• Indexs: Càlcul d'índexs de vegetació, neu, aigua, etc

Accés a aquest text d'ajuda com a pàgina web: Indexs

Presentació i opcions

Aquesta aplicació permet calcular fàcilment índexs de vegetació i altres índexs d'interès en teledetecció. En cas que l'índex d'interès no estigui disponible en aquest programa, es pot calcular a través de l'aplicació CalcImg. També es pot utilitzar el CalcImg per a reescalar els valors de sortida.

Els índexs són combinacions de bandes espectrals que tenen com a funció realçar la contribució de certes components (típicament la vegetació) observades en la resposta espectral d'una superfície i atenuar la d'altres factors com el sòl, les condicions d'il·luminació o l'atmosfera, els quals poden produir interferències en el senyal radiomètric.

L'ús de quocients i índexs per a discriminar la vegetació i les seves característiques deriva del peculiar comportament radiomètric de la vegetació. L'avantatge que té enfront de l'ús de bandes espectrals individuals és que mostren una major correlació amb paràmetres ecològics i agronòmics com ara la biomassa, l'índex d'àrea foliar (LAI), etc.

Actualment aquest programa té implementats els següents índexs [es poden trobar explicacions més detallades d'ells a l'obra de Pons i Arcalís (2012) consultable a través de les Referències addicionals]:

Índexs de vegetació implementats

DVI (differenced vegetation index, índex de vegetació diferencial):

Índex de vegetació obtingut a partir de la diferència de reflectàncies entre la regió espectral de l'infraroig proper i el vermell d'un sensor.


DVI= 2.4 · ρ_IRp - ρ_R
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell.
Richardson, A.J., Wiegand, C.L. (1977) Distinguishing Vegetation from Soil Background Information. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 43(12):1541-1552. https://www.asprs.org/wp-content/uploads/pers/1977journal/dec/1977_dec_1541-1552.pdf

RVI (ratio vegetation index, índex de vegetació del quocient):

Índex de vegetació obtingut a partir del quocient simple entre la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper i la del vermell, utilitzat per a estimacions de biomassa i índex d'àrea foliar (LAI) des del 1969. Originalment es va anomenar vegetation index number (VIN) (Pearson and Miller 1972).


RVI= ρ_IRp / ρ_R
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R correspon a la reflectància a la regió espectral del vermell.

El RVI pren valors entre 0 i infinit, i els valors més elevats són els que indiquen més cobertura de vegetació. Va ser, juntament amb el GVI (es pot consultar Pons i Arcalís, 2012, per a detalls), un dels primers índexs de vegetació proposats.

Pearson, R.L., Miller, L.D. (1972) Remote mapping of standing crop biomass for estimation of the productivity of the shortgrass prairie, Pawnee National Grasslands, Colorado. Proceedings of the 8th International Symposium on Remote Sensing of the Environment II:1355-1379.

NDVI (normalized difference vegetation index, índex de vegetació de diferència normalitzada):

Índex de vegetació emprat en la mesura del vigor de la vegetació a partir de la reflectància en la regió espectral del vermell i de l'infraroig proper. Aquest índex de vegetació ha estat el més usat en teledetecció durant les últimes dècades. Fou emprat per primer cop per Kriegler et al. (1969) i desenvolupat per Rouse et al. (1973) a partir de l'anàlisi de dades de Landsat-MSS. Van trobar que, encara que el quocient simple (RVI) podia ser usat com a mesura relativa de verdor, la localització i desviacions cícliques podien introduir un important error. D'aquesta manera defineixen l'índex de vegetació de diferència normalitzada com:


NDVI= (ρ_IRp - ρ_R) / (ρ_IRp + ρ_R)on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell.

Un aspecte interessant d'aquest índex enfront del quocient simple és que pren valors entre -1 i 1 sempre que les variables s'expressin en les mateixes "unitats" (de fet, en el mateix rang de variació), la qual cosa facilita notablement la seva interpretació.

Aquest índex ha estat usat per estimar un gran nombre de variables: l'índex d'àrea foliar (LAI), el flux net de CO₂, la radiació fotosintèticament activa absorbida per la planta (APAR), la productivitat neta de la vegetació, el contingut de clorofil·la, la dinàmica fenològica, l'evapotranspiració potencial, la quantitat de pluja rebuda per la coberta vegetal, etc. Les aplicacions més habituals són: seguiment de les condicions de la coberta vegetal a escala global, estudis de desforestació, desertització, detecció d'incendis, caracterització de biomes a escala global i prevenció de sequera i risc d'incendis forestals a partir de l'anàlisi de sèries multitemporals.

Kriegler, F.J., Malila, W.A., Nalepka, R.F., Richardson, W. (1969) Preprocessing transformations and their effects on multispectral recognition. Proceedings of the Sixth International Symposium on Remote Sensing of Environment, 97-131.

Rouse, J.W., Haas, R.H., Schell, J.A., Deering, D.W. (1973) Monitoring vegetation systems in the great plains with ERTS. Third ERT Symposium, NASA SP-351, I:309-317.https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19740022614/downloads/19740022614.pdf

Rouse, J.W., Haas, R.H., Deering, D.W., Schell, J.A. (1973) Monitoring the vernal advancement and retrogradation (green wave effect) of natural vegetation. NASA/GSFCT Type II Report. Remote Sensing Center, Texas A&M University, Greenbelt, Maryland. Page 76. https://core.ac.uk/download/pdf/80640125.pdf

TVI (transformed vegetation index, índex de vegetació transformat):

Índex de vegetació creat a partir d'una transformació del NDVI que evita treballar amb valors negatius.


