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CorRad: Corrección radiométrica de imágenes de Teledetección
CorRad: Corrección radiométrica de imágenes de TeledetecciónEl programa está directamente preparado para imágenes Landsat (MSS, TM, ETM+, OLI,...), SPOT (XS), Sentinel-2 (MSI), etc, y puede ser utilizado en prácticamente cualquier otro sensor espacial o aeroportado a través de ficheros de tipo RAD (ver descripción más abajo), de escritura muy simple. Como ejemplo se suministran unas tablas con parámetros de calibración para Landsat-7 ETM+.
En cuanto a las regiones espectrales visible e infrarrojo no térmico, el modelo de corrección radiométrica implementado en este programa está basado en el propuesto por Xavier Pons y Lluís Solé-Sugrañes en el artículo:
y que ha sido utilizado con éxito en trabajos posteriores de diversos autores:
En cuanto a la región espectral del infrarrojo térmico se puede consultar en http://ltpwww.gsfc.nasa.gov/IAS/handbook/handbook_htmls/chapter11/chapter11.html el modelo de conversiones de radiancias a temperaturas.
En la presente implementación, además, se incorporan diversas mejoras como por ejemplo la consideración de las sombras proyectadas, la utilización de factores de reescalado diferentes en función de las diferentes bandas espectrales, etc.
Este texto de ayuda solamente pretende orientar en la utilización del programa, sin entrar en una discusión en profundidad de los fundamentos y justificación de la formulación del algoritmo. El lector interesado en estos extremos puede consultar el artículo citado más arriba.
Para regiones espectrales visible e infrarrojo térmico, en esencia, este modelo de corrección radiométrica convierte una imagen de valores (DN) proporcionales a la radiancia recibida por el sensor en una imagen en la que los valores son reflectancias. Se sabe que los valores de radiancia suelen distribuirse en el intervalo [0,1] (o en [0,100] si se expresan en porcentaje). Sin embargo, y para evitar la utilización de ficheros de tipo "real" (="float"), como los datos originales raramente tienen una exactitud superior a 8 bits, el programa escribe los resultados en un fichero de tipo "byte", permitiendo reescalar los valores dentro del rango [0,255] de la forma que el usuario crea más adecuada.
El modelo de corrección radiométrica tiene en cuenta, entre otros factores, el relieve (ángulos de incidencia y sombras proyectadas), la posición solar, la distancia Tierra-Sol en el momento de captación de la imagen, el amortiguamiento atmosférico en los caminos de ida y de retorno de la radiación y parámetros estándar, para cada canal, de densidad óptica atmosférica, irradiancia exoatmosférica solar y calibración del sensor. El programa efectúa la corrección para todas las bandas multiespectrales, a la vez, en una única ejecución, pero si se desea se puede realizar para una única banda.
Imágenes auxiliares de iluminación y sombras
Para la parte de corrección topográfica del modelo, el programa necesita disponer de dos imágenes auxiliares derivadas del modelo digital de elevaciones y de la posición solar: la primera contendrá el coseno del ángulo de incidencia solar para cada píxel; la segunda contendrá, para el azimut solar con que se tomó la imagen, las alturas solares que provocan sombras proyectadas en cada píxel (véase, más abajo, las aplicaciones relacionadas). Estas imágenes auxiliares pueden generarse temporalmente o pueden ser proporcionadas por la persona usuaria. Se debe tener presente que el programa presupone que la posición solar respecto al centro del ámbito es única para todos los canales, que las diferentes bandas pueden tener un lado de píxel (con los correspondientes Modelo Digital de Elevaciones (MDE) coherentes) diferente o incluso de ámbito distinto, pero no un centro de escena diferente. Si no se verifica esta condición se deberán hacer correcciones banda a banda.
Estas dos imágenes auxiliares (que habitualmente se generan, se usan y se borran) pueden conservarse si se desea, indicándolo explícitamente con el parámetro /CONSERVAR_MDT o el correspondiente botón de activación en la caja de diálogo. Si se desea usar unas ya creadas, derivadas del mismo MDE es necesario usar las opciones 3 o 4.
Corrección atmosférica manual
La corrección atmosférica manual se basa, cuando se sigue el modelo de 1994, en la resta de los valores radiométricos más bajos en cada canal. Este valor se conoce como Kl. En la determinación de Kl no es aconsejable efectuar un procedimiento "a ciegas" de asignación al mínimo del histograma, sino que se hace necesario confirmar visualmente si parece creíble que la zona presente los valores más bajos del histograma. Por ejemplo, si la imagen presenta zonas sin datos (valor 0) o con valores bajos puntuales a causa de un mal funcionamiento del sensor, no asignaremos estos valores a Kl. La consulta visual de estos valores con MiraMon (consulta por atributos de los valores más bajos sobre cada canal) suele ser muy útil en la determinación de Kl. Finalmente, recuerde que en una imagen sin agua ni sombras duras (relieve suave en relación a la altura solar) el valor de Kl a aplicar puede estar incluso por debajo del DN mínimo de la imagen. Los valores Kl para cada lado se introducen en un archivo de texto que se puede crear fácilmente desde el botón "Crear o modificar archivo RAD".
