Індексні зображення

Для отримання індексного зображення, значення яскравості кожного пікселя обчислюється шляхом застосування арифметичних операцій над значеннями яскравості цього пікселя із різних каналів знімка (табл. 8.3).

При дослідженні об’єктів за багатозональними знімками доволі часто виникають ситуації, коли більш важливим є не абсолютні значення, а характерні співвідношення між значеннями яскравості об’єкта в різних спектральних зонах.

На таких зображеннях об’єкти дослідження виділяються більш яскраво і контрастно порівняно з вихідним знімком (рис. 8.15).

Таблиця 8.3

Індекси, що розраховуються за значеннями коефіцієнтів відбиття в широких спектральних діапазонах [8, 49]

Типи вегетаційного індексу (ВІ)	Формула і стислий опис	Автори
Відносний ВІ (Ratio VI, RVI, Simple Ratio (SR))	Значення індексу змінюються від 0 до нескінченності. Для зеленої рослинності значення VI>1 і зростають зі збільшенням зеленої фітомаси, зімкнутості рослинності (зазвичай приймають значення 2–8)	Birth і McVey, 1968; Jordan C.F., 1969; Rouse J.W. та ін., 1973; Tucker C.J. та ін., 1979
Нормалізований вегетаційний індекс (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)	Індекс може приймати значення від –1 до 1. Для рослинності індекс NDVI приймає позитивні значення, зазвичай від 0.2 до 0.8	Вперше описаний Rouse B.J. та ін., 1973, концепція вперше представлена Kriegler F.J. та ін., 1969
Удосконалений вегетаційний індекс (Enhanced Vegetation Index, EVI)	Коефіцієнти C1, C2 і L емпірично встановлені і які дорівнюють 6.0, 7.5, і 1.0 відповідно (Huete та ін., 1997). Індекс може приймати значення від –1 до 1. Для зеленої рослинності звичайні значення від 0.2 до 0.8	Rouse J.W. та ін., 1973; Tucker C.J., 1979; Jackson R.D. та ін., 1983; Kriegler F.J. та ін., 1969; Sellers P.J., 1985; Huete A.R. та ін., 1997
Інфрачервоний вегетаційний індекс (Infrared Percentage VI, IPVI)	Функціонально IPVI і NDVI еквівалентні. Індекс може приймати значення від 0 до 1. Для зеленої рослинності характерні значення від 0.6 до 0.9	Crippen R.E., 1990
Різницевий вегетаційний індекс (Difference VI, DVI)	Індекс може приймати будь-які значення. Ізовегетаційні лінії йдуть паралельно одна одній	Lillesand T.M. і Kiefer R. W., 1987; Richardson і Everitt, 1992
Перпендикулярний вегетаційний індекс (Perpendicular Vegetation Index (PVI))	де α – кут між ґрунтовою лінією і віссю NIR. Індекс може приймати значення від –1 до 1.	Richardson A.J. і Wiegand C.L., 1977
Зважений різницевий вегетаційний індекс (Weighted Difference VI, WDVI)	де, g – нахил ґрунтової лінії. Зв'язаний з PVI приблизно так же, як IPVI зв'язаний с NDVI. WDVI – це математично більш простіший варіант PVI, але він має необмежений діапазон значень. Як і PVI, WDVI дуже чутливий до атмосферного впливу (Qi та ін., 1994)	Clevers J.G., 1988
Трансформований вегет. індекс (Transformed Vegetation Index TVI)	0.5 додається для виключення від'ємних значень під коренем. Функціонально TVI і NDVI еквівалентні	Tucker C.J. та ін., 1979
Індекси, стійкі до впливу ґрунту
Ґрунтовий вегетаційний індекс (Soil Adjusted VI, SAVI)	де, L = [0;1], L = 0 для дуже густого рослинного покриву, L = 1 для дуже розрідженого, найчастіше усього використовують значення L = 0.5 (Huete і Liu, 1994). Значення індексу змінюються від –1 до 1. Лінія ґрунтів проходить через точку 0	Huete A.R., 1988 Huete A.R. і Liu H., 1994, Qi J. та ін., 1994
Модифікований ґрунтовий вегетаційний індекс (Modified Soil Adjusted VI, MSAVI). Модифікований ґрунтовий вегет. індекс – 2 (Modified Soil Adjusted VI–2, MSAVI2)	де L – 1-2·s·NDVI·WDVI; s – нахил ґрунтової лінії. MSAVI2 – це другий модифікований ґрунтовий індекс, як варіант MSAVI. Для розрахунку індексу не потрібне знаходження ґрунтової лінії і обчислення WDVI, NDVI. Значення індексу змінюються від –1 до 1. Лінія ґрунтів може мати різний нахил і проходить через точку 0	Qi J. та ін., 1994
