图像分层匹配的HJ-1A/B CCD影像自动几何精校正技术与系统实现

环境与灾害监测预报小卫星星座(环境一号卫星,HJ-1A/B)自发射以来,在环境监测、灾害评估、土地资源调查等领域发挥了重要的作用。但是HJ-1A/B卫星CCD图像的2级产品(HJ-1 CCD图像)几何精度低,实际应用中需要进行几何精校正。HJ-1 CCD图像具有宽覆盖、大视场角、几何变形复杂的特点,几何精校正难度大。针对该问题,本文提出了一个以Landsat TM全球拼接图像为基准,基于Forstner算子和模板匹配的分层配准方法。该方法使用分层匹配获得的大量高精度且分布均匀的控制点构建Delaunay三角网,有效地解决了HJ-1 CCD图像的几何精校正问题。在配准技术研究的基础上,研发了HJ-1 CCD图像几何精校正系统,系统具有全球HJ-1 CCD图像的自动批量处理能力。实验结果表明,本文提出的几何精校正方法精度高,实现了环境星图像的自动批量处理。     

全球30m分辨率多光谱影像数据自动化处理的实践与思考

全球地表覆盖遥感制图与关键技术研究项目要求对两个基准年度(2000年、2010年)全球30 m分辨率的多光谱遥感数据进行辐射处理和几何精纠正处理,为地表覆盖制图完成数据准备。数据以Landsat TM/ETM+为主,HJ-1A/B CCD数据为补充,共计2万多景影像需要进行辐射处理,有1000多景HJ-1A/B CCD影像需要几何精纠正。如此大规模的数据处理,自动化处理是必然的选择。本文介绍了HJ-1A/B CCD图像几何精纠正自动化实现中关键问题的解决方法和精度评价结果,Landsat TM/ETM+和HJ-1A/B CCD图像自动化辐射校正中关键问题的解决方法和精度评价结果,以及大规模的数据处理活动引发的一些思考。     

HJ-1CCD与Landsat ETM+在土地利用中的应用比较

为研究环境一号(HJ-1)CCD影像在土地利用中的应用能力,选取HJ-1 A/B CCD和Landsat ETM+作为数据源,在遥感影像土地利用要素识别、土地利用计算机分类精度、土地利用信息提取二级分类精度和土地利用分类等方面,对HJ-1A/B CCD数据和Landsat ETM+数据在土地利用分类中的应用能力进行对比研究,结果表明土地利用分类应用中,HJ-1 A/B CCD基本可以替代Landsat ETM+,且HJ-1 A/B CCD数据光谱敏感性更强,反映地物细节的能力更强,比Landsat ETM+数据更有优势的结论。     

鄱阳湖HJ-1A/B卫星CCD影像大气校正研究

以准同步的Terra/MODIS反演的气溶胶为辅助,采用FLAASH模型对2009-10-24鄱阳湖HJ-1A/B卫星CCD影像进行大气校正处理。结果表明,大气影响可以被有效去除,在水体遥感反射率较高的红、绿波段,大气校正精度较高,平均相对误差分别为13.4%和9.8%;而在水体遥感反射率较低的近红外、蓝波段,大气校正精度较低,这可能与波段不同的信噪比和陆地邻近像元效应有关。     

基于GeoEye-1与HJ-1B的仿真底图最佳分辨率的选择

随着遥感图像的广泛应用,图像仿真的意义日益凸显,仿真底图的选择越来越重要。以广西省北海市沙田半岛作为研究区,将Geo Eye-1 0.5,2 m和HJ-1B CCD1 30 m遥感影像作为仿真底图,升尺度到30 m分辨率后得到仿真影像,选取7种具有代表性的地物样区,通过选取评价指标,对仿真影像与原影像HJ-1B CCD1 30 m的图像质量的差异进行分析。其中由于Geo Eye-1与HJ-1B CCD1影像的成像参数不同,对最终的图像质量评价造成影响,对其进行归一化处理,并与遥感影像实际应用中的问题相结合,得出最佳分辨率的结果。     

