Повышение качества разносезонных безоблачных композитных изображений за счет комбинации данных спутников Landsat-5 и Landsat-7

Для динамического картографирования лесных экосистем и выявления изменений в состоянии растительного покрова необходимо использовать ежегодные безоблачные композитные изображения. Применение отдельно только данных спутника Landsat-5 для создания безоблачных изображений (Белова, Ершов 2012) на территорию субъектов, позволило получить продукты удовлетворительного качества. Однако для некоторых регионов России не удается достичь желаемого качества, при этом возникают пропуски измерений спектральной яркости поверхности. Особенно эта ситуация становится актуальной для северных регионов России с облачным покровом по продолжительности более половины дней в течение вегетационного сезона.
Более того, с 2011 года по техническим причинам прекращена передача данных со спутника Landsat-5. Единственным действующим спутником программы является Landsat-7, изображения с которого формируются с потерей данных вследствие технического сбоя в работе поворотного зеркала прибора. С 2013 года планируется запуск восьмого поколения этой серии спутников для тематического картографирования земной поверхности.
В силу технического усовершенствования инструментов Landsat-7 в сравнение с предыдущими поколениями данных сенсоров, а именно бортовых калибровочных устройств, а также временной износ аппаратуры на Landsat-5, совместное использование данных возможно только при условии взаимной калибровки изображений. Таким образом, решение задачи взаимной калибровки данных различных спутниковых систем становиться весьма актуальным для задач мониторинга лесов на региональном уровне.
Изначально один и тот же объект местности при съемке различными спутниковыми приборами при равных погодных условиях в близкие по времени периоды сезона (не более недели), будет иметь разные спектральные яркости на изображениях. Это связано с целым рядом факторов, например, технические различия приборов, взаимное положение системы спутник-поверхность-Солнце и т.д. В результате игнорирование этих факторов приводит к нарушению анизотропии земной поверхности при формировании композитных безоблачных изображений на основе комбинации данных различных спутниковых систем. Таким образом, использование спутниковых данных без предварительной обработки и взаимной их калибровки приводит к получению композитных изображений низкого качества, что, в свою очередь, приводит к неудовлетворительным результатам при картографировании.
В рамках исследования был разработан и апробирован метод взаимной калибровки изображений приборов TM и ETM+. В основе метода лежит пересчет яркостей пикселов изображения Landsat-7 по базовому изображению Landsat-5, которое наиболее близко по дате создания к исследуемому изображению. Метод включает этапы подбора близких по дате данных TM/ETM+, устранения влияния облачности и теней, расчет параметров преобразования яркостей изображения ETM+ к TM и формирование единого композитного изображения.
В рамках работ также проводилось исследование возможности построения композитных изображений на основе данных ETM+, в которых потерянные данные замещались яркостями с изображений Landsat-5,полученных в близкие по времени периоды съемки. Первоначально проводится калибровка изображений и заполнение участков изображений, лишенных данных, доступными измерениями с изображений TM прошлых лет. Затем на основе только восстановленных изображений строится сезонный композит. Тестирование метода проводилось на изображениях земной поверхности с минимальным влиянием рельефа местности. Оценка полноты и качества безоблачных композитных изображений выполнялась методом сравнения их с эталонными сценами и композитами, полученными только по изображениям Landsat-TM.