TVI= √(NDVI + 0.5)
on:
NDVI és l'índex de vegetació de diferència normalitzada. En la implementació del MiraMon, els valors de NDVI en el rang [-1,0.5] s'assignen a 0.
Rouse, J.W., Haas, R.H., Schell, J.A., Deering, D.W. (1973) Monitoring vegetation systems in the great plains with ERTS. Third ERT Symposium, NASA SP-351, I:309-317.https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19740022614/downloads/19740022614.pdf

Rouse, J.W., Haas, R.H., Deering, D.W., Schell, J.A. (1973) Monitoring the vernal advancement and retrogradation (green wave effect) of natural vegetation. NASA/GSFCT Type II Report. Remote Sensing Center, Texas A&M University, Greenbelt, Maryland. Page 76. https://core.ac.uk/download/pdf/80640125.pdf

PVI (perpendicular vegetation index, índex de vegetació perpendicular):

Índex de vegetació basat en el fet que la reflectància en l'IRp i el vermell varien conjuntament, i en sentit contrari, amb l'augment de la densitat de la vegetació, i que aquestes variacions comporten que un punt situat sobre la línia de base del sòl en què s'incrementi la quantitat de vegetació se separi de la línia en sentit ascendent i cap a l'esquerra.


PVI= (ρ_IRp - γ·ρ_R - δ) / √(γ² + 1)
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell
γ i δ són el pendent i l'ordenada en l'origen, respectivament, de la línia de base del sòl.

El resultat pot prendre valors molt diversos, i, per tant, és difícil establir-ne uns marges concrets, si bé com a aproximació pot dir-se que valors de PVI negatius corresponen a zones d'aigua, valors de PVI a l'entorn de zero corresponen a sòls nus i valors de PVI positius corresponen a zones de vegetació activa.

Algunes limitacions d'aquest índex són el fet que pot variar en funció de la geometria d'observació i que és sensible a la dispersió atmosfèrica.

Richardson, A.J., Wiegand, C.L. (1977) Distinguishing Vegetation from Soil Background Information. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 43(12):1541-1552. https://www.asprs.org/wp-content/uploads/pers/1977journal/dec/1977_dec_1541-1552.pdf

WDVI (weighted difference vegetation index, índex de vegetació de diferència ponderada):

Índex de vegetació que modula la resposta de l'índex NDII (es pot consultar Pons i Arcalís, 2012, per a detalls).


WDVI= ρ_IRp - γ·ρ_R
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell
γ és el pendent de la línia de base del sòl.

El resultat pot prendre valors molt diversos, i, per tant, és difícil establir-ne uns marges concrets, si bé com a aproximació pot dir-se que valors del WDVI negatius corresponen a zones d'aigua, valors a l'entorn de zero corresponen a sòl nu i valors positius corresponen a vegetació activa, augmentant el vigor de la vegetació com més gran és el valor obtingut.

Clevers, J.G.P.W. (1989) Application of a weighted infrared-red vegetation index for estimating leaf Area Index by Correcting for Soil Moisture. Remote Sensing of Environment, 29(1):25-37. https://doi.org/10.1016/0034-4257(89)90076-X

SAVI (soil adjusted vegetation index, índex de vegetació ajustat al sòl):

Índex que pretén minimitzar l'efecte del sòl en el resultat del càlcul dels índexs de vegetació anteriorment explicats, especialment en superfícies parcialment recobertes (zones seques i àrides).


SAVI= (1 + L) · (ρ_IRp - ρ_R) / (ρ_IRp + ρ_R + L)
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell
L és una constant d'ajust de la influència del sòl que depèn de la cobertura de vegetació i que pot prendre un valor comprès entre 0 i 1. Sovint es pren L = 0 per a zones amb densitat de vegetació molt alta, L = 0.5 per a zones amb densitat de vegetació intermèdia i L = 1 per a zones amb molt poc recobriment vegetal. Quan L = 0, el SAVI és exactament igual al NDVI.

El SAVI presenta valors compresos entre -1 i 1. Valors del SAVI negatius corresponen a zones amb molt baixa coberta de vegetació, amb valors propers a -1 quan es tracta de sòls nus o aigua, mentre que valors positius corresponen a zones amb vegetació activa, augmentant el vigor de la vegetació com més proper a 1 és el valor obtingut.

Huete, A.R. (1988) A soil-adjusted vegetation index (SAVI). Remote Sensing of Environment, 25(3):295-309. https://doi.org/10.1016/0034-4257(88)90106-X

TSAVI (transformed soil adjusted vegetation index, índex de vegetació transformat ajustat al sòl):

Variació de l'índex SAVI per contemplar efecte de la brillantor del sòl.


TSAVI= γ · (ρ_IRp - γ · ρ_R - δ) / [ρ_R + γ · ρ_IRp - γ · δ + κ · (1 + γ²)]
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell
γ i δ són el pendent i l'ordenada en l'origen, respectivament, de la línia de base del sòl
κ representa un factor d'ajustament per a minimitzar l'efecte del sòl, que els autors recomanen aplicar amb valor de 0.08.

El TSAVI pren valors entre 0 i 1. Valors de TSAVI propers a zero corresponen al sòl nu i valors propers a 1 (en general superiors a 0.70) corresponen a zones amb vegetació activa.

Aquest índex és molt indicat per a regions semiàrides, on la humitat del sòl i la cobertura de vegetació són molt baixes.

