地球信息科学学报 ›› 2016, Vol. 18 ›› Issue (5): 606-614.doi: 10.3724/SP.J.1047.2016.00606
收稿日期:
2015-12-16
修回日期:
2016-04-06
出版日期:
2016-05-10
发布日期:
2016-05-10
作者简介:
作者简介:黄启厅(1983-),男,广西南宁人,博士生,研究方向为遥感信息提取。E-mail:
基金资助:
HUANG Qiting1,2,*(), QIN Zelin3, ZENG Zhikang3
Received:
2015-12-16
Revised:
2016-04-06
Online:
2016-05-10
Published:
2016-05-10
Contact:
HUANG Qiting
摘要:
为满足多源、多时相遥感影像定量化信息提取的应用需求,本文发展了一种半自动化的相对辐射归一化方法。将多源遥感影像的相对辐射归一化分为传感器辐射校正与针对光照等外部因素的辐射归一化2个过程。首先,基于晴空影像,采用分类回归的方式获取传感器辐射校正系数;然后,利用样本传递再分类的方法实现多源影像的半自动分类和传感器辐射偏差校正;最后,基于NDVI差值直方图和类别约束的PIFs自动选取方法,实现影像的相对辐射归一化。采用准同期的GF1-WVF1和Landsat8-OLI影像以及多源时序影像对方法进行了验证,结果表明,本文方法可以对传感器间的辐射偏差进行有效纠正,并在整体上获得比传统方法更好的辐射归一化精度;同时,多源时序影像的辐射校正结果也表明,本文方法能够有效地消除时序影像间的辐射特征波动,使植被等地类的季相变化信息得到更准确地表达,为多源时序影像的协同利用提供了借鉴方法。
黄启厅, 覃泽林, 曾志康. 多源多时相遥感影像相对辐射归一化方法研究[J]. 地球信息科学学报, 2016, 18(5): 606-614.DOI:10.3724/SP.J.1047.2016.00606
HUANG Qiting,QIN Zelin,ZENG Zhikang. A Study on the Relative Radiometric Normalization of Multi-sources and Multi-temporal Remote Sensing Data[J]. Journal of Geo-information Science, 2016, 18(5): 606-614.DOI:10.3724/SP.J.1047.2016.00606
表1
以Landsat8-LIO为基准的GF-WFV1回归模型
传感器 | 波段 | 回归方程 | |||
---|---|---|---|---|---|
植被 | 裸地 | 居民地 | 水体 | ||
GF1-WFV1 | B1 | Y =0.8620 X -1.5301 | Y =0.8141 X +4.7266 | Y =0.7349 X +11.473 | Y =0.8109 X +10.305 |
B2 | Y =0.8440 X -3.7146 | Y =0.8368 X +1.7295 | Y =0.8038 X +0.4878 | Y =0.9047 X +1.1441 | |
B3 | Y =0.9149 X -1.4747 | Y =0.8401 X +6.4448 | Y =0.9203 X +0.4012 | Y =0.8078 X +9.5268 | |
B4 | Y =0.7066 X +4.3729 | Y =0.6486 X +7.1556 | Y =0.8062 X +3.9328 | Y =0.6365 X +4.4763 |
表2
本文方法辐射归一化前后影像各波段的平均辐亮度
波段 | 植被 | 裸地 | 居民地 | 水体 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
GF1-WFV1 | LT8-OLI | 校正影像 | GF1-WFV1 | LT8-OLI | 校正影像 | GF1-WFV1 | LT8-OLI | 校正影像 | GF1-WFV1 | LT8-OLI | 校正影像 | |
B1 | 66.51 | 54.82 | 56.01 | 84.32 | 73.37 | 75.67 | 97.53 | 83.15 | 86.75 | 79.05 | 74.41 | 76.91 |
B2 | 57.33 | 43.68 | 45.47 | 76.22 | 65.35 | 66.95 | 82.43 | 66.74 | 70.63 | 65.06 | 60.01 | 62.14 |
B3 | 29.46 | 25.48 | 26.67 | 74.38 | 68.93 | 72.87 | 58.25 | 54.01 | 56.01 | 34.31 | 37.24 | 36.03 |
B4 | 88.47 | 66.87 | 70.25 | 85.32 | 62.49 | 65.64 | 67.02 | 50.11 | 57.97 | 25.36 | 20.62 | 22.97 |
Mean-Radiance | 60.44 | 47.71 | 49.6 | 80.06 | 67.54 | 70.28 | 76.31 | 63.50 | 67.84 | 50.95 | 48.07 | 49.51 |
表3
不同方法辐射归一化结果的RMSE
波段 | 植被 | 裸地 | 居民地 | 水体 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
未校正前 | IR | 本文方法 | 未校正前 | IR | 本文方法 | 未校正前 | IR | 本文方法 | 未校正前 | IR | 本文方法 | |
B1 | 10.79 | 3.52 | 1.44 | 11.40 | 13.35 | 2.86 | 15.26 | 17.64 | 4.44 | 5.51 | 4.92 | 2.88 |
B2 | 12.87 | 5.22 | 2.30 | 11.34 | 12.94 | 2.83 | 16.37 | 17.99 | 4.25 | 5.95 | 4.27 | 3.09 |
B3 | 4.25 | 2.64 | 1.48 | 7.22 | 9.27 | 4.21 | 6.51 | 9.33 | 4.87 | 4.44 | 4.12 | 3.24 |
B4 | 16.44 | 8.89 | 3.59 | 23.51 | 26.33 | 3.64 | 17.56 | 19.41 | 8.94 | 6.48 | 5.28 | 3.34 |
Mean-RMSE | 11.09 | 5.07 | 2.20 | 13.37 | 15.47 | 3.39 | 13.93 | 16.09 | 5.62 | 5.6 | 4.65 | 3.15 |
[1] |
张友水,冯学智,周成虎.多时相TM影像相对辐射校正研究[J].测绘学报,2006,35(2):122-127.
