專利名稱：一種基于幾何成像的modis lai產(chǎn)品驗(yàn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于遙感影像處理技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于幾何成像的MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,即中分辨率成像光譜儀)LAI(LeafArea Index,即葉面積指數(shù))產(chǎn)品驗(yàn)證方法。
背景技術(shù)：
中低分辨率的遙感影像產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛，它們在地表過程模擬、地球環(huán)境變化等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。作為地表參量的一個重要的評價(jià)指標(biāo)，對遙感影像產(chǎn)品的發(fā)布精度的真實(shí)性驗(yàn)證有著重要的意義，直接關(guān)系到整個遙感影像產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，如何提高中低分辨率遙感影像產(chǎn)品的驗(yàn)證精度和可信度一直是遙感影像處理技術(shù)領(lǐng)域的一個重要的研究領(lǐng)域。 傳統(tǒng)的驗(yàn)證方法只是對中低分辨率的MODIS影像像元覆蓋范圍內(nèi)的TM影像的像元進(jìn)行尋找，這種方法存在一個比較重大的問題，不同的傳感器成像后影像的像元對應(yīng)的實(shí)際地面的瞬時(shí)視場和影像像元的規(guī)則矩形形狀有很大的差別。對于MODIS像元來說，不在垂直點(diǎn)的像元與掃描帶中心的相比較，當(dāng)像元位于掃描帶邊緣的像元，在軌道方向擴(kuò)大2. 0倍，沿掃描方向上擴(kuò)大4. 8倍。這就是MODIS像元對應(yīng)的地面的實(shí)際瞬時(shí)視場，而對于TM (Thematic Mapper,即專題制圖儀)影像來說,它的像元對應(yīng)的地面瞬時(shí)視場和圖像的像元一樣是比較規(guī)則的矩形，這樣，對于尺度轉(zhuǎn)換后的大尺度TM-LAI來驗(yàn)證MODIS LAI產(chǎn)品，由于這種實(shí)際情況和理想情況對應(yīng)的地面瞬時(shí)視場的巨大差異，必然會導(dǎo)致遙感影像產(chǎn)品驗(yàn)證結(jié)果的不準(zhǔn)確性。針對傳統(tǒng)的像元對應(yīng)的方法沒有考慮到像元對應(yīng)的地面瞬時(shí)視場的不規(guī)則性，而只是簡單地利用像元的經(jīng)緯坐標(biāo)進(jìn)行遙感影像像元的簡單對應(yīng)，必將導(dǎo)致的對遙感影像產(chǎn)品驗(yàn)證的可信度的降低。1994年，Rany提出了一種空間化模型的方法,來減小尺度變化給連接地面參量，即LAI與像元遙測值的模型帶來的誤差。2004年，Tian，Wang等利用多尺度分析的方法對MODIS LAI產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，并設(shè)計(jì)了采樣方案，隨著尺度的增加，植被中混有其他非植被像元的時(shí)候也就是存在混合像元的程度加大的時(shí)候，會產(chǎn)生較大的誤差。現(xiàn)有的研究方法都是專注于研究空間尺度轉(zhuǎn)換方法對MODIS LAI產(chǎn)品驗(yàn)證精度的影響，均未考慮到不同分辨率遙感影像像元對應(yīng)性方法對中低分辨率的遙感影像產(chǎn)品驗(yàn)證可信度的影響，如何解決這一問題是中低分辨率的M0DISLAI產(chǎn)品驗(yàn)證的一個重要的研究內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于幾何成像的M0DISLAI產(chǎn)品驗(yàn)證方法，以解決MODIS遙感影像像元對應(yīng)的地面瞬時(shí)視場的不規(guī)則性導(dǎo)致MODIS LAI產(chǎn)品驗(yàn)證的可信度低的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于幾何成像的MODIS LAI產(chǎn)品驗(yàn)證方法，其特征在于，包括以下步驟(I)、對原始的高分辨率的TM (Thematic Mapper,即專題制圖儀)遙感影像首先進(jìn)行幾何校正和大氣校正，得到帶有坐標(biāo)信息和投影信息的GEO-TM地表反射率圖像，然后利用遙感影像的近紅外和紅光波段對GEO-TM地表反射率圖像進(jìn)行波段運(yùn)算生成高分辨率的TM-NDVI (Normalized Difference Vegetation Index,標(biāo)準(zhǔn)差異植被指數(shù))影像；(2)、利用MODIS