Baret, E., Guyot, G., Major, D. J. (1989) A vegetation index which minimizes soil brightness effects on LAI and APAR estimation. Proceedings of the 12th Canadian Symposium on Remote Sensing, Vancouver, Canada, 1355-1358. https://doi.org/10.1109/IGARSS.1989.576128

Baret, E., Guyot, G. (1991) Potentials and limits of vegetation indices for LAI and APAR assessment. Remote Sensing of Environment, 35:161-173. https://doi.org/10.1016/0034-4257(91)90009-U

MSAVI-1 (modified soil adjusted vegetation index - 1, índex de vegetació ajustat al sòl modificat - 1):

Variació de l'índex SAVI, amb un factor d'ajustament L que no és constant, sinó que és una funció que varia inversament amb la presència de vegetació.


MSAVI= (1 + L) · (ρ_IRp - ρ_R) / (ρ_IRp + ρ_R + L)
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell
L és un paràmetre d'ajust de la influència del sòl, factor que alhora depèn de γ, que és el pendent de la línia de base del sòl, del NDVI i del WDVI:
L = 1 - 2 · γ · NDVI · WDVI
L pot prendre valors compresos entre 0 i 1. Valors propers a 0 corresponen a zones amb densitat de vegetació alta, mentre que valors propers a 1 corresponen a zones amb molt poc recobriment vegetal. Quan L = 0, el MSAVI-1 és exactament igual al NDVI.

El MSAVI-1 pren valors compresos entre -1 i 1. Valors del MSAVI-1 negatius corresponen a zones amb molt baixa cobertura de vegetació, amb valors propers a -1 quan es tracta de sòl nus, mentre que valors positius corresponen a zones amb vegetació activa, augmentant el vigor de la vegetació com més proper a 1 és el valor obtingut.

Qi, J., Chehbouni, A., Huete, A.R., Kerr, Y.H., Sorooshian, S. (1994). A modified soil adjusted vegetation index. Remote Sensing of Environment, 48:119-126. https://doi.org/10.1016/0034-4257(94)90134-1

MSAVI-2 (modified soil adjusted vegetation index - 2, índex de vegetació ajustat al sòl modificat - 2):

Variació de l'índex SAVI.


MSAVI-2= (2 · ρ_IRp + 1 - √[(2 · ρ_IRp + 1)² - 8 (ρ_IRp - ρ_R)])/2
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell.

El resultat pot prendre valors molt diversos i, per tant, és difícil establir-ne uns marges concrets, si bé com a aproximació pot dir-se que el MSAVI-2 pren valors negatius en zones amb una cobertura de vegetació molt baixa i positius en zones amb vegetació activa, augmentant el vigor de la vegetació com més proper a 1 és el valor obtingut.

Qi, J., Chehbouni, A., Huete, A.R., Kerr, Y.H., Sorooshian, S. (1994). A modified soil adjusted vegetation index. Remote Sensing of Environment, 48:119-126. https://doi.org/10.1016/0034-4257(94)90134-1

TWVI (two-axis adjusted vegetation index, índex de vegetació ajustat a dos eixos):

Índex de vegetació que millora alguns aspectes de l'índex PVI i del SAVI a partir d'estudiar la complexitat de la línia de base del sòl, sobretot quan la distància D entre un píxel de sòl sense vegetació i la línia de base del sòl és gran.


TWVI= (1 + L)·[(ρ_IRp - ρ_R - Δ) / (ρ_IRp + ρ_R + L)]
on:
Δ= √ 2 · e^(-K·LAI)· D
i:
D= (ρ_{IRp_sòl} - γ · ρ_{R_sòl} - δ) / √ (1 + γ²)
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell
ρ_{IRp_sòl} és la reflectància del sòl a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_{R_sòl} és la reflectància del sòl a la regió espectral del vermell
γ i δ són el pendent i l'ordenada en l'origen, respectivament, de la línia de base del sòl,
L és una constant d'ajust de la influència del sòl que pot prendre un valor entre 0 i 1. Un valor proper a 0 correspon a zones amb densitat de vegetació alta, mentre que un valor proper a 1 correspon a zones amb molt poc recobriment vegetal,
K és un coeficient d'extinció relacionat amb l'angle de distribució de les fulles,
LAI és l'índex d'àrea foliar.

El TWVI requereix coneixements preliminars de l'àrea d'estudi, en particular del LAI i de les reflectàncies del sòl.

Xia, L. (1994) A two-axis adjusted vegetation index (TWVI). International Journal of Remote Sensing, 15(7):1447-1458. https://doi.org/10.1080/01431169408954176

ARVI (atmospherically resistant vegetation index, índex de vegetació atmosfèricament resistent):

Índex de vegetació obtingut a partir de la millora del NDVI davant l'efecte de l'absorció i dispersió atmosfèrica. Proposa substituir la banda vermella per una banda vermella-blava, que té en compte els diferents efectes atmosfèrics en aquestes dues regions espectrals. Aquests efectes s'accentuen en els píxels més allunyats del nadir i en el cas d'observacions obliqües, com succeeix en els extrems laterals de les imatges dels sensors MODIS i en d'altres sensors amb un gran FOV.


ARVI= (ρ_IRp - ρ_RB) / (ρ_IRp + ρ_RB)
on:
ρ_IRp és la reflectància aparent (sostre de l'atmosfera) a la regió espectral de l'IRp
ρ_RB és la reflectància aparent en la banda combinada de les bandes vermella i blava, d'acord amb la fórmula:
ρ_RB= ρ_R - η·(ρ_B - ρ_R)

on:
ρ_R és la reflectància aparent a la regió espectral del vermell
ρ_B és la reflectància aparent a la regió espectral del blau
η (eta, escrit γ en l'article original) és un corrector atmosfèric que quan val 0 fa que l'ARVI sigui igual al NDVI; la investigació original de Kaufman i Tanré (1992) va demostrar que η = 1 és un compromís adequat per a la majoria de les aplicacions de teledetecció terrestres, especialment aquelles centrades en la vegetació en atmosferes amb partícules d'aerosols de grandàries petites i moderades (per exemple, aerosols antropogènics i fum) i en ambients amb partícules grans, però molt secs (Sahel), i que valors propers a 2 no són adequats.

