遥感世界|高分六号为北极冰雪探测提供强有力支持

点击图片上方蓝色字体“慧天地”即可订阅

之前我参加了中科院地球大数据专项，工作内容是想用高分卫星数据来做三级的冰雪探测。但是当我用高分二号卫星试了试之后发现这在北极几乎不可能。这并不是因为卫星没有拍北极数据，而是冰雪季的图像几乎都是无效的，做个夏天的工作还凑合。

光学卫星成像原理是接收地物反射的太阳光然后量化成为数值，其效果好坏取决于传感器的敏感度，以及太阳光的强度。大家也都知道北半球冬天日照时间和强度都会下降，在北极南极还会出现极夜现象。在环北极探测冰雪，就要面临光照很弱的挑战。

我们的高分1号和高分2号的传感器量化等级只有10位，也就是只能表达0～1023这么多的量级。卫星上可以调节传感器的增益，设定进入传感器的光能量和转换的数字信号之间对应关系，地物太亮或者太暗都会出现饱和。在北极的冬天，太阳角度很低的情况下，进入传感器的光线能量很低，加上量化等级本来就很有限，所以拍的图像是这样的。

芬兰 高分二号全色波段局部 20161205

这个图像为了方便看，还是有意加亮增强了，实际上原始的DN值非常低，下面是我用软件统的结果，图像的均值在18.7，方差只有4.3。

STATISTICS_MAXIMUM=225

STATISTICS_MEAN=18.737059408261

STATISTICS_MINIMUM=0

STATISTICS_STDDEV=4.2786843828332

所以这个图像看起来很斑驳就是很自然的事了，因为图像的灰度只有很少几个层级，无法展示连贯的纹理变化。

然而高分六号就不同了，它的PMS传感器的量化等级提高到12位，能表达0～4095，而且传感器的信噪比应该也有提高。我们找一幅纬度高，日期接近冬至的数据看看。

高分六号 20190312

这张图像的纬度为72度，已经在北极圈以内了。日期是3月12日，虽然离冬至日12月22日还有点距离，但是已经符合冰雪季探测的时间范围。图像北侧是明亮的雪覆盖的陆地，南边是海水和一些薄冰，仔细看在暗的背景像上完全可以分辨出海水和海冰的形状和范围。这样的信噪比也为后续的图像增强提供了可能，因为如果暗区域都是噪声，增强之后反而不美观。下图是我们在Photoshop中把暗区域的内容加亮后的结果。

图像增强后 高分六号 20190312

软件统计的这景图像DN值的均值在1710，方差在327。

STATISTICS_MAXIMUM=4095

STATISTICS_MEAN=1710.3109978118

STATISTICS_MINIMUM=0

STATISTICS_STDDEV=327.49585470098

我想即使把日期更逼近冬至日，纬度再提高一些，高分六号依然可以拍摄很有信息量的图像。

这一现象表明高分六号PMS传感器的光学灵敏程度已经和国际上主流遥感卫星(比如LANDSAT8、SENTINEL2)在同一水平线上。

作者简介：陈甫，简书作者，中国科学院中国遥感卫星地面站副研究员，《慧天地》特约撰稿人[e-mail]

欢迎大家关注《慧天地》同名新浪微博

微博ID：慧天地_geomaticser

荐读

点击下文标题即可阅读

编辑 / 李允琛  审核 / 肖紫寒  孙浩南

指导：万剑华教授