Landsat 8数据不同波段组合在地理遥感应用中的多样性

2013年2月11日发射的Landsat系列最新卫星Landsat8,携带有OLI陆地成像仪和TIRS热红外传感器,Landsat8的OLI陆地成像仪包括9个波段,OLI包括了ETM+传感器所有的波段,为了避免大气吸收特征,OLI对波段进行了重新调整,比较大的调整是OLI Band5(0.845–0.885 μm),排除了0.825μm处水汽吸收特征;OLI全色波段Band8波段范围较窄,这种方式可以在全色图像上更好区分植被和无植被特征;此外,还有两个新增的波段:蓝色波段 (band 1; 0.433–0.453 μm) 主要应用海岸带观测,短波红外波段(band 9; 1.360–1.390 μm) 包括水汽强吸收特征可用于云检测;近红外band5和短波红外band9与MODIS对应的波段接近,TIRS包括2个单独的热红外波段。下表是Landsat8中OLI和TIRS两个传感器波段说明:

表: Landsat8数据波段参数

标准的数字相机拍摄得到的图像是真彩色的,效果和人眼看到的一样,红、绿、篮三个波段分别用红、绿、篮三个通道显示,当传感器有更多的波段,我们就可以得到更多的信息,以为例,某些特殊的光谱波段可以帮助我们看到一些特殊的地物特征,或者可以透过"现象看到本质"。比如,近红外波段(NIR)是多光谱传感器常用的一个通道,因为在该通道,植被的反射率非常高,所以这个波段对于监测植被很有效;短波红外波段(SWIR)对监测裸土非常有效,它可以反应出裸土表面的湿度情况。类似的例子还有很多。下面以数据为例,介绍多波段在不同的RGB组合下显示的效果及其应用。

(一)4,3,2,——真彩色合成,美国加利福尼亚州夫勒斯诺市

用OLI数据,可以得到真彩色合成的图像,这种图像的缺点是易受到大气的影响,有时图像不够清晰。

Landsat 8数据不同波段组合在地理遥感应用中的多样性

图(1) 4/3/2真彩色合成,美国加利福尼亚州夫勒斯诺市

(二)5,4,3——标准假彩色合成(CIR),用于植被相关的监测,美国科罗拉多

在这种波段组合下,植被显示为红色,植被越健康红色越亮,而且还可以区分出植被的种类,这种波段组合方式非常常用,用来监测植被、农作物和湿地。

Landsat 8数据不同波段组合在地理遥感应用中的多样性

图(2) 5/4/3标准假彩色合成(CIR),美国科罗拉多

(三)7,6,4——假彩色合成,用于城市监测,美国洛杉矶

这种波段组合用到了短波红外波段,相较于波长较短的波段来说,效果比较明亮。

图(3) 7/6/4假彩色合成,美国洛杉矶

(四)5,6,4——假彩色合成,有效区分陆地和水体,加拿大哈德逊河

这种波段组合,深浅的橙色和绿色是陆地,冰显示为很亮的玫红色,深浅蓝色是水。

图(4) 5/6/4假彩色合成,加拿大哈德逊河

(五)7,5,3——假彩色合成,具有良好的大气透射,美国华盛顿

这种波段组合和前面提到的5,6,4比较像,植被显示为不同深度的绿色,这种波段组合用于NASA生产的镶嵌的Landsat数据。

图(5) 7/5/3假彩色合成,美国华盛顿

(六)6,5,2——假彩色合成,农作物监测,科罗拉多弗鲁塔

这种波段组合,对监测农作物很有效,农作物显示为高亮的绿色,裸地显示为品红色,休耕地显示为很弱的墨绿色

Landsat 8数据不同波段组合在地理遥感应用中的多样性

图(6) 6/5/2假彩色合成,科罗拉多弗鲁塔

(七)7,5,2——假彩色合成,有效森林火灾,加利福尼亚州

这种波段组合类似上面提到的6,5,2,该组合用了更长波段的短波红外,对火点燃烧引起的烟雾的敏感度降低。

Landsat 8数据不同波段组合在地理遥感应用中的多样性

图(7) 7/5/2假彩色合成,加利福尼亚州

(八)6,3,2——假彩色合成,突出裸露地表上的一些景观,美国犹他州峡谷

这种波段组合对于没有或少量植被情况下,突出地表的景观,对地质监测有效。

图(8) 6/3/2假彩色合成,美国犹他州峡谷

(九)5,7,1——假彩色合成,有效监测植被和水体,坦桑尼亚的维多利亚河

这种波段组合使用了近红外波段、短波红外2波段和海岸波段,海岸波段是独有的,可以穿透一些很小的微粒如灰尘、烟雾等,还能穿透浅的水域。在这种波段组合下,植被显示为橘红色。

Landsat 8数据不同波段组合在地理遥感应用中的多样性

图(9) 5/7/1假彩色合成,有效监测植被和水体,坦桑尼亚的维多利亚河

Landsat8还能有许多其他的波段组合,有时候单波段灰度图像也能解释一些特别的现象,比如下面是TIRS传感器的热红外1波段的图像,该影像位于冰岛,中间亮白色的区域是Bardarbunga火山,热红外波段灰度图像突出显示了从薄冰区向南部流动的熔岩流。

图(10) 冰岛Bardarbunga火山热红外波段灰度图

对于单波段的数据,还可以用颜色表渲染彩色显示,可清晰的显示一些特征,下图是将上面的灰度图设置了颜色表彩色显示的结果,下方蓝色区域是低温区,深红色是温度高的区域。

图(11) 冰岛Bardarbunga火山热红外波段配颜色表彩色显示

对多光谱图像利用不同的波段组合能帮助我们凸显感兴趣的地物,组合方式取决于感兴趣地物对不同波段的反射率特征,有一些经验可以借鉴,但在实际分析中,可以通过尝试,发现某个波段或者组合对于所做的区域效果明显,那么这个波段或者RGB波段组合方式就是适合的。

ENVI中进行波段组合非常方便,如下图为打开一个标准Landsat8数据,根据需求选择对应RGB合成显示。

图(12) 数据管理面板

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