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申请/专利权人：中国科学院遥感与数字地球研究所

摘要：本发明涉及一种基于Landsat8星上反射率的缨帽变换方法及装置，包括以下步骤：根据安装在Landsat8上的陆地成像仪传感器采集到的遥感影像数据获取表观反射率影像；对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA；对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转PR；本发明通过采用标准化的旋转方法，克服了研究者对旋转的主观影响，提出Landsat8陆地成像仪的缨帽转换系数，并根据缨帽转换系数实现了基于Landsat8星上反射率的缨帽变换，进而实现对植被、土壤、水体等地面目标更为细致准确的监测分析。

主权项：一种基于Landsat8星上反射率的缨帽变换方法，其特征在于，包括以下步骤：根据安装在Landsat8上的陆地成像仪传感器采集到的遥感影像数据获取表观反射率影像；对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA；对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转PR。

全文数据：一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换方法及装置技术领域[0001]本发明涉及遥感图像处理技术领域，尤其涉及一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换方法及装置。背景技术[0002]Landsat8是美国发射的一颗陆地探测卫星，Landsat8上携带有两个主要载荷:0LI和TIRS。其中0LI全称:OperationalLandImager，陆地成像仪）由卡罗拉多州的鲍尔航天技术公司研制；TIRS全称:ThermalInfraredSensor，热红外传感器）由NASA的戈达德太空飞行中心研制。[0003]缨帽变换是一种光谱数据压缩的有效工具，能够将光谱数据压缩成与物理特征相关的几个波段，而信息损失很少。缨帽变换既可以实现信息压缩，又可以帮助解译分析农作物特征，具有很大的实际应用意义。1976年，Kauth和Thomas基于LandsatMSS传感器首次提出缨帽变换，现已被广泛应用到许多传感器当中，如LandsatTM，LandsatETM+，M0DIS，IK0N0S，QuickBird等。缨帽变换系数不是固定的，不同的传感器有不同的转换系数，而且对于同一传感器，研究者选择不同的旋转方法得到的变换系数也不尽相同。2007年，Lobser和Cohen提出了一种标准化的旋转方法。具体可参见文献Lobser，S.，&Cohen，W.2007.M0DIStasselledcap:landcovercharacteristicsexpressedthroughtransformedM0DISdata.InternationalJournalofRemoteSensing，28,5079-5101〇发明内容[0004]-要解决的技术问题[0005]本发明所要解决的技术问题是：如何避免研究者对旋转的主观影响，准确地实现LandsatS陆地成像仪传感器的缨帽变换。[0006]二技术方案[0007]为此目的，本发明提出了一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换方法，包括以下步骤:根据安装在LandsatS上的陆地成像仪传感器采集到的遥感影像数据获取表观反射率影像；[0008]对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA;[0009]对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转PR。[0010]优选地，所述表观反射率影像为经过辐射定标后的表观反射率影像。[0011]优选地，所述对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA具体包括：[0012]计算所述表观反射率影像的主成分变换系数；[0013]根据所述主成分变换系数对所述表观反射率影像进行主成分分析。[00Ί4]优选地，所述对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转PR具体包括：[0015]获取通过主成分分析得到的分量；[0016]计算所述标准化旋转的旋转系数；[0017]根据所述旋转系数对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转。[0018]优选地，所述标准化旋转为对正交坐标轴进行的标准化旋转。[0019]此外，本发明还提供了一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换装置，包括:获取模块、主成分分析模块和旋转模块；[0020]获取模块，用于根据采集到的遥感影像数据获取表观反射率影像；[0021]主成分分析模块，用于对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA;[0022]旋转模块，用于对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转PR。[0023]优选地，所述主成分分析模块包括第一计算单元和主成分分析单元；[0024]第一计算单元，用于计算所述表观反射率影像的主成分变换系数；[0025]主成分分析单元，用于根据所述主成分变换系数对所述表观反射率影像进行主成分分析。[0026]优选地，所述旋转模块包括获取单元、第二计算单元和标准化旋转单元；[0027]获取单元，用于获取通过主成分分析得到的分量；[0028]第二计算单元，用于计算所述标准化旋转的旋转系数；[0029]标准化旋转单元，用于根据所述旋转系数对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转。[0030]三有益效果[0031]通过采用本发明公开的一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换方法及装置，克服了研究者对旋转的主观影响，提出LandsatS陆地成像仪的缨帽转换系数，并根据缨帽转换系数实现了基于LandsatS星上反射率的缨帽变换，进而实现对植被、土壤、水体等地面目标更为细致准确的监测分析。附图说明[0032]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：[0033]图1是本发明一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换方法的流程图；[0034]图2是本发明一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换装置的模块图。具体实施方式[0035]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。[0036]本发明实施例一提出了一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换方法，如图1所示，包括以下步骤：[0037]步骤101，根据安装在Landsat8上的陆地成像仪传感器采集到的遥感影像数据获取表观反射率影像；[0038]步骤102,对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA;[0039]步骤103，对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转PR。