專利名稱：一種tm/etm+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，尤其是涉及一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
陸地衛(wèi)星(Landsat)獲得的TM/ETM+影像由于其適中的分辨率、長期連續(xù)對(duì)地觀測(cè)等優(yōu)勢(shì)，已成為研究全球/區(qū)域變化的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來，并在諸多領(lǐng)域中得到了大規(guī)模應(yīng)用。然而，大氣中包含的水汽、臭氧和氣溶膠對(duì)太陽輻射的吸收和散射等作用影響了遙感圖像的可用性，通常需要采用物理輻射傳輸模型或統(tǒng)計(jì)學(xué)方法去除大氣效應(yīng)以獲得地表真實(shí)反射率，氣校正使用的校正模型、大氣環(huán)境參數(shù)包含了許多不確定性因素，導(dǎo)致反演得到的表面反射率產(chǎn)品中也包含了一定不確定性，并影響植被指數(shù)、葉面積指數(shù)等地表參數(shù)提取精度。采用科學(xué)方法對(duì)TM/ETM+的大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，不僅是改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的必要途徑，也是提高產(chǎn)品應(yīng)用結(jié)果可靠性的迫切需要。目前國內(nèi)外有關(guān)遙感影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量檢查的基本思路都是采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，通過對(duì)比分析產(chǎn)品影像上某些地表對(duì)象的光譜值和“真實(shí)”光譜值之間的一致性以評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。根據(jù)“真值”光譜來源不同，質(zhì)量檢查方法主要可分為以下2類。(1)地面同步觀測(cè)驗(yàn)證法。即在實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)選擇一定數(shù)量同質(zhì)、平坦的區(qū)域作為驗(yàn)證樣本，當(dāng)遙感衛(wèi)星過境時(shí)，利用地面輻射測(cè)量儀器同步觀測(cè)樣本地表反射率，將其作為“真值”評(píng)定大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量。(2)參考影像對(duì)比法。以高質(zhì)量表面反射率影像作為“真值”來源，選取一定數(shù)量地物樣本，比較樣本在產(chǎn)品影像和對(duì)應(yīng)參考影像的光譜值一致性，進(jìn)而評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量。上述2類產(chǎn)品驗(yàn)證方法中，前者“真值”數(shù)據(jù)可靠性好，但成本較高，耗費(fèi)時(shí)間長， 不適合在全球/區(qū)域尺度上開展大規(guī)模應(yīng)用，也無法對(duì)歷史影像大氣校正結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證； 后者得到的評(píng)價(jià)結(jié)果則是一種相對(duì)質(zhì)量，只有當(dāng)參考影像校正質(zhì)量好且與產(chǎn)品影像具有相近的光譜波段、相同的觀測(cè)時(shí)間時(shí)才能得到較為可靠的評(píng)價(jià)結(jié)果。且后者通常要求使用與產(chǎn)品影像具有相同觀測(cè)時(shí)間的高質(zhì)量影像作為參考影像，該方法不能對(duì)在此前獲得的TM/ ETM+影像大氣校正產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，且MODIS影像與TM/ETM+影像在空間分辨率、投影坐標(biāo)系等方面的差異一定程度也會(huì)對(duì)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果帶來不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的成本較高，耗費(fèi)時(shí)間長，不適合在全球/區(qū)域尺度上開展大規(guī)模應(yīng)用，也無法對(duì)歷史影像大氣校正結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證等的技術(shù)問題；提供了一種以Landsat的全球表面反射率產(chǎn)品為參考影像，可實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史多期TM/ETM+影像產(chǎn)品質(zhì)量的一致性進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠?yàn)閰^(qū)域或全球地表變化研究提供十分重要的基礎(chǔ)影像質(zhì)量信息，進(jìn)而保證研究結(jié)果精度的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的不能對(duì)在此前獲得的TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，且MODIS影像與TM/ETM+影像在空間分辨率、投影坐標(biāo)系等方面的差異一定程度也會(huì)對(duì)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果帶來不利影響等的技術(shù)問題；提供了一種提出了面向產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)的PIFs樣本自動(dòng)識(shí)別方法，能夠在具有不同時(shí)相/季相的TM/ETM+影像上較為準(zhǔn)確的識(shí)別出PIFs樣本的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的
