专利名称：一种基于几何成像的modis lai产品验证方法
技术领域：
本发明属于遥感影像处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于几何成像的MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,即中分辨率成像光谱仪)LAI(LeafArea Index,即叶面积指数)产品验证方法。
背景技术：
中低分辨率的遥感影像产品的应用越来越广泛，它们在地表过程模拟、地球环境变化等领域有着广泛的应用。作为地表参量的一个重要的评价指标，对遥感影像产品的发布精度的真实性验证有着重要的意义，直接关系到整个遥感影像产品的推广应用，如何提高中低分辨率遥感影像产品的验证精度和可信度一直是遥感影像处理技术领域的一个重要的研究领域。 传统的验证方法只是对中低分辨率的MODIS影像像元覆盖范围内的TM影像的像元进行寻找，这种方法存在一个比较重大的问题，不同的传感器成像后影像的像元对应的实际地面的瞬时视场和影像像元的规则矩形形状有很大的差别。对于MODIS像元来说，不在垂直点的像元与扫描带中心的相比较，当像元位于扫描带边缘的像元，在轨道方向扩大2. 0倍，沿扫描方向上扩大4. 8倍。这就是MODIS像元对应的地面的实际瞬时视场，而对于TM (Thematic Mapper,即专题制图仪)影像来说,它的像元对应的地面瞬时视场和图像的像元一样是比较规则的矩形，这样，对于尺度转换后的大尺度TM-LAI来验证MODIS LAI产品，由于这种实际情况和理想情况对应的地面瞬时视场的巨大差异，必然会导致遥感影像产品验证结果的不准确性。针对传统的像元对应的方法没有考虑到像元对应的地面瞬时视场的不规则性，而只是简单地利用像元的经纬坐标进行遥感影像像元的简单对应，必将导致的对遥感影像产品验证的可信度的降低。1994年，Rany提出了一种空间化模型的方法,来减小尺度变化给连接地面参量，即LAI与像元遥测值的模型带来的误差。2004年，Tian，Wang等利用多尺度分析的方法对MODIS LAI产品进行验证，并设计了采样方案，随着尺度的增加，植被中混有其他非植被像元的时候也就是存在混合像元的程度加大的时候，会产生较大的误差。现有的研究方法都是专注于研究空间尺度转换方法对MODIS LAI产品验证精度的影响，均未考虑到不同分辨率遥感影像像元对应性方法对中低分辨率的遥感影像产品验证可信度的影响，如何解决这一问题是中低分辨率的M0DISLAI产品验证的一个重要的研究内容。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于几何成像的M0DISLAI产品验证方法，以解决MODIS遥感影像像元对应的地面瞬时视场的不规则性导致MODIS LAI产品验证的可信度低的问题。
为实现上述发明目的，本发明基于几何成像的MODIS LAI产品验证方法，其特征在于，包括以下步骤(I)、对原始的高分辨率的TM (Thematic Mapper,即专题制图仪)遥感影像首先进行几何校正和大气校正，得到带有坐标信息和投影信息的GEO-TM地表反射率图像，然后利用遥感影像的近红外和红光波段对GEO-TM地表反射率图像进行波段运算生成高分辨率的TM-NDVI (Normalized Difference Vegetation Index,标准差异植被指数)影像；(2)、利用MODIS IB产品自带的几何信息，即经纬度坐标、观测的天顶角和方位角，对MODIS遥控影像像元范围内覆盖区域的TM-NDVI影像像元进行搜索根据经纬度得到每个MODIS遥感影像像元对应的真实地面瞬时视场GIFOV的中心位置，根据观测天顶角和方位角得到每个MODIS遥感影像像元对应的真实地面瞬时视场GIFOV的范围大小和形状，这样可以保证找到TM-NDVI影像像元和MODIS遥控影像像元具有很好的对应性；(3)、根据每个MODIS遥感影像像元在TM-NDVI影像上的覆盖范围，利用点扩散函 数PSF (Point Spread Function),逐个对MODIS遥感影像像元在TM-NDVI影像中所覆盖区域的所有像元进行高斯卷积，获得对应的MODIS遥感影像各像元的NDVI (NormalizedDifference Vegetation Index,标准差异植被指数)值,使TM-NDVI影像转换到中低分辨率的MODIS遥感影像相同尺度下，得到中低分辨率的MODIS遥感影像同一尺度的TM-NDVI影像；(4)、对得到的中低分辨率的MODIS遥感影像同一尺度的TM-NDVI影像进行模型反演，生成与MODIS遥感影像相同尺度的TM-LAI影像；(5)、对生成的与MODIS遥感影像相同尺度的TM-LAI影像，按照M0DIS1B产品影像的处理方式，即利用 NASA (National Aeronautics and Space Administration,美国国家航空航天局)提供的MRT Swath工具包进行几何校正和重投影，变换到MODIS LAI产品同一坐标系下，并与之对比，实现同一參考坐标系下的逐像元对比验证处理后的TM-LAI影像与MODIS LAI产品影像逐像元进行差值运算，统计出像元差值的大小及均方根误差，最终给出MODIS LAI产品的精度评价。本发明的目的是这样实现的本发明基于几何成像的MODIS LAI产品验证方法，对原始的高分辨率的TM遥感影像进行几何校正、大气校正以及波段运算，得到TM-NDVI影像，然后利用MODIS IB产品的几何信息对MODIS遥控影像像元范围内覆盖区域的TM-NDVI影像像元进行寻找，对每个覆盖区域的TM-NDVI影像像元进行高斯卷积，获得MODIS遥感影像各像元的NDVI值，构成中低分辨率的MODIS遥感影像同一尺度的TM-NDVI影像，最后进行反演生成TM-LAI影像，并按照MODIS IB产品影像进行几何校正和重投影，变换到MODIS LAI产品同一坐标系下，并与之对比，给出MODIS LAI产品的精度评价。本发明与传统的方法进行比较，充分考虑了 MODIS传感器实际地面瞬时视场与MODIS LAI产品像元对应地面区域的不一致性，对高分辨率的TM影像进行几何成像模拟，即步骤(2) (4)，对不同分辨率的遥感影像像元进行逐一对应，实现从高分辨率到中低分辨率遥感影像之间的逐级验证，有针对性的消除不一致性带来的影响，保证验证的可信度。
图I是MODIS遥感影像像元对应的地面瞬时视场示意图；图2是本发明基于几何成像的MODIS LAI产品验证方法ー种具体实施方式
的流程图；图3是MODIS遥感影像像元覆盖范围内对应的TM-NDVI像元的示意图；图4是MODIS遥感影像像元与TM-NDVI影像像元对应示意图；图5是计算覆盖地面瞬时视场范围不意图；图6是MODIS遥感影像像元覆盖范围内找出的TM-NDVI影像像元进行尺度转换生成与中低分辨率的MODIS遥感影像相同尺度的TM-NDVI影像的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。图I是MODIS遥感影像像元对应的地面瞬时视场示意图。由图I可以看出,MODIS遥感影像像元对应的地面真实的瞬时视场,如图I (b)和理想的MODIS遥感影像像元的瞬时视场如图I (a)具有很大的差异，这也就是本发明要解决的问题即对中低分辨率遥感影像产品验证真实性的影响。图2是本发明基于几何成像的MODIS LAI产品验证方法ー种具体实施方式
的流程图。在本实施例中，如图2所示，具体的流程如下(I)、对原始的高分辨率TM遥感影像，在本实施例中，其分辨率为30m，采用选取多个地面控制点的方式进行几何校正，接着利用大气校正模型输入适当的校正參数对TM遥感影像进行大气校正。校正后原始的高分辨率TM遥感影像的灰度值转换为带有坐标信息和投影信息的地表反射率，然后选取校正540E遥感影像波段中的红光波段和近红外波段进行波段运算，生成高分辨的TM-NDVI影像。NDVI计算公式如下，其中，P ■和P ■分别代表近红外和红光波段的反射率，
权利要求
1.一种基于几何成像的MODIS LAI产品验证方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)、对原始的高分辨率的TM(Thematic Mapper,即专题制图仪)遥感影像首先进行几何校正和大气校正，得到带有坐标信息和投影信息的GEO-TM地表反射率图像，然后利用GEO-TM地表反射率图像的近红外和红光波段进行波段运算生成高分辨率的TM-NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,标准差异植被指数)影像； (2)、利用MODISIB产品自带的几何信息，即经纬度坐标、观测的天顶角和方位角，对MODIS遥控影像像元范围内覆盖区域的TM-NDVI影像像元进行搜索根据经纬度得到每个MODIS遥感影像像元对应的真实地面瞬时视场GIFOV的中心位置，根据观测天顶角和方位角得到每个MODIS遥感影像像元对应的真实地面瞬时视场GIFOV的范围大小和形状，这样可以保证找到TM-NDVI影像像元和MODIS遥控影像像元具有很好的对应性； (3)、根据每个MODIS遥感影像像元在TM-NDVI影像上的覆盖范围，利用点扩散函数PSF(Point Spread Function),逐个对MODIS遥感影像像元在TM-NDVI影像中所覆盖区域的所有像元进行高斯卷积，获得对应的MODIS遥感影像各像元的NDVKNormalized DifferenceVegetation Index,标准差异植被指数)值，使TM-NDVI影像转换到中低分辨率的MODIS遥感影像相同尺度下，得到中低分辨率的MODIS遥感影像同一尺度的TM-NDVI影像； (4)、对得到的中低分辨率的MODIS遥感影像同一尺度的TM-NDVI影像进行模型反演，生成与MODIS遥感影像相同尺度的TM-LAI影像； (5)、对生成的与MODIS遥感影像相同尺度的TM-LAI影像，按照M0DIS1B产品影像的处理方式，即利用 NASA (National Aeronautics and SpaceAdministration,美国国家航空航天局)提供的MRT Swath工具包进行几何校正和重投影，变换到MODIS LAI产品同一坐标系下，并与之对比，实现同一参考坐标系下的逐像元对比验证处理后的TM-LAI影像与MODIS LAI产品影像逐像元进行差值运算，统计出像元差值的大小及均方根误差，最终给出MODIS LAI产品的精度评价。
2.根据权利要求I所述的基于几何成像的MODISLAI产品验证方法，其特征在于，所述的原始的高分辨率的TM遥感影像分辨率为30m，中低分辨率的MODIS遥感影像分辨率为1000m。
全文摘要
本发明公开了一种基于几何成像的MODIS LAI产品验证方法，与传统的方法进行比较，充分考虑了MODIS传感器实际地面瞬时视场与MODIS LAI产品像元对应地面区域的不一致性，先对高分辨率的TM影像进行几何成像模拟，然后对不同分辨率的遥感影像像元进行逐一对应，实现从高分辨率到中低分辨率遥感影像之间的逐级验证，有针对性的消除不一致性带来的影响，保证验证的可信度。
文档编号G01S7/497GK102798851SQ201210306619
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者陈云坪, 魏伟, 程晖, 陶沛, 童玲 申请人:电子科技大学