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遥感技术与应用  2022, Vol. 37 Issue (4): 938-952    DOI: 10.11873/j.issn.1004-0323.2022.4.0938
数据与图像处理     
资源一号02D可见近红外和高光谱影像辐射质量评价
孙培宇1,2,3(),柯樱海1,2,3(),钟若飞1,2,3,赵世湖4,刘瑶4
1.城市环境过程与数字模拟国家重点实验室培育基地,北京 100048
2.水资源安全北京实验室,北京 100048
3.首都师范大学 资源环境与旅游学院,北京 100048
4.自然资源部国土卫星遥感应用中心,北京 100048
Radiance Quality Assessment of ZY-1-02D VNIC/AHSI Image Data
Peiyu Sun1,2,3(),Yinghai Ke1,2,3(),Ruofei Zhong1,2,3,Shihu Zhao4,Yao Liu4
1.State Key Laboratory Cultivation Base of Urban Environment Process and Simulation,Beijing 100048,China
2.Beijing Laboratory of Water Resources Security,Beijing 100048,China
3.College of Resource Environment and Tourism,Capital Normal University,Beijing 100048,China
4.Land Satellite Remote Sensing Application Center,MNR,Beijing 100048,China
 全文: PDF(10700 KB)   HTML
摘要:

资源一号02D(ZY1-02D)卫星搭载了我国自主研制的可见近红外相机(VNIC)和高光谱相机(AHSI),是我国首颗民用高光谱业务卫星,具有广泛的应用前景。通过整体辐射精度、信噪比、清晰度以及信息熵4个评价指标,对ZY1-02D VNIC和AHSI数据进行辐射质量评价,并分别采用Sentinel-2 MSI和GF-5 AHSI数据进行对比。结果表明: ZY1-02D VNIC数据在可见光波段具有亮度高、信噪比高等优势;在红边近红外等波段,影像具有灰度范围大、信息量大的特点。ZY-1-02D VNIC数据在影像亮度、灰度范围、清晰度和信息量方面均优于Sentinel-2,二者信噪比近似。ZY-1-02D AHSI数据在395—1 341 nm范围内辐射质量良好;在1 929—2 501 nm范围,存在噪声严重的波段,影像质量较差。与GF-5 AHSI数据对比,ZY-1-02D AHSI数据的影像亮度和信噪比相当,但ZY-1-02D AHSI数据在灰度范围方面优势明显,且短波红外谱段的清晰度和信息量优于GF-5 AHSI数据。

关键词: 资源一号02D卫星影像质量评价Sentinel-2GF-5高光谱数据    
Abstract:

ZY-1-02D is the first civil hyperspectral satellite in China, equipped with Visible Near-Infrared Camera (VNIC) and Advanced Hyperspectral Imager (AHSI). This study evaluates and analyzes the radiance quality of ZY-1-02D VNIC/AHSI data and compares them with Sentinel-2 MSI/GF-5 AHSI data. Four indicators are used to assess image quality: radiance precision, Signal-to-Noise Ratio (SNR), definition, and Shannon entropy. The results indicate that ZY-1-02D VNIC data has the advantages of high radiance and high SNR in visible bands. In red-edge and near-infrared bands, ZY-1-02D VNIC data has the advantages of a large gray range and a large amount of information. The comparison between ZY-1-02D and Sentinel-2 MSI data shows that ZY-1-02D VNIC data has better performance in radiance, gray range, definition, and information content. The performance of the two sensors is similar in terms of SNR. ZY-1-02D AHSI data has great quality in 395~1 314 nm wavelength. However, in 1 929—2 501 nm, some bands have severe noise and poor quality caused by water vapor. The comparison between ZY-1-02D AHSI and GF-5 AHSI data shows that the performance in radiance and SNR of the two sensors are similar. The gray range of ZY-1-02D AHSI data is greater than GF-5 AHSI data in both VNIR and SWIR. The definition and information content of ZY-1-02D AHSI data are better than GF-5 AHSI data in SWIR bands.

Key words: ZY-1-02D    Image quality assessment    Sentinel-2    GF-5    Hyperspectral data
收稿日期: 2021-07-26 出版日期: 2022-09-28
:  TP75  
基金资助: 国家自然科学基金项目(42071396);国家重点研发计划项目(2017YFC0505903)
通讯作者: 柯樱海     E-mail: 771584826@qq.com;yke@cnu.edu.cn
作者简介: 孙培宇(1998-),男,北京人,硕士研究生,主要从事遥感影像质量评价、生态水文遥感研究。E?mail:771584826@qq.com
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孙培宇
柯樱海
钟若飞
赵世湖
刘瑶

引用本文:

孙培宇,柯樱海,钟若飞,赵世湖,刘瑶. 资源一号02D可见近红外和高光谱影像辐射质量评价[J]. 遥感技术与应用, 2022, 37(4): 938-952.

Peiyu Sun,Yinghai Ke,Ruofei Zhong,Shihu Zhao,Yao Liu. Radiance Quality Assessment of ZY-1-02D VNIC/AHSI Image Data. Remote Sensing Technology and Application, 2022, 37(4): 938-952.