一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1，獲取產(chǎn)品影像，并隨機(jī)選取一期經(jīng)過驗(yàn)證的高質(zhì)量TM/ETM+地表反射率影像作為產(chǎn)品影像大氣校正質(zhì)量評(píng)價(jià)的參考影像；
步驟2，匹配步驟1中的產(chǎn)品影像和參考影像之間的地理坐標(biāo)系； 步驟3，采用系統(tǒng)抽樣的方法，分別根據(jù)地表分布狀況從產(chǎn)品影像和參考影像中抽取若干樣本，并分別計(jì)算產(chǎn)品影像和參考影像對(duì)應(yīng)樣本在參考影像和產(chǎn)品影像上的光譜值，其中樣本各波段光譜值為樣本在該波段像元集合光譜值的平均值；
步驟4，分別進(jìn)行上述步驟2中的產(chǎn)品影像和參考影像對(duì)應(yīng)樣本在產(chǎn)品影像和參考影像的不變地物樣本識(shí)別，并保存有效的不變地物樣本；
步驟5，采用回歸分析方法根據(jù)步驟4中有效的不變地物樣本分析產(chǎn)品影像的大氣校正質(zhì)量。在上述的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，所述的步驟1中，參考影像是通過實(shí)地驗(yàn)證的高質(zhì)量影像或者美國NASA下載的表面反射率產(chǎn)品。在上述的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，所述的步驟2中，該匹配步驟包括比較產(chǎn)品影像和參考影像之間的空間分辨率、地理坐標(biāo)系的投影參數(shù)、橢球參數(shù)是否一致，若不一致，則進(jìn)行參數(shù)的一致性處理后執(zhí)行步驟3。在上述的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，所述的步驟3中，劃分若干樣本的具體方法為根據(jù)產(chǎn)品影像的地表分布狀況，每隔固定的行列設(shè)置一個(gè)3*3或5*5 像元大小的樣本，用于提取和比較產(chǎn)品影像與參考影像之間的光譜一致性；并依據(jù)實(shí)驗(yàn)區(qū)的地表覆蓋復(fù)雜程度選擇執(zhí)行
當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)的地表覆蓋復(fù)雜時(shí)，不變地物選擇采樣間距為每隔10個(gè)像元進(jìn)行采樣，樣本大小為3*3 ；
當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)地表覆蓋單一，且不變地物較多時(shí)，不變地物選擇采樣間距為每隔50-200 個(gè)像元進(jìn)行采樣，樣本大小為5*5。在上述的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，所述的步驟3中光譜值的計(jì)算是計(jì)算上述步驟3劃分的若干樣本在TM/ETM+影像波段1，2，3，4，5，7上的像元光譜平均值和變異系數(shù)。在上述的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，所述的步驟4中，不變地物樣本識(shí)別包括以下步驟
步驟4. 1，樣本同質(zhì)性判斷步驟設(shè)樣本S在波段i上所包含的像元集合為C，則樣本S 在該波段的光譜值為C的像元光譜平均值；樣本在波段i上的變異系數(shù)用于度量樣本的同質(zhì)性，其取值為集合C的像元光譜值標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值，當(dāng)樣本在參考影像和產(chǎn)品影像上各波段光譜變異系數(shù)同時(shí)滿足如下條件時(shí)，該樣本認(rèn)為是同質(zhì)樣本，并剔除無效的非同質(zhì)樣本樣本在TM/ETM+影像的波段1上的變異系數(shù)< 0. 15，在波段2，3，4，5，7上的變異系數(shù)≤0. 1 ；步驟4. 2，針對(duì)步驟4. 1已經(jīng)完成的同質(zhì)樣本進(jìn)行NDVI指數(shù)判斷后保存不變地物樣本， 剔除無效的非不變地物樣本，具體步驟是
步驟4. 21，分別計(jì)算同質(zhì)樣本在參考影像和產(chǎn)品影像上的歸一化植被指數(shù)NDVI ； 步驟4. 22，計(jì)算同質(zhì)樣本在參考影像和產(chǎn)品影像上各波段光譜值的相關(guān)系數(shù)R和歸一化植被指數(shù)差值的絕對(duì)值A(chǔ)NDVI ；
步驟4. 23，當(dāng)R彡0. 9，且Δ NDVI < 0. 1時(shí)，該同質(zhì)樣本被認(rèn)為是有效的不變地物樣本， 同時(shí)剔除無效樣本。在上述的一種ΤΜ/ΕΤΜ+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，所述的步驟5中，大氣校正質(zhì)量的具體判斷步驟如下
步驟1，采用線性回歸模型分析不變地物樣本在產(chǎn)品影像和參考影像上的光譜一致性， 得到式一的回歸方程，并計(jì)算相關(guān)系數(shù)R即式二和樣本光譜均方根誤差RMSD即式三
權(quán)利要求