Трансформований ґрунтовий вегетаційний індекс (Transformed Soil Adjusted VI, TSAVI)	де, a – координата перетинання ґрунтової лінії з віссю NIR (лежить між точкою 0;0 і точкою перетинання ізовегетаційних ліній в індексі SAVI для L=0.5); s – нахил ґрунтової лінії, X – коефіцієнт корегування, для зменшення ґрунтового шуму (в оригінальній статті X=0.08). Значення індексу змінюються від –1 до 1. Лінія ґрунтів може мати різний нахил	Baret F. та ін., 1989; Baret F. і Guyot G., 1991
Індекси, стійкі до впливу атмосфери
Індекс глобального моніторингу навколишнього середовища (Global Environmental Monitoring Index, GEMI)	Значення індексу змінюються від 0 до 1	Pinty B. і Verstraete M.M., 1991; Leprieur C. та ін., 1994 Вони намагалися уникнути необхідності проводити детальне атмосферне корегування шляхом конструювання загальної поправки на вплив атмосфери для вегетаційного індексу.
Вегетаційний індекс, стійкий до впливу атмосфери (Atmospherically Resistant Vegetation Index, ARVI)	де, Зазвичай, a=1, при малому покритті рослинності і невідомому типу атмосфери a=0.5 (Kaufman Y.J., 1992) Він використовує значення відбиття в синій зоні, щоб усунути вплив атмосфери на коефіцієнти відбиття у червоній зоні. Значення індексу змінюються від –1 до 1. Лінія ґрунтів може мати різний нахил і проходить через точку 0	Kaufman, Y.J., Tanre, D., 1992; Kaufman, Y.J. і D. Tanre, 1996; Huete A.R. і Liu H., 1994
Ґрунтовий вегетаційний індекс, стійкий до впливу атмосфери (Soil and Atmospherically Resistant Vegetation Index (SARVI))	Huete and Liu (1994) також запропонували провести таку заміну і в індексі SAVI, що отримав назву індекс SARVI (атмосферостійкий скорегований ґрунтовий вегетаційний індекс).	Huete A.R., і Liu H., 1994
Вегетаційний індекс зеленості (Green VI, GVI)	Існує декілька GVI. В їх основі лежить використання двох або більше ділянок відкритого ґрунту для побудови ґрунтової лінії, потім використовується ортогоналізація Грама-Шмидта (Gram-Schmidt orthogonalization), для знаходження «зеленої» лінії («greenness» line), яка проходить через точку найбільш густого рослинного покриву і перпендикулярна ґрунтовій лінії. де MSSn – яскравість в n зоні системи MSS, аналогічно для TM. Значення індексу змінюються від –1 до 1. Лінія ґрунтів може мати різний нахил в n-мірному просторі. Ізовегетаційні лінії паралельні ґрунтовій лінії.	Kauth R.G. і Thomas G.S., 1976 розробили 4-канальний варіант індексу для знімків MSS. Crist E.P. і Cicone R.C., 1984 створили 6-канальний варіант для знімків TM. Jackson R.D., 1983 описав, як створити n-канальну версію
Індекси, що розраховуються за значеннями коефіцієнтів відбиття у вузьких спектральних діапазонах*
Нормалізований різницевий ВІ для зони БІЧ схилу (Red Edge Normalized Difference Vegetation Index)	Індекс може приймати значення від –1 до 1. Для зеленої рослинності зазвичай приймає значення від 0.2 до 0.9	Gitelson A.A. та ін., 1994 Sims D.A. та ін., 2002
Модифікований відносний ВІ для області ближнього інфрачервоного схилу (Modified Red Edge Simple Ratio Index)	Індекс може приймати значення від 0 до 30. Для зеленої рослинності зазвичай приймає значення від 2 до 8	Datt B., 1999 Sims D.A. та ін., 2002
Модифікований нормалізований різницевий ВІ для області ближнього інфрачервоного схилу (Modified Red Edge Normalized Difference Vegetation Index)	Індекс може приймати значення від –1 до 1. Для зеленої рослинності зазвичай приймає значення від 0.2 до 0.7	Datt B., 1999 Sims D.A. та ін., 2002

Рис. 8.15. Приклад застосування вегетаційного індексу для даних MODIS [47]	Рис. 8.16. Приклад кореляції