国土资源遥感, 2018, 30(3): 106-112 doi: 10.6046/gtzyyg.2018.03.15

高分一号卫星影像谐波模型模拟方法研究

廖戬1,2, 顾行发1, 占玉林,1, 张雅洲1,2, 任芯雨1,2, 师帅一1,2

1. 中国科学院遥感与数字地球研究所,北京 100094

2. 中国科学院大学,北京 100049

A method based on harmonic model for generating synthetic GF-1 images

LIAO Jian1,2, GU Xingfa1, ZHAN Yulin,1, ZHANG Yazhou1,2, REN Xinyu1,2, SHI Shuaiyi1,2

1. Institute of Remote Sensing and Digital Earth Chinese Academy of Science, Beijing 100094, China

2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

通讯作者: 占玉林(1975-),男,博士,副研究员,主要从事全球变化遥感研究。Email:zhanyl@radi.ac.cn

责任编辑: 张仙

收稿日期: 2017-01-13   修回日期: 2017-04-5   网络出版日期: 2018-09-15

基金资助: 高分重大专项课题“地球表层系统科学研究应用示范系统(一期)”.  Y4D00100GF
民用航天预先研究项目“天地一体化卫星应用评价技术”.  Y7K00100KJ
国家自然科学基金项目“基于时序植被指数纹理特征的多源数据植被分类研究”.  41371416

Received: 2017-01-13   Revised: 2017-04-5   Online: 2018-09-15

作者简介 About authors

廖戬(1991-),男,硕士研究生,主要研究方向为遥感影像时空综合。Email:liaoj@radi.ac.cn。 。

摘要

随着遥感技术的发展,遥感应用的广度和深度得到了大幅度提升,遥感用户对遥感数据的空间分辨率及时间分辨率的需求也越来越高。遥感影像空间分辨率与时间分辨率之间的矛盾难以调和,再加上云、雾、雪和云阴影等因素的影响,限制了高时空分辨率干净遥感影像的获取,为此尝试研发一种影像模拟方法,以便拓展高空间分辨率遥感影像的时间分辨率。利用无云、雾、雪和云阴影的高分一号(GF-1)卫星时间序列影像为每个波段每个像元构建以日期为参数的谐波模型,进而建立基于谐波模型的影像模拟方法,实现指定日期GF-1卫星影像的模拟。基于谐波模型的影像模拟方法生成的模拟影像与真实影像在视觉上十分接近,在定量评估方面也取得了较好的效果,两者之间各波段大多数像元差值处于-0.03~0.03间,均方根误差保持在0.02~0.05间,表明基于谐波模型的影像模拟方法具有较高的精度与稳定性,可有效提升GF-1卫星影像的时间分辨率,具有一定的实用价值。

关键词: 高分一号(GF-1) ; 影像模拟 ; 谐波模型 ; 模拟

Abstract

Remote sensing technology has been applied more widely and deeply with its development and, meanwhile, it has been asked for obtaining higher and higher spatial and temporal resolution. However, it is very difficult to overcome the contradiction between spatial resolution and temporal resolution of remote sensing images. Considering the influence of cloud, frog, snow and shadow, obtaining clear image with high spatial and high temporal resolution is impractical. To solve this problem, the authors proposed a method based on harmonic model for generating synthetic GF-1 images, which can take advantage of all available clear history images of GF-1 satellites to simulate the surface reflectance data at any specified date, so that obtaining time serial satellite images at any temporal frequency theoretically and overcoming the limits of methods based on fusion models for synthesizing satellite images become possible. Synthetic GF-1 images generated based on the harmonic model which will firstly establish a model parameterized by Julia date for every pixel of every band using all clear GF-1 time serial images since GF-1 satellite was launched and then the synthetic image at the specified day with the models would be generated. Finally, to illustrate the availability of harmonic model based method, the authors applied visual assessment and quantitative assessment. The synthetic images generated by this method were very visually similar to the real images and provide good result in quantitative assessment. Most difference of pixel values between synthetic image and real image ranged -0.03~0.03, and the root mean square error (RMSE) between synthetic image and real image ranged 0.02~0.05. The method based on harmonic model showed relatively high accuracy and stability, and effectively improved the temporal resolution of GF-1 images and could be applied in real production environment.

