door Charlie Loyd, MapBox
Landsat 8 meet verschillende frequenties langs het elektromagnetische spectrum – een kleur, hoewel niet noodzakelijk een kleur die zichtbaar is voor het menselijk oog. Elk bereik wordt een band genoemd, en Landsat 8 heeft 11 bands. Landsat nummert zijn rode, groene en blauwe sensoren als 4, 3 en 2, dus als we ze combineren krijgen we een kleurenbeeld zoals deze:
Landsat 8 view of the Los Angeles area, 13 mei 2013. Het beeld is gedraaid zodat het noorden omhoog is. Alle gegevens zijn afkomstig van de U. S. Geological Survey.
neem een kijkje op de volledige lijst van Landsat 8 bands:
| Band Nummer | µm | Resolutie |
|---|---|---|
| 1 | 0.433–0.453 | 30 m |
| 2 | 0.450–0.515 | 30 m |
| 3 | 0.525–0.600 | 30 m |
| 4 | 0.630–0.680 | 30 m |
| 5 | 0.845–0.885 | 30 m |
| 6 | 1.560–1.660 | 30 m |
| 7 | 2.100–2.300 | 30 m |
| 8 | 0.500–0.680 | 15 m |
| 9 | 1.360–1.390 | 30 m |
| 10 | 10.6-11.2 | 100 m |
| 11 | 11.5-12.5 | 100 m |
van zijn 11 banden, alleen die in de zeer kortste golflengten (banden 1-4 en 8) voelen zichtbaar licht – alle andere zijn in delen van het spectrum dat we niet kunnen zien. Het kleurenbeeld van Landsat is minder dan de helft van wat het ziet. Om de waarde van alle bands te begrijpen, laten we ze op hun beurt bekijken:
de Bands
Band 1 voelt diepe blues en viooltjes. Blauw licht is moeilijk te verzamelen uit de ruimte omdat het gemakkelijk wordt verspreid door kleine stukjes stof en water in de lucht, en zelfs door luchtmoleculen zelf. Dit is een van de redenen waarom zeer verre dingen (zoals Bergen aan de horizon) blauwachtig lijken, en waarom de lucht blauw is. Net zoals we veel wazig blauw zien als we op een zonnige dag naar de ruimte kijken, ziet Landsat 8 de hemel eronder als hij door dezelfde lucht naar ons kijkt. Dat deel van het spectrum is moeilijk te verzamelen met voldoende gevoeligheid om nuttig te zijn, en Band 1 is het enige instrument in zijn soort dat open data produceert bij deze resolutie – een van de vele dingen die deze satelliet speciaal maken. Het wordt ook wel de Coastal / aerosol band genoemd, naar zijn twee belangrijkste toepassingen: beelden van ondiep water, en het opsporen van fijne deeltjes zoals stof en rook. Op zichzelf lijkt de output veel op Band 2 (normal blue) ‘ s, maar als we ze contrasteren en gebieden met meer diepblauw markeren, kunnen we verschillen zien:
Band 1 minus Band 2. De oceaan en de levende planten reflecteren meer diepblauw-violette tinten. De meeste planten produceren oppervlaktewas (bijvoorbeeld de ijzige coating op verse pruimen) terwijl ze groeien, om schadelijk ultraviolet licht weg te reflecteren.
de banden 2, 3 en 4 zijn zichtbaar blauw, groen en rood. Maar terwijl we ze opnieuw bekijken, Laten we een referentie sectie van Los Angeles nemen, met een scala aan verschillende landgebruiken, om te vergelijken met andere bands:
deel van het westelijke LA-gebied, van landbouwgrond nabij Oxnard in het westen tot Hollywood en downtown in het oosten. Net als de meeste stedelijke gebieden zijn de kleuren van de stad gemiddeld Lichtgrijs op deze schaal.
Band 5 Meet het near infrared, of NIR. Dit deel van het spectrum is vooral belangrijk voor de ecologie omdat gezonde planten het reflecteren – het water in hun bladeren verstrooit de golflengten terug naar de hemel. Door het te vergelijken met andere bands krijgen we indexen als NDVI, die ons de gezondheid van planten nauwkeuriger laten meten dan als we alleen naar zichtbare groenheid kijken.
de lichte kenmerken zijn parken en andere sterk irrigrated vegetatie. Het punt aan de onderkant van dit uitzicht op het Westen is Malibu, dus het is een veilige gok dat het kleine lichtpunt in de heuvels in de buurt een golfbaan is. Aan de westkant is het donkere litteken van een groot vuur, dat slechts een lichte verkleuring was in het kleurenbeeld.
