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研究生: 田應平
論文名稱: 山區森林影像地形校正:MVECA法的嘗試
Topographic Normalization of Formosat2-MS Images of Forest in Rugged Terrain: Using The Modification of Variable Empirical Coefficient Algorithm
指導教授: 張國楨
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 地理學系
Department of Geography
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 145
中文關鍵詞: 山地地區衛星影像地形效應地形校正MVECA
英文關鍵詞: Topographic correction, FORMOSAT2 image, mountain forest, MVECA
論文種類: 學術論文
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  • 在山區衛星影像的應用上,針對地形起伏所造成的地形效應進行校正為重要的前處理步驟,其足以影響後續影像分類的品質以及量化的精度。臺灣山地占土地面積的三分之二以上,山地地區的森林光譜輻射強度值受地形效應影響甚大,如能對植被影像進行地形校正,則有助於後續研究量化精度的提升。為克服改進前人校正模式的缺點,這篇研究將提出一種新的參考操作模式,基於VECA(Variable Empirical Coefficient Algorithm)以及Minnaert+SCS修正設想的 Modification of Variable Empirical Coefficient Algorithm(MVECA)修正模式。
    本研究以簡單統計評估、不同坡度坡向下的NDVI離散係數分析、分類評估等,對MVECA模式進行完整的效能檢驗。結果顯示其在無光照陰暗區以及低光照地區較前人模式具有較好的校正效能,與光照區的視覺差異、離散差異皆有所降低;與相對入射光cos(i)的R值除藍光段外,皆呈現極低度相關,顯示受地形效應影響大幅降低;在方位180°~225°、坡度0°~5°條件下的NDVI離散係數最低校正,效果最好;校正區域135°~180°方位的整體離散係數較其他方位都較低,尤其25°~50°坡度條件下,具有極佳校正效能;校正效能最差的地形位於坡度50°~55°、方位225°~270°條件下,以及方位315°~360°、坡度5°~15°的地形條件區域。研究最後以整合導向為目的,以最大相似分類法對研究區進行植被與裸露地二分類,結果顯示經校正後的影像分類較未校正影像有更高的分類精確度,完全陰暗區經校正後的影像分類較未校正影像有更高的分類精確度,證實本研究所提出的MVECA法具備地形校正的能力。
    以MVECA法對山地植被進行地形校正,發現NDVI與分類精度皆較校正前的影像有明顯改善,顯示該法對於森林生態系的監測可提供助益,包括對於陰暗區植被參數的推估與山區森林長時間季節變化的監測提供研究操作的參考。

    Topographic correction is a very important approach of pre-process in the remote sensing application in rugged terrain. Without this step, the quantification and classification of the image will be influenced. A new topographic correction approach, the Modification of Variable Empirical Coefficient Algorithm (MVECA), was developed on the theoretical and statistic analysis of the spectral values of remotely sensed data acquired from the rugged terrain and topographic variables. To prove the approach is practical, The approach was explained and analyzed in comparison with that before topographic correction and other approaches. The test site selected for the study is located on the relatively rugged terrain over the southeastern hill of the Yu Shan Mountain in Taiwan, the remotely sensed data utilized for examining the result of the proposed approach MVECA is Formosat2 image acquired over the test site. Visual comparison, statistical analysis, and the classification of corrected image are adopted for feasible evaluation of the proposed algorithm, and the results suggest that the proposed approach MVECA is capable for removing the topographic effects contained in Formosat2 MS image. The result also shows that MVECA has better ability of topographic correction than SCS+C and Minnaert+SCS in the area of the shadowed area and the steep terrain where incidesnt angles may approach 90°.

    摘要 a Abstract A 目錄 I 圖目錄 IV 表目錄 VII 第壹章 緒論 1 第一節 研究動機 1 第二節 研究目的 3 第貳章 文獻回顧 5 第一節 山地像元輻射傳輸理埨 5 一、朗伯體假設下的山地像元輻射傳輸理埨 5 二、非朗伯體假設下的山地植被冠篷輻射傳輸理埨 15 第二節 地形校正的文獻回顧 20 一、經驗模型 20 二、物理模型 25 三、半經驗模型 28 四、小結 30 第三節 路徑輻射的移除 32 一、暗物質消去法(Dark Object Straction,DOS) 32 二、線性迴歸校正法 33 三、大氣輻射傳輸模式 34 四、小結 35 第四節 校正效能評估的方法 37 一、視覺評估 37 二、統計特徵分析 37 三、影像分類 41 四、小結 42 第參章 研究方法 43 第一節 研究架構與流程 43 第二節MVECA模式推導 47 一、雛型建立 47 二、雛型實驗結果評估 51 三、雛型改進 57 第三節 研究區選擇與資料處理 73 一、研究區環境資訊 73 二、資料處理 75 第肆章 校正效能評估與討論 84 第一節 分區塊地形校正的效能評估 84 一、陰暗區 84 二、0<cos(i) <0.2之區塊 90 三、0.2≦cos(i)的區塊 95 第二節 全影像地形校正的效能評估 101 一、簡易指標評估 101 二、不同坡度坡向下的效能驗證 106 三、分類精確性評估下的校正效能驗證 116 第伍章 結論與未來研究 126 第一節 結論 126 一、面光區塊地形校正 126 二、陰暗區塊地形校正 128 三、全區地形校正 128 第二節 研究限制與未來研究 132 一、數值高程模型的討論 132 二、最小散射輻射值的限制 132 三、分類類別限制 132 四、不同分類法對於不同校正模式的精確度差異 133 五、統計變數引進的考量 133 六、SCS概念適用性的斟酌 133 中文文獻 134 西文文獻 137 電子文獻 142 符號對照表 143 謝辭 146

    中文文獻
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