1.一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，獲取產(chǎn)品影像，并隨機(jī)選取一期經(jīng)過驗(yàn)證的高質(zhì)量TM/ETM+地表反射率影像作為產(chǎn)品影像大氣校正質(zhì)量評(píng)價(jià)的參考影像；步驟2，匹配步驟1中的產(chǎn)品影像和參考影像之間的地理坐標(biāo)系；步驟3，采用系統(tǒng)抽樣的方法，分別根據(jù)地表分布狀況從產(chǎn)品影像和參考影像中抽取若干樣本，并分別計(jì)算產(chǎn)品影像和參考影像對(duì)應(yīng)樣本在參考影像和產(chǎn)品影像上的光譜值，其中樣本各波段光譜值為樣本在該波段像元集合光譜值的平均值；步驟4，分別進(jìn)行上述步驟2中的產(chǎn)品影像和參考影像對(duì)應(yīng)樣本在產(chǎn)品影像和參考影像的不變地物樣本識(shí)別，并保存有效的不變地物樣本；步驟5，采用回歸分析方法根據(jù)步驟4中有效的不變地物樣本分析產(chǎn)品影像的大氣校正質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述的步驟1中，參考影像是通過實(shí)地驗(yàn)證的高質(zhì)量影像或者美國NASA下載的表面反射率產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述的步驟2中，該匹配步驟包括比較產(chǎn)品影像和參考影像之間的空間分辨率、地理坐標(biāo)系的投影參數(shù)、橢球參數(shù)是否一致，若不一致，則進(jìn)行參數(shù)的一致性處理后執(zhí)行步驟3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述的步驟3中，劃分若干樣本的具體方法為根據(jù)產(chǎn)品影像的地表分布狀況，每隔固定的行列設(shè)置一個(gè)3*3或5*5像元大小的樣本，用于提取和比較產(chǎn)品影像與參考影像之間的光譜一致性；并依據(jù)實(shí)驗(yàn)區(qū)的地表覆蓋復(fù)雜程度選擇執(zhí)行當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)的地表覆蓋復(fù)雜時(shí)，不變地物選擇采樣間距為每隔10個(gè)像元進(jìn)行采樣，樣本大小為3*3 ；當(dāng)實(shí)驗(yàn)區(qū)地表覆蓋單一，且不變地物較多時(shí)，不變地物選擇采樣間距為每隔50-200 個(gè)像元進(jìn)行采樣，樣本大小為5*5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述的步驟3中光譜值的計(jì)算是計(jì)算上述步驟3劃分的若干樣本在TM/ETM+影像波段 1，2，3，4，5，7上的像元光譜平均值和變異系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述的步驟4中，不變地物樣本識(shí)別包括以下步驟步驟4. 1，樣本同質(zhì)性判斷步驟設(shè)樣本S在波段i上所包含的像元集合為C，則樣本S 在該波段的光譜值為C的像元光譜平均值；樣本在波段i上的變異系數(shù)用于度量樣本的同質(zhì)性，其取值為集合C的像元光譜值標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值，當(dāng)樣本在參考影像和產(chǎn)品影像上各波段光譜變異系數(shù)同時(shí)滿足如下條件時(shí)，該樣本認(rèn)為是同質(zhì)樣本，并剔除無效的非同質(zhì)樣本樣本在TM/ETM+影像的波段1上的變異系數(shù)< 0. 15，在波段2，3，4，5，7上的變異系數(shù)彡0. 1 ；步驟4. 2，針對(duì)步驟4. 1已經(jīng)完成的同質(zhì)樣本進(jìn)行NDVI指數(shù)判斷后保存不變地物樣本， 剔除無效的非不變地物樣本，具體步驟是步驟4. 21，分別計(jì)算同質(zhì)樣本在參考影像和產(chǎn)品影像上的歸一化植被指數(shù)NDVI ；步驟4. 22，計(jì)算同質(zhì)樣本在參考影像和產(chǎn)品影像上各波段光譜值的相關(guān)系數(shù)R和歸一化植被指數(shù)差值的絕對(duì)值A(chǔ)NDVI ；步驟4. 23，當(dāng)R彡0. 9，且Δ NDVI < 0. 1時(shí)，該同質(zhì)樣本被認(rèn)為是有效的不變地物樣本， 同時(shí)剔除無效樣本。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ΤΜ/ΕΤΜ+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，其特征在于，所述的步驟5中，大氣校正質(zhì)量的具體判斷步驟如下步驟1，采用線性回歸模型分析不變地物樣本在產(chǎn)品影像和參考影像上的光譜一致性， 得到式一的回歸方程，并計(jì)算相關(guān)系數(shù)R即式二和樣本光譜均方根誤差RMSD即式三
全文摘要
本發(fā)明涉及一種TM/ETM+影像大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟1，獲取產(chǎn)品影像，并隨機(jī)選取一期參考影像；2，匹配1中的產(chǎn)品影像和參考影像之間的地理坐標(biāo)系；3，采用系統(tǒng)抽樣的方法，從產(chǎn)品影像和參考影像中抽取若干樣本，并分別計(jì)算產(chǎn)品影像和參考影像對(duì)應(yīng)樣本在參考影像和產(chǎn)品影像上的光譜值；4，分別進(jìn)行上述2中產(chǎn)品影像和參考影像的不變地物樣本識(shí)別，并保存有效的不變地物樣本；5，根據(jù)4中有效的不變地物樣本分析產(chǎn)品影像的大氣校正質(zhì)量。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)能夠?yàn)閰^(qū)域或全球地表變化研究提供十分重要的基礎(chǔ)影像質(zhì)量信息；能夠在具有不同時(shí)相/季相的TM/ETM+影像上較為準(zhǔn)確的識(shí)別出PIFs樣本。
文檔編號(hào)G01S7/497GK102495405SQ201110388540
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者劉中秋, 劉殿鋒, 劉耀林, 劉艷芳, 王 華, 趙翔, 馬瀟雅 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)