doi: 10.3321/j.issn:1001-1595.2006.02.006 |
[ Zhang Y S, Feng X Z, Zhou C H.Relative radiometric correction for multitemporal TM Images[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2006,35(2):122-127. ]
doi: 10.3321/j.issn:1001-1595.2006.02.006 |
|
[2] |
余晓敏,邹勤.多时相遥感影像辐射归一化方法综述[J].测绘与空间地理信息,2012,35(6):8-12.
doi: 10.3969/j.issn.1672-5867.2012.06.003 |
[ Yu X M, Zhou Q.Methods of radiometric normalization for multi-temporal remote sensing images: a review[J]. Geomatics & Spatial Information Technology, 2012,35(6):8-12. ]
doi: 10.3969/j.issn.1672-5867.2012.06.003 |
|
[3] | Li C H, Xu H Q.Automatic absolute radiometric normalization of satellite imagery with ENVI /IDL programming[C]. Proceedings of the 2nd International Congress on Image and Signal Processing, 2009. |
[4] | Du Y, Teillet P M, Cihlar J.Radiometric normalization of multi-temporal high resolution images with quality control for land cover change detection[J]. Remote Sensing of Environment, 2002,82:123-134. |
[5] | Biday S G, Bhosle U.Radiometric correction of multi-temporal satellite imagery[J]. Journal of Computer Science, 2010,6(9):940-949. |
[6] |
Nelson T, Wilson H G, Boots B, et al.Use of ordinal conversion for radiometric normalization and change detection[J]. International Journal of Remote Sensing, 2005,26:535-541.
doi: 10.1080/01431160512331314065 |
[7] | Elvidge C D, Yuan D, Ridgeway D W, et al.Relative radiometric normalization of Landsat Multispectral Scanner (MSS) data using automatic scattergram-controlled regression[J]. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 1995,61(10):1255-1260. |
[8] |
余晓敏,陈云浩.基于改进的自动散点控制回归算法的遥感影像相对辐射归一化[J].光学技术,2007,33(2):185-188.
doi: 10.3321/j.issn:1002-1582.2007.02.042 |
[ Yu X M, Chen Y H.Relative radiometric normalization of remotely sensed images based on improved automatic scattergram-controlled regression[J]. Optical Technique, 2007,33(2):185-188. ]
doi: 10.3321/j.issn:1002-1582.2007.02.042 |
|
[9] |
Canty M J, Nielsen A A, Schmidt M.Automatic radiometric normalization of multitemporal satellite imagery[J]. Remote Sensing of Environment, 2004,91(3):441-451.
doi: 10.1016/S0034-4257(04)00120-8 |
[10] |
Canty M J, Nielsen A A.Automatic radiometric normalization of multitemporal satellite imagery with the iteratively re-weighted MAD transformation[J]. Remote Sensing of Environment, 2008,112(3):1025-1036.
doi: 10.1016/j.rse.2007.07.013 |
[11] |
Zhang L,Yang L, Lin H, et al.Automatic relative radiometric normalization using iteratively weighted least square regression[J]. International Journal of Remote Sensing, 2008,29:459-470.
doi: 10.1080/01431160701271990 |
[12] | 吴荣华. 光谱响应差异在高精度交叉定标中的影像分析——以FY-3/MERSI与EOS/MODIS为研究实例[D].北京:中国气象科学研究院,2010. |
[ Wu R H.Impacts of spectral response difference effects on SNO calibration study -the examples of FY-3A/MERSI with EOS/MODIS[D]. Beijing: Chinese Academy of Meteorological Sciences, 2010. ] | |
[13] | 魏宏伟. HJ-1A卫星不同CCD数据比对及归一化研究[D].南京:南京大学,2013. |
[ Wei H W.The comparison and normalization between HJ-1A CCD1 and HJ-1A CCD2[D]. Nanjing: Nanjing University, 2013. ] | |
[14] | Tjishchenko A P.Effects of spectral response function on surface reflectance and NDVI measured with moderate resolution satellite sensors[J]. Remote Sensing of Environment, 2008,81(1):1-18. |
[15] | 汪小钦,叶炜,江洪.基于光谱归一化的阔叶林LAI遥感估算模型适用性分析[J].福州大学学报(自然科学版),2011,39(5):713-718. |
[ Wang X Q, Ye W, Jiang H.Applicability analysis on LAI estimation model from remote sensing data for broadleaf forest based on spectral normalization[J]. Journal of Fuzhou University(Natural Science Edition), 2011,39(5):713-718. ] | |
[16] |
叶炜,江洪.基于光谱归一化的马尾松LAI遥感估算研究[J].遥感信息,2011(5):52-58.
doi: 10.3969/j.issn.1000-3177.2011.05.009 |
[ Ye W, Jiang H.Masson’s pine LAI estimation based on spectral normalization using remote sensing data[J]. Remote Sensing Information,2011,5:52-58. ]
doi: 10.3969/j.issn.1000-3177.2011.05.009 |
|
[17] | 张杰,郭铌,王介民.NOAA/AVHRR与EOS/MODIS遥感产品NDVI序列的对比及其校正[J].高原气象,2007,26(5):1097-1103. |
[ Zhang J, Guo N, Wang J M.Contrast and calibration of remote sensing production NDVI of NOAA/AVHRR and EOS/MODIS[J]. Plateau Meteorology, 2007,26(5):1097-1103. ] | |
[18] | Steven M D, Malthus T J, Baret F, et al.Inter-calibration of vegetation indices from different sensor systems[J]. Remote Sensing of Environment, 2003,88(12):412-422. |
[1] | 杨颖频, 吴志峰, 黄启厅, 骆剑承, 吴田军, 董文, 胡晓东, 肖文菊. 协同遥感与统计数据的粤西甘蔗种植分布提取及时空分析[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(5): 1012-1026. |
[2] | 巫磊, 吴文挺. GEE平台下结合滤波算法和植被物候特征的互花米草遥感提取最优时间窗口确定[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(3): 606-624. |
[3] | 秦肖伟, 程博, 杨志平, 李林, 董文, 张新, 杨树文, 靳宗义, 薛庆. 基于时序遥感影像的西南山区地块尺度作物类型识别[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(3): 654-668. |
[4] | 黎煜昭, 刘启亮, 邓敏, 徐锐, 王茂洋, 杨海南. 基于物理约束GRU神经网络的河流水质预测模型[J]. 地球信息科学学报, 2023, 25(1): 102-114. |
[5] | 耿佳辰, 沈石, 程昌秀. “十三五”时期黄河流域PM2.5时空分布规律及多尺度社会经济影响机制分析[J]. 地球信息科学学报, 2022, 24(6): 1163-1175. |
[6] | 杨泽航, 王文, 鲍健雄. 融合多源遥感数据的黑河中游地区生长季早期作物识别[J]. 地球信息科学学报, 2022, 24(5): 996-1008. |
[7] | 韩特, 汤玉奇, 邹滨, 冯徽徽, 张芳艳. 基于分层极限学习机影像转换的多源影像变化检测方法[J]. 地球信息科学学报, 2022, 24(11): 2212-2224. |
[8] | 卞萌, 郭树毅, 王威, 欧阳昱晖, 黄颖菁, 费腾. 融合植被遥感数据的北京市次日花粉浓度预测[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(9): 1705-1713. |
[9] | 葛中曦, 黄静, 赖佩玉, 郝斌飞, 赵银军, 马明国. 耕地复种指数遥感监测研究进展[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(7): 1169-1184. |
[10] | 冯子钰, 施润和. 中国近地面PM2.5浓度与排放的时空分布及其关联分析[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(7): 1221-1230. |
[11] | 姜伊兰, 陈保旺, 黄玉芳, 崔佳琪, 郭宇龙. 基于Google Earth Engine和NDVI时序差异指数的作物种植区提取[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(5): 938-947. |
[12] | 谢聪慧, 吴世新, 张晨, 孙文涛, 何海芳, 裴韬, 罗格平. 基于谱系聚类的全球各国新冠疫情时间序列特征分析[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(2): 236-245. |
[13] | 崔明洁, 姚霞, 方昊然, 张杨成思, 杨德刚, 裴韬. SARS与COVID-19时空传播差异性及影响因素分析[J]. 地球信息科学学报, 2021, 23(11): 1910-1923. |
[14] | 刘新, 赵宁, 郭金运, 郭斌. 基于LSTM神经网络的青藏高原月降水量预测[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(8): 1617-1629. |
[15] | 杨丹, 周亚男, 杨先增, 郜丽静, 冯莉. LSTM支持下时序Sentinel-1A数据的太白山区植被制图[J]. 地球信息科学学报, 2020, 22(12): 2445-2455. |
|