Функция Tasseled Cap
Преобразование Tasseled Cap (Kauth-Thomas) разработано для анализа изменений растительного покрова или городских территорий, определяемых различными системами спутниковых сенсоров. Это преобразование называется Tasseled Cap (шапка с кисточкой) из-за формы графического распределения данных. Метод был разработан в 1976 году R.J. Kauth и G.S. Thomas из Environmental Research Institute of Michigan (ERIM). В статье (Kauth and Thomas, 1976), авторы предложили логическое объяснение закономерностям, обнаруженным в данных Landsat MSS по сельскохозяйственным полям, как функции жизненного цикла сельскохозяйственной культуры. По сути, по мере роста сельскохозяйственной культуры, происходит чистый прирост отражательной способности в ближней части инфракрасного диапазона и ее уменьшение в красной области, на основе цвета почвы.
Применение этой трансформации было расширено от наблюдений за урожайностью до анализа и картирования растительности, что применяется в различных областях, таких как лесное хозяйство, управление и картирование экосистем, мониторинг накопления углерода, развитие городских территорий и т.д. Также, метод расширен для поддержки не только Landsat MSS, но и других популярных спутниковых систем, таких как Landsat TM и Landsat ETM, IKONOS и мультиспектральных сенсоров высокого разрешения QuickBird.
Преимущества преобразования Tasseled Cap включают:
- Обеспечение аналитического метода определения и сравнения изменений растительности, почвы и искусственных объектов в течение коротких и длинных периодов в времени
- Обеспечение аналитического метода прямого сравнения объектов земного покрова с помощью спутниковых снимков, полученных разными сенсорами, включая Landsat, IKONOS и QuickBird
- Уменьшение объема данных с нескольких мультиспектральных каналов до трех основных компонентов: яркость, уровень зеленого и влажность (или желтизна покрова для Landsat MSS)
- Снижение атмосферного влияния и помех на изображениях, повышение качества анализа
При анализе с использованием дистанционного зондирования, обычно устанавливаются пропорции и строятся диаграммы различных комбинаций мультиспектральных каналов, что позволяет изучить взаимоотношения между каналами. Преобразование Tasseled Cap - это частный случай анализа главных компонент, который преобразует данные изображений с новую систему координат с новым набором ортогональных осей. Основная ось, яркость, вычисляется статистически как взвешенная сумма отражений всех спектральных каналов и описывает наибольшее разнообразие на изображении. Яркость связана с открытыми или частично скрытыми почвенными, искусственными и естественными объектами, такими как бетон, асфальт, гравий, обнажения горных пород и прочие открытые области. Перпендикулярно первой компоненте находится вторая компонента, уровень зеленого, связанная с зеленой растительностью, тогда как третья компонента - влажность - расположена перпендикулярно первым двум компонентам и связана с влажностью почвы, водными и другими "влажными" объектами. Для Landsat MSS, третья компонента соответствует желтизне, а не влажности, и отображает спелые сельскохозяйственный культуры, готовые для уборки, например, различные зерновые, а также старение растительности. Другие дополнительные компоненты содержат помехи на изображении и влияние атмосферы, например, облака, туман, различия в углах солнечного освещения и т.д., которые были удалены их первых трех, наиболее значимых компонент. Первые три компоненты изображения, преобразованного по методу Tasseled Cap, содержат около 97 процентов значимой информации, находящейся на изображении.
Использование функции
Входные данные для этой функции - растр. Других параметров для этой функции нет, т.к. вся информация извлекается из свойств входных данных и ключевых метаданных (каналы, тип данных, название сенсора). Поддерживаются только изображения, полученные с сенсорами Landsat MSS, Landsat TM, Landsat ETM+, IKONOS и QuickBird. Эта функция может использоваться с элементами набора данных мозаики, если применяются связанные типы растров, или в ArcMap, при использовании связанных растровых продуктов.
Эта функция должна применяться до других функций в последовательности, которые меняют значения пикселов, таких как Растяжка или Слияние. Может потребоваться удалить функцию Растяжка из последовательности, т.к. она часто добавляется по умолчанию. Имеется единственное исключение для Landsat ETM+. При использовании ETM+, функция Видимое отражение должна располагаться до функции Tasseled Cap.
Если данные были предварительно обработаны, функция не даст верных результатов. Лучше всего использовать "сырые" данные от поставщика. Также, для функции не подходят предварительно обработанные 8-битовые данные IKONOS и QuickBird, поскольку их значения пикселов изменены.
Выходные данные этой функции имеют тот же тип данных и число каналов, что и входной растр. Выходные каналы отображают главные компоненты, а не спектральный диапазон. Можно использовать первые три канала, как описано выше, как часть будущего анализа, или для визуализации информации о яркости, степени зеленого и влажности.
Пример:
Ниже приводится пример результатов работы функции Tasseled Cap.
Изображение | Описание | |
|---|---|---|
| Изображение было получено из сцены Landsat 5 TM. Сцена была получена 11 февраля 2008 в Арканзасе, США. Это комбинация каналов естественных цветов (RGB, каналы 321). | |
| Это RGB-комбинация первых трех каналов, полученных после работы функции Tasseled Cap. Red = яркость, green = зеленый, blue = желтизна. | |
| Это результат яркости, отображаемый от низких до высоких значений, с использованием цветовой схемы от черного до белого. | |
| Это результат зелени, отображаемый от низких до высоких значений, с использованием цветовой схемы от белого до зеленого. | |
| Это результат влажности, отображаемый от низких до высоких значений, с использованием цветовой схемы от белого до синего. |
Литература
1. Kauth, R.J. and Thomas, G.S. 1976, The Tasselled Cap—A Graphic Description of the Spectral-Temporal Development of Agricultural Crops as Seen by LANDSAT. LARS Symposia, paper 159.
2. Crist, E.P. and Cicone, R.C., 1984, A physically based transformation of Thematic Mapper data—The TM Tasseled Cap, IEEE Transactions on Geosciences and Remote Sensing, GE-22: 256–263.
3. Huang, C. et al, 2002, Derivation of a tasseled cap transformation based on Landsat 7 at-satellite reflectance. International Journal of Remote Sensing 23: 1741–1748.