Keywords: GF-1 satellite ; image synthesizing ; harmonic model ; synthesize

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本文引用格式

廖戬, 顾行发, 占玉林, 张雅洲, 任芯雨, 师帅一. 高分一号卫星影像谐波模型模拟方法研究. 国土资源遥感[J], 2018, 30(3): 106-112 doi:10.6046/gtzyyg.2018.03.15

LIAO Jian, GU Xingfa, ZHAN Yulin, ZHANG Yazhou, REN Xinyu, SHI Shuaiyi. A method based on harmonic model for generating synthetic GF-1 images. REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES[J], 2018, 30(3): 106-112 doi:10.6046/gtzyyg.2018.03.15

0 引言

遥感监测技术正广泛地应用于农业调查、林业调查、城市管理规划、基础地理数据库更新、土地退化和荒漠化监测、海洋和内陆水体监测、沿海区域环境监测、湿地监管、自然灾害监测以及军事侦察等社会经济各领域[1]。一方面,遥感技术应用推动着这些领域朝着更加深入的方向发展; 另一方面,领域应用的发展对监测产品的时空分辨率提出了更高的要求。因此,获取干净(无云、雾、雪及云阴影覆盖)的高时空分辨率系列影像数据至关重要。

然而,限于目前卫星技术的发展水平,卫星影像时间分辨率与空间分辨率之间存在难以调和的矛盾,加上云、雾、雪及云阴影等因素的影响,要获取干净的高时空分辨率序列影像非常困难。本文以高分一号(GF-1)卫星数据为例,在中国资源卫星应用中心网站上,设定时间范围为2013年4月26日—2016年4月1日,区域范围为北京市,能够查询到748景空间分辨率为16 m 的GF-1 WFV传感器影像; 然而,去除不能完整覆盖北京市及云、雾等遮挡严重的影像后,仅剩下68景,符合要求的影像占比不到10%。因此,研究一种影像模拟方法极具实用价值。

目前,学者们已经提出了一些影像模拟方法,其中一类是基于融合的方法,利用单一准则(例如最小红光波段)或多准则选择云量最小的“最佳”观测[2,3,4,5,6,7,8,9],将高时间分辨率低空间分辨率影像融合到高空间分辨率低时间分辨率卫星影像中,从而产生模拟影像。例如Hansen等[2]利用MODIS反演的森林覆盖产品校正缺少高时间分辨率数据的Landsat影像,实现了对刚果河森林的变化监测; Griffiths等[3]将影像获取日期、邻近像元到目标像元的距离考虑到影像模拟模型中,然后参照MODIS数据进行调整,以保证模拟影像的辐射一致性。另一类则基于像元解混技术,从低空间分辨率影像推算出高空间分辨率像元反射率,进而生成模拟影像。邬明权等[10]利用MODIS和Landsat影像数据结合土地利用分类数据综合对比了基于LORENZO模型、LIU模型和统计模型等利用像元解混技术的模拟方法。这些方法虽然取得了较好的效果,但是需要多源数据(即获取目标日期前后2景干净的高空间分辨率卫星影像以及若干低空间分辨率卫星影像),而且高空间分辨率影像的时间间隔直接影响到模拟影像的精度。本文将研究一种基于傅里叶谐波模型的能够利用单一数据源时间序列影像的模拟方法,旨在有效提高GF-1卫星影像时间分辨率。

