předzpracování obrazových záznamů – atmosférické...
TRANSCRIPT
![Page 1: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/1.jpg)
DZDDPZ4 – Předzpracování obrazových záznamů – radiometrické a
atmosférické korekce Doc. Dr. Ing. Jiří Horák – Ing. Tomáš Peňáz, Ph.D.
Institut geoinformatiky
VŠB-TU Ostrava
![Page 2: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/2.jpg)
Doporučené zdroje • Eastman, J.R.: Idrisi Andes Guide to GIS and Image
Processing
• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial
• Liang, S.: Quantitative Remote Sensing of Land Surfaces
• Horák J.: Dálkový průzkum Země. Skripta VŠB-TU Ostrava, 2014. 137 stran.
• Rees, W.G.: Physical Principles of Remote Sensing. Cambridge Univ. Press, 2012 (kap.11 Data processing)
• Schläpfer, D.: ATCOR. On-line: http://www.rese.ch/products/atcor/index.html
• UNESCO Bilko Lessons, Module 7, Lesson 3: Radiometric Correction of Satellite Images: When and Why Radiometric Correction is Necessary. On-line: http://cwcaribbean.aoml.noaa.gov/bilko/module7/
![Page 3: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/3.jpg)
Radiometrické a atmosférické korekce (restaurace dat)
• Poloha nosiče se mění, stav atmosféry se mění, výška slunce, různý úhel pohledu, roční období atd.
• Používá se aproximace přírodního stavu v modelu nebo se snažíme chyby eliminovat
• upravují DN hodnoty jednotlivých pixelů
• cílem je zajistit, aby DN hodnoty obrazového záznamu co nejvíce odpovídaly skutečným odrazovým nebo zářivým vlastnostem objektů
![Page 4: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/4.jpg)
Typy korekcí
Radiometrické korekce:
• Pomocí kalibrace měřícího zařízení,
• opravy ze směru ozáření (Sun-Angle Correction),
• opravy chyb vyplývajících z geometrie letu,
• odstranění náhodných radiometrických chyb
Atmosférické korekce:
• opravy ze stavu atmosféry
![Page 5: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/5.jpg)
Oprava pomocí kalibrace
• většinou automatické provádění – periodické snímání referenčních ploch o známých vlastnostech
(kalibrační lampy, Slunce, tmavý vesmír), – Korekce hodnot na základě zjištěné odchylky
• informace o kalibraci senzorů nebo opravné koeficienty v hlavičce obrazového záznamu.
![Page 6: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/6.jpg)
Opravy ze směru ozáření
• kompenzace sezónních rozdílů,
• Jediná radiometrická korekce, kterou standardně neprovádí provozovatel družicového systému dálkového průzkumu
• nutné především při studiu časových změn na stejném území (řada obrazových záznamů),
• různé DN pro stejné povrchy v čase.
![Page 7: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/7.jpg)
Opravy ze směru ozáření:
![Page 8: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/8.jpg)
Korekce
• DN hodnoty se přepočítají na imaginární ozařování ze zenitu • V jednoduché variantě se předpokládá lambertovský povrch a
tedy závislost intenzity odraženého záření na kosinu úhlu dopadu
• Tvar reliéfu může zavádět chyby (u snímků s vysokým rozlišením) -> započítává se
• Většina objektů nemá lambertovský povrch -> opravné koeficienty
• Zpravidla kombinované korekce radiometrické a atmosférické – viz u atmosférických KSR dle NIKM.
• Jednodušší řešení – používání podílů původních pásem.
cos
),(),(
jiDNjiDN
orig
![Page 9: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/9.jpg)
Opravy vyplývající z geometrie letu
• změny úhlu ozařování i ve skenované řádce,
• stíny vertikálně členitých objektů související se směrem letu vzhledem ke Slunci (především u leteckých snímků)
• Přivrácené – odvrácené svahy, v různém stupni -> různá světlost.
![Page 10: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/10.jpg)
Odstranění náhodných radiometrických chyb
• ve většině obrazových záznamů,
• příčina:
– výpadek senzoru,
– porucha při přenosu signálu k Zemi,
![Page 11: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/11.jpg)
Typy náhodných radiometrických chyb:
• „páskování“ obrazového záznamu,
• vertikálně orientovaná nepřesná nebo chybějící data,
• bitové chyby.
![Page 12: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/12.jpg)
„Páskování“ obrazového záznamu
• mechanooptické skenery - příčné skenování,
• horizontální orientace „páskování“,
• opakování v pravidelné periodě,
• příčina - nepřesná kalibrace nebo senzitivita senzoru,
• viditelná - rozsáhlé homogenní části obrazu (vodní plochy),
![Page 13: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/13.jpg)
Páskování
• nepravidelný charakter,
• příčina - výpadek nebo nepřesná kalibrace příp. senzitivita senzoru,
![Page 14: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/14.jpg)
Vertikálně orientovaná nepřesná nebo chybějící data
• elektrooptické skenery - podélné skenování,
• vertikální orientace,
![Page 15: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/15.jpg)
Bitové chyby
• nepravidelné rozmístění v ploše obrazového záznamu,
• chybějící nebo nepřesné radiometrické DN hodnoty jednotlivých obrazových elementů („velmi světlé, velmi tmavé pixely“).
![Page 16: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/16.jpg)
Korekce náhodných radiometrických chyb:
• „páskování“ obrazového záznamu – eliminace před geometrickou korekcí - přizpůsobení histogramu
odlišného řádku nebo Fourierovou transformací,
• vertikálně orientovaná nepřesná nebo chybějící data – nepravidelný charakter a zešikmení orientace po korekci na rotaci
Země - náročnější korekce,
– Fourierovou transformací,
• bitové chyby – eliminace filtrací
![Page 17: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/17.jpg)
Top left: extract of a Landsat MSS image exhibiting severe six-line striping. Bottom left: Fourier transform of the striped image. Note the prominent peaks corresponding to the striping. Bottom right: Fourier transform of the image with the peaks corresponding to the striping manually removed. Top right: inverse Fourier transform of the edited transform
© Rees, 2012
![Page 18: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/18.jpg)
Korekce náhodných radiometrických chyb (korekce
páskování)
![Page 19: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/19.jpg)
Korekce náhodných radiometrických chyb (páskování před úpravou)
![Page 20: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/20.jpg)
Korekce náhodných radiometrických
chyb (