Calibracion

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19/01/2009

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Calibración y Correcciónmos r ca

Dr. Abel CalleLaboratorio de Teledetecciónde la Universidad de Valladolid

E-mail: [email protected]

CALIBRACIÓN RADIOMETRICA• Las Funciones de respuesta de los sensores

Calibración radiométrica y Corrección atmosférica (Teoría y Práctica)

• La calibración y obtención de la reflectancia• Situaciones reales

CORRECCIÓN ATMOSFÉRICA• Problemática•• La absorción gaseosa y las fnes de respuesta



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Tratamiento de las Funciones de Respuesta de los sensores

Las bandas de los sensores tienen una anchura

determinada y una función de respuesta no uniforme.

• Función de respuesta: (

)• Longitudes de onda inicial, 1 y final, 2

definidas como: () 0 para 1<< 2

( )

Para utilizar las funciones de respuesta, se definen lassiguientes magnitudes:

Anchura Equivalente del sensor (expresada en m): 2

1

)(

d w

2

1 2

Irradiancia Solar Extraterrestre en toda la banda (en

W/m2):

Longitud de Onda Efectiva (en m):

1

,0

2

1

2

1

)(

)(

,0

,0

d F

d F

e

Conversión a unidades físicas

• Reflectividad: – NECESIDAD DE OBTENER.

– Corrección atmosférica.

– Corrección topográfica. – Corrección BRDF.

• Temperatura: –

VALORES FISICOS

• Cuando se pretenda obtenermodelos deductivos.

• Cuando se comparen diversossensores y/o fechas.

.

– Corrección atmosférica.

– Corrección de nubes.

con radiometría de campo.



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Variables físicas derivadas de teledetección

• Reflectividad: – .

– Topografía.

• Temperatura: – Efecto atmosférico.

– Emisividad.

• Coe iciente e retro- ispersi n.• Altitud / topografía marina.

Calibración de las magnitudes físicas

La calibración radiométrica consiste en la obtención de dos posibles magnitudes a partirde la información de los Niveles Digitales de la imagen

RadianciaRESPUESTA SENSOR

SEÑAL DE SUPERFICIE Resolución Radiométrica: LANDSAT: 256 niveles; 8 bits NOAA: 1024 niveles; 10 bits

ND

W/m2·m·str

Radiancia

CANALES VISIBLES

CANALES TERMICOS

Reflectancia

LEY DE PLANCK

Temperaturade Brillo



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Cálculo de reflectividades:modelo simplificado

L = a +a ND

= Lsen / Lsol

Lsol = Eo* cos i

iK = (1 + 0,0167 (sen (2 (D - 93,5) / 365)))²

* =

K L

Ek , k

, k i

sen

cos0

Obtención de la Reflectancia

La obtención de la Reflectancia, que es el producto final de los canales visibles, se realizade forma directa o indirecta dependiendo de los sensores involucrados.

1. Calibración a Radiancia:

Watts

b ND·aL

2 2

:gra sólidoánguloelención Inte

Cálculo de la Reflectancia:

2. Calibración a Reflectancia :

str ·m·m

)cos(·

(%)2

F

Ld R TS

0 0

)()cos( d d sin

R R b NDa R ·(%)

24

36012;

365

284360·45.23

)cos(·)cos(·)cos()(·)()cos(

hd

sin

sinsins

2

2

365

5.93·360·sin0167.01

d

d TS

Problemas asociados:La degradación del sensor con el tiempo. 21

21

·)(

·)(

bt bt b

at at a

R

R



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Ejemplo de reflectividad aparente

250 0.6

50

100

150

200

N D

0.2

0.3

0.4

0.5

R e f l e c t i v i d a d

AGUA ND

SUELO ND

VEG ND

AGUA REF

SUELO REF

VEG REF

0

ETM1 ETM2 ETM3 ETM4 ETM5 ETM7 Bandas

0

.

Asunciones del modelo simplificado

– Transmisividad completa.

– Reflectividad de la atmósfera.

– Radiancia difusa.

• Observación vertical

• Sin topografía

• Lambertiano



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Sol

Satélite

Efectos atmosféricos en el espectro visible

Directa

ReflectanciaatmosféricaAlbedo

Absorción

Superficie

Scattering

CORRECCIÓN ATMOSFÉRICA

Filtrado de nubes

Parámetros de entrada:v y

NIR;Temperaturas de brillo

bandas 4 y 5



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Efecto de la atmósfera

i o

• Rayo incidente:

Esu,k = E0,k cos i k,i + Ed, k

• Rayo reflejado:

Lsen, k = Lsu,k k,o + La,k

• Efecto de la atmósfera:

= Lsu,o / Lsu,i

io

Ed

k,o = exp [(- oz,k · a,k · r,k ) / cos o]k,i = exp [(- oz,k · a,k · r,k ) /cos i]

Corrección atmosférica

– Métodos basados en la imagen:

• Estimación a partir del objeto oscuro.

• Relación entre bandas.

– Uso de atmósferas estándar.

• Corrección relativa: ajustemultitemporal.



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S

td etd et

e

secsvsvsavsgvsvs

s

s

1

)()(),,(·),(),,(

//*

The apparent spectral reflectance at the top of atmosphere, *

ALGORITHM BASE TO CARRY OUT THE ATMOSPHERIC CORRECTION INTHE SOLAR SPECTRUM (5S and 6S)

SPECTRAL REFLECTANCE AT TOA (Tanré et al., 1990)

c : SPECTRAL SURFACE REFLECTANCE OF THE TARGETs , v , s , v : zenith and azimuth angles of the sun (s) and vision of sensor (v)s = cos(s); v = cos(v);tg(s , v) = total gaseous transmission (downward and upward path)e : spectral surface reflectance of the background rounding the target= atmospheric optical depth (e-/ is the transmittance )S = spherical albedo of the atmospheretd() = atmospheric diffuse transmittance

Atmospheric parameters and transmittances, affecting to the spectral region ofthe sensor, will be calculated integrating over the spectral response function.

d E R

d E RT

Transs

s

)()(

)()()(

.

Cálculo de reflectividades:modelo avanzado

k

k a k k o

o k i k i d k

K L L

E E

(( ) / )

cos

sen, , ,

, , ,

• Asunciones: – Sin topografía

– Lambertiano



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Método de Chavez (1976)

k a k k oK L L

(( ) / )sen, , ,

• La,k = ao,k + a1,k Ndmin

• k,o = 1 (ignora efecto transm. ascendente)

• k,i = 1 (ignora efecto transm. descendente)

o k i k i d k E Ecos, , ,

• Ed,k = 0 (ignora irradiancia difusa)

Método de Chavez (1/1996)

k a k k oK L L

(( ) / )sen, , ,

• La,k = ao,k + a1,k NDmin

• k,o = cos o (1, para observaciones verticales)

• k,i = cos i





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Método de Chavez (2/1996)

k a k k oK L L

(( ) / )sen, , ,

• La,k = ao,k + a1,k NDmin

• k,o = cos o (1, para observaciones verticales)

• k,i = 0.70, 0.78, 0.85 y 0.91 (B5 y 7=1)



Métodos basados en la imagen

• Ob eto oscuro: ND ’ = ND - ND, , , , ,

•

Banda 1 Banda 4

.

Banda 1

Banda 4



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La dispersión atmosférica: dispersión de Rayleigh

r = 0.008735 ()-4.08 (ec. de Leckner)

= exp [-0.008735 ()-4.08. ma]

Rayleigh:

< . Afecta a las más cortas y es la más intensa: cielo.

40

60

80

a d d e l a d i s p e r s i ó n ( % )

ma = (P / P0) . mr

mr = [cos ( z) + 0.15 (98.885 - z)-1.253]-1

0,6 0,70,4 0,5 0,9 µm

20

0,8

I n t e n

s i d

(adaptado de Campbell, 1987)

El efecto de la dispersión atmosférica sobre lascomposiciones RGB

RGB-TM:321 sin expansión RGB-TM:321 con expansión

Blue: 1

Green: 2

Red: 3

Blue: 1

Green: 2

Red: 3



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El efecto de la dispersión atmosférica sobre los incendios

Efecto de la corrección atmosférica

0.6

0.2

0.3

0.4

0.5

R e f l e c t i v i d a d

AGUA Ref Ch

SUELO Ref Ch

VEG Ref Ch

AGUA REF

SUELO REF

VEG REF

0

.

ETM1 ETM2 ETM3 ETM4 ETM5 ETM7 Bandas



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Comportamiento de las superficies reales, nolambertianas

La reflectancia muestra el mismo comportamiento geométrico que la figura de la,

El código 6S implementa este modelo con una ecuación ligeramente modificada:

ESPECTRO SOLAR

Comportamiento de las superficies reales, no lambertianas

Specular reflection and sun-glint

Strong diffuse reflection

Backward

Forward



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Anisotropía multibanda

(Sandmeier et al., 1999)

Posibles correcciones

ρρ̂

2

2o

k α

k αei

R

eaπacosθcosθ

eoo

1w)w)H(θH(θ)eaπ(a3π

8

1w)w)H(θH(θ)eaπ(a3π

8

cosθcosθ

cosθcosθ

eik α

ioeo,k α

eoio

eiIRC

2

2o



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Canal 1 Canal 2 Canal 3A

Funciones de respuesta de los canales AVHRR/3 NOAA-16

Representación de los canales VISIBLES y el efecto de absorción gaseosa:

Gases considerados: H2O, CO2+ y O3

30

40

50

60

70

80

90

100

R e s p u e s t a ( % )

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

T r a n s m i t a n c i a

0

10

20

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

Longitud de onda (micras)

0

0.1

0.2

Canal 3B Canal 4 Canal 5

Funciones de respuesta de los canales AVHRR/3 NOAA-16

Representación de los canales TERMICOS y el efecto de absorción gaseosa:

Gases considerados: H2O, CO2+ y O3

40

50

60

70

80

90

100

e s p u e s t a ( % )

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

r a n s m i t a n c i a

0

10

20

30

2.5 4.5 6.5 8.5 10.5 12.5


R

0

0.1

0.2

0.3



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Efecto de absorción de los principales gases

30

40

50

60

70

80

90

100

R e s p u e s t a ( % )

0.4

0.6

0.8

1

1.2

T r a n s m i t a n c i a

Representación de los canalesVISIBLES y el efecto deabsorción.

0

10

20

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6


0

0.2

Bandas AVHRR CO2+ H2O O3

70

80

90

100

)

1

1.2

a

0

10

20

30

40

50

60

2.1 4.1 6.1 8.1 10.1 12.1


R e s p u e

s t a ( %

0

0.2

0.4

0.6

.

T r a n s m

i t a n c i

Bandas AVHRR CO2+ H2O O3

Representación de los canalesTERMICOS y el efecto deabsorción.

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