【openlayers系统学习】3.4波段数学计算（计算NDVI）

news2024/11/25 16:27:11

四、波段数学计算（计算NDVI）

我们已经看到了如何使用 ol/source/GeoTIFF 源代码来渲染真彩色和假彩色合成。我们通过将缩放的反射率值直接渲染到红色、绿色或蓝色显示通道中的一个来实现这一点。还可以对来自GeoTIFF（或其他数据瓦片源）的反射率值运行计算，并将输出值映射到RGBA颜色值。

ol/layer/WebGLTile 层接受可用于控制源样式渲染的 style 属性。在此示例中，我们将使用数学表达式从前面示例中使用的相同 Sentinel-2 源计算归一化植被指数 (NDVI)。

NDVI 是近红外 (NIR) 和红色之间的差异与近红外和红色反射率值之和的比率。

NDVI = (NIR - RED) / (NIR + RED)

这种归一化差异提供了绿色植被密度或健康状况的指数。通过将近红外和红色反射之间的差异除以它们的和，指数被规范化以抵消亮度或照明的变化。这个想法是，有植被的阳光坡和有植被的阴凉坡应该具有类似的指数。

要渲染 NDVI 值，我们需要将源配置为使用近红外 (B08) 和红色 (B04) 波段。更新您的 main.js 脚本，使源代码如下所示：

const source = new GeoTIFF({
  sources: [
    {
      // red reflectance
      url: 'https://sentinel-cogs.s3.us-west-2.amazonaws.com/sentinel-s2-l2a-cogs/21/H/UB/2021/9/S2B_21HUB_20210915_0_L2A/B04.tif',
      max: 10000,
    },
    {
      // near-infrared reflectance
      url: 'https://sentinel-cogs.s3.us-west-2.amazonaws.com/sentinel-s2-l2a-cogs/21/H/UB/2021/9/S2B_21HUB_20210915_0_L2A/B08.tif',
      max: 10000,
    },
  ],
});

接下来，我们将创建用于根据源的输入波段计算 NDVI 的表达式。将以下变量添加到您的 main.js 中：

// near-infrared is the second band from above
const nir = ['band', 2];

// near-infrared is the first band from above
const red = ['band', 1];

const difference = ['-', nir, red];
const sum = ['+', nir, red];

const ndvi = ['/', difference, sum];

上面的表达式使用以下形式的基于数组的语法： [operator, ...arguments] 。 band 运算符从 sources 列表中访问 ol/source/GeoTIFF 的频段 – 其中第一个配置的频段为 1，第二个为 2，依此类推。 - 、 + 和 / 运算符计算其输入参数的差值、总和和比率。 ndvi 表达式将产生 -1（不太植被）和 1（非常植被）之间的值。下一步是将这些值映射到颜色。这种基于数组的语法在某些情况下可以简化代码逻辑，使操作符和参数的组合更加灵活和易于处理。

ol/layer/WebGLTile 图层的 style 采用 color 属性来确定每个像素的最终输出颜色。我们想要在无植被（棕色）和植被（绿色）NDVI 值之间插入颜色。为此，我们使用 interpolate 运算符，在多个停止值之间应用 linear 插值。

编辑 main.js 使图层定义如下所示：

const layer = new TileLayer({
  source: source,
  style: {
    color: [
      'interpolate',
      ['linear'],
      ndvi,
      -0.2, // ndvi values <= -0.2 will get the color below
      [191, 191, 191],
      0, // ndvi values between -0.2 and 0 will get an interpolated color between the one above and the one below
      [255, 255, 224],
      0.2,
      [145, 191, 82],
      0.4,
      [79, 138, 46],
      0.6,
      [15, 84, 10],
    ],
  },
});

color的表达式详见：https://openlayers.org/en/latest/apidoc/module-ol_expr_expression.html#~ExpressionValue

这里使用的表达式是:['interpolate', interpolation, input, stop1, output1, ...stopN, outputN] 通过在成对的输入和输出之间进行插值来返回值：

interpolation 可以是 ['linear'] 或 ['exponential', base] ，其中 base 是从停止A到停止B的增加速率（即插值比被提高到的幂），值为1等效于 ['linear'] 。
input 和 stopX 值必须都是 number 类型。 outputX 值可以是 number 或 color 值。

注： input 将被箝位在 stop1 和 stopN 之间，这意味着所有输出值将被包括在 output1 和 outputN 之间。