Aquest índex pren valors compresos entre -1 i 1. Valors negatius de l'índex corresponen a zones d'aigua, valors propers a zero corresponen al sòl nu i valors positius corresponen a zones de vegetació, augmentant el vigor de la vegetació com més proper a 1 és el valor obtingut.

Optativament, és possible indicar el tractament dels píxels de la banda RB calculada durant el procés quan aquests són fora del rang [0,1]. El tractament pot ser "Assignar sensedades" (valor per defecte, que pot ser explicitat amb /RB_CRITERI=ND a la línia de comanda), "Acotar entre [0,1]" (indicat amb /RB_CRITERI=LIM a la línia de comanda), "Permetre càlcul lliure" (indicat amb /RB_CRITERI=IGNOR a la línia de comanda).

També és possible indicar el tractament dels píxels quan l'índex obtingut és fora del rang [-1,1]. El tractament pot ser "Assignar sensedades" (valor per defecte, que pot ser explicitat amb /IDX_CRITERI=ND a la línia de comanda), "Acotar entre [0,1]" (indicat amb /IDX_CRITERI=LIM a la línia de comanda), "Permetre càlcul lliure" (indicat amb /IDX_CRITERI=IGNOR a la línia de comanda).

Important: aquest índex, pel fet que treballa amb reflectàncies aparents (o fins i tot en radiàncies aparents), no s'ha d'aplicar a imatges que han estat corregides radiomètricament per tal d'obtenir reflectàncies a nivell d'objecte (a la part inferior de l'atmosfera).

Kaufman, Y.J., Tanré, D. (1992) Atmospherically resistant vegetation index (ARVI) for EOS-MODIS. IEEE Trans. on Geosciences and Remote Sensing, 30(2):261-270. https://doi.org/10.1109/36.134076

SARVI (soil adjusted and atmospherically resistant vegetation index, índex de vegetació ajustat al sòl i atmosfèricament resistent):

Índex de vegetació que corregeix la radiància del vermell per efecte dels aerosols incorporant la banda del blau, i introdueix una altra correcció per a minimitzar l'aportació del sòl. És una combinació dels índexs ARVI i SAVI.


SARVI= (1 + L) · (ρ_IRp - ρ_RB) / (ρ_IRp + ρ_RB + L)
on:
ρ_IRp és la reflectància aparent (sostre de l'atmosfera) a la regió espectral de l'IRp
ρ_RB és la reflectància aparent en la banda combinada de les bandes vermella i blava, d'acord amb la fórmula:
ρ_RB= ρ_R - η·(ρ_B- ρ_R)

on:
ρ_R és la reflectància aparent a la regió espectral del vermell
ρ_B és la reflectància aparent a la regió espectral del blau
η (eta, escrit γ en l'article original) és un corrector atmosfèric que quan val 0 fa que l'ARVI sigui igual al NDVI; la investigació original de Kaufman i Tanré (1992) va demostrar que η = 1 és un compromís adequat per a la majoria de les aplicacions de teledetecció terrestres, especialment aquelles centrades en la vegetació en atmosferes amb partícules d'aerosols de grandàries petites i moderades (per exemple, aerosols antropogènics i fum) i en ambients amb partícules grans, però molt secs (Sahel) i que valors propers a 2 no són adequats.

L és una constant d'ajust de la influència del sòl que depèn de la cobertura de vegetació i que pot prendre un valor comprès entre 0 i 1. Sovint es pren L = 0 per a zones amb densitat de vegetació molt alta, L = 0.5 per a zones amb densitat intermèdia i L = 1 per a zones amb molt poc recobriment vegetal. Quan L = 0, el SARVI és exactament igual a l'ARVI.

Aquest índex pren valors compresos entre -1 i 1. Valors negatius de l'índex corresponen a zones d'aigua, valors propers a zero corresponen al sòl nu i valors positius corresponen a zones de vegetació, augmentant el vigor de la vegetació com més proper a 1 és el valor obtingut.

Optativament, és possible indicar el tractament dels píxels de la banda RB calculada durant el procés quan aquests són fora del rang [0,1]. El tractament pot ser "Assignar sensedades" (valor per defecte, que pot ser explicitat amb /RB_CRITERI=ND a la línia de comanda), "Acotar entre [0,1]" (indicat amb /RB_CRITERI=LIM a la línia de comanda), "Permetre càlcul lliure" (indicat amb /RB_CRITERI=IGNOR a la línia de comanda).

També és possible indicar el tractament dels píxels quan l'índex obtingut és fora del rang [-1,1]. El tractament pot ser "Assignar sensedades" (valor per defecte, que pot ser explicitat amb /IDX_CRITERI=ND a la línia de comanda), "Acotar entre [0,1]" (indicat amb /IDX_CRITERI=LIM a la línia de comanda), "Permetre càlcul lliure" (indicat amb /IDX_CRITERI=IGNOR a la línia de comanda).

Important: aquest índex, pel fet que treballa amb reflectàncies aparents (o fins i tot en radiàncies aparents), no s'ha d'aplicar a imatges que han estat corregides radiomètricament per tal d'obtenir reflectàncies a nivell d'objecte (a la part inferior de l'atmosfera).

Kaufman, Y.J., Tanré, D. (1992) Atmospherically resistant vegetation index (ARVI) for EOS-MODIS. IEEE Trans. on Geosciences and Remote Sensing, 30(2):261-270. https://doi.org/10.1109/36.134076

TSARVI (transformed soil atmospherically resistant vegetation index, índex transformat de sòl-vegetació atmosfèricament resistent):

Aquest índex és una variant de l'índex SARVI que considera l'efecte de la brillantor del sòl.


