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自然资源遥感  2024, Vol. 36 Issue (2): 105-115    DOI: 10.6046/zrzyyg.2022465
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GF-6 WFV传感器数据的缨帽变换系数推导
张昊杰1(), 杨立娟1,2, 施婷婷2,3, 王帅1()
1.闽江学院地理与海洋学院,福州 350108
2.福州大学遥感信息工程研究所,福州 350108
3.闽江学院经济与管理学院,福州 350108
Derivation of tasseled cap transformation coefficients for GF-6 WFV sensor data
ZHANG Haojie1(), YANG Lijuan1,2, SHI Tingting2,3, WANG Shuai1()
1. School of Geography and Oceanography, Minjiang University, Fuzhou 350108, China
2. Institute of Remote Sensing Information Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China
3. School of Economics and Management of Minjiang University, Fuzhou 350108, China
全文: PDF(15687 KB)   HTML  
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摘要 

缨帽变换是影像增强中最常见的一种方法,已在遥感中得到了广泛的应用。但是,由于高分辨率卫星传感器(例如GF-6 WFV)通常缺乏短波红外波段,所以用常规的Gram-Schmidt(G-S)正交化方法得到的缨帽变换系数通常会存在湿度分量失真的问题。为此,文章选取了覆盖不同地区、不同时相、不同季节的12幅GF-6 WFV影像和6幅同步的Landsat8 OLI影像,首先利用GF-6和Landsat8的同步影像进行湿度分量回归,确定GF-6 WFV传感器的湿度分量系数,进而采用G-S逆推算法依次推导出亮度、绿度及其他分量,开发出了GF-6 WFV传感器的缨帽变换系数。研究发现: ①通过调整缨帽变换湿度分量的推导顺序,即先推导湿度分量再推导亮度和绿度等分量,可以较好地推导出GF-6 WFV传感器的缨帽变换系数,并解决传统G-S正交化方法中存在的湿度分量失真问题; ②GF-6 WFV缨帽变换各分量具有稳定的特征,地物在不同分量组成的特征平面内具有典型的“缨帽”分布特征; ③尽管GF-6 WFV传感器与Landsat8 OLI传感器在波段设置和光谱响应方面存在一定差异,但它们缨帽变换对应分量之间具有较好的一致性,相关系数仍高达0.8。

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张昊杰
杨立娟
施婷婷
王帅
关键词 GF-6缨帽变换Landsat8Gram-Schmidt正交化湿度分量    
Abstract

Tasseled cap transformation (TCT), one of the most common methods in image enhancement, has been extensively applied in remote sensing. However, high-resolution satellite sensors (like GF-6 WFV) usually lack short-wave infrared bands, leading to distorted wetness components in TCT coefficients obtained using the conventional Gram-Schmidt (G-S) orthogonalization method. Hence, this study selected 12 GF-6 WFV images covering different regions, temporal phases, and seasons, as well as six synchronous Landsat8 images for wetness component regression, determining the wetness component coefficient of the GF-6 WFV sensor. Furthermore, it employed the inversed G-S algorithm to deduce the brightness, greenness, and other components, deriving the TCT coefficient of the GF-6 WFV sensor. This study found that: ①Adjusting the derivation order of the wetness component in TCT (that is, the derivation of the wetness component comes before that of other components like brightness and greenness) allows more effective derivation of the TCT coefficient of the GF-6 WFV sensor, avoiding the distortion of the wetness component; ②The TCT components of the GF-6 WFV sensor exhibited stable characteristics, with surface features displaying a typical “tasseled cap” distribution in the feature plane composed by various TCT components; ③Despite the differences in band setting and spectral response, GF-6 WFV and Landsat8 OLI sensors manifested high consistency in corresponding TCT components, with a correlation coefficient of up to 0.8.

Key wordsGF-6    tasseled cap transformation    Landsat8    Gram-Schmid orthogonalization    wetness component
收稿日期: 2022-12-05      出版日期: 2024-06-14
ZTFLH:  TP79  
基金资助:福建省自然科学基金项目“基于双重差分法和时空谱多维特征的松材线虫病遥感定量监测研究”(2022J05244);福建省社会科学规划项目“福建省区域经济与生态质量的空间耦合及其发展路径研究”(FJ2021C090)
通讯作者: 王 帅(1992-),男,博士,副教授,主要从事遥感机理和农业遥感应用研究。Email: wangshuai@mju.edu.cn
作者简介: 张昊杰(2000-),男,硕士研究生,主要从事资源与环境遥感研究。Email: akazhj@qq.com
引用本文:   
张昊杰, 杨立娟, 施婷婷, 王帅. GF-6 WFV传感器数据的缨帽变换系数推导[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(2): 105-115.
ZHANG Haojie, YANG Lijuan, SHI Tingting, WANG Shuai. Derivation of tasseled cap transformation coefficients for GF-6 WFV sensor data. Remote Sensing for Natural Resources, 2024, 36(2): 105-115.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2022465      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2024/V36/I2/105
序号 所属地区 地点 成像日期 GF-6景序列号 Landsat8列/行 影像用途
1 中国东北 辽宁省朝阳市北票市 2021/10/27 482807 121/031
2 中国东北 河北省衡水市冀州区 2021/11/26 490462 123/034
3 中国中部 江苏省南京市溧水区 2020/02/20 303336 120/038
4 中国中部 贵州省贵阳市花溪区 2020/11/14 385098 124/041 实验影像
5 中国东部 浙江省杭州市建德市 2021/08/30 466717
6 中国南部 广西壮族自治区河池市宜州区 2021/01/15 402120
7 中国西北 新疆维吾尔自治区阿拉尔市 2021/09/18 472503
8 中国北部 山东省济南市历下区 2019/08/17 247481 123/034
9 中国中部 湖北省荆门市东宝区 2021/09/21 473310
10 中国东部 安徽省黄山市徽州区 2020/04/09 320284 验证影像
11 中国南部 广西壮族自治区贺州市钟山县 2022/03/08 517213
12 中国西北 新疆维吾尔自治区阿克苏地区阿克苏市 2019/01/29 178877 147/031
Tab.1  GF-6和Landsat8数据源列表
Fig.1  不同地物类型的光谱曲线
序号 变换分量 蓝光 绿光 红光 近红外 红边1 红边2 紫光 黄光
1 亮度 0.248 6 0.323 1 0.346 4 0.541 6 0.345 0 0.438 1 0.051 9 0.327 0
2 绿度 -0.240 4 -0.332 6 -0.380 8 0.560 4 -0.189 0 0.431 5 -0.086 7 -0.378 2
3 湿度 0.123 2 0.386 1 -0.512 6 -0.205 2 -0.432 0 0.338 6 -0.189 9 0.440 0
4 蓝度 0.723 2 -0.002 3 -0.220 6 0.269 6 -0.246 7 -0.305 5 0.420 1 -0.157 6
5 黄度 -0.080 8 0.178 4 0.114 5 -0.381 3 -0.050 8 0.506 2 0.658 0 -0.333 7
6 橙度 0.004 7 -0.037 5 0.007 0 0.005 4 0.012 5 -0.010 9 -0.013 6 0.009 1
7 灰度 0.145 8 0.061 0 -0.583 3 -0.162 2 0.766 7 0.035 2 -0.028 0 -0.136 0
8 第8分量 -0.528 1 0.106 1 -0.264 9 0.269 4 0.053 1 -0.309 5 0.554 4 0.401 5
Tab.2  GF-6 WFV 缨帽变换系数
Fig.2  原始影像及缨帽变换分量
Fig.3  典型地物在二维平面上的理论分布
Fig.4  缨帽变换结果的二维散点图分布对比
同步影像 缨帽变换分量 R RMSE
贵阳市 亮度 0.857 0.051 7
绿度 0.860 0.022 6
湿度 0.751 0.034 7
济南市 亮度 0.876 0.042 7
绿度 0.853 0.035 6
湿度 0.773 0.034 2
Tab.3  GF-6和Landsat8同步影像验证
卫星传感器 前2个
分量/%
前3个
分量/%
第3
分量/%
参考文献
IKONOS 98.3 99.8 1.5 文献[23]
QuickBird-2 98.3 99.7 1.4 文献[12]
CBERS-02B 98.0 文献[16]
HJ-1 A/B 98.0 99.9 1.9 文献[17]
GF-1 WFV2 97.3 98.9 1.6 文献[4]
GF-6 WFV 97.4 98.3 0.9 本文
Tab.4  前2和前3个分量能解释的信息变化量
序号 变换分量 蓝光 绿光 红光 近红外 红边1 红边2 紫光 黄光
1 亮度 0.273 7 -0.256 1 0.262 0 0.741 6 0.093 1 6.565 4 0.134 4 -0.484 1
2 绿度 0.221 0 -0.268 9 -0.179 2 -0.095 5 -0.529 9 -26.740 1 0.107 2 -0.072 9
3 湿度 0.346 0 -0.380 6 -0.514 6 -0.221 0 0.112 0 -0.093 8 -0.583 2 -0.265 5
4 蓝度 0.517 2 0.575 6 -0.340 1 0.247 4 -0.550 4 -6.381 9 -0.151 2 0.226 7
5 黄度 0.353 9 -0.194 6 -0.382 6 -0.238 5 0.011 1 2.337 0 0.762 7 0.068 8
6 橙度 0.470 8 0.411 1 0.520 0 -0.275 6 0.735 5 8.582 8 0.020 4 -0.252 0
7 灰度 0.077 3 -0.102 5 -0.050 0 0.443 2 0.833 4 6.620 0 -0.039 4 0.598 7
8 第8分量 0.392 3 -0.419 0 0.801 2 -0.098 0 0.118 9 17.087 9 -0.165 5 0.515 9
Tab.5  GF-6 WFV 缨帽逆变换系数
Fig.5  原始影像与缨帽变换融合结果图对比
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