2014年4月4日

imagej處理大地衛星Landsat的影像

這篇要教的是怎麼用imagej處理Landset的衛星圖像,處理是最簡單的事情,而弄懂衛星在做什麼然後選對資料下載,反而是比較難的事情。

為什麼要用Landset衛星呢?因為它是免費下載的,而且是從1972年衛星噴上去之後的圖像都可以下載。這Landset衛星目前噴上去七顆了,最近噴上去的那顆是Landset8,編號到8,但是只上去7顆是因為6號沒到軌道上,所以就沒算它了。雖說有八顆,不過目前只剩下七號和八號在運作(看這)。



叫做Landset,其實就是Land+satellite ,是大地衛星的意思,它利用光學感測器掃瞄拍攝方式測量地物對於陽光反射或是地物本身熱輻射所造成的不同光譜特性,範圍從可見光一直到近紅外光到遠紅外光的波段。


底下這張圖比的是Landset七號和八號的接收波段,下方的L7 ETM+就是七號的波段,上面的OLI和TIRS合起來就是八號的波段。OLI、TIRS指的是衛星承載的感測器名稱,一個是作業型陸地影像感測器(Operational Land Imager, OLI),另一個是熱紅外光感測器(Thermal Infrared Sensor, TIRS)。OLI有9個波段(由波段1到波段9),TIRS有2個波段(由波段10到波段11)。

至於其它Landsat衛星的波段可以看太遙中心的網頁,最底下有資料。


透過不同的光譜,我們就可以組合出不同的影像,舉個簡單的例子,如果你把八號的234波段(或是7號的123波段)分別當作藍色、綠色和紅色組合起來,那就變成了我們從Google Map看到的那種自然光的衛星圖。為了方便說明,我們就把這樣的圖叫做432,因為電腦的色彩是RGB三原色,我們把4號波段給R,3號波段給G,2號波段給B,所以就叫432。

你看看下圖的432就是一般衛星圖看到的樣子,而左上角的543則是最常被用來分析植被的假色衛星影像,那個就是把5號波段(紅外線)給R,4號波段給G,3號波段給B,這樣子做出來的。




該用哪些波段合成影像呢?我是從這裡這裡找到資料的,不過啊,這份資料裡頭用的是Landset 7 的波段編號(請注意喔,七號和八號的波段編號不一樣喔),所以若是像我用八號的資料,那就要跟著改變喔。舉例來說,從七號衛星的資料要做出自然色的圖,用的是321波段,但八號就要用432。






如何下載衛星影像資料
知道做什麼之後,就來講講怎麼下載了,至少有四個地方可以下載。

為了弄懂怎麼下載,我找了一些文件在這

從GLCF的FTP下載教學文件(日文)
http://eisei-data.jp/contest2014/pdf/path_row.pdf

從GLCF下載的教學文件(日文)
http://eisei-data.jp/analysis/pdf/LandSat.pdf

如何從Earth Explorer下載Landsat(英文)
http://earthobservatory.nasa.gov/blogs/elegantfigures/2013/05/31/a-quick-guide-to-earth-explorer-for-landsat-8/


我光搞懂怎麼下載就花了一些時間,想想也許也會有人需要知道,所以我錄了兩段,分別是從LandsetLook Viewer下載的方式,和EarthExplorer下載的方式,無論從哪下載都要事先在該網站註冊喔(免費),這兩處能得到的資料都一樣。

這裡要預先知道台灣北半部在Landset8的WRS2座標裡,Path是117,Row是43。如果是花東,那就是(117,44),南台灣就是(118,44)








影像處理
再來就是分析處理的部份了,由於下載的原始檔案相當大型,所以我做了切割,不是縮小喔,它們解析度都已經是30公尺了,影像再縮小就看不到細節了。

切割的方式用ImageMagick的convert,加上-crop和 +repage參數來處理,


convert INPUT.TIF -crop 1140x1140+1356+2388 +repage OUTPUT.TIF


處理完之後,檔案就小很多了,然後就可以丟進imagej去處理。這裡的重點只有一個,就是用「Image/Color/Merge Channels」把波段影像放進RGB的Channel就可以了。同樣,我也錄一段影像來說明。



參考文章
為了要完成這個東西,花了幾天找資料。必須說,這門檻有點高耶,不過跨進去之後,就發現有很多可以玩的東西了。

相關分析
用image分析landset(這篇的寫成,是因為看到這個資料,所以跟著開始找資料)
http://serc.carleton.edu/eyesinthesky2/week11/get_to_know_multispectral_imaging.html


用opensource的各種軟體處理Landsat影像,然後做成互動式地圖

分析Landsat8的教學文章

用photoshop合成衛星影像的方式
http://earthobservatory.nasa.gov/blogs/elegantfigures/2013/10/22/how-to-make-a-true-color-landsat-8-image/?src=share

multispec-分析衛星資料的軟體(還沒玩過)
https://engineering.purdue.edu/~biehl/MultiSpec/description.html


把TM和ETM+轉換成溫度資料(這個很吸引我,可以用這些衛星資料做遙測地溫)
http://www.yale.edu/ceo/Documentation/DN_to_Kelvin.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=ST-tclrTMzc
http://fromgistors.blogspot.tw/2014/01/estimation-of-land-surface-temperature.html



幾個相關研究
Landsat衛星による水稲耕作地への水供給状態の違
全球水稻產量,衛星影像秀給你看
Spectral Characteristics and Mapping of Rice Plants Using Multi-Temporal Landsat Data


Time雜誌用Google的衛星影像做成的十數年的縮時影像
http://world.time.com/timelapse/

每月的衛星影像說故事


大地的辨識密碼–高光譜影像
http://goo.gl/Eh1vF8

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