。Sen2Cor接收* .SAFE文件夹作为源数据-它是启动程序时指定为唯一必需的参数。如果您指定的不是* .SAFE文件夹，而是带有快照或特定图块的源归档，则该程序将不会启动。$ L2A_Process T40VFJ_20180727T071621_B04.jp2
Product metadata file cannot be read.
事实是，不仅图块本身用于大气校正，而且元数据也使用，并且它们位于* .SAFE文件夹内的文件中，而不是图块中。该程序的工作结果也是一个* .SAFE文件夹，其结构类似：内部有一个GRANULE文件夹，内部是另一个文件夹，其中IMG_DATA文件夹位于其中，并且其中包含正确的图块。磁贴按空间分辨率分组：R10m文件夹中的空间分辨率为10米，R20m中的分辨率为20米，R60m中的分辨率为60米。使用某些设置，将不会处理某些权限，也不会创建相应的文件夹-有关更多信息，请参见下文。* .SAFE文件夹的名称由此产生的名称与原始名称仅一个不同：在开头而不是_MSI L1C_表示_MSI L2A _。 L1C和L2A是处理级别代码。 L1C级别意味着将图像处理到大气顶部反射率级别，即图像中的像素值对应于记录在卫星飞行的大气层上限的反射率。 L2A级别正在处理到大气底部的反射级别，即处理到地球表面的反射值-好像大气层是绝对透明的。实际上，当然不是这样，大气校正允许您仅去除光通过大气时发生的部分畸变，但总的来说，``大气底部反射率''值比``大气顶部''值更符合地球表面的实际反射率。反射率。除了已调整的瓷砖外，Sen2Cor还可以生成更多图像：全彩色（TCI），大气的气溶胶光密度图（AOT-气溶胶光学厚度）和水蒸气含量（WV-水蒸气），表面类型的主题分类图（SC-场景分类）。它们也位于相应空间分辨率的目录的IMG_DATA文件夹中。如果希望将程序结果的文件夹不是* .SAFE，而是以其他方式调用，则可以使用option自己指定名称--output_dir。假设我们使用不同的设置运行了3次Sen2Cor，并将结果保存到文件夹test1，test2和test3。然后我们--output_dir在启动时指出：
$ L2A_Process --output_dir /home/user/spaceshots/test1 S2A_MSIL1C_20180727T071621_N0206_R006_T40VFJ_20180727T092607.SAFE
-并且校正后的图像将出现在目录中/home/user/spaceshots/test1。在第二个和第三个开始处，我们分别指示--output_dir /home/user/spaceshots/test2和--output_dir /home/user/spaceshots/test3。另一个有用的选择是这个--resolution。它允许您设置程序结果将获得的图块的空间分辨率。 Sen2Cor可以创建具有不同空间分辨率的图像-每个像素10、20或60米。默认情况下，制作10米和20米。假设我们有足够的分辨率为每像素60米的图块用于探索性分析。然后，您可以使用选项指定目标分辨率--resolution：$ L2A_Process --resolution 60 S2A_MSIL1C_20180727T071621_N0206_R006_T40VFJ_20180727T092607.SAFE
使用这些参数启动后，Sen2Cor将处理图像并创建分辨率为60米的调整后的图块。与标准启动不同，处理所需的时间要少得多-只需四分钟多一点。内存消耗也较少，因此，如果由于缺少内存而以标准分辨率开始的操作以错误结束，则可以指定60米的分辨率。只有R60m文件夹将位于IMG_DATA文件夹中，并且在其中将有分辨率为60米的图块以及一些其他图像：全彩色主题图和水蒸气含量图。配置文件
我们使用Sen2Cor使用默认设置处理了卫星图像。可以使用--resolution和选项更改保存工作结果的分辨率和文件夹--output_dir。还有更多命令行选项，但是，并非所有选项都可以使用它们进行配置。在处理过程中还有许多其他重要参数，例如：是否考虑地形，是否去除云层，如何评估大气状态。在Sen2Cor中，使用配置文件进行配置。如果您像之前一样运行Sen2Cor，但未指定配置文件的路径，则将使用标准配置文件。标准配置文件位于主目录中（在本例中为/文件夹中）home/user/sen2cor/2.8/cfg。该文件称为L2A_GIPP.xml。 L2A代表处理级别，GIPP代表地面图像处理参数-图像地面处理的参数。这是一个常规的xml文件，其中包含多个部分，并且在各部分中包含用于不同设置的元素。每个设置的说明直接写在文件中。此外，文档中还包含有关设置的详细说明-但是，不容易理解它。您可以直接编辑标准配置文件，但是最好将其复制并在启动程序时明确指出需要使用其他配置文件。将L2A_GIPP.xml复制到/home/user/spaceshots，将其重命名为custom.xml并使用以下配置文件运行程序：$ L2A_Process --GIP_L2A /home/user/spaceshots/custom.xml --resolution 60 S2A_MSIL1C_20180727T071621_N0206_R006_T40VFJ_20180727T092607.SAFE
请注意，配置文件的选项名为--GIP_L2A-带一个字母“ P”。由于我们没有编辑配置文件，因此程序的过程和结果与从默认配置开始没有什么不同。配置文件中有许多不同的参数。让我们考虑其中的一些。日志
Log_Level-确定程序日志的详细程度的参数。日志在操作过程中显示在控制台中，并另外存储在日志文件夹中（在本例中为- /home/user/sen2cor/2.8/log）。默认值为INFO。如果您在程序中没有遇到错误，通常不需要更改此设置。考虑到太阳的后角和角度
DEM_Directory-数字高程图所在的文件夹（DEM-数字高程模型）。使用数字高程图处理结果通常更准确。默认值为NONE，即不考虑地形。如果您有自己的数字高程图，请指明其路径。对于DEM的文件夹应该是在同一个地方的文件夹cfg，并log在我们的情况下，在目录中/home/user/sen2cor/2.8。因此，如果您有数字高程图，则需要将其放入/home/user/sen2cor/2.8/dem并在DEM_Directory中指定dem。如果它不存在，但仍要使用它，则可以指定任何路径（例如，也写dem）并配置下一个参数。DEM_Reference-如果不在上一段中指定的文件夹中，则从该URL下载数字高程模型。Sen2Cor开发人员建议使用http：// data_public：GDdci@data.cgiar-csi.org/srtm/tiles/GeoTIFF/
-这是STRM DEM的链接，STRM DEM是具有90米空间分辨率的免费分布式数字高程图。鉴于比例尺并不比卫星图像本身小很多，因此该模型应能得出良好的结果。如果Sen2Cor看到DEM_Directory指定了NONE以外的其他值，它将尝试从指定目录中打开带有凹凸贴图的文件。如果无法打开文件，他将尝试通过中指定的URL下载DEM_Reference。如果下载失败，则错误消息将出现在日志中，并且继续处理时不会考虑地形。从URL下载的文件保存在DEM_Directory并且在程序终止后不会被删除。因此，如果要使用相同的海拔图再次处理同一图像（例如，通过更改其他校正设置），Sen2Cor将不会再次下载数字海拔图，而是使用其离线副本。该选项Generate_DEM_Output使您可以通过该程序获得带有数字高程图的单独图块。默认值为FALSE。该选项DEM_Terrain_Correction部分禁用了数字高程图的使用：在主题分类（SC）和AOT地图的构造中将继续考虑高程，但在调整来自地面的反射值时不会考虑。如果未使用DEM，则指定参数Altitude-这是图片中捕获区域的海拔高度的平均数。高度以公里表示。与高程核算有关的另外两个参数是BRDF_Correction和BRDF_Lower_Bound。BRDF代表双向反射率分布函数，是一个模拟不透明表面的光反射的方程式。不同的值BRDF_Correction对应于该方程式中系数之一的不同值。在官方文档中，建议在大多数情况下使用21。它BRDF_Lower_Bound负责方程中的另一个系数，并且可以默认将其保留，除非您确切知道为什么以及为什么需要更改它。好看的照片
该选项Generate_TCI_Output打开和关闭创建全彩色图像。默认值为TRUE，但是如果不需要精美图片，则可以选择FALSE。解释大气状态
参数Aerosol_Type，Mid_Latitude，Ozone_Content表示在拍摄时的大气状态。Aerosol_Type可以在领土上设置：如果是大陆，则为农村；如果是海洋，则为海洋。Mid_Latitude同样由季节决定：如果是夏季，则为夏季；如果是冬季，则为冬季。该参数Ozone_Content表示臭氧含量。臭氧含量可在《世界臭氧资料》和《紫外线在线》资料库中找到。在地图上，您可以找到最靠近测量区域的测站，然后在正确的时间下载数据集，并在拍摄当天查看测量结果。但是，不可能在配置文件中建立实际的测量结果-您需要从列表中为相应季节选择一个值。因此，您必须首先找出实际测量值，然后选择最接近的可用值。例如，根据叶卡捷琳堡站的数据，2018年6月27日（花费时间），臭氧含量为316 DU。配置文件中的解释指出：对于中纬度的夏季，可用选项为250、290、331（默认），370、410、450。最接近316的是331。默认情况下，因此在这种情况下无法执行任何操作不要换。如果照片的拍摄早在几天前，当臭氧浓度降低到302 DU，应设置Ozone_Content到290原则上，所有三个参数- ，，Aerosol_Type -在大多数情况下，可以通过默认设置-为汽车和和0 。在这种情况下，Sen2Cor将根据图像元数据确定最合适的值。Mid_LatitudeOzone_ContentAerosol_TypeMid_LatitudeOzone_Content除云
该参数Cirrus_Correction说明是否从图像中去除了卷云。与WV_Threshold_Cirrus- 一起使用-这是水蒸气含量阈值，即使将其Cirrus_Correction设置为TRUE ，该阈值也会自动禁用除云功能。因此，如果有理由认为拍摄时大气中的水蒸气含量较低，但仍然有小云，需要将其去除，则最好降低该值WV_Threshold_Cirrus。WV_Threshold_Cirrus可以是0.1到1。结论
因此，在本文中，我们研究了以下问题：如何安装Sen2Cor，如何使用默认设置启动它，如何使用命令行和配置文件选项更改程序的某些参数。有关Sen2Cor的更深入研究，您可以参考官方文档，该文档与安装程序在同一页面上。官方文档包括四个文档：更简单明了的发行说明和软件用户手册，以及相当复杂的技术产品定义和输入输出数据定义。后一个文件还包含“ GIPP的完整参考”作为附件pdf文件。我相信技术专家会在这些文件中发现更多有用的信息。