1 研究区概况及数据源

1.1 研究区概况

本文以北京市为研究区。北京市地处华北平原与太行山脉以及燕山山脉的交接处,地理范围为E115°25'~117°30',N39°26'~41°03'; 区内植被、人工建筑物、水体等地物丰富,区块分布明显,极具代表性,利于验证模型的正确性与适用性。此外,北京市是我国政治、文化中心,科技创新中心和国际交往中心,对该区域进行研究具有典型的应用价值和意义。

1.2 数据源及其预处理

首先对2013年4月26日—2016年4月1日间所获取到的GF-1卫星WFV影像数据进行初步筛选,剔除对北京市地区覆盖不全和明显有云、雾覆盖的影像,得到68景影像; 接着使用ENVI5.3软件对初步筛选出的影像分别进行辐射校正、大气校正、几何纠正和裁剪等预处理,裁剪后的数据只覆盖北京市地区,小部分裁剪后的影像仍然存在少量云、雾覆盖的情况,这部分影像也被剔除; 然后选定1景影像作为基准影像进行配准,配准后所有影像的空间分辨率均重采样到16 m; 再次裁剪影像,使所有影像具有相同的幅宽和起始地理坐标,最终得到了46景实验影像。

2 基于谐波模型的地表反射率模型

基于谐波模型的地表反射率模型由傅里叶谐波模型[11,12]和长期趋势分量组成,根据模型复杂度可细分为简单、高级和完全3种模型。

简单模型只有4个参数,第一个参数 a0,i用于模拟第 i波段反射率总体情况,表示该波段的基准值; 第二、三个参数 a1,ib1,i用于建模,表示第 i波段由于物候与太阳高度角变化引起的年内变化; 最后一个参数 c1,i用于评估第 i波段的长期趋势,这个参数十分重要,因为它可以模拟地表本身具有的一种持久性的渐变过程。简单模型公式为

ρ^i,xsimple=a0,i+a1,icos(2πTx)+b1,isin(2πTx)+c1,ix

式中: ρ^为地表反射率; x为儒略日; i为卫星影像第 i波段( i=1,2,3,4); T为平均每年的天数(T=365.25); a0,i为第 i波段全局估值; a1,ib1,i为第 i波段年内物候与太阳高度角变化系数; c1,i为第 i波段长期趋势变化系数。

简单模型已成功运用于美国和新英格兰土地覆盖连续变化检测与分类[13],在某些情况下表现良好[14],但在不符合简单模型单峰变化(模型曲线在一个周期内只有1个峰值)的地区效果不佳。

高级模型在简单模型的基础上引入 a2,ib2,i模拟地表的双峰(一个周期内有2个峰值)变化,即

ρ^i,xadv=ρ^i,xsimple+a2,icos(4πTx)+b2,isin(4πTx)

式中 a2,ib2,i为第 i波段年内双峰变化系数。

完全模型则是在还有更多可用观测数据的情况下,在高级模型的基础上引入 a3,ib3,i,模拟更加复杂的地表三峰变化(一个周期内有3个峰值),使模型更加符合地表反射率变化,即

ρ^i,xfull=ρ^i,xadv+a3,icos(6πTx)+b3,isin(6πTx)

式中 a3,ib3,i为第 i波段年内三峰变化系数。

Verbesselt等[15]基于卫星时间序列影像,将一种类似的模型成功运用于森林扰动近实时检测。

图1(反射率已扩大104倍)显示了运用3种不同的地表反射率模型对北京市GF-1卫星影像波段1中心像元的拟合情况。从图1可以看出,简单模型(红色)只能模拟地表年内随着时间变化产生的简单变化,而高级模型(绿色)与完全模型(蓝色)则表现了影像数据随时间产生的复杂变化。理论上,越复杂的模型,精度越高。对于高空间分辨率影像中每个波段的每个像元,均需要拟合一个谐波模型。研究表明[13],为了使模型评估结果具有准确性和稳定性,观测数至少是模型系数个数的3倍。因此,如果观测数为12~18个,只能使用简单模型模拟地表反射率; 如果观测数在18~24个之间,则可使用高级模型模拟地表反射率; 如果观测数≥24,就可使用完全模型模拟地表反射率。针对不同的观测数可以使用的模型如表1所示。