IB產(chǎn)品自帶的幾何信息，即經(jīng)緯度坐標(biāo)、觀測的天頂角和方位角，對MODIS遙控影像像元范圍內(nèi)覆蓋區(qū)域的TM-NDVI影像像元進(jìn)行搜索根據(jù)經(jīng)緯度得到每個MODIS遙感影像像元對應(yīng)的真實(shí)地面瞬時(shí)視場GIFOV的中心位置，根據(jù)觀測天頂角和方位角得到每個MODIS遙感影像像元對應(yīng)的真實(shí)地面瞬時(shí)視場GIFOV的范圍大小和形狀，這樣可以保證找到TM-NDVI影像像元和MODIS遙控影像像元具有很好的對應(yīng)性；(3)、根據(jù)每個MODIS遙感影像像元在TM-NDVI影像上的覆蓋范圍，利用點(diǎn)擴(kuò)散函 數(shù)PSF (Point Spread Function),逐個對MODIS遙感影像像元在TM-NDVI影像中所覆蓋區(qū)域的所有像元進(jìn)行高斯卷積，獲得對應(yīng)的MODIS遙感影像各像元的NDVI (NormalizedDifference Vegetation Index,標(biāo)準(zhǔn)差異植被指數(shù))值,使TM-NDVI影像轉(zhuǎn)換到中低分辨率的MODIS遙感影像相同尺度下，得到中低分辨率的MODIS遙感影像同一尺度的TM-NDVI影像；(4)、對得到的中低分辨率的MODIS遙感影像同一尺度的TM-NDVI影像進(jìn)行模型反演，生成與MODIS遙感影像相同尺度的TM-LAI影像；(5)、對生成的與MODIS遙感影像相同尺度的TM-LAI影像，按照M0DIS1B產(chǎn)品影像的處理方式，即利用 NASA (National Aeronautics and Space Administration,美國國家航空航天局)提供的MRT Swath工具包進(jìn)行幾何校正和重投影，變換到MODIS LAI產(chǎn)品同一坐標(biāo)系下，并與之對比，實(shí)現(xiàn)同一參考坐標(biāo)系下的逐像元對比驗(yàn)證處理后的TM-LAI影像與MODIS LAI產(chǎn)品影像逐像元進(jìn)行差值運(yùn)算，統(tǒng)計(jì)出像元差值的大小及均方根誤差，最終給出MODIS LAI產(chǎn)品的精度評價(jià)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明基于幾何成像的MODIS LAI產(chǎn)品驗(yàn)證方法，對原始的高分辨率的TM遙感影像進(jìn)行幾何校正、大氣校正以及波段運(yùn)算，得到TM-NDVI影像，然后利用MODIS IB產(chǎn)品的幾何信息對MODIS遙控影像像元范圍內(nèi)覆蓋區(qū)域的TM-NDVI影像像元進(jìn)行尋找，對每個覆蓋區(qū)域的TM-NDVI影像像元進(jìn)行高斯卷積，獲得MODIS遙感影像各像元的NDVI值，構(gòu)成中低分辨率的MODIS遙感影像同一尺度的TM-NDVI影像，最后進(jìn)行反演生成TM-LAI影像，并按照MODIS IB產(chǎn)品影像進(jìn)行幾何校正和重投影，變換到MODIS LAI產(chǎn)品同一坐標(biāo)系下，并與之對比，給出MODIS LAI產(chǎn)品的精度評價(jià)。本發(fā)明與傳統(tǒng)的方法進(jìn)行比較，充分考慮了 MODIS傳感器實(shí)際地面瞬時(shí)視場與MODIS LAI產(chǎn)品像元對應(yīng)地面區(qū)域的不一致性，對高分辨率的TM影像進(jìn)行幾何成像模擬，即步驟(2) (4)，對不同分辨率的遙感影像像元進(jìn)行逐一對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)從高分辨率到中低分辨率遙感影像之間的逐級驗(yàn)證，有針對性的消除不一致性帶來的影響，保證驗(yàn)證的可信度。


圖I是MODIS遙感影像像元對應(yīng)的地面瞬時(shí)視場示意圖；圖2是本發(fā)明基于幾何成像的MODIS LAI產(chǎn)品驗(yàn)證方法ー種具體實(shí)施方式
的流程圖；圖3是MODIS遙感影像像元覆蓋范圍內(nèi)對應(yīng)的TM-NDVI像元的示意圖；圖4是MODIS遙感影像像元與TM-NDVI影像像元對應(yīng)示意圖；圖5是計(jì)算覆蓋地面瞬時(shí)視場范圍不意圖；圖6是MODIS遙感影像像元覆蓋范圍內(nèi)找出的TM-NDVI影像像元進(jìn)行尺度轉(zhuǎn)換生成與中低分辨率的MODIS遙感影像相同尺度的TM-NDVI影像的示意圖。
具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。圖I是MODIS遙感影像像元對應(yīng)的地面瞬時(shí)視場示意圖。由圖I可以看出,MODIS遙感影像像元對應(yīng)的地面真實(shí)的瞬時(shí)視場,如圖I (b)和理想的MODIS遙感影像像元的瞬時(shí)視場如圖I (a)具有很大的差異，這也就是本發(fā)明要解決的問題即對中低分辨率遙感影像產(chǎn)品驗(yàn)證真實(shí)性的影響。圖2是本發(fā)明基于幾何成像的MODIS LAI產(chǎn)品驗(yàn)證方法ー種具體實(shí)施方式