面向土地利用分类的HJ-1 CCD影像最佳分形波段选择

环境一号卫星（HJ-1）CCD影像光谱波段较少,地物之间的准确分类识别有一定困难。采用分形纹理辅助地物分类识别是一种有效方法,而波段选择是提高分类识别精度的关键。本文以江西赣州定南县土地利用分类为例,采用双毯覆盖模型对HJ卫星CCD影像6类典型地物的波谱分形特征进行了分析,利用不同地物在不同波段上的分形区分度差异构建了最佳分形波段选择模型,并利用该模型挑选出最佳分形波段来辅助土地利用分类,最后对分类结果进行检验。结果表明：最佳分形波段选择模型能够综合权衡不同地物在不同波段上的分形区分度差异,利用挑选出来的最佳分形波段来辅助分类,其分类总体精度相对于原始影像分类提高了11.77%,相对于第1主成分分形辅助下的分类提高了1.56%。     

环境星CCD数据大气校正研究

利用6S模型和同步气象资料,对国产环境与灾害监测预报小卫星HJ-1 A的CCD1传感器数据进行了大气校正和反射率反演。同时对CCD1传感器1～4波段大气校正前后的反射率变化进行了对比研究,发现大气校正后的1～3波段的地面反射率明显降低,4波段的地面反射率升高;利用同步野外实测地面数据对大气校正后的反射率数据进行了检验,两者结果基本一致;此外,还进行了定量化误差分析,以同步野外实测地面数据作为标准,将大气校正后的反射率数据与之对比,分析了可能带来误差的原因。结果表明,利用6S大气校正方法能够有效去除HJ-1 A星CCD图像的大气影响,获取地物绝对反射率。     

基于影像交叉学习的CBERS CCD波段模拟

与TM/ETM+相比,CBERS CCD缺少2个红外波段(波段5和波段7),这便导致了许多针对TM/ETM+数据的图像处理方法难以直接应用于CBERS CCD图像.为此,采用基于影像交叉学习的波段模拟方法,即以ETM+数据作为先验知识,通过支持向量回归( Support Vector Regression,SVR),拟...     

HJ-1B卫星三种反演地表温度模型的分析与验证

由于对不同的传感器,单通道算法中的经验公式必须根据相应的热红外波段特征重新进行拟合,该文以覆盖广州市的卫星影像HJ-1B/CCD和HJ-1B/IRS为数据源,利用基于同步面上像元尺度的多源遥感数据MOD021KM,并结合上下行辐射和地表比辐射率来反演大气水汽含量以及大气透射率。在此基础上,针对环境卫星,提出修正的普适性单通道算法、大气辐射传输方程算法和单窗算法3种模型,进行广州市地表温度反演,最后利用野外观测数据进行验证。结果表明,相比普适性单通道算法和单窗算法,辐射传输方程模型精度比较高。     

CBERS-02B影像的几何质量评价

从CCD和WFI影像波段间的匹配精度、CCD影像的绝对定位精度、CCD和WFI同地区不同时相影像间的配准精度对02B星影像数据的二级产品进行几何质量评价。研究表明,CCD影像第5波段与其他波段存在随扫描条带而改变的偏移,CCD影像景间绝对定位精度不一,研究区影像整体向东北方向偏移。     

北京地区HJ-1卫星CCD数据的气溶胶反演及在大气校正中的应用

与现有的大气卫星传感器相比,环境一号卫星(HJ-1)CCD相机具有较高的空间分辨率(30m),使得在城市地区找到光谱纯像元的机率大大增加。本文提出一种基于纯像元提取的城市地区气溶胶光学厚度(AerosolOpticalDepth,AOD)反演算法,利用像元纯净指数来提取CCD影像上的纯像元,并由HJ-1A星和B星的多时相CCD观测数据结合地表双向反射率模型确定纯像元的地表反射特性,在此基础上反演AOD。与AERONET地基测量数据的对比表明,该算法具有较高精度,相关系数为0.83,线性拟合斜率为1.091,截距为0.053。基于该方法的AOD反演结果作为输入,能较大程度提高HJ-1卫星CCD影像大气校正的精度。     

A three-band semi-analytical model for deriving total suspended sediment concentration from HJ-1A/CCD data in turbid coastal waters

The accurate assessment of total suspended sediment (TSM) concentration in coastal waters by means of remote sensing is quite challenging, due to the optical complexity and significant variability of these waters. In this study, three-band semi-analytical TSM retrieval (TSTM) model with HJ-1A/CCD spectral bands was developed for the retrieval of TSM concentration from turbid coastal waters. This model was calibrated and validated by means of one calibration dataset and three independent validation datasets obtained from three different turbid waters. It was found that the TSTM model may be used to retrieve accurate TSM concentration data from highly turbid waters without the spectral slope of the model requiring further optimization. Finally, the TSM concentration data were quantified from the HJ-1A/CCD images after atmospheric correction using the dark-object subtraction technique. Upon comparing the model-derived and field-measured TSM concentration data, it was observed that the TSTM model produced <29% uncertainty in deriving TSM concentration from the HJ-1A/CCD data. These findings imply that the TSTM model may be used for the quantitative monitoring of TSM concentration in coastal waters, provided that the atmospheric correction scheme for the HJ-1A/CCD imagery is available.     