图1

图1   简单、高级、完全3种模型拟合

Fig.1   Simple, advanced and full model regression


表1   观测数与模型选择

Tab.1  Number of observation and model selection

观测数模型
0置为背景值
1置为该观测值
2~11加权平均
12~17简单模型
18~23高级模型
≥24完全模型

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由于本研究获取了46景无云、雾、雪及云阴影覆盖的遥感影像,使用其中4景作为验证影像,还剩余42景作为建模输入,故可以采用完全模型对地表反射率进行模拟。3 实验结果与分析

3.1 实验过程

本研究包含2个实验,实验一的目的是以完全模型为例探究谐波模型模拟方法的精度与稳定性,实验二则是研究简单、高级和完全模型的适用性。

实验一的步骤包括模型生成与影像模拟。①以42景干净的GF-1 WFV影像作为输入数据,通过最小二乘法为每个波段每个像元解算出一个谐波地表反射率模型; ②指定2013年4月26日—2016年4月1日期间任意日期,并将该日期转换为儒略日作为步骤①生成的地表反射率模型的输入,估算单个像元的地表反射率,对模型覆盖范围内每个波段每个像元进行计算,即可模拟1景指定日期的GF-1卫星影像。为了评估基于谐波模型的影像模拟方法的精度与稳定性,本研究选用了简单的线性插值影像模拟方法与本文方法进行对比,即选取距离目标影像最近的前后2个时期的高空间分辨率影像,通过距离加权插值方法模拟目标影像。实验输入与精度验证影像参数设置详见表2(以影像获取日期为文件名)。

表2   实验一的输入与精度验证影像参数设置

Tab.2  Experiment-1 input and precision validation parameters

模型输入影像目标影像验证影像
谐波模型2013年4月26日—2016年4月1日间42景干净影像20150130
20150518
20150815
20151101
20150130
20150518
20150815
20151101
线性模型20150106,20150225
20150309,20150525
20150602,20150820
20151008,20151204

①以影像获取日期为文件名。

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实验二分为5个小实验(分别编号为A,B,C,D,E),其基本步骤与实验一相同; 不同的是每个小实验的输入数据量不同,即从42景GF-1 WFV干净影像中选择不同景数影像分别实验,选择的模拟模型分别是简单、高级和完全模型中的一种,不再使用线性模型; 目标影像和验证影像均为20150130,实验输入影像与模型选择如表3所示。

表3   实验二的输入设置与模型选择

Tab.3  Experiment-2 input and model selection

小实验编号输入影像模型
A2015年内13景干净影像简单模型
B2014—2015年间26景干净影像完全模型
C2013—2016年间42景干净影像简单模型
D2013—2016年间42景干净影像高级模型
E2013—2016年间42景干净影像完全模型

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3.2 精度评定

为了评估模拟算法的精度,首先从视觉上对几组模拟影像与真实影像进行定性比较; 然后计算真实影像与模拟影像之间的差值影像,并对差值影像进行统计,从差值影像各波段直方图、最小值、最大值、平均值、标准差以及均方根误差(root mean square error,RMSE)几个维度对算法的影像模拟精度进行定量估计。

3.2.1 视觉对比

评估模拟影像准确性最简单的办法就是将模拟影像与同一日期真实影像进行对比。本研究模拟的4景GF-1影像,分属2015年的4个季节,都能获取到真实的覆盖北京地区的GF-1影像,能够评估算法在时间和空间上的适用性(图2)。

图2

图2   基于谐波模型、线性插值模型生成的模拟影像与真实影像(B4(R),B3(G),B2(B)假彩色合成影像)

Fig.2   Synthetic images generated by harmonic model and linear interpolation model and real images