[0040]本实施例中Landsat80perationalLandImagerOLI采集到的遥感影像数据被转换成表观反射率影像后，直接转换到LandsatTMTCT空间，并将其当做虚拟目标。然后，将主成分分析PCAPrincipalComponentAnalysis应用到影像上，对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA，去除波段间的相关性，最后，对PCA后的图像进行标准化旋转PRProcrustesRotation，从而得到与虚拟目标坐标轴一致的图像。[0041]其中，LandsatTMTCT空间可认为是对0LI数据进行缨帽变换的理想空间。[0042]本实施例中所用的遥感影像数据为LandsatS卫星搭载的陆地成像仪0LI传感器OperationalLandImager采集的数据，使用的波段为Band2Blue、Band3Green、Band4Red、Band5NIR、Band6SWIRl、Band7SWIR2。[0043]对遥感影像数据的Band2-Band7进行PCA后，得到相互垂直且互不相关的六个分量，信息主要集中在前三个分量中。[0044]本发明实施例中，采用ProcrustesRotation确定坐标轴:PR基于奇异值分解，通常应用在主成分而非原始数据中；PR可认为是对正交坐标轴进行的标准化旋转，通过采用此标准化旋转PR，避免了研究者对旋转的主观影响。[0045]本发明实施例中选择三景具有代表性的Landsat8遥感影像。Crist和Cicone主要使用NorthCarolina地区的数据来得到TM缨帽转换的系数，为了与前人的研究保持一致，本方法也主要使用该区域的数据计算LandsatS的缨帽变换系数。所选数据如下表1所示：[0046]表1具有代表性的Landsat8遥感影像地区[0047][0048]将选取的三景Landsat8DN值影像转换成表观反射率影像。[0049]分别在以上三景影像的无云区域选取24371，8510,64000个像素点作为样本，将选取的样本直接转换到LandsatTMTCT空间，并将其当做虚拟目标。[0050]对所选原始影像进行主成分分析PCA，去除波段间的相关性，得到6个相互垂直且互不相关的分量。[0051]对PCA得到的分量进行标准化旋转PR，得到与虚拟目标变换轴一致的结果。[0052]优选地，所述表观反射率影像为经过辐射定标后的表观反射率影像。[0053]优选地，所述对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA具体包括：[0054]计算所述表观反射率影像的主成分变换系数；[0055]根据所述主成分变换系数对所述表观反射率影像进行主成分分析。[0056]优选地，所述对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转PR具体包括：[0057]获取通过主成分分析得到的分量；[0058]计算所述标准化旋转的旋转系数；[0059]根据所述旋转系数对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转。[0060]优选地，所述标准化旋转为对正交坐标轴进行的标准化旋转。[0061]缨帽变换系数不是固定的，不同的传感器有不同的转换系数，而且对于同一传感器，研究者选择不同的旋转方法得到的变换系数也不尽相同，在本发明实施例中首次提出Landsat0LI的缨帽转换系数，即将旋转系数和主成分变换系数相乘即可得到最后的缨帽变换系数R。[0062]表2缨帽变换系数表[0063][0064]根据缨帽变换系数进行缨帽变换后亮度分量TQ、绿度分量TC2和湿度分量TC3分别如下：[0065]TCi=0·3029*Ρ2+0·2786*Ρ3+0·4733*Ρ4+0·5599*Ρ5+0·508*Ρ6+0·1872*P7[0066]TC2=-0·2941*P2-0·243*p3-0·5424*P4+0·7276*P5+0·0713*P6-0·1608*P7[0067]TC3=0·151l*p2+0·1973*p3+0·3283*P4+0·3407*P5-0·7117*p6-0·4559*P7[0068]其中，pn为第n个Band的反射率，ne[2，7]〇[0069]TCI是亮度分量，为六个波段的加权和，反映了总体的反射值，其中Band4，Band5和Band6的贡献最大，该分量与土壤和反照率相关。TC2是绿度分量，植被在近红外的反射率较高，而在红波段的反射率较低，在TC2表现为近红外较大的正值以及红波段较大的负值，反映了绿色植物的特征。TC3为湿度分量，反映了可见光和近红外Band2-Band5和短波红外Band6-Band7之间的差值，定义为湿度的原因是短波红外的两个波段对土壤湿度和植物湿度最为敏感。经过缨帽变换后能够从植被中提取出土壤，从水体中提取出植被，从水体中提取出裸土，其中，亮度和绿度两个分量组成的平面可定义为植被视面，湿度和亮度两个分量组成的平面可称为土壤视面，湿度与绿度两个分量组成的平面可视为过渡区视面，这样的三维空间就是LandsatS数据进行TCT变换后的新空间，在该空间下可对植被、土壤、水体等地面目标做更为细致准确的分析。[0070]此外，本发明实施例二还提供了一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换装置，如图2所示，所述装置包括:获取模块1、主成分分析模块2和旋转模块3;[0071]获取模块1，用于根据采集到的遥感影像数据获取表观反射率影像；[0072]主成分分析模块2,用于对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA;[0073]旋转模块3，用于对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转PR。[0074]优选地，所述主成分分析模块2包括第一计算单元和主成分分析单元；[0075]第一计算单元，用于计算所述表观反射率影像的主成分变换系数；[0076]主成分分析单元，用于根据所述主成分变换系数对所述表观反射率影像进行主成分分析。[0077]优选地，所述旋转模块3包括获取单元、第二计算单元和标准化旋转单元；[0078]获取单元，用于获取通过主成分分析得到的分量；[0079]第二计算单元，用于计算所述标准化旋转的旋转系数；[0080]标准化旋转单元，用于根据所述旋转系数对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转。[0081]通过采用本发明公开的一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换方法及装置，克服了研究者对旋转的主观影响，提出LandsatS陆地成像仪的缨帽转换系数，并根据缨帽转换系数实现了基于LandsatS星上反射率的缨帽变换，进而实现对植被、土壤、水体等地面目标更为细致准确的监测分析。[0082]通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质可以是CD-R0M，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等执行本发明各个实施例所述的方法。[0083]本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。[0084]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