HJ-1A CCD与TM数据及其估算草地LAI和鲜生物量效果比较分析

基于地面实测和PROSAIL模型模拟数据,研究了新型传感器HJ-1ACCD与TM数据一致性问题,分析了传感器天顶角和光谱相应函数差异的影响,对比两种传感器数据估算草地LAI和鲜生物量的效果,得出以下结论:(1)HJ-1ACCD和TM反射率数据的拟合系数R2在0.7322和0.9205左右,在反射率较小时,两种传感器数据一致性较好;随着反射率增大,HJ-1ACCD数值逐渐高于TM。总体而言,在可见光和近红外波段,两种传感器较为接近,其中红波段最接近。(2)两种传感器的NDVI数据一致性非常高,且受传感器天顶角和光谱响应函数影响作用较小(相对误差约为0.34%—0.53%),而反射率的相对差别在3.34%—9.54%。(3)传感器天顶角较光谱响应函数对反射率影响更大。(4)基于HJ-1ACCD反射率数据估算草地LAI和鲜生物量效果较好,其中以CCD2传感器估算效果最好。     

利用深蓝算法从HJ-1数据反演陆地气溶胶

大气气溶胶是环境空气污染监测的重要指标,在利用环境一号卫星CCD相机进行气溶胶监测时,暗目标法和结构函数法都有相应的不足。本文从Hsu等人(2004)提出的深蓝算法出发,以MODIS的地表反射率产品为基础建立反射率库,并利用地面观测数据分析了各种典型地物在CCD相机与MODIS蓝波段反射率之间关系,提出了将MODIS地表反射率修正到CCD相机的方法,进而实现地气解耦,反演气溶胶光学厚度。选择北京地区为实验区,进行了算法实验,并用AERONET/PHOTONS北京站的数据进行了验证,结果表明,(1)光学厚度较大时(>0.5),深蓝算法精度能够较好的满足环境一号卫星CCD相机对气溶胶日常监测的要求;(2)气溶胶模式会对结果产生较大的影响,尤其是城市型气溶胶。     

Water body mapping method with HJ-1A/B satellite imagery

This paper proposes an integrated water body mapping method with HJ-1A/B satellite imagery, the CCD (charge coupled device) data of the Chinese environmental satellites that were launched on September 6th, 2008. It combines the difference between NDVI and NDWI (NDVI–NDWI) with SLOPE and near-infrared (NIR) band. The NDVI–NDWI index is used to enhance the contrast between water bodies and the surrounding surface features; the topographic SLOPE is used to eliminate the mountain shadow; and the NIR band is used to reduce the effects of artificial construction land. The objectives are evaluating the potential of the HJ-1A/B imagery on water body monitoring, and proposing ideally mapping method. The test study results indicated that the NDVI–NDWI index is superior to the single index of NDVI and NDWI to enhance the contrast between water bodies and the rest of the features. On the basis of the accurately mapped water bodies in the HJ-1A/B CCD images of the study area, we conclude that the HJ-1A/B multi-spectral satellite images is an ideal data source for high spatial and temporal resolution water bodies monitoring. And the integrated water body mapping method is suitable for the applications of HJ-1A/B multi-spectral satellite images in this field.     

基于动态阈值的HJ-1B图像云检测算法研究

针对环境与灾害监测预报小卫星星座1B星(HJ-1B)的传感器波段特征,通过对云检测阈值的年度波动性分析,提出了一种基于波谱标准差异常的“动态阈值云检测算法”.该算法的实现主要是采用图像配准、波段运算、线性回归和误差分析等方法,获取云异常区域,进而剔除图像中的云像元.研究结果表明,该算法可以很好地检测出不同时相、不同类型下垫面上空的云像元,为有效利用HJ-1B数据并提高其图像分类精度发挥作用.     

利用HJ-1A/1BCCD数据进行黄河凌汛监测

利用HJ-1A/1B卫星CCD数据进行黄河凌汛监测,提出了基于主成分分析和决策树的冰凌提取方法。实验结果显示,利用HJ-1A/1B卫星CCD数据能有效地提取出黄河的冰凌范围,对黄河凌汛监测具有较大的应用潜力。