在视觉上,4景模拟影像与真实影像较难区分(图2),这说明算法具有一定的估算能力。基于谐波模型模拟的2015年1月30日的影像(图2(a))和对应的真实影像(图2(c))亮度差异较小,而基于线性插值模拟的影像(图2(b))的亮度偏暗,与真实影像(图2(c))亮度差异较大; 2015年11月1日线性插值模拟影像(图2(k))出现了明显的偏色,而谐波模型模拟影像(图2(j))与真实影像(图2(l))仍然保持较高的相似度。这主要是因为这2组实验中,线性插值模型输入影像的时间间隔较长,直接影响了模拟精度; 而谐波模型由于综合考虑了地表反射率的年内变化趋势,因而具有更高的精度与稳定性。

截取2015年1月30日模拟影像与真实影像左上角400像元×400像元做进一步对比(图3)。可以明显观察到,基于谐波模型生成的模拟影像(图3(a))的总体色调接近真实影像(图3(c)); 在图3中标记出的“1”处与“2”处,基于谐波模型生成的模拟影像与真实影像更相似。

图3

图3   2015年1月30日模拟影像与真实影像

Fig.3   Synthetic images and real images at 20150130


3.2.2 定量评估

为了定量评估模拟高空间分辨率影像的精度,采用模拟影像与真实影像之间的差值影像基本统计量及RMSE作为评估指标。以2015年1月30日模拟影像为例,计算其与真实影像差值影像并统计,得到差值影像直方图和基本统计量(图4表4)。基于谐波模型的模拟影像与真实影像的差值影像中,差值处于-0.03~0.03之间的像元占比为90%以上(图4(a)),差值影像的标准差为0.02左右,模拟影像与真实影像间RMSE保持在0.02~0.05之间(表4),这表明模拟影像与真实影像差值较小,波动不大。

图4

图4   模拟影像与真实影像波段1差值影像直方图

Fig.4   Histograms of difference image between synthetic image and real images


表4   模拟影像与真实影像之间差值影像统计

Tab.4  Statistics of difference between synthetic images and real images

波段模型最小值最大值平均值标准差RMSE

波段1
谐波模型-0.574 10.452 40.002 40.018 40.019 0
线性插值模型-0.507 60.604 1-0.009 30.018 70.019 4

波段2
谐波模型-0.531 90.317 7-0.015 10.021 30.027 5
线性插值模型-0.703 00.575 5-0.063 90.027 20.069 5

波段3
谐波模型-0.491 00.401 4-0.037 30.026 40.051 0
线性插值模型-0.747 30.492 2-0.079 40.030 60.085 1

波段4
谐波模型-0.374 10.547 3-0.003 00.020 50.022 9
线性插值模型-0.589 70.578 8-0.063 60.022 40.067 4

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另一方面,将基于谐波模型的模拟影像与真实影像之间的差值影像与基于线性插值模型的模拟影像与真实影像之间的差值影像统计量进行对比,前者直方图(图4(a))比后者直方图(图4(b))更集中于0附近,后者90%以上像元的差值处于-0.02~0.07之间,前者基本统计量的所有指标均优于后者(表4); 且后者差值的平均值为前者的数倍,各波段标准差均大于前者,除波段1的RMSE仅比前者大0.004外,其余波段RMSE均为前者的2~3倍(表4),这表明基于谐波模型的影像模拟方法具有较高的精度和稳定性。

3.3 谐波模型适用性研究

实验二的结果如表5表6所示,对比实验A和C(简单模型,数据量不同)以及实验B和E(完全模型,数据量不同)。

表5   2015年1月30日模拟影像与真实影像之间的RMSE

Tab.5  RMSE between synthetic image and real image at 20150130

波段ABCDE
波段10.021 30.087 50.033 20.048 70.019 0
波段20.029 50.032 20.030 10.027 60.027 5
波段30.043 40.040 90.035 60.040 40.051 0
波段40.028 90.034 80.060 50.031 50.022 9

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表6   2015年1月30日模拟影像与真实影像差值标准差

