ZY-3卫星全色与多光谱影像融合方法比较

针对目前农业部门常用融合方法,探讨适合于ZY-3卫星农业区影像的融合方法,该文以ZY-3卫星2.1 m全色/5.8 m多光谱分辨率平面影像为数据源,应用HSV变换(hue-saturation-value,颜色空间变换)、Brovey变换(彩色标准化变换)、Gram-Schmidt变换(正交化变换)、PC变换(principal components,主成分变换)、Wavelet变换(小波变换)和Ehlers变换(空间滤波变换)等6种常用融合方法,从提高空间分辨率和保持原始图像光谱信息的角度,通过两类统计参数:光谱分析和不同地域的纹理特征,对融合后的影像进行质量评价。通过面向对象方法对融合影像分类比较,全面探讨这6种融合方法对ZY-3卫星农业区影像的适宜性。试验表明,PC变换和Ehlers变换各波段与原多光谱影像相关性均高达0.9以上,纹理特征增强明显,边缘响应指标均高于0.2,分类总体精度分别达78.59%、77.8%;其他融合方法仅在部分试验指标中具有优势。综合比较试验数据,发现PC变换和Ehlers变换融合效果优于其他融合算法,适宜应用于ZY-3卫星农业区影像;但不同融合方法在图像质量和地类提取中各有优势,可结合实际农业应用及影像中地类信息比例,选择适宜的融合算法。该研究可为农业各部门中影像大规模的融合应用提供参考。

基于ZY-3 CCD相机数据的暗像元大气校正方法分析与评价

ZY-3是我国首颗民用高空间分辨率光学传输型立体测图卫星,可为国土资源调查、生态环境监测等发挥重要作用,而大气校正是制约其广泛定量应用的关键问题之一。由于实测地面光谱数据和大气参数难以实时获取,针对这种情况下如何反演得到高空间分辨率卫星精确的地表反射率这一问题,基于2012年内蒙古野外实验实测数据,对四种暗像元大气校正方法进行了分析与评价研究。分析了四种暗像元大气校正算法中的关键参数对ZY-3CCD数据应用效果的影响,结果表明:(1)四种暗像元大气校正方法在第1,2和3波段均有明显的校正效果,其中DOS4方法在第4波段大气校正效果最好,DOS1和DOS3方法在第4波段大气校正效果不明显,DOS2方法在第4波段大气校正效果最差。(2)DOS1方法大气校正结果在4个波段的相对误差均大于10%。DOS2方法在第1波段校正效果最好(AE=0.001 9和RE=4.32%),而在第4波段校正误差最大(AE=0.0464和RE=19.12%)。DOS3方法大气校正结果在4个波段的相对误差均约10%左右。(3)DOS4方法大气校正结果在4个波段的绝对误差均小于0.02和相对误差均小于10%,大气校正精度最高。

基于RFM的ZY-3卫星影像区域网平差研究

针对资源三号(ZY-3)卫星三线阵传感器特点,利用卫星影像附带的有理函数模型参数(RPC)进行目标定位,检测RPC系统误差,分析4种像面补偿模型的优劣性;详细推导了基于有理函数模型(rational function model,RFM)的ZY-3卫星影像区域网平差模型。以莱州地区ZY-3卫星三线阵影像为例,通过与直接空间前方交会的定位结果相比较,认为该文提出的区域网平差方法在消除ZY-3影像RPC系统误差的同时,大幅度提高了影像的定位精度。

基于CART决策树的ZY-3卫星遥感数据土地利用分类监测

通过分析ZY-3卫星遥感影像光谱特征、数据质量,探讨其遥感影像在土地利用分类监测领域的应用前景.基于遥感影像特征,结合面向对象的分析思想,选择训练样本构建决策树分类模型,进行土地利用计算机自动分类,并通过混淆矩阵和Kappa分析对分类精度进行评价.研究表明:1)基于决策树模型和面向对象分类方法,ZY-3卫星遥感影像分类总体精度为88.76%,有助于提高影像分类精度;2)在分类模型中,ZY-3卫星影像对水域、耕地、公路用地和林地影像辨识度较高,而对于其它用地类型相对不足.3)ZY-3卫星数据高分辨率影像特征明显,影像可用于土地利用分类监测.

遥感图像不同融合方法的适应性评价——以ZY-3和Landsat8图像为例

目前对常用融合方法用于ZY-3和Landsat8卫星图像的适用性研究较少,为此,探讨了小波变换法(WT法)、相位恢复法(Gram_Schimdt,G-S法)、彩色标准化变换法(Brovey法)、主成分变换法(PCA法)、彩色空间变换法(IHS法)以及超分辨率贝叶斯法(Pansharp法)等6种融合方法对ZY-3和Landsat8图像的适用性,并从"光谱信息保真度"和"空间信息融入度"2个方面对融合图像进行了评价。结果表明:在空间信息融入方面,对于ZY-3图像,Pansharp法的信息融入度最差,IHS法的信息融入度最好,PCA法、Brovey法、G-S法和WT法次之;对于Landsat8图像,G-S法的信息融入度最好,WT法最差。在光谱信息保真方面,对于ZY-3图像,PCA法具有较高的光谱保真度,IHS法、G-S法和Brovey法次之,WT法最差;对于Landsat8图像,G-S法具有较高的光谱保真度,Pansharp法和Brovey法次之,IHS法、WT法和PCA法较差。

基于ZY-3卫星数据的神东煤矿区土地退化人为影响因素调查与评价

基于ZY-3卫星数据,建立煤矿区土地退化人为影响专题因素遥感解译标志,对神东煤矿区土地退化人为影响因素开展遥感监测。运用层次分析法构建土地退化人为因素影响强度评价指标体系,采用综合评分法计算研究区土地退化人为因素影响强度指数。结果表明:土地压占破坏是造成神东煤矿区土地退化的首要人为影响因素,人类矿业活动对该区土地退化的影响程度已达"强烈"级别。为定量估算神东煤矿区矿业开发对土地资源的占用破坏数量并预测矿区土地退化发展趋势,提出1种煤矿区土地占用破坏率的计算方法。研究表明,ZY-3卫星数据完全满足井工开采煤矿区土地退化因素调查对高分辨率卫星数据的需求。今后需加强煤矿开发秩序的有效监管和矿山环境遥感动态监测,以防人为因素对土地退化的影响程度日益加深。

航天诱变毛霉ZY-3在腐乳生产中的应用研究

航天诱变毛霉（Mucor） ZY-3菌株是一株能够耐高温的菌株,产酶适宜温度较高,在38～42℃的条件下ZY-3的生长状况最好,蛋白酶活性达到较高范围.用ZY-3代替原始高大毛霉（Mucor mucedo）菌种接种豆腐坯,结果表明,腐乳发酵阶段抗污染力强、长势好,成品滋味鲜美.毛霉ZY-3生产的腐乳符合商业标准SB/T 10170-2007编乳》的要求,以颜色、风味、特色、固形物含量等作为影响论域的主要因素,进行了产品的模糊综合评价,证明毛霉ZY-3菌株可以用于腐乳生产.

ZY-3影像在我国海岸带区域的定位精度评价

以我国海岸带为研究对象,从北往南依次选取了覆盖山东青岛、江苏盐城和浙江温州海岸带的6景资源三号(ZY-3)传感器校正产品,利用实测像控点开展了影像自主定位精度评价,并将其结果与覆盖相同区域的SPOT5影像进行了比较。在此基础上,利用实测地面控制点和国家1∶5万比例尺DEM产品对覆盖青岛和温州的全色影像进行了正射校正实验,分析控制点数量与分布对校正精度的影响。研究发现:在无控制点情况下,ZY-3全色影像的平面校正精度平均为19.6 m,多光谱影像的平面校正精度为23.0 m,均优于SPOT5卫星影像的校正精度;用1个角点作为控制点,可达到优于2个像元的校正精度,用4个角点作为控制点,校正精度在1个像元左右;以向陆一侧的2个角点作为控制点,可达到优于3 m的校正精度,但采用3个控制点时,校正精度较低,特别是向海一侧影像的校正精度更低。上述研究结果表明,ZY-3影像在少量控制点下即可达到较高的校正精度,能够满足海岸带遥感调查工作的精度要求。

ZY-3卫星姿态插值与拟合方法研究

卫星姿态作为构建ZY-3卫星高分辨率遥感影像严密几何成像模型的必要参数,其精度对卫星影像几何定位精度有直接影响,因此研究如何获取卫星成像时刻的三线阵影像扫描行精确姿态具有重要意义。本文分别基于多项式插值方法、多项式拟合方法及球面线性插值方法对ZY-3卫星星上直传精密姿态进行了拟合与平滑,进一步与基于高精度几何定标场反演的对地相机精密姿态进行了比较。研究结果表明,基于欧拉角姿态参数的插值拟合方法同样适用于四元数姿态参数,两者精度相当,且姿态拟合精度可以达到1~2角秒级,为遥感影像高精度几何处理提供精确可靠的外方位角元素。

基于ZY-3卫星影像多层分割的村镇用地决策树分类

以资源三号(ZY-3)卫星影像为研究对象,采用多层次影像分割的决策树分类方法对长乐市鹤上镇的村镇用地信息进行提取.首先,在ENVI软件的支持下,通过反复分割试验,确定各村镇用地的最优分割尺度和合并尺度,并对影像进行多层次分割;然后,通过村镇用地对象的光谱、纹理、形状特征分析,筛选出各地类相互间区别明显的对象特征,建立村镇用地分类的决策树规则,并进行村镇用地信息的提取.研究表明,较传统的分类方法,该方法分类的精度有很大提高(总体精度为92.6%,Kappa系数为0.91),可为高分辨率遥感影像的村镇用地信息提取提供参考.

国产GF-2和ZY-3卫星数据在活动断裂定量研究中的应用——以哈思山南麓断裂带为例

利用国产GF-2和ZY-3卫星数据,以海原断裂带哈思山南麓断裂为例,应用目视综合解译、三维立体解译,结合野外验证,定量分析国产高分数据在活动构造定量研究中的应用潜力。GF-2融合影像展示了清晰的断层陡坎、冲沟左旋断错及同震破裂等现象,依据解译结果哈思山南麓断裂可分为正走滑型的荒凉滩—沙葱沟段、左旋走滑型的沙葱沟—黄河段以及以左旋运动为主黄河—沈家庄段。沿断裂带进行的1∶50 000遥感解译工作在地层边界、构造微地貌细节信息提取等方面均有较大的改进,解译得到的最小左旋水平位移量4.3m,反映1920年海原地震的水平同震位移量,而最大左旋水平位移量333.5m,则反映该段晚第四纪的持续运动。研究表明,海量国产高分辨率卫星数据在中国西部活动构造定量研究中可替代国外同等分辨率的数据,具有较强的应用价值。

基于区域网平差的ZY-3影像正射纠正实验与精度分析

本文针对ZY-3影像传统正射纠正过程中的精度不统一和相邻影像接边精度较低这一问题,采用区域网平差的方法,对研究区域影像5种控制点布设方式分别进行区域网平差实验,然后利用最优的平差结果进行区域正射纠正,结果表明,采用此方法的区域正射影像纠正的绝对精度和相邻影像的接边精度较高,满足我国1∶5万比例尺测图精度要求。

ZY-3卫星轨道拟合与预报精度分析

卫星轨道作为构建高分辨率遥感影像严密几何成像模型的必要参数,其精度对卫星影像几何定位精度有直接影响,故研究如何获取卫星成像时刻的精确位置具有重要意义。本文分别基于最佳平方逼近多项式和最佳一致逼近多项式对ZY-3卫星实时轨道与事后精密轨道进行了拟合与平滑,进一步探讨了实时轨道预报的可行性。研究结果表明,最佳平方逼近多项式拟合结果明显优于最佳一致逼近多项式拟合结果,且事后精密轨道拟合精度为厘米级,可以改善并提高实时轨道精度及进行轨道短期预报,为遥感影像高精度几何处理提供精确可靠的外方位线元素。

基于优化有理函数模型的高分辨率遥感影像几何校正及其精度评估——以ZY-3 和Pléiades卫星数据为例

高分辨率遥感影像的几何校正是其后续影像处理的基础,对提升影像预处理的几何精度具有十分重要的应用价值.本文通过优化有理函数模型(rational function model,RFM),分别对资源三号(ZY-3)和Pléiades卫星高分辨率遥感影像进行几何校正,比较了不同数量地面控制点情境下几何精度提升的效果,并对二者的校正结果进行对比.研究结果表明:(1)未加入控制点时,ZY-3和Pléiades卫星影像平面误差>7.20 m;(2)当添加1个控制点对RFM进行优化后,2种卫星的高分辨率影像平面误差可降低至4 m左右;(3)随着控制点数目的增加,2种卫星影像的平面误差降低幅度变小,但整体偏移方位改变不大.通过优化RFM的几何校正方法可以不同程度地提升高分辨率影像的平面几何精度,提升效果明显,可满足遥感监测、测图等应用需求.

GF-2 PMS2与ZY-3 MUX多光谱传感器数据的交互对比

近年来随着我国新型国产高分影像的相继问世以及相关应用的逐步展开,不少研究涉及了不同国产高分影像多光谱数据之间的交互对比,但两种国产分辨率最高的GF-2PMS2与ZY-3MUX传感器多光谱数据之间的对比仍未见报道。为了使这两种国产主力高分辨率传感器的多光谱数据能够在实际应用中相互补充使用,发挥更大的作用,基于它们的3对同日过空影像,采用两种方法对其进行交互对比。第一种方法是对整个试验区采用逐像元光谱比较法进行对比,第二种是采用样区光谱均值比较法进行对比,即在试验影像上选择一系列的样区,然后以各样区的均值进行对比。通过对两种传感器同步影像对的表观反射率进行回归分析,获得各对应波段的回归散点图,查明它们之间的定量关系,并据此提出相互转换的关系方程。研究结果表明,两种对比方法得出的结果相一致,但使用样区光谱均值比较法进行交互对比的结果的准确性更高。GF-2PMS2与ZY-3 MUX各对应波段具有很强的相关性,其线性回归方程的决定系数(R2)都大于0.9,但其值在蓝绿波段较高,在红光和近红外波段有所下降,表明两种传感器的表观反射率在蓝绿波段的一致性好于红光和近红外波段。总体上看,GF-2PMS2的信号强于ZY-3MUX,二者的信号差异在蓝、绿光波段较大,在红光和近红外波段较小,但却明显受到地物类型的影响。对于以裸土为主的影像,两种传感器之间的差异随着波长的增大而逐渐减小,而对于以植被为主的影像,二者之间的差异却随着波长的增大而逐渐增大。将纯植被与纯裸土的样区单独提取出来做进一步分析,结果表明,两种传感器的信号差异程度在红光波段主要受裸土影响,而在近红外波段则主要是受植被影响,且植被长势越旺盛,两种传感器的表观反射率差异越大。通过研究获得了两种传感器多光谱波段数据之间的相互转换方程,并对其进行验证,结果表明:经过转换后的GF-2PMS2数据与ZY-3MUX数据之间的差异大大减小,各波段均方根误差的均值降幅可达64.79%,平均相对偏差率也有明显的降低。这表明,所查明的两种传感器的定量关系是有效的,其对应波段的转换方程可以用于两种传感器数据的相互转换,经转换后的数据更有利于这两种传感器数据的协同使用。分析两种传感器数据的差异原因表明:二者数据的差异主要是由于它们的光谱响应函数的差异和空间分辨率的差异引起的。ZY-3 MUX的光谱响应函数曲线相对平缓,没有明显的起伏波动,而GF-2PMS2则较不稳定,在四个波段呈现出程度不同的起伏变化,从而影响了二者表观反射率信号的一致性;而GF-2PMS2具有的4m空间分辨率明显高于ZY-3MUX的6m空间分辨率,因此更容易捕捉到细小地物的光谱信息,这也使得二者信号出现不一致。

Landsat-8与ZY-3卫星影像降尺度地表温度反演及分析

地表温度(land surface temperature,LST)在表征地表能量转换和气候方面具有很重要的作用。目前获取的高空间分辨率遥感影像,通常没有热红外波段,而能获取的热红外影像,空间分辨率往往不够。针对时间分辨率和空间分辨率的矛盾问题,提出了一种利用降尺度进行地表温度反演的方法。该方法利用Landsat-8卫星影像的热红外波段进行地表温度LSTOLI,30m反演;根据不同地物的光谱特性,选取代表城市热特性的地物端元,对ZY-3多光谱影像大气校正后,进行混合像元分解,获取每个像元内不同端元的丰度,利用端元的平均温度建模,估算地表温度,得到高空间分辨率的地表温度LSTZY-3,5.8m。为了验证估算结果的准确性,将LSTZY-3,5.8m升尺度为30mLSTZY-3,30m,与LSTOLI,30m进行对比。结果表明,LSTZY-3,30m和LSTOLI,30m具有很高的一致性,精度较高。这种方法可以作为一种实用的估算地表温度的方法。

结合局部单应矩阵的ZY-3遥感影像稠密匹配

针对现有的特征点匹配结果的密集度无法满足于三维重建的需求问题,本文提出了一种结合局部单应矩阵的资源三号遥感影像稠密匹配方法。首先,采用ASIFT算法对资源三号遥感影像进行特征点匹配,通过随机抽样一致性(RANSAC)算法对初始的匹配结果进行优化,提高ASIFT匹配结果的精度;其次,以优化后ASIFT匹配结果作为匹配基元,构建Delaunay三角网,利用Delaunay三角网间的同名三角单元的单应矩阵关系对已有匹配结果进行加密;最后,通过灰度相似性和最小二乘双重约束提高加密特征点的精度,从而达到精匹配的目的。实验选取ZY-3遥感影像作为实验数据,实验表明,本文算法具有较好的可靠性与鲁棒性,能获得比ASIFT匹配多6倍的同名点。

GF-1 PMS1与ZY-3 MUX传感器NDVI数据的对比分析

中国民用对地观测卫星在近10 a得到迅速发展,2012年和2013年相继发射的ZY-3和GF-1遥感卫星已成为中国现阶段主要应用的高分影像卫星,但二者对地观测能力是否相同并不清楚。因此,基于2对同日过空的GF-1 PMS1和ZY-3 MUX影像对,利用归一化植被指数NDVI对二者的植被观测能力进行对比。结果表明,GF-1 PMS1和ZY-3 MUX的植被观测能力虽然很接近,但也存在一定的差异。主要表现在ZY-3 MUX植被指数NDVI的信息量和信号总体强于GF-1PMS1,后者的低估幅度为可达-3%;但随着NDVI的增强,GF-1 PMS1的低估会逐渐减少,在NDVI的高值区甚至可超过ZY-3 MUX。由于二者之间存在差异,因此它们如要应用于同一项目,建议要进行数据转换,以确保结果的准确对比。分析表明,这2种传感器数据之间的差异是二者在光谱响应函数、空间分辨率以及定标精度等方面的差异引起的。

ZY-3卫星异轨立体影像几何定位精度分析

文章选取"资源三号"(ZY-3)卫星在两个轨道上分别侧摆10°和–10.6°获取的山东同一地区全色正视相机影像,构成连续覆盖4景区域的异轨立体影像。以区域内均匀分布的35个高精度外业GPS点作为控制数据来源,进行影像平差定向和几何定位精度统计。实验结果表明,在基高比为0.36左右的非理想条件下,无控制点的平面误差和高程误差均值分别为1.5m和85m,中误差分别为2.3m和4.0m,高程精度明显低于平面精度;基于少量控制点对系统误差改正效果明显,在单控制点条件下的平面误差和高程误差均值分别为2.4m和1.7m,中误差分别为1.4m和4.0m,完全满足1∶5万比例尺精度要求。文章的研究内容对于国产光学卫星异轨立体影像获取效能的发挥能起到一定的参考作用。

基于光谱响应函数的ZY-3卫星图像融合算法研究

针对遥感影像融合过程中存在的光谱失真,提出了一种基于光谱响应函数(SRF)的ZY-3卫星影像融合算法,该算法通过研究亮度分量的模拟方法和空间细节注入方法,改进了传统的IHS算法。采用融合前后典型地物光谱曲线对比和无需参考图像的质量评价指标(QNR)两种方式对融合结果进行评价,发现该算法的光谱信息保持在89.94%,QNR值达0.75以上。结果表明,相对于其它IHS改进融合算法,基于ZY-3卫星传感器SRF的改进IHS融合算法无论在光谱信息保持还是空间信息增强方面都具有优势。