[發明專利]基于MODIS遙感影像的高分辨率遙感影像植被指數時間序列校正方法

有效

• 申請號: 201310690726.8
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103617629A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 劉永學;汪業成;張群;李滿春;王加勝;程亮;張荷霞;孫超;趙賽帥;成王玉;鄒偉
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G01S7/497;G01S17/88
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 石敏

技術領域

本發明涉及一種基于MODIS遙感影像的高分辨率遙感影像植被指數時間序列校正方法，屬于地理信息系統技術領域。

背景技術

遙感影像時間序列是利用一系列的遙感影像數據原始影像或者其衍生的指數影像，按照時間順序排列起來，使之能夠表達遙感對象在時間上變化特性的一種影像序列。為從時間維度上分析使用遙感影像提供了數據源。

目前應用最為廣泛的，是中低空間分辨率遙感影像的植被指數時間序列。中低空間分辨率遙感衛星Moderate?Resolution?Imaging?Spectroradiometer(MODIS)提供的NDVI（即歸一化植被指數，英文是Normalized?Difference?Vegetation?Index）時間序列產品是全球廣泛使用的植被指數產品。該產品來源于每日的、經過大氣校正和表面二向性反射的遙感影像數據，數據使用了針對性的方法，保證了數據質量的穩定、可靠，能夠提供持續的、覆蓋全球的高時間分辨率NDVI時間序列產品。但是MODIS?NDVI的最高空間分辨率為250m，較低的空間分辨率為研究更加精細的地物情況帶來了困難。而高空間分辨率和高時間分辨率是一對矛盾體，擁有更高空間分辨率的衛星（如Landsat、SPOT系列衛星）不能提供足夠高的重返周期，無法構建高時間分辨率的時間序列。對此，很多學者展開了數據融合的研究，利用不同傳感器影像進行空間、時間的融合來彌補這個矛盾，使得融合后的影像盡可能保留高時間分辨率和高空間分辨率的雙重特點。Pohl?and?Van?Genderen(1998),Amolins?and?Zhang(2007),Thomas?and?Ranchin(2008)已對相關研究進行了綜述。雖然現在不斷有新的研究成果涌現，但仍無法完全保留融合影像具有親本影像的所有細節。

隨著2008年9月由中國發射的環境減災小衛星星座（HJ-1A/1B?small?satellite?constellations，HJ-1A/1B）的發射，為構建高空間分辨率和高時間分辨率的遙感影像時間序列提供了另外一種解決方案。HJ-1A/1B能夠提供空間分辨率為30m的、重訪周期可達2天的多光譜遙感影像，所以，可以利用HJ-1A/1B遙感影像生成較高時空分辨率的NDVI時間序列（以下簡稱HJ?NDVI時間序列）而不需要進行高時間分辨率和高空間分辨率影像的融合處理。理論上，這樣的時間分辨率應該能夠滿足用于植被研究的NDVI時間序列的需求，一些學者也對此進行過應用研究。但HJ?NDVI時間序列仍存在以下問題：（1）HJ衛星單位時間內獲取影像數遠小于MODIS，無法使用最大值合成（MVC）方法消除噪聲對NDVI值降低的影響；（2）HJ-1A/1B遙感影像不提供像元質量評價的產品，無法依據自身平臺對生成的NDVI時間序列進行調整，減弱被噪聲污染時相的影響。（3）所下載影像沒有進過輻射校正和大氣校正，也造成HJ?NDVI時間序列的不穩定。以上問題，造成了HJ?NDVI時間序列在應用中出現NDVI值持續性偏低、不正常的波動等現象。為了能夠準確地使用HJ?NDVI時間序列，必須對其進行校正。對于植被指數時間序列的校正研究，已有針對不同數據源的多種方法，比如最佳指數斜率提取算法（BISE）、傅里葉擬合法、Savitzky-Golay濾波和非對稱高斯函數擬合法。但這些都不能很好地解決HJ?NDVI時間序列的上述問題。

NDVI雖然不是一種內在的物理量，但是它與植被的物理性質相關（如葉面積指數、植被覆蓋度、植被生長條件、生物量等）。因而不論哪種傳感器計算出來的NDVI時間序列往往都呈現以季節或年為周期的季節性變化，在同一地區的同一時間段上，不同傳感器的NDVI時間序列也應該具有相同的變化趨勢。由于中低空間分辨率遙感影像NDVI時間序列質量相對可靠，所以可以參考中低空間分辨率遙感影像NDVI時間序列對HJ?NDVI時間序列的異常區段進行校正，修正其因氣候原因造成的時間序列的異常，得其符合應用要求，為在更高空間分辨率下研究生物地球化學模型提供有效數據。

發明內容

本發明解決的技術問題是：提出一種精度高的基于MODIS遙感影像的高分辨率遙感影像植被指數時間序列校正方法，該方法能夠對HJ?NDVI時間序列的異常區段進行校正，修正其因氣候原因造成的時間序列的異常，為在更高空間分辨率下研究生物地球化學模型提供有效數據。

為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是：一種基于MODIS遙感影像的高分辨率遙感影像植被指數時間序列校正方法，包括以下步驟: