Funkcja Tasseled Cap

Dostępne z aplikacją ArcGIS Image for ArcGIS Online.

Transformacja Tasseled Cap (Kautha-Thomasa) została zaprojektowana na potrzeby analizowania i tworzenia map zmian roślinności i rozwoju urbanistycznego wykrywanych przez różne systemy czujników satelitarnych. Jest nazywana transformacją „czapki z frędzlami” z powodu kształtu graficznego rozkładu danych.

Transformacja ta pozwoliła uzasadnić wzorce znalezione w danych Landsat MSS dotyczących pól uprawnych za pomocą funkcji opisującej cykl życia plonów. Zasadniczo wraz ze wzrostem upraw od momentu zasiewu do osiągnięcia dojrzałości następuje zwiększenie odbicia netto w zakresie bliskiej podczerwieni i zmniejszenie w zakresie czerwieni w zależności od koloru gleby.

Zakres wykorzystania tej transformacji wykroczył poza monitorowanie upraw i obejmuje obecnie analizę oraz tworzenie map roślinności w różnorodnych zastosowaniach, takich jak leśnictwo, zarządzanie roślinnością przemysłową, tworzenie map ekosystemów i zarządzanie nimi, inwentaryzowanie i monitorowanie sekwestracji węgla, rozwój urbanistyczny i wiele więcej. Zapewnia również obsługę nie tylko danych Landsat MSS, ale także danych pochodzących z czujników wielospektralnych innych popularnych systemów satelitarnych, takich jak Landsat TM, Landsat ETM+, Landsat 8, IKONOS, QuickBird, WorldView-2 i RapidEye.

Użycie funkcji Tasseled Cap daje kilka korzyści:

• Analityczne możliwości wykrywania i porównywania zmian dotyczących roślinności, gleb i tworzonych przez człowieka obiektów w krótkich i długich okresach.
• Analityczne możliwości bezpośredniego porównywania obiektów pokrycia terenu przy użyciu zobrazowań satelitarnych pochodzących z różnych czujników, w tym Landsat, IKONOS, QuickBird, RapidEye i WorldView-2 i
• Ograniczenie ilości danych z kilku pasm wielospektralnych do trzech podstawowych komponentów: jasności, zieleni i wilgoci (lub barwy żółtej w przypadku czujników Landsat MSS).
• Ograniczenie wpływu zakłóceń i szumów atmosferycznych na zobrazowania, co pozwala na poprawę dokładności analizy.

Uwagi

Danymi wejściowymi tej funkcji jest raster źródłowy. Funkcja ta nie ma żadnych innych parametrów, ponieważ wszystkie informacje są pobierane z właściwości i kluczowych metadanych zawartych w danych wejściowych (pasma, typ danych oraz nazwa czujnika). Obsługiwane są wyłącznie zobrazowania z czujników Landsat MSS, Landsat TM, Landsat ETM+, IKONOS, QuickBird, WorldView-2 i RapidEye. Funkcji tej można używać w odniesieniu do elementów zestawu danych mozaiki, gdy używane są powiązane typy rastrów lub powiązane produkty rastrowe.

Przed zastosowaniem tej funkcji nie należy używać żadnych funkcji, które mogłyby zmienić wartości pikseli w łańcuchu funkcji, takich jak Rozciągnięcie, Widoczny współczynnik odbicia ani Wyostrzenie panchromatyczne. Może być konieczne usunięcie funkcji Rozciągnij z łańcucha funkcji, ponieważ jest ona często dodawana domyślnie. Jedynym wyjątkiem jest czujnik Landsat ETM+. W przypadku tego czujnika funkcję Tasseled Cap musi poprzedzać funkcja Widoczny współczynnik odbicia.

Jeśli dane zostały wstępnie przetworzone, funkcja ta nie zwraca poprawnych wyników. Najlepiej używać surowych danych otrzymanych od dostawcy zobrazowań. Ponadto wstępnie przetworzone, 8-bitowe dane z czujników IKONOS, QuickBird i WorldView-2 są niewłaściwe, ponieważ zostały w nich zmienione wartości pikseli.

W wyniku użycia tej funkcji uzyskuje się ten sam typ danych i tę samą liczbę pasm, co w rastrze wejściowym. Pasma wynikowe reprezentują komponenty podstawowe, a nie zakres spektralny. Można użyć trzech pierwszych pasm w sposób opisany wcześniej jako elementu dalszej analizy lub wykorzystać je do wizualizacji informacji o jasności, zieleni i wilgoci.

Parametry

Parametr	Opis
Raster	Raster wejściowy, na którym ma zostać wykonana transformacja Tasseled Cap.

Więcej informacji na temat transformacji Tasseled Cap

Transformacja Tasseled Cap została opracowana w 1976 roku przez R.J. Kautha i G.S. Thomasa z instytutu Environmental Research Institute of Michigan (ERIM). W opublikowanym artykule (Kauth i Thomas, 1976) transformacja ta pozwoliła uzasadnić wzorce znalezione w danych Landsat MSS dotyczących pól uprawnych za pomocą funkcji opisującej cykl życia plonów. Zasadniczo wraz ze wzrostem upraw od momentu zasiewu do osiągnięcia dojrzałości następuje zwiększenie odbicia netto w zakresie bliskiej podczerwieni i zmniejszenie w zakresie czerwieni w zależności od koloru gleby.

W analizie z użyciem teledetekcji często określa się proporcje różnych kombinacji pasm wielospektralnych i przedstawia je na diagramach w celu badania relacji zachodzących między nimi. Transformacja Tasseled Cap to szczególny przypadek analizy komponentów podstawowych, w której transformuje się dane rastrowe do nowego układu współrzędnych z nowym zestawem prostopadłych osi. Oś podstawowa, nazywana jasnością, jest wyprowadzana statystycznie i jest obliczana jako suma ważona współczynników odbicia wszystkich pasm spektralnych. Odpowiada w największym stopniu za zmienność w obrazie. Jasność jest powiązana z glebą pozbawioną roślinności i częściowo nią pokrytą oraz z obiektami utworzonymi przez człowieka i naturalnymi, takimi jak beton, asfalt, żwir, skały i inne odkryte obszary. Drugim komponentem, odpowiadającym osi prostopadłej do pierwszego, jest zieleń powiązana z roślinnością. Natomiast trzeci komponent — wilgoć — jest prostopadły do dwóch pierwszych i jest powiązany z wilgotnością gleby, wodą oraz innymi wilgotnymi lub mokrymi obiektami. W przypadku czujników Landsat MSS trzeci komponent odpowiada rzeczom żółtym, a nie wilgotnym i reprezentuje dojrzałe uprawy gotowe do żniw, takie jak zboża, jak również starzejącą się roślinność.

Pozostałe dodatkowe komponenty odpowiadają szumom obrazu oraz wpływom atmosferycznym, takim jak chmury, mgły, różnice w kącie padania promieni słonecznych itp., które zostały usunięte z trzech pierwszych ważniejszych komponentów. Pierwsze trzy komponenty zobrazowania poddanego transformacji Tasseled Cap zawierają około 97% znaczących informacji dostępnych w rastrze.

Poniżej przedstawiono wyniki działania funkcji Tasseled Cap zastosowanej do przykładowego obrazu.

Obraz	Opis
	To zdjęcie zostało wykonane ze sceny Landsat 5 TM. Scenę uzyskano 11 lutego 2008 roku nad pewnym obszarem stanu Arkansas w USA. Jest to kombinacja pasm w kolorach naturalnych (RGB, pasma 321).
	Jest to kombinacja RGB trzech pierwszych komponentów otrzymanych w wyniku zastosowania funkcji Tasseled Cap. Czerwony = jasność, zielony = zieleń, niebieski = wilgoć.
	Jest to pierwszy komponent — jasność — odzwierciedlający wartości od najniższej do najwyższej przy użyciu skali barw od czerni do bieli.
	Jest to drugi komponent — zieleń — odzwierciedlający wartości od najniższej do najwyższej przy użyciu skali barw od bieli do zieleni.
	Jest to trzeci komponent — wilgoć — odzwierciedlający wartości od najniższej do najwyższej przy użyciu skali barw od bieli do niebieskiego.

Odniesienia

1. Kauth, R.J. and Thomas, G.S. 1976, The Tasselled Cap—A Graphic Description of the Spectral-Temporal Development of Agricultural Crops as Seen by LANDSAT. LARS Symposia, artykuł nr 159.

2. Crist, E.P. and Cicone, R.C., 1984, A physically based transformation of Thematic Mapper data—The TM Tasseled Cap, IEEE Transactions on Geosciences and Remote Sensing, GE-22: 256–263.

3. Huang, C. et al, 2002, Derivation of a tasseled cap transformation based on Landsat 7 at-satellite reflectance. International Journal of Remote Sensing 23: 1741–1748.