Tab.6  Standard deviation of difference between synthetic image and real image at 20150130

波段ABCDE
波段10.020 50.021 50.023 50.020 40.018 4
波段20.028 90.031 80.028 10.027 00.021 3
波段30.033 20.036 10.034 00.034 40.026 4
波段40.025 70.028 40.026 60.027 80.020 5

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表5中融合影像与真实影像之间的RMSE结果表明,当数据量增大时,简单模型由于过拟合导致精度下降(C),而完全模型精度则随着数据量增大而增高(E)。

表6所示差值影像标准差表明,当数据量较大时,简单模型出现了过拟合的情况,稳定性降低; 而完全模型则没有出现过拟合,数据量增大时,模型稳定性增加。对比实验C,D和E(模型依次为简单、高级、完全,数据量相同),表5表6中的数据均表明,融合准确性及稳定性与模型的复杂度并不是正相关的,例如完全模型(表5,E)第3波段准确性低于高级模型(表5,D),其他波段高于高级模型; 高级模型(表6,D)模拟影像第4波段稳定性低于存在过拟合问题的简单模型(表6,C),而第1波段高于简单模型(表6,C)。可见,每一种模型的准确性和稳定度是模型复杂度、输入影像数量和影像波段特性综合作用的结果,实际应用中应根据模拟影像精度评定结果确定使用的模型。

4 结论

1)通过使用国产高分一号(GF-1)卫星已有的观测数据和基于谐波的地表反射率模型模拟影像,利用时间序列影像挖掘地表反射率的年内变化,弥补在特定时期内不能获取足够接近目标日期的输入影像造成的精度影响,有效地提高了GF-1卫星影像的时间分辨率,模拟的高分辨率影像具有较高的精度与稳定性。

2)因为谐波地表反射率模型可以模拟季节性的地表反射率变化,模拟影像将不受太阳角度变化的影响。

3)该方法3种模型的准确性和稳定性是由模型复杂度、输入影像数量和影像波段特性综合作用共同决定的,实际应用中应该根据模拟影像精度评定结果确定使用的模型。

基于谐波模型的影像模拟方法应用于GF-1影像虽然取得了较好效果,但是还有许多问题需要深入研究。首先,最小二乘法容易出现过拟合问题,所以需要考虑更稳健的模型解算方法; 其次,模型不能够模拟人为造成的地表突变,限制了该方法在实际生产环境中的应用,需要进一步探索相应的解决方案。

参考文献

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A pixel-based Landsat compositing algorithm for large area land cover mapping

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Information on the changing land surface is required at high spatial resolutions as many processes cannot be resolved using coarse resolution data. Deriving such information over large areas for Landsat data, however, still faces numerous challenges. Image compositing offers great potential to circumvent such shortcomings. We here present a compositing algorithm that facilitates creating cloud free, seasonally and radiometrically consistent datasets from the Landsat archive. A parametric weighting scheme allows for flexibly utilizing different pixel characteristics for optimized compositing. We describe in detail the development of three parameter decision functions: acquisition year, day of year and distance to clouds. Our test site covers 42 Landsat footprints in Eastern Europe and we produced three annual composites. We evaluated seasonal and annual consistency and compared our composites to BRDF normalized MODIS reflectance products. Finally, we also evaluated how well the composites work for land cover mapping. Results prove that our algorithm allows for creating seasonally consistent large area composites. Radiometric correspondence to MODIS was high (up to R-2 > 0.8), but varied with land cover configuration and selected image acquisition dates. Land cover mapping yielded promising results (overall accuracy 72%). Class delineations were regionally consistent with minimal effort for training data. Class specific accuracies increased considerably (similar to 10%) when spectral metrics were incorporated. Our study highlights the value of compositing in general and for Landsat data in particular, allowing for regional to global LULCC mapping at high spatial resolutions.

Cihlar J, Manak D, D’Iorio M .