的流程圖。在本實(shí)施例中，如圖2所示，具體的流程如下(I)、對原始的高分辨率TM遙感影像，在本實(shí)施例中，其分辨率為30m，采用選取多個地面控制點(diǎn)的方式進(jìn)行幾何校正，接著利用大氣校正模型輸入適當(dāng)?shù)男Ｕ齾?shù)對TM遙感影像進(jìn)行大氣校正。校正后原始的高分辨率TM遙感影像的灰度值轉(zhuǎn)換為帶有坐標(biāo)信息和投影信息的地表反射率，然后選取校正540E遙感影像波段中的紅光波段和近紅外波段進(jìn)行波段運(yùn)算，生成高分辨的TM-NDVI影像。NDVI計(jì)算公式如下，其中，P ■和P ■分別代表近紅外和紅光波段的反射率，
權(quán)利要求
1.一種基于幾何成像的MODIS LAI產(chǎn)品驗(yàn)證方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)、對原始的高分辨率的TM(Thematic Mapper,即專題制圖儀)遙感影像首先進(jìn)行幾何校正和大氣校正，得到帶有坐標(biāo)信息和投影信息的GEO-TM地表反射率圖像，然后利用GEO-TM地表反射率圖像的近紅外和紅光波段進(jìn)行波段運(yùn)算生成高分辨率的TM-NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,標(biāo)準(zhǔn)差異植被指數(shù))影像； (2)、利用MODISIB產(chǎn)品自帶的幾何信息，即經(jīng)緯度坐標(biāo)、觀測的天頂角和方位角，對MODIS遙控影像像元范圍內(nèi)覆蓋區(qū)域的TM-NDVI影像像元進(jìn)行搜索根據(jù)經(jīng)緯度得到每個MODIS遙感影像像元對應(yīng)的真實(shí)地面瞬時(shí)視場GIFOV的中心位置，根據(jù)觀測天頂角和方位角得到每個MODIS遙感影像像元對應(yīng)的真實(shí)地面瞬時(shí)視場GIFOV的范圍大小和形狀，這樣可以保證找到TM-NDVI影像像元和MODIS遙控影像像元具有很好的對應(yīng)性； (3)、根據(jù)每個MODIS遙感影像像元在TM-NDVI影像上的覆蓋范圍，利用點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF(Point Spread Function),逐個對MODIS遙感影像像元在TM-NDVI影像中所覆蓋區(qū)域的所有像元進(jìn)行高斯卷積，獲得對應(yīng)的MODIS遙感影像各像元的NDVKNormalized DifferenceVegetation Index,標(biāo)準(zhǔn)差異植被指數(shù))值，使TM-NDVI影像轉(zhuǎn)換到中低分辨率的MODIS遙感影像相同尺度下，得到中低分辨率的MODIS遙感影像同一尺度的TM-NDVI影像； (4)、對得到的中低分辨率的MODIS遙感影像同一尺度的TM-NDVI影像進(jìn)行模型反演，生成與MODIS遙感影像相同尺度的TM-LAI影像； (5)、對生成的與MODIS遙感影像相同尺度的TM-LAI影像，按照M0DIS1B產(chǎn)品影像的處理方式，即利用 NASA (National Aeronautics and SpaceAdministration,美國國家航空航天局)提供的MRT Swath工具包進(jìn)行幾何校正和重投影，變換到MODIS LAI產(chǎn)品同一坐標(biāo)系下，并與之對比，實(shí)現(xiàn)同一參考坐標(biāo)系下的逐像元對比驗(yàn)證處理后的TM-LAI影像與MODIS LAI產(chǎn)品影像逐像元進(jìn)行差值運(yùn)算，統(tǒng)計(jì)出像元差值的大小及均方根誤差，最終給出MODIS LAI產(chǎn)品的精度評價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于幾何成像的MODISLAI產(chǎn)品驗(yàn)證方法，其特征在于，所述的原始的高分辨率的TM遙感影像分辨率為30m，中低分辨率的MODIS遙感影像分辨率為1000m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于幾何成像的MODIS LAI產(chǎn)品驗(yàn)證方法，與傳統(tǒng)的方法進(jìn)行比較，充分考慮了MODIS傳感器實(shí)際地面瞬時(shí)視場與MODIS LAI產(chǎn)品像元對應(yīng)地面區(qū)域的不一致性，先對高分辨率的TM影像進(jìn)行幾何成像模擬，然后對不同分辨率的遙感影像像元進(jìn)行逐一對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)從高分辨率到中低分辨率遙感影像之間的逐級驗(yàn)證，有針對性的消除不一致性帶來的影響，保證驗(yàn)證的可信度。
文檔編號G01S7/497GK102798851SQ201210306619
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者陳云坪, 魏偉, 程暉, 陶沛, 童玲 申請人:電子科技大學(xué)