Band 6 en 7 bestrijken verschillende delen van het kortegolf-infrarood of SWIR. Ze zijn vooral nuttig voor het onderscheiden van natte aarde van droge aarde, en voor de geologie: rotsen en bodems die er in andere banden op lijken hebben vaak sterke contrasten in SWIR. Laten we een valse kleurenafbeelding maken door SWIR als rood te gebruiken, NIR als groen en diepblauw als blauw (technisch gezien, een 7-5-1 afbeelding):
het fire scar is nu onmogelijk te missen-reflecteert sterk in Band 7 en nauwelijks in de anderen, waardoor het rood wordt. Eerder subtiele details van vegetatie worden ook duidelijk. Het lijkt erop dat planten in de canyons ten noorden van Malibu weelderiger zijn dan die op de ruggen, wat typisch is voor klimaten waar water de belangrijkste beperking is op de groei. We zien ook vegetatiepatronen binnen LA-sommige buurten hebben meer gebladerte (parken, trottoirbomen, gazons) dan andere.
Band 8 is de panchromatische-of gewoon pan-band. Het werkt net als zwart-wit film: in plaats van het verzamelen van zichtbare kleuren afzonderlijk, het combineert ze in één kanaal. Omdat deze sensor meer licht in een keer kan zien, is het de scherpste van alle banden, met een resolutie van 15 meter (50 voet). Laten we inzoomen op Malibu op schaal 1: 1 in de pan band:
in ware kleuren, uitgerekt tot hetzelfde gebied:
de kleurversie lijkt onscherp omdat die sensoren geen details van deze grootte kunnen zien. Maar als we de kleurinformatie die ze geven combineren met het detail van de panband – een proces dat panslijpen heet-krijgen we iets dat zowel kleurrijk als helder is:
Pansharpened Malibu, 15 m (50 ft) per pixel. Let op de golftextuur in het water.
Band 9 toont het minst, maar het is een van de meest interessante kenmerken van Landsat 8. Het beslaat een zeer dun plakje golflengten: slechts 1370 ± 10 nanometer. Weinig ruimte-gebaseerde instrumenten verzamelen dit deel van het spectrum, omdat de atmosfeer bijna alles absorbeert. Landsat 8 maakt hiervan een voordeel. Juist omdat de grond in deze band nauwelijks te zien is, moet alles wat er duidelijk in opduikt heel helder reflecteren en/of boven het grootste deel van de sfeer staan. Hier is Band 9 voor deze scène:
Band 9 is alleen voor wolken! Hier pakt hij pluizige cumuluswolken op, maar hij is speciaal ontworpen voor cirruswolken – hoge, piepkleine “paardenstaarten”. Cirrus is een echte hoofdpijn voor satellietbeelden omdat hun zachte randen ze moeilijk te herkennen maken, en een beeld dat door hen wordt genomen kan metingen bevatten die een paar procent afwijken zonder duidelijke verklaring. Band 9 maakt ze gemakkelijk te verantwoorden.
Banden 10 en 11 bevinden zich in het thermische infrarood, of TIR – zij zien warmte. In plaats van de temperatuur van de lucht te meten, zoals weerstations doen, rapporteren ze op de grond zelf, die vaak veel warmer is.
een studie van een paar jaar geleden vond een aantal woestijn oppervlaktetemperaturen hoger dan 70 °C (159 °F) – heet genoeg om een ei te bakken. Gelukkig is LA relatief gematigd in deze scène:
merk op dat de zeer donkere (koude) vlekken overeenkomen met de wolken in Band 9. Daarna is geïrrigeerde vegetatie het koelst, gevolgd door open water en natuurlijke vegetatie. Het brandlitteken bij Malibu, dat bedekt is met houtskool en droog, dood gebladerte, heeft een zeer hoge oppervlaktetemperatuur. Binnen de stad, parken zijn over het algemeen coolste en industriële wijken zijn warmst. Er is geen duidelijk urban heat island in deze scene – een effect dat deze TIR bands bijzonder nuttig zullen zijn voor het bestuderen.
banden kunnen op veel verschillende manieren worden gecombineerd om verschillende kenmerken in het landschap te onthullen. Laten we nog een valse kleurenafbeelding maken met deze TIR band voor rood, een SWIR band voor groen, en de natural green band voor blauw (een 10-7-3 afbeelding):
stedelijke gebieden en sommige grondsoorten zijn roze. In het kleurenbeeld is wilde vegetatie bijna uniform olijfkleurig, maar hier zien we een onderscheid tussen perzikkleurig struikgewas, mahonie-kleurig bos, enzovoort. Koeling onshore bries verschijnen als een lichte paarse gradiënt langs de kust van de stad. De gekleurde stroken aan weerszijden van het beeld zijn gebieden waar niet alle sensoren dekking hebben.
tekst met dank aan Charlie Loyd, MapBox. Originele post getiteld Putting Landsat 8 ‘ s Bands to Work, gepubliceerd op 14 juni 2013.