Landsat8資料不同波段組合的用途

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2013年2月11日發射的Landsat系列最新衛星Landsat8，攜帶有OLI陸地成像儀和TIRS熱紅外感應器，Landsat8的OLI陸地成像儀包括9個波段，OLI包括了ETM+感應器所有的波段，為了避免大氣吸收特徵，OLI對波段進行了重新調整，比較大的調整是OLI Band5(0.845–0.885 μm)，排除了0.825μm處水汽吸收特徵；OLI全色波段Band8波段範圍較窄，這種方式可以在全色映像上更好區分植被和無植被特徵；此外，還有兩個新增的波段：藍色波段 (band 1; 0.433–0.453 μm) 主要應用海岸帶觀測，短波紅外波段(band 9; 1.360–1.390 μm) 包括水汽強吸收特徵可用於雲檢測；近紅外band5和短波紅外band9與MODIS對應的波段接近，TIRS包括2個單獨的熱紅外波段。下表是Landsat8中OLI和TIRS兩個感應器波段說明：

表： Landsat8資料波段參數

波段	波長範圍(μm)	空間解析度 (m)
1-海岸波段	0.433–0.453	30
2-藍波段	0.450–0.515	30
3-綠波段	0.525–0.600	30
4-紅波段	0.630–0.680	30
5-近紅外波段	0.845–0.885	30
6-短波紅外1	1.560–1.660	30
7-短波紅外2	2.100–2.300	30
8-全色波段	0.500–0.680	15
9-捲雲波段	1.360–1.390	30
10-熱紅外1	10.60 -11.19	100
11-熱紅外2	11.50 -12.51	100

 

標準的數位相機拍攝得到的映像是真彩色的，效果和人眼看到的一樣，紅、綠、籃三個波段分別用紅、綠、籃三個通道顯示，當感應器有更多的波段，我們就可以得到更多的資訊，以Landsat8為例，某些特殊的光譜波段可以協助我們看到一些特殊的地物特徵，或者可以透過"現象看到本質"。比如，近紅外波段（NIR）是多光譜感應器常用的一個通道，因為在該通道，植被的反射率非常高，所以這個波段對於監測植被很有效；短波紅外波段（SWIR）對監測裸土非常有效，它可以反應出裸土表面的濕度情況。類似的例子還有很多。下面以Landsat8資料為例，介紹多波段在不同的RGB組合下顯示的效果及其應用。

（一）4,3,2,——真彩色合成，美國加利福尼亞州夫勒斯諾市

用OLI資料，可以得到真彩色合成的映像，這種映像的缺點是易受到大氣的影響，有時映像不夠清晰。

圖(1) 4/3/2真彩色合成，美國加利福尼亞州夫勒斯諾市

（二）5,4,3——標準假彩色合成（CIR），用於植被相關的監測，美國科羅拉多

在這種波段組合下，植被顯示為紅色，植被越健康紅色越亮，而且還可以區分出植被的種類，這種波段組合方式非常常用，用來監測植被、農作物和濕地。

圖(2) 5/4/3標準假彩色合成（CIR），美國科羅拉多

 

（三）7,6,4——假彩色合成，用於城市監測，美國洛杉磯

這種波段組合用到了短波紅外波段，相較于波長較短的波段來說，效果比較明亮。

圖(3) 7/6/4假彩色合成，美國洛杉磯

（四）5,6,4——假彩色合成，有效區分陸地和水體，加拿大哈德遜河

這種波段組合，深淺的橙色和綠色是陸地，冰顯示為很亮的玫紅色，深淺藍色是水。

圖(4) 5/6/4假彩色合成，加拿大哈德遜河

（五）7,5,3——假彩色合成，具有良好的大氣透射，美國華盛頓

這種波段組合和前面提到的5,6,4比較像，植被顯示為不同深度的綠色，這種波段組合用於NASA生產的鑲嵌的Landsat資料。

圖(5) 7/5/3假彩色合成，美國華盛頓

（六）6,5,2——假彩色合成，農作物監測，科羅拉多弗魯塔

這種波段組合，對監測農作物很有效，農作物顯示為高亮的綠色，裸地顯示為品紅色，休耕地顯示為很弱的墨綠色

圖(6) 6/5/2假彩色合成，科羅拉多弗魯塔

（七）7,5,2——假彩色合成，有效森林火災，加利福尼亞州

這種波段組合類別似上面提到的6,5,2，該組合用了更長波段的短波紅外，對火點燃燒引起的煙霧的敏感度降低。

圖(7) 7/5/2假彩色合成，加利福尼亞州

（八）6,3,2——假彩色合成，突出裸露地表上的一些景觀，美國猶他州峽穀

這種波段組合對於沒有或少量植被情況下，突出地表的景觀，對地質監測有效。

圖(8) 6/3/2假彩色合成，美國猶他州峽穀

（九）5,7,1——假彩色合成，有效監測植被和水體，坦桑尼亞的維多利亞河

這種波段組合使用了近紅外波段、短波紅外2波段和海岸波段，海岸波段是Landsat8專屬的，可以穿透一些很小的微粒如灰塵、煙霧等，還能穿透淺的水域。在這種波段組合下，植被顯示為橘紅色。

圖(9) 5/7/1假彩色合成，有效監測植被和水體，坦桑尼亞的維多利亞河

Landsat8還能有許多其他的波段組合，有時候單波段灰階映像也能解釋一些特別的現象，比如下面是TIRS感應器的熱紅外1波段的映像，該影像位於冰島，中間亮白色的地區是Bardarbunga火山，熱紅外波段灰階映像反白了從薄冰區向南部流動的熔岩流。

圖(10) 冰島Bardarbunga火山熱紅外波段灰階圖

對於單波段的資料，還可以用顏色表渲染彩色顯示，可清晰的顯示一些特徵，是將上面的灰階圖設定了顏色表彩色顯示的結果，下方藍色地區是低溫區，深紅色是溫度高的地區。

圖(11) 冰島Bardarbunga火山熱紅外波段配顏色表彩色顯示

對多光譜映像利用不同的波段組合能協助我們凸顯感興趣的地物，組合方式取決於感興趣地物對不同波段的反射率特徵，有一些經驗可以借鑒，但在實際分析中，可以通過嘗試，發現某個波段或者組合對於所做的地區效果明顯，那麼這個波段或者RGB波段組合方式就是適合的。

ENVI中進行波段組合非常方便，如為開啟一個標準Landsat8資料，根據需求選擇對應RGB合成顯示。

圖(12) 資料管理面板

Landsat8資料不同波段組合的用途