Evaluation of Landsat-7 SLC-off image products for forest change detection

Abstract

Since July 2003, Landsat-7 ETM+ has been operating without the scan line corrector (SLC), which compensates for the forward motion of the satellite in the imagery acquired. Data collected in SLC-off mode have gaps in a systematic wedge-shaped pattern outside of the central 22 km swath of the imagery; however, the spatial and spectral quality of the remaining portions of the imagery are not diminished. To explore the continued use of Landsat-7 ETM+ SLC-off imagery to characterize change in forested environments, we compare the change detection results generated from a reference image pair (a 1999 Landsat-7 ETM+ image and a 2003 Landsat-5 TM image) with change detection results generated from the same 1999 Landsat-7 ETM+ image coupled with three different 2003 Landsat-7 SLC-off products: unremediated SLC-off (i.e., with gaps); histogram-based gap-filled; and segment-based gap-filled. The results are compared on both a pixel and polygon basis; on a pixel basis, the unremediated SLC-off product missed 35% of the change identified by the reference data, and the histogram- and segment-based gap-filled products missed 23% and 21% of the change, respectively. When using forest inventory polygons as a context for change (to reduce commission error), the amount of change missed was 31%, 14%, and 12% for the each of the unremediated, histogram-based gap-filled, and segment-based gap-filled products, respectively. Our results indicate that over the time period considered, and given the types and spatial distribution of change events within our study area, the gap-filled products can provide a useful data source for change detection in forested environments. The selection of which product to use is, however, very dependent on the nature of the application and the spatial configuration of change events.

Depuis juillet 2003, le capteur ETM+ de Landsat-7 opère sans le correcteur de ligne de balayage (CLB) qui compense pour le mouvement avant du satellite dans les images acquises. Les données acquises avec le CLB en mode arrêt présentent des discontinuités empruntant un patron systématique en forme de coin à l’extérieur du faisceau central de 22 km de l’image; toutefois, la qualité spatiale et spectrale des portions restantes d’image n’est pas diminuée pour autant. Afin d’explorer la possibilité d’utiliser en continu les images de ETM+ de Landsat-7, avec le CLB en mode arrêt, pour la caractérisation des changements dans les environnements forestiers, nous comparons les résultats de détection de changements générés à l’aide d’un couple d’images de référence (une image ETM+ de Landsat-7 de 1999 et une image TM de Landsat-5 de 2003), avec les résultats de détection de changements générés à l’aide de la même image ETM+ de Landsat-7 de 1999, couplée à trois images différentes de Landsat-7 de 2003, avec le CLB en mode arrêt: non corrigée avec le CLB en mode arrêt (c.-à-d., avec discontinuités), discontinuités comblées à l’aide de la méthode des histogrammes et discontinuités comblées à l’aide de la méthode des segments. Les résultats sont comparés sur la base du pixel et du polygone. Sur la base du pixel, le produit non corrigé, avec le CLB en mode arrêt, a raté 35 % des changements identifiés dans les données de référence, alors que les produits avec les discontinuités comblées à l’aide de la méthode des histogrammes et des segments ont raté respectivement 23 % et 21 % des changements. Dans le cas de l’utilisation des polygones d’inventaire forestier comme cadre pour l’étude des changements (pour réduire les erreurs de commission), la quantité de changements ratés était respectivement de 31 %, 14 % et de 12 %, pour chacun des produits non corrigé, avec discontinuités comblées à l’aide de la méthode des histogrammes et avec discontinuités comblées à l’aide de la méthode des segments. Nos résultats montrent que, pour la période de temps considérée et, compte tenu des types et de la répartition spatiale des changements à l’intérieur de notre zone d’étude, les produits avec les discontinuités comblées peuvent constituer une source de données utile pour la détection des changements dans les environnements forestiers. Le choix du type de produit à utiliser dépend cependant fortement de la nature de l’application et de la configuration spatiale des changements.[Traduit par la Rédaction]