链接本文:

http://www.rsta.ac.cn/CN/10.11873/j.issn.1004-0323.2022.4.0938        http://www.rsta.ac.cn/CN/Y2022/V37/I4/938

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[11]资源一号02D高光谱信噪比、相对辐射定标精度、绝对辐射定标精度
表1  遥感影像辐射质量评价研究现状
卫星参数ZY1-02D VNICSentinel-2 MSI
轨道高度/km778786
重访周期/d35
波段范围/nm

全色波段 Pan 450—900

蓝波段 B1 450—520

绿波段 B2 520—600

红波段 B3 630—690

近红外波段 B4 760—900

海岸波段 B5 400—450

黄波段 B6 580—625

红边波段 B7 705—745

近红外2波段 B8 860—1040

海岸波段 B1 433—453

蓝波段 B2 458—523

绿波段 B3 543—578

红波段 B4 650—680

红边波段 B5 698—713

红边波段 B6 733—748

红边波段 B7 773—793

近红外波段 B8 785—900

近红外波段 B8a 853—875

水蒸汽波段 B9 935—955

卷云波段 B10 1360—1390

短波红外波段1 B11 2280

短波红外波段2 B12 2100

空间分辨率

/m

Pan:2.5

B1-B8:10

B2-B4、B8:10

B5-B7、B8a、B11-B12:20

B1、B9-B10:60

幅宽/km115290
量化等级/bit1212
表2  ZY1-02D VNIC与Sentinel-2 MSI参数对比
卫星参数ZY1-02D AHSIGF-5 AHSI
轨道高度/km778705
重访周期/d35
波段范围/nm400—2 500400—2 500
光谱通道数VNIR: 76, SWIR: 90VNIR: 150, SWIR: 180
光谱分辨率/nmVNIR: 10, SWIR: 20VNIR: 5, SWIR: 10
空间分辨率/m3030
幅宽/km6060
量化等级/bit1212
表3  ZY1-02D AHSI与GF-5 AHSI参数对比
图1  ZY1-02D VNIC数据真彩色显示
影像编号影像获取日期覆盖区域主要土地覆盖类型
图1(a)2020年7月15日北京市城镇、山地、农田、水体
图1(b)2020年5月1日山东省东营市城镇、农田、海岸带、水体
图1(c)2020年3月16日江苏省太湖地区水体、城镇
图1(d)2020年1月9日山东省东营市黄河口地区水体、海岸带湿地
图1(e)2020年1月12日云南省昆明市山地、城镇、水体
图1(f)2020年3月20日云南省昆明市山地、城镇、水体
表4  ZY1-02D VNIC影像信息
图2  ZY1-02D AHSI数据真彩色显示
影像编号影像获取日期覆盖区域主要土地覆盖类型
图2(a)2020年6月19日北京市城区及西郊城镇、山地
图2(b)2020年7月15日北京市城区及南郊城镇、农田
图2(c)2020年1月13日云南省大理州宾川县山地、城镇
图2(d)2020年4月28日安徽省黄山地区山地
图2(e)2020年4月22日河北省张家口市怀来县山地、城镇、水体
图2(f)2020年5月4日安徽省合肥市城镇、农田、水体
表5  ZY1-02D AHSI影像信息
图3  Sentinel-2 MSI和GF-5 AHSI数据真彩色显示
图4  ZY1-02D VNIC整体辐射精度及与Sentinel-2 MSI对比结果
图5  ZY1-02D VNIC信噪比计算结果及与Sentinel-2 MSI对比结果
图6  ZY1-02D VNIC清晰度计算结果及与Sentinel-2 MSI对比结果
图7  ZY1-02D VNIC信息熵计算结果及与Sentinel-2 MSI对比结果
图8  ZY1-02D AHSI整体辐射精度计算结果及与GF-5 AHSI对比结果
图9  ZY1-02D AHSI信噪比计算结果及与GF-5 AHSI对比结果
图10  ZY1-02D AHSI数据在不同信噪比区间的短波红外谱段影像
图11  ZY1-02D AHSI清晰度计算结果及与GF-5 AHSI对比结果
图12  ZY1-02D AHSI与GF-5 AHSI数据信息熵计算结果
波长均值标准差信噪比清晰度信息熵
ZY1-02DGF-5ZY1-02DGF-5ZY1-02DGF-5ZY1-02DGF-5ZY1-02DGF-5
VNIR最小值12.698.099.142.2631.7030.803.395.513.333.17
390—1 040 nm最大值36.0354.6425.058.6647.2047.1421.5321.424.935.04
平均值26.7025.5919.326.5043.2242.5213.6915.074.544.60
SWIR最小值5.390.714.050.2136.1728.803.990.453.170.44
1 005—1 341 nm最大值20.9619.7615.205.0446.8647.3614.7012.414.414.34
平均值13.6511.8010.013.1142.9542.709.767.693.973.46
SWIR最小值0.510.740.430.2923.9324.260.460.630.540.63
1 425—1 812 nm最大值6.184.625.171.9644.6945.005.944.163.622.99
平均值4.203.243.471.3139.8941.353.912.812.952.34
SWIR最小值0.060.040.060.0212.6010.560.110.080.000.00
1 930—2 501 nm最大值1.461.181.300.6037.3338.591.541.271.971.32
平均值0.840.740.750.3630.2131.940.900.771.120.70
表6  ZY1-02D AHSI数据和GF-5 AHSI数据各指标评价结果
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