Corrección atmosférica automática
La corrección atmosférica automática se basa, cuando se sigue el modelo de 2014, en el ajuste de los parámetros tau y La (contribución únicamente atmosférica de la radiancia que recibe el sensor) a través de la reflectancia conocida en zonas de referencia, típicamente en zonas pseudoinvariantes (PIA) para que no sean dependientes de una fecha concreta, obtenida de otros sensores remotos o con radiómetros de campo. Estos valores de referencia se dan en porcentaje en la tabla principal del archivo de polígonos y es necesario proporcionar un campo (identificado con el sufijo de la banda) para cada banda que se desea corregir.
Ángulos
Aunque este modelo de corrección puede trabajar siempre que el ángulo de incidencia sea menor que 90 grados, es más realista admitir que con ángulos cercanos a este valor, no puede asumirse un modelo lambertiano. Por ello es necesario indicar, en grados, el ángulo a partir del cual ya no aplicaremos el modelo de corrección (p.ej.: 73, 70, etc).
Los sensores actualmente soportados, con parámetros de calibración de acuerdo con las últimas revisiones bibliográficas, son los recogidos en el archivo m_atmos.rad:
Si se desea trabajar con un sensor no presente en la anterior lista se deben introducir los parámetros necesarios en un archivo de usuario, creado en el directorio del programa, u_atmos.rad, con la misma estructura que m_atmos.rad:
Estos parámetros estarán dentro de una sección de nombre [CALIBR], bajo claves de nombres:
donde 'x' indica el número de la banda espectral.
En cualquier caso puede definirse uno específico en un archivo RAD complementario, indicado por el parámetro /F_CALIB= en la línea de comando, de forma análoga, dentro de una sección de nombre [CALIBR], bajo la clave x_DN2Rad.
Además de esta sección puede haber una sección [SENSOR] con una clave:
Esta información también debería estar bien documentada en los metadatos de la imagen a corregir y, en este caso, es innecesario el archivo de calibración del sensor.
Ejemplo de fichero *.RAD:
[SENSOR] Titulo=Sensor CASI. Configuración del vuelo de 8-11-1994. [CONFIG] NBand=3 1_lambda_inf=0.4973 1_lambda_sup=0.5044 2_lambda_inf=0.5970 2_lambda_sup=0.6042 3_lambda_inf=0.7085 3_lambda_sup=0.7157 [CALIBR] 1_S0=1911.254 1_tau0=0.449 1_tau0_ret=0.284 2_S0=1745.934 2_tau0=0.279 2_tau0_ret=0.228 3_S0=1388.889 3_tau0=0.234 3_tau0_ret=0.208
A partir de la versión 5 del programa, este formato de fichero *.RAD debe tener una sección que identifique su correspondiente versión:
[VERSIO] Vers=5
Ejemplos de parámetros de calibración para Landsat-7:
El resultado de la corrección radiométrica se da en reflectancias en el suelo (BOA es el acrónimo en inglés) y en tanto por ciento. La reflectancia puede presentar valores entre 0% y 100%, aunque habitualmente serán bastante inferiores al 50%. Se asignan convenientemente a un valor sindatos los píxeles donde el modelo no puede dar datos correctos: ángulos de incidencia superiores a 90° o en el ángulo límite lambertiano indicado por la persona usuaria, píxeles a la sombra de otros píxeles o, muy raramente, reflectancias anómalas (superiores a 1, habitualmente debidas a un mal registro entre las imágenes y el MDE o en nieves/nubes), zonas sindatos en la imagen o el MDE original, etc.
Ejemplos:
318.3 provocará saturación a partir de una reflectancia de 0.801
510.0 provocará saturación a partir de una reflectancia de 0.500
637.5 provocará saturación a partir de una reflectancia de 0.400
En el caso byte, las reflectancias saturadas se asignan a 254, reservando el valor 255 (sindatos) para píxeles donde el modelo no puede dar datos correctos: ángulos de incidencia superiores a 90° o al ángulo límite lambertiano indicado por la persona usuaria, etc, casos previamente explicados.
En algunas imágenes (particularmente MSS procesadas por EURIMAGE) es necesaria una transformación lineal de los datos previa a la corrección, ya que en origen se les aplica un estiramiento del histograma con finalidades estéticas. Es necesario modificar los parámetros de la recta de calibración en los metadatos.
ATENCIÓN: En este caso la Kl que dé se supone extraída de las imágenes originalmente "estiradas" y, por tanto, el programa efectúa la resta DN-Kl antes de aplicar la transformación lineal que solicite.
NOTAS: