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RADIOMETRÍA DE CAMPO
PARA CALIBRACIÓN DE IMÁGENES
AEROPORTADAS
Área de Teledetección INTA
Seminario “ Avances en Espectro-Radiometría, CCHS 3-4/12/2009
Contenidos
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
¾Introducción
¾Imagen Hiperespectral Aeroportada
¾Protocolo de Radiometría de Campo para Calibración
¾Calibración a Reflectancia
¾Conclusiones
Seminario “Avances de Espectro-Radiometría” CCHS 3-4 Diciembre 2009
Introducción
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Librerías Espectrales
•Análisis e interpretación de
imágenes
•Calibración, validación, simulación
de imágenes
•Independiente de la escala
espacial
•Escala espacial igual a la imagen
•Protocolos:
•Protocolos:
• Ustin et al. CSTARS
http://www.asdi.com/technical.asp
http://www.cstars.ucdavis.edu/classes/hsgrdtutoria
l.html
•Pfitzner et al, 2006.
•Salisbury, John W., 1998.
•ASD guides and publications:
Spectral Measurements Field Guide. Defense
Technical Information Centre, US
Spatial Science, Vol 62 nº 2
Librerías
espectrales de
vegetación
PN Doñana
INTA- EBD
Calibración
•Mueller et al, 2003
Ocean Optics NASA, Revisión 4 Volumen III
•Clark et al. USGS
http://speclab.cr.usgs.gov/PAPERS.calibration.tuto
rial/
Calibración de
Imágenes
NCAVEO
¾Calibración de imágenes
¾Región espectral 350 a 2500 nm
¾Teledetección Hiperespectral Aeroportada
Seminario “Avances de Espectro-Radiometría” CCHS 3-4 Diciembre 2009
Introducción / Terminología
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
¾Calibración: conjunto de procesos que definen la respuesta de un
sensor frente a una señal controlada:
¾Calibración radiométrica de laboratorio: coeficientes de calibración a radiancia en el sensor en
instalaciones de condiciones ambientales controladas (temperatura y humedad) frente a un estándar
(ej: esferas de calibración).
¾Calibración a reflectancia: transformación a reflectancia en el terreno en base a superficies de
reflectancia conocida
¾Calibración Vicaria: calibración radiométrica de un sensor en vuelo/orbita
mediante medidas externas a la calibración de laboratorio:
¾Método de radiancia en el sensor
¾Método de reflectancia en el terreno
Fuentes:
Glosario NCAVEO: http://www.ncaveo.ac.uk/resources/glossary/
Glosario CEOS: http://ceos.cnes.fr:8100/cdrom/ceos1/infosrc/glossary.htm
Programa Landsat: http://landsat.gsfc.nasa.gov/references/glossary.html
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Introducción / Terminología
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Calibración Vicaria
Calibración a Reflectancia
•Selección de zonas y superficies
•Zonas y superficies no escogidas
•Vuelo específico en trayectoria
•Vuelo no especifico en trayectoria
•Datos atmosféricos (fotómetros
solares) requeridos
•Datos atmosféricos opcionales
NCAVEO
AirMISR image
of Lunar Lake,
Nevada, 30 Jun
2001
PREMISAS
¾Superficies Naturales
invariabilidad en el tiempo
o frente a la imagen
¾Superficies Artificiales
Material opaco y muy
grandes para evitar
adyacencia
Fotómetros solares
INTA
Villacañas (Toledo)
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Campo fútbol UAM
Proyecto Desirex 2008
Tela roja
INTA
Casa Campo
Madrid
CEFLES 2007
Teledetección Hiperespectral Aeroportada
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Características THA
¾Radiometría y geometría con alturas de vuelo entre 500 y 5000 m MSL
¾Grandes ángulos de observación FOV 20º - 90º
¾Escala local / regional con aproximadamente 1 hora de adquisición
¾Protocolos y Estándares:
EUFAR-HYRESSA [www.hyressa.net; www.eufar.net] e Hiper_I_net [hyperinet.multimediacampus.it/]
Sensores Hiperespectrales Aeroportados INTA
AHS Whiskbroom (Argon ST)
Cobertura
lateral
GSD
CASI 1500i Pushbroom (ITRES)
GSD
0.25 – 1.5 m
2 – 5.5 km
Cobertura
latera
1 – 2.5 km
2.1 – 7 m
Rango Espectral
Rango espectral
450-14000 nm
80 bandas
30nm – 15 nmFWHM
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350-1050 nm
Programable
288 bandas
2.5 nm FWHM
DESIREX 2008
ESA /GCU U. Valencia / INTA
Madrid
11:11 azi: 135 z
en: 22
THA / Adquisición de Pasadas
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
11
:3
2a
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zi:
14
4
ze
n:
20
.1
THA / Adquisición de Pasadas
Sen3exp 2009
ESA / Brookman / U. Valencia / INTA
Barrax (Albecete)
Cadena de Proceso
INTA
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09:43
0
azi: 1 9:30 azi: 1
06 ze
09:54
n: 34 04º zen: 3
azi: 1
6.
08 ze
n: 32
10:04
azi: 1
11 ze
n: 30
10:20
a zi: 1
14 ze
n: 28
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
THA / Efecto Atmosférico
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
El efecto atmosférico se acumula en los km más cercanos a la
superficie terrestre
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THA / Geometría
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Los métodos paramétricos consiguen exactitudes por debajo de 2 píxeles
PARarametric GEocoding © (ReSe, UZ)
Entradas:
•Modelo Digital del Terreno
•GPS/IMU Applanix POS/AV 410.
Posición y orientación del AHS. Postproceso estaciones de referencia
•Offsets. Vuelos de calibración
•Sincronización electrónica Applanix
vs AHS
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THA / Geometría
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
AHS proyecto HYDRA
PN Doñana
EBD
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IHA / Geometría
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Sen2FLEX 2006
ESA / U. Valencia / INTA
Barrax (Albecete)
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Radiometría de Campo / Protocolo INTA
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Ustinet al. CSTARS http://www.cstars.ucdavis.edu/classes/hsgrdtutorial.html
U Valencia y DLR http://www.uv.es/leo/sen2flex/
U zurich (Bojinski and Hueni)
Protocolo basado en:
Plan de vuelo imagen hiperespectral
zona, cobertura imagen,
Resolución espacial y horas
Planificación Campo:
Selección sitios, Número y tamaño
¿ superficie artificial?
•Superficies “oscuras” y
“brillantes”
• homogéneas en 3 x 3 píxeles
Metadatos:
Localización y estado superficie.
Toma de datos:
Configuración equipo
Geometría de observación e iluminación
•Directamente Fibra óptica
FOV 25º
•1m sobre superficie
•Radiancia blanco / superficie
•1 o 1/2 horas
Metadatos:
Configutación de equipo
Condiciones meteorlogicas
Proceso de Firmas Especrales:
Medias y Desviación
•Cociente Radiancias
•Reflectancia blanco
•Remuestreo al sensor
aeroportado
Informe de Campaña
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Protocolo INTA / Caracterización de superficie
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Longitud ajustable al
tamaño del píxel del
sensor
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Protocolo INTA / ASD FieldSpec3
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Fibra óptica
ASD FieldSpec3 [Analitical Spectral Devices (www.asdi.com)]
Espectrorradiómetro de campo portable y
optimizado para la toma de espectros en
campo.
Registra la radiación entre 350 y 2500 nm
fibra óptica FOV 25º (píxel 44cm a 1m)
ópticas añadibles 1º y 8º
La luz entrante es separada:
VNIR 350-1000nm [FWHM 3nm]
SWIR1 1000-1700 [FWHM 10nm]
Espectrorradiómetro
Blanco de
referencia
SWIR2 1700-2500 [FWHM 12nm]
Conexión inalámbrica con el ordenador
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Protocolo INTA / Toma de espectros
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Alternancia continuada de:
Radiancia blanco / Radiancia superficie
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Seguimiento de:
iluminación y estado atmosférico
Transformación a Reflectancia / Atmósfera
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Los componentes atmosféricos más variables de la atmósfera: vapor
de agua, tipo de aerosoles y visibilidad
Borel: Los Alamos National Laboratory
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Transformación a reflectancia / Atmósfera/ Métodos
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Métodos Físicos
Códigos de transferencia radiativa
¾MODTRAN-4(Berk et al 2003)
¾6S (http://www-loa.univ-lille1.fr/Msixs/msixs_gb.html
Mejoran indicando: vapor de agua y
visibilidad o AOT
Aplicaciones THA
Métodos Empíricos
Imagen
Internal Average Reflectance
IAR
(Kruse et al, 1985)
Flat Field FF
(Goetz & Srivasta, 1985)
Atmosphere Removal Algorithm ATREM
(Gao et al, 1993)
Atmospehere CORrection Now ACORN
(ACORN, 2001)
Fast Line-of-sight Atmospheric Analysis of Spectral
Hypercubes FLAASH
(Adler-Golden et al, 1998)
ATCOR4
(Richter & Schalpfer, 2002)
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Radiometría de campo
Empirical line
(Conel at al, 1987; Roberts et al, 1985)
Transformación a reflectancia / CTR / ATCOR-4
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
ATCOR4 [www.rese.ch/atcor/]
Atmospheric Topographic correction for Airborne Imagery
4 grados de libertad ( x, y , z + escaneo)]
Entradas:
por sensor
¾Configuración Espectral
¾FOV
por pasada
¾Geometría solar (cenit y azimut)
¾Geometría pasada ( altura, rumbo
¾Modelo aerosol
¾Visibilidad (MODIS, …)
¾Vapor de agua (APDA, …)
Ventana de proceso de ATCOR4 con Imagen AHS
APDA
Schalpfer, 1998
Seminario “Avances de Espectro-Radiometría” CCHS 3-4 Diciembre 2009
Transformación a reflectancia / EL
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regresión lineal del nivel digital o radiancia en el sensor a reflectancia
en el terreno
•basado en la reflectancia espectral de superficies “oscuras” y “brillantes” que estiman mediante
Lsen = Latm(Θv, Θs, φ ) + τv (Θv ) ρ
Lsen = b + mρ
Lsen ( λ ) − bλ
ρλ =
mλ
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Eg (0)
π 1 − ρs
Transformación a reflectancia / EL
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
¾atmósfera / iluminación constante en
toda la imagen/imágenes
¾superficies con de respuesta lambertiana
¾ corrige descalibraciones del sensor
¾Completamente lineal
Baugh, et al: International Journal of Remote Sensing
Vol.29, Nº 3, 10, 2008 665-672
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ATCOR4 vs EL / una imagen
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asfalto
calcita
agua
Medidas ASD
calcita
asfalto
agua
Imagen AHS sobre INTA
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ATCOR4 vs EL / una imagen
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Atcor4
Empirical line 2T
Empirical line 3T
Reflectancia Asfalto
Atcor4
Atcor4
Empirical line 2T
Empirical line 2T
Empirical line 3T
Empirical line 3T
Imagen AHS sobre INTA
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ATCOR4 vs EL / Adyacencia
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Richter et al IEEE Geoscience and Remote
Sensing Letter Vol 3 N 4 2006
Atcor4
Empirical line 2T
Empirical line 3T
Imagen AHS sobre INTA
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ATCOR4 vs EL / FOV 90º AHS
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
……………………
Media de reflectancia de bandas NIR AHS
Imagen AHS sobre INTA
μ1 ………………….μ750
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Reflectancia ATCOR4
Reflectancia Empirical Line
FOV 90º + Plano Principal
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Medidas ASD RoboScan [Luis Alonso U. Valencia]
ESA / Brookman / U. Valencia / INTA
Barrax (Albecete)
rumb
o 12º
Sen3exp 2009
-60
-60
09:54
UTC
-40
-50
-20
-00
Angulo azimutal
solar 104 º
Imagen AHS Barrax
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-20
ATCOR4 vs EL / mosaico Barrax I
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Mosaico CASI 1500i
Barrax (Albacete)
20 junio de 2009
Suelo desnudo
Medidas ASD
Maíz
Suelo desnudo
Maíz
agua
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agua
ATCOR4 vs EL / mosaico Barrax II
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
Reflectancia suelo desnudo
Mosaico CASI 1500i
Barrax (Albacete)
20 junio de 2009
ASD
Atcor4
Empirical line 2T
Reflectancia Maíz P1, P2 y P3
ASD
ASD
Atcor4
Empirical line 2T
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Conclusiones
INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICA AEROESPACIAL
La Teledetección Hiperespectral Aeroportada (THA) tiene en la actualidad métodos
de corrección geométrica y atmosférica que le permite obtener productos de alta
exactitud y precisión
El método empírico EL de calibración a reflectancia permite al usuario de imágenes
hiperespectrales aeroportadas la transformación a reflectancia en el terreno
El método EL tiene que tener en cuenta para THA:
¾Tipo, estado y albedo de las superficies
¾Nadir respecto a la imagen
¾Adyacencia
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