TSARVI= γ_RB·(ρ_IRp - γ_RB · ρ_RB - δ_RB) / [γ_RB· ρ_IRp + ρ_RB - γ_RB · δ_RB + κ·(1 + γ_RB²)]
on:
ρ_IRp és la reflectància aparent (sostre de l'atmosfera) a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_RB és la reflectància aparent en la banda combinada de les bandes vermella i blava, d'acord amb la fórmula:
ρ_RB= ρ_R - η·(ρ_B- ρ_R)

on:
ρ_R és la reflectància aparent a la regió espectral del vermell
ρ_B és la reflectància aparent a la regió espectral del blau
η (eta, escrit γ en l'article original) és un corrector atmosfèric que quan val 0 fa que l'ARVI sigui igual al NDVI; la investigació original de Kaufman i Tanré (1992) va demostrar que η = 1 és un compromís adequat per a la majoria de les aplicacions de teledetecció terrestres, especialment aquelles centrades en la vegetació en atmosferes amb partícules d'aerosols de grandàries petites i moderades (per exemple, aerosols antropogènics i fum) i en ambients amb partícules grans, però molt secs (Sahel) i que valors propers a 2 no són adequats.

γ_RB i δ_RB són, respectivament, el pendent i l'ordenada en l'origen de la línia de base del sòl en l'espai espectral vermell-blau i de l'IRp, definida per:
ρ_IRp = γ_RB · ρ_RB + δ_RB
Nota: el paràmetre γ del TSARVI no és el paràmetre η que es fa servir per a calcular la banda RB en l'ARVI, SARVI i TSARVI.
κ representa un factor d'ajustament per a minimitzar el soroll del sòl, que els autors recomanen aplicar amb valor de κ = 0.08.

Aquest índex pren valors compresos entre -1 i 1. Valors negatius de l'índex corresponen a zones d'aigua, valors propers a zero corresponen al sòl nu i valors positius corresponen a zones de vegetació, augmentant el vigor de la vegetació com més proper a 1 és el valor obtingut.

Optativament, és possible indicar el tractament dels píxels de la banda RB calculada durant el procés quan aquests són fora del rang [0,1]. El tractament pot ser "Assignar sensedades" (valor per defecte, que pot ser explicitat amb /RB_CRITERI=ND a la línia de comanda), "Acotar entre [0,1]" (indicat amb /RB_CRITERI=LIM a la línia de comanda), "Permetre càlcul lliure" (indicat amb /RB_CRITERI=IGNOR a la línia de comanda).

També és possible indicar el tractament dels píxels quan l'índex obtingut és fora del rang [-1,1]. El tractament pot ser "Assignar sensedades" (valor per defecte, que pot ser explicitat amb /IDX_CRITERI=ND a la línia de comanda), "Acotar entre [0,1]" (indicat amb /IDX_CRITERI=LIM a la línia de comanda), "Permetre càlcul lliure" (indicat amb /IDX_CRITERI=IGNOR a la línia de comanda).

Important: aquest índex, pel fet que treballa amb reflectàncies aparents (o fins i tot en radiàncies aparents), no s'ha d'aplicar a imatges que han estat corregides radiomètricament per tal d'obtenir reflectàncies a nivell d'objecte (a la part inferior de l'atmosfera).

Bannari, A., Morin, D., He, D.C. (1994) High spatial and spectral resolution remote sensing for the management of the urban environment. First International Airborne Remote Sensing Conference and Exhibition, Strasbourg, France, III:247-260.

AVI (angular vegetation index, índex de vegetació angular):

Índex de vegetació basat en l'angle definit entre les reflectàncies a 555 nm, 670 nm i 870 nm corresponents a les regions espectrals del verd, el vermell i l'IRp, respectivament, del sensor IRR de l'instrument ATSR-2 de l'ERS-2, que caracteritza l'absorció de la clorofil·la, per a normalitzar els efectes dels sòls i de l'atmosfera i mantenir la sensibilitat amb les propietats de la vegetació.


AVI= 2 · (π - (a₁ + a₂)) / π
on:a₁= tan^-1 [((λ_IRp - λ_R) / λ_R) / (ρ_IRp - ρ_R)]
a₂= tan^-1 [((λ_R - λ_V) / λ_R) / (ρ_V - ρ_R)]
on:
λ_V, λ_R i λ_IRp corresponen als centres de les regions espectrals del verd, el vermell i l'infraroig proper, respectivament, que s'obtenen de les metadades
ρ_V, ρ_R i ρ_IRp corresponen a les reflectàncies a les regions espectrals del verd, el vermell i l'infraroig proper, respectivament.
La funció tan^-1 retorna l'angle en radians. Segons els autors, les dades resulten escalades entre 0 i 1.
Plummer, S.E., North, P.R., Briggs, S.A. (1994) The angular vegetation index: an atmospherically resistant index for the second along track scanning radiometer (ATSR-2). Proceedings of the Sixth International Symposium Physical Measurements and Signatures in Remote Sensing, 717-722, Val d'Isère, France.

GEMI (global environment monitoring index, índex de seguiment global del medi ambient):

Índex proposat per imatges del sensor AVHRR de NOAA a fi i efecte de tenir un coneixement global de la vegetació a tot el planeta. És un índex no lineal que minimitza l'efecte del sòl i de l'atmosfera.


GEMI= η · (1 - 0.25·η) - (ρ_R - 0.125) / (1 - ρ_R)
on:
η= [2· (ρ²_IRp - ρ²_R) + 1.5 · ρ_IRp + 0.5· ρ_R] / (ρ_IRp + ρ_R + 0.5)
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell.
Pinty, B., Verstraete, M.M. (1992) GEMI: a non-linear index to monitor global vegetation from satellites. Vegetatio, 101:15-20. https://doi.org/10.1007/BF00031911

NDWI-MF (normalized difference water index - McFeeters, índex d'aigua de diferència normalitzada - McFeeters):

El NDWI el va proposar McFeeters (1996) per delinear les masses d'aigua oberta com llacs i embassaments i millorar la seva detecció en imatges de satèl·lit.


NDWI-MF= (ρ_V - ρ_IRp) / (ρ_V + ρ_IRp)
on:
ρ_V és la reflectància a la regió espectral del verd
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper.

Amb aquest índex les superfícies d'aigua tenen valors positius, mentre que la superfície de la terra i de la vegetació tenen valors 0 o negatius.

Aquest índex correspon al NDWI¹ del Diccionari terminològic de teledetecció de Pons i Arcalís (2012).

McFeeters, S.K. (1996) The use of the normalized difference water index (NDWI) in the delineation of open water features. International Journal of Remote Sensing, 17:1425-1432. https://doi.org/10.1080/01431169608948714

NDWI-OT (normalized difference water index - Ouma & Tateishi, índex d'aigua de diferència normalitzada - Ouma & Tateishi):

L'índex NDWI-OT és una altra de les molt diverses aproximacions a índexs per a delimitació de masses d'aigua, en aquest cas una emprada per Ouma & Tateishi (2006) com a part d'una aproximació anomenada WI. En concret el NDWI-OT (que en la terminologia dels autors s'anomena NDWI₃), usa les bandes de l'IRoc i l'IRp (bandes 5 i 4 dels sensors TM/ETM+) per a delimitar la línia de costa de les masses d'aigua de manera ràpida.


NDWI-OT= (ρ_IRoc - ρ_IRp) / (ρ_IRoc + ρ_IRp)
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_IRoc és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig d'ona curta.
Ouma, Y.O., Tateishi, R. (2006) A water index for rapid mapping of shoreline changes of five East African Rift Valley lakes: an empirical analysis using Landsat TM and ETM+ data. International Journal of Remote Sensing, 27:3153-3181. https://doi.org/10.1080/01431160500309934

EVI (enhanced vegetation index, índex de vegetació millorat):

L'índex EVI obté resposta de les variacions estructurals del dosser vegetal i inclou l'índex d'àrea foliar (LAI), tipus i arquitectura del dosser, etc. L'índex EVI va ser desenvolupat per optimitzar el senyal de la vegetació amb sensibilitat millorada per altes densitats de biomassa. Aquesta optimització s'assoleix en separar el senyal provinent de la vegetació del de la influència atmosfèrica.


EVI= G · (ρ_IRp - ρ_R) / (ρ_IRp + C₁ · ρ_R - C₂ · ρ_B + L)
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell
ρ_B és la reflectància a la regió espectral del blau
C₁ i C₂ són dos coeficients de correcció dels efectes de dispersió atmosfèrica dels aerosols, generalment emprats amb valors de C₁=6 i C₂=7.5
L és una constant d'ajust de la influència del sòl, generalment emprat amb valor L = 1
G és un factor de guany (gain factor), inicialment establert amb valor de G=2.0 (Huete et al., 1999), però posteriorment generalment emprat amb valor de G=2.5 (Huete et al., 2002; Glenn et al., 2008).·Si es desitja obtenir l'índex calculat amb un valor de G=2.0 es pot multiplicar el ràster resultant per 2/2.5, o per 0.8.

Aquest índex pren valors entre 0 i 1, més propers a 1 com més gran sigui el vigor de la vegetació.

A partir de l'any 2000, i després del llançament dels dos sensors MODIS als satèl·lits Terra i Aqua, l'EVI ha estat adoptat com un producte estàndard de la NASA i s'ha fet molt popular entre els seus usuaris per la seva capacitat d'eliminar el soroll de fons, així com la saturació, problema característic del NDVI en zones d'alta densitat de vegetació.

Glenn, E., Huete, A.R., Nagler, P., Nelson, S. (2008) Relationship Between Remotely-sensed Vegetation Indices, Canopy Attributes and Plant Physiological Processes: What Vegetation Indices Can and Cannot Tell Us About the Landscape. Sensors, 8(4):2136-2160. https://doi.org/10.3390/s8042136

Huete, A.R, Justice, C., van Leeuwen, W. (1999) MODIS Vegetation Index (MOD 13) Algorithm Theoretical Basis Document, Version 3. https://modis.gsfc.nasa.gov/data/atbd/atbd_mod13.pdf

Huete, A.R, Didan, K., Miura, T., Rodriquez, E., Gao, X., Ferreira, L. (2002) Overview of the radiometric and biophysical performance of the MODIS vegetation indices. Remote Sensing of Environment, 83:195?213. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(02)00096-2

AFRI2.1 (aerosol free vegetation index 2.1, índex de vegetació lliure d'aerosols 2.1):

L'índex AFRI_2.1 es desenvolupa a partir del NDVI, emprant la banda de l'infraroig d'ona curta (IRoc), de 2.1 µm, en comptes de la del vermell per a reduir els efectes dels aerosols. Es proposa amb la banda ρ_2.1 del MODIS i la banda de l'infraroig proper, ρ_IRp.


AFRI_2.1= (ρ_IRp - 0.5 · ρ_2.1) / (ρ_IRp + 0.5 · ρ_2.1)
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_2.1 és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig d'ona curta, de 2.1 µm, del MODIS.

L'avantatge de l'índex AFRI es basa en la capacitat de les bandes de l'IRoc de penetrar en la columna atmosfèrica, fins i tot amb presència de fum i sulfats. Per tant aquests índexs permeten avaluacions de la vegetació en presència de fum, pol·lució antròpica o erupcions volcàniques. En condicions de cel clar, amb baixa influència atmosfèrica, aquest índex està altament correlacionat amb el NDVI.

Karnieli, A., Kaufman, Y.J., Remer, L., Wald, A. (2001) AFRI Aerosol free vegetation index. Remote Sensing of Environment, 77(1):10-21. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(01)00190-0

AFRI1.6 (aerosol free vegetation index 1.6, índex de vegetació lliure d'aerosols 1.6):

L'índex AFRI_1.6 es desenvolupa a partir del NDVI, emprant les bandes de l'infraroig d'ona curta (IRoc), de 1.6 µm, en comptes de la del vermell per a reduir els efectes dels aerosols. Es proposa amb la banda ρ_1.6 del MODIS i la banda de l'infraroig proper, ρ_IRp.


AFRI_1.6= (ρ_IRp - 0.66 · ρ_1.6) / (ρ_IRp + 0.66 · ρ_1.6)
on:
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper
ρ_1.6 és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig d'ona curta, de 1.6 µm, del MODIS.

L'avantatge dels índexs AFRI es basa en la capacitat de les bandes de l'IRoc de penetrar en la columna atmosfèrica, fins i tot amb presència de fum i sulfats. Per tant aquests índexs permeten avaluacions de la vegetació en presència de fum, pol·lució antròpica o erupcions volcàniques. En condicions de cel clar, amb baixa influència atmosfèrica, aquest índex està altament correlacionat amb el NDVI.

Karnieli, A., Kaufman, Y.J., Remer, L., Wald, A. (2001) AFRI Aerosol free vegetation index. Remote Sensing of Environment, 77(1):10-21. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(01)00190-0

PRI (photochemical reflectance index, índex de reflectància fotoquímica):

El PRI és un índex d'eficiència fotosintètica de la vegetació útil en l'estimació del balanç de carboni en els ecosistemes mediterranis.


PRI= (ρ₅₃₁ - ρ₅₇₀) / (ρ₅₃₁ + ρ₅₇₀)
on:
ρ₅₃₁ i ρ₅₇₀ corresponen a les reflectàncies en les longituds d'ona 531 nm i 570 nm, respectivament. Aquestes longituds d'ona es poden veure lleugerament modificades en funció del sensor, l'espècie, etc.

En efecte, el bosc mediterrani perennifoli presenta una estacionalitat molt baixa en índexs de vegetació com ara el NDVI o l'EVI, malgrat tenir una gran estacionalitat de la fixació del carboni. En aquests casos, el PRI permet detectar quina part de la capacitat de fixació del carboni s'ha fet efectiva.

El PRI està relacionat amb l'ús de la radiació, amb valors compresos entre -1 i 1, creixents quan s'incrementa l'eficiència fotosintètica.

Gamon, J., Peñuelas, J., Field, C. (1992) A narrow-waveband spectral index that tracks diurnal changes in photosynthetic efficiency. Remote Sensing of Environment, 41:35-44. https://doi.org/10.1016/0034-4257(92)90059-S

NDSI (normalized difference snow index, índex de neu de diferència normalitzada):

Índex que permet la detecció de la coberta nival.


NDSI= (ρ_V - ρ_IRoc) / (ρ_V + ρ_IRoc)
on:
ρ_V i ρ_IRoc corresponen a les reflectàncies en la regió espectral del verd i de l'IRoc, respectivament, ja que la neu és molt reflexiva en el visible i, en canvi, absorbent a l'infraroig d'ona curta. En el cas de dades del sensor TM s'utilitza com a IRoc la banda 5.

Valors del NDSI superiors a 0.4 corresponen habitualment a zones amb coberta nival, tot i que sovint cal ajustar el valor en funció de la imatge per a reduir els errors d'omissió i de comissió.

Diversos autors recomanen aplicar màscares en zones d'ombres i de llacs per a evitar la confusió amb àrees innivades.

Dozier, J. (1989) Spectral signature of alpine snow cover from the Landsat Thematic Mapper. Remote Sensing of Environment, 28:9-22. https://doi.org/10.1016/0034-4257(89)90101-6

BI (brightness index, índex de brillantor):

Índex emprat en l'estudi de les condicions dels sòls (color, humitat i estructura), especialment en les regions àrides i semiàrides.


BI= √(ρ²_R + ρ²_IRp)
on:
ρ_R és la reflectància a la regió espectral del vermell
ρ_IRp és la reflectància a la regió espectral de l'infraroig proper.

Com que no es tracta d'un índex normalitzat, el resultat no està acotat superiorment per cap constant. Valors alts del BI indiquen una reflectància més elevada, situació que correspon a sòls secs, descoberts i de color clar.

L'ús d'aquest índex està recollit a la pàgina 81 de la tesi doctoral de:

Rapinel, S. (2012) Contribution de la télédétection à l'évaluation des fonctions des zones humides: de l'observation à la modélisation prospective. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00731169/document.

Existeix un altre índex amb la mateixa denominació però amb una altra formulació (pàg. 27 del text imprès), on s'afegeix a la suma el quadrat de la reflectància en la banda del verd:

Escadafal, R., Bacha, S. (1995) Strategy for the Dynamic Study of Desertification. Proceedings of the ISSS International Symposium, Ouagadougou, Burkina Faso, 6-10:19-34. https://horizon.documentation.ird.fr/exl-doc/pleins_textes/pleins_textes_6/colloques2/010008392.pdf

Finalment, s'utilitza una formulació similar (equació 2), però amb les bandes del verd i el vermell, segurament menys informativa per l'alta correlació habitual entre aquestes bandes, en el treball de:

Marques, M.J., Alvarez, A., Carral, P., Sastre, B., Bienes, R. (2020) The use of remote sensing to detect the consequences of erosion in gypsiferous soils Water Conservation Research, 8:383-392. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2020.10.001.

Nota: Se sol atribuir referències a aquest índex que són errònies o que usen en realitat altres aproximacions (combinacions lineals com la brillantor de la transformació Tasseled Cap, etc). Per tal d'evitar confusions i pèrdues de temps als usuaris del MiraMon, a continuació es dona una referència que NO té a veure amb l'índex 24 que està implementat en aquesta aplicació:

Escadafal, R., Belghith, A., Ben Moussa, H. (1994) Indices spectraux pour la dégradation des milieux naturels en Tunisie aride. 6ème Symposium International Mesures Physiques et Signatures en Télédétection. ISPRS-CNES https://horizon.documentation.ird.fr/exl-doc/pleins_textes/pleins_textes_5/b_fdi_20-21/26946.pdf [aquesta pàgina conté una fórmula sense sentit i, a més, dóna una referència que tampoc no està relacionada].

NDWI-Chen (normalized difference water index [vegetation moisture] - Chen, Huang, Jackson, índex d'aigua de diferència normalitzada [humitat de la vegetació] - Chen, Huang, Jackson):

Índex proposat per Chen i col·laboradors el 2005 per a determinar el contingut d'aigua en la vegetació amb dades del sensor MODIS. Es basa en l'absorció de l'aigua en l'IRoc:


NDWI-Chen= (ρ_IRp - ρ_IRoc) / (ρ_IRp + ρ_IRoc)
on:
ρ_IRp i ρ_IRoc corresponen a la reflectància en la regió espectral centrada a 858 nm i 1640 (o 2130) nm, respectivament; formulat així, el NDWI pren valors entre lleugerament negatius i 1 en funció del contingut d'aigua de la vegetació.

Aquest índex correspon al NDWI² del Diccionari terminològic de teledetecció de Pons i Arcalís, 2012. L'USGS l'anomena NDMI (per les seves sigles en anglès, es pot consultar https://www.usgs.gov/landsat-missions/normalized-difference-moisture-index).

Chen, D., Huang, J., Jackson, T.J. (2005) Vegetation water content estimation for corn and soybeans using spectral indices derived from MODIS near- and short-wave infrared bands. Remote Sensing of Environment, 98:225-236. https://doi.org/10.1016/j.rse.2005.07.008

El programa Indexs demana els noms dels fitxers corresponents a les bandes de l'infraroig proper, vermell i, eventualment, del blau o d'altres bandes espectrals. També pot demanar que se li proporcionin els coeficients de les equacions, els quals varien en funció de l'índex utilitzat.

Els valors sensedades de les imatges originals es desen com a sensedades a la imatge de sortida. Totes les indeterminacions numèriques (arrels negatives, divisions entre zero, etc) es resolen escrivint un sensedades al ràster resultant, excepte per al TVI, on té sentit assignar un zero pel fet que correspon a un valor saturat. Si es vol que el TVI assigni sensedades al resultat en cas d'arrel negativa, cal executar la fórmula al CalcImg.

Aquesta aplicació suporta tots els formats ràster del MiraMon, com a entrada, ja siguin comprimits o no, i genera un ràster de tipus "real-RLE" quan tots els fitxers d'entrada estan comprimits en format RLE, i de tipus "real" (sense comprimir) en la resta de casos.

Referències addicionals:

Bannari, A., Morin, D., Bonn, F., Huete, A. (1995) A review of vegetation indices. Remote Sensing Reviews, 13:95-120. https://doi.org/10.1080/02757259509532298

Bariou, R., Lecamus, D., Le Henaff, F. (1985) Indices de végétation. Dossiers de télédétection, 2, Presses Universitaires de Rennes.

Haboudane, D., Miller, J.R., Pattey, E., Zarco-Tejadada, P.J., Strachan, I.B. (2004) Hyperspectral vegetation indices and novel algorithms for predicting green LAI of crop canopies: Modeling and validation in the context of precision agriculture. Remote Sensing of Environment, 90:337-352. https://doi.org/10.1016/j.rse.2003.12.013

Jackson, R.D., Huete, A.R. (1991) Interpreting vegetation indices. Preventive Veterinary Medicine, 11:185-200.https://doi.org/10.1016/S0167-5877(05)80004-2

Marco-Dos Santos, G., Meléndez-Pastor, I., Navarro-Pedreño, J., Gómez-Lucas, I. (2019) A Review of Landsat TM/ETM based Vegetation Indices as Applied to Wetland Ecosystems. Journal of Geographical Research, 2(1):35-49. https://doi.org/10.30564/jgr.v2i1.499

Perry, C.R., Lautenschlager, L.F. (1984) Functional equivalence of spectral vegetation indices. Remote Sensing of Environment, 14:169-182. https://doi.org/10.1016/0034-4257(84)90013-0

Pons X, Arcalís A (2012) Diccionari terminològic de teledetecció. Enciclopèdia Catalana i Institut Cartogràfic de Catalunya, Barcelona. 597 p. ISBN: 978-84-412-2249-6. https://www.termcat.cat/ca/Diccionaris_En_Linia/197

Xue, J., Su, B. (2017) Significant Remote Sensing Vegetation Indices: A Review of Developments and Applications. Journal of Sensors, ArticleID 1353691, 17 pages. https://doi.org/10.1155/2017/1353691

Caixa de diàleg de l'aplicació

Caixa de diàleg de l'Indexs