权利要求：1.一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换方法，其特征在于，包括以下步骤：根据安装在LandsatS上的陆地成像仪传感器采集到的遥感影像数据获取表观反射率影像；对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA;包括:计算所述表观反射率影像的主成分变换系数;根据所述主成分变换系数对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA;对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转PR;所述对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转PR具体包括：获取通过主成分分析得到的分量；计算所述标准化旋转的旋转系数；根据所述旋转系数对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转;包括:将所述旋转系数和所述主成分变换系数相乘得到最后的缨帽变换系数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表观反射率影像为经过辐射定标后的大气层顶表观反射率影像。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准化旋转为对正交坐标轴进行的标准化旋转。4.一种基于LandsatS星上反射率的缨帽变换装置，其特征在于，包括:获取模块、主成分分析模块和旋转模块；获取模块，用于根据采集到的遥感影像数据获取表观反射率影像；主成分分析模块，用于对所述表观反射率影像进行主成分分析PCA;所述主成分分析模块包括第一计算单元和主成分分析单元;第一计算单元，用于计算所述表观反射率影像的主成分变换系数;主成分分析单元，用于根据所述主成分变换系数对所述表观反射率影像进行主成分分析；旋转模块，用于对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转PR;所述旋转模块包括获取单元、第二计算单元和标准化旋转单元；获取单元，用于获取通过主成分分析得到的分量；第二计算单元，用于计算所述标准化旋转的旋转系数；标准化旋转单元，用于根据所述旋转系数对通过主成分分析得到的分量进行标准化旋转;包括:将所述旋转系数和所述主成分变换系数相乘得到最后的缨帽变换系数。

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