Evaluation of compositing algorithms for AVHRR data over land

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The objective of this study was to evaluate alternative methods for producing both Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and single-channel composite images of land surfaces from the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR). As a goal, it was specified that the composite image should approximate as much as possible a single-date image with a constant, near-nadir geometry. The comparative performance of three single-step [maximum NDVI (MaN), maximum apparent temperature (MaT), maximum difference of channels 2 minus 1 (MaD)] and two two-step [maximum NDVI followed by maximum temperature (MaNMaT) or by minimum scan angle (MaNMiSc)] criteria in creating composite images was evaluated for three land cover types, namely, cropland, coniferous forest, and deciduous forest within a boreal ecosystem. The assessment was carried out using 18 images obtained with various acquisition geometries in mid-summer over a 1000脳1000 km area in Manitoba, Canada. In addition, MaT performance was compared with that of MaN for all Canada during two compositing periods. It was found that among the five criteria tested, MaT and MaNMiSc were the most effective one- and two-step criteria, respectively. MaN preferentially selected off-nadir pixels from the forescatter region, the degree varying with land cover type; the overall NDVI values were higher than for MaT. MaD showed a very strong preference for high backscatter region pixels, regardless of land cover type. Depending on cover type, the NDVI values resulting from Mao were higher or lower than those from a nadir image. Based on ranking of the five techniques using statistics of the differences between composite and reference images, it was found that MaT and MaNMiSc performed similarly, and better than the remaining criteria. Results of the tests show that although statistically reasonable approximations of the reference image could be produced by one or more methods, none of the criteria could consistently yield composites closely resembling the nadir image on a pixel basis, even for a reasonably long compositing period. Therefore, pixel-specific applications of the composites relying on individual channels will likely have to be based on data corrected for bidirectional effects. The results suggest that such corrections are also required for NDVI and, by analogy, for other AVHRR channel combinations

Holben B N .

Characteristics of maximum-value composite images from temporal AVHRR data

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Web-enabled Landsat data (WELD):Landsat ETM+ composited mosaics of the conterminous United States

[J]. Remote Sensing of Environment, 2010,114(1):35-49.

DOI:10.1016/j.rse.2009.08.011      URL     [本文引用: 1]

Stoms D M, Bueno M J, Davis F W .

Viewing geometry of AVHRR image composites derived using multiple criteria

[J]. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 1997,63(6):681-689.

DOI:10.1016/S0924-2716(97)00008-7      URL     [本文引用: 1]

Abstract The U.S. Geological Survey currently generates composites of A VHRR imagery based on a single objective - maximizing the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) - as a means of reducing cloud contamination. Our research supports the findings of others that, in some cases, NDVI is maximized at the expense of optimal viewing geometry; that is, satellite zenith angles are often further off-nadir than necessary to ensure cloud-free viewing. We explore various compositing methods by systematically varying weights on NDVI, satellite zenith angle, and maximum apparent temperature. A test composite of California from September 1990 appears to be superior to the maximum NDVI and maximum apparent temperature composites in several respects. First, the satellite zenith angle distribution is more closely clustered about nadir, which minimizes atmospheric path length, spatial distortion) and bidirectional reflectance effects. Second, neighboring pixels are more frequently selected with similar viewing geometry and atmospheric conditions.

White J C, Wulder M A, Hobart G W , et al.

Pixel-based image compositing for large-area dense time series applications and science

[J]. Canadian Journal of Remote Sensing, 2014,40(3):192-212.

DOI:10.1080/07038992.2014.945827      URL     [本文引用: 1]

Free and open access to the more than 40 years of data captured in the Landsat archive, combined with improvements in standardized image products and increasing computer processing and storage capabilities, have enabled the production of large-area, cloud-free, surface reflectance pixel-based image composites. Best-available-pixel (BAP) composites represent a new paradigm in remote sensing that is no longer reliant on scene-based analysis. A time series of these BAP image composites affords novel opportunities to generate information products characterizing land cover, land cover change, and forest structural attributes in a manner that is dynamic, transparent, systematic, repeatable, and spatially exhaustive. Herein, we articulate the information needs associated with forest ecosystem science and monitoring in a Canadian context, and indicate how these new image compositing approaches and subsequent derived products can enable us to address these needs. We highlight some of the issues and opportunities associated with an image compositing approach and demonstrate annual composite products at a national-scale for a single year, with more detailed analyses for two prototype areas using 15 years of Landsat data. Recommendations concerning how to best link compositing decisions to the desired use of the composite (and the information need) are presented, along with future research directions.

邬明权, 牛铮, 王长耀 .

多源遥感数据时空融合模型应用分析

[J]. 地球信息科学学报, 2014,16(5):776-783.

DOI:10.3724/SP.J.1047.2014.00776      Magsci     [本文引用: 1]

<p>多源遥感数据时空融合模型是解决目前遥感数据获取能力不足问题的重要方法之一,当前主要融合方法的研究,集中于平原区域,缺乏复杂条件下的多源遥感数据融合技术的应用研究。针对我国南方复杂条件,本文对比研究了多源遥感数据时空融合模型在我国南方复杂条件下的应用能力。针对LORENZO模型、LIU模型、统计回归模型、STARFM和ESTARFM 5种主流多源遥感数据时空融合模型,采用Landsat-ETM+和MODIS数据,以江苏省南京市的小块区域为实验区,利用5种模型生产融合影像,以真实Landsat-ETM+数据为模板,定性和定量评价融合效果的好坏。结果表明:除LORENZO模型外,其余4种模型获得的融合影像与真实影像之间都具有较高的相关性,相关系数均高于0.6,其中,ESTARFM模型的融合影像与真实影像间的相关性最高,融合效果最好,其次为STARFM模型,再次为LIU模型和统计模型法。在融合过程中采用距离、时间和光谱等信息越多,融合效果越好,在复杂地区的适用能力越强,融合影像更能反映地物的细节特征。</p>

Wu M Q, Niu Z, Wang C Y .

Assessing the accuracy of spatial and temporal image fusion model of complex area in South China

[J]. Journal of Geo-Information Science, 2014,16(5):776-783.

Magsci     [本文引用: 1]

Davis J C . Statistics and Data Analysis in Geology[M]. 2nd ed.New York:Wiley, 1986: 646.

[本文引用: 1]

Rayner J N . An Introduction to Spectral Analysis[M]. London:Pion Ltd., 1971: 174.

[本文引用: 1]

Zhu Z, Woodcock C E .

Continuous change detection and classification of land cover using all available Landsat data

[J]. Remote Sensing of Environment, 2014,144:152-171.

DOI:10.1016/j.rse.2014.01.011      URL     [本文引用: 2]

61A new algorithm for Continuous Change Detection and Classification of land cover61All available (a total of 519) Landsat images from Path 12 Row 31 were used.61It can detect many kinds of land cover change continuously.61It can provide land cover maps for any given time.61The results were accurate both in change detection and classification.

Zhu Z, Woodcock C E, Holden C , et al.

Generating synthetic Landsat images based on all available Landsat data:Predicting Landsat surface reflectance at any given time

[J]. Remote Sensing of Environment, 2015,162:67-83.

DOI:10.1016/j.rse.2015.02.009      URL     [本文引用: 1]

Verbesselt J, Zeileis A, Herold M .

Near real-time disturbance detection using satellite image time series

[J]. Remote Sensing of Environment, 2012,123:98-108.

DOI:10.1016/j.rse.2012.02.022      URL     [本文引用: 1]

78 We propose a new time series based near real-time change monitoring approach. 78 The method is robust, fast and does not require gap filling or smoothing. 78 A wide range of in-situ and remote sensing data series can be analysed. 78 Drought related disturbances are detected in southern Somalia as an example. 78 Functionality is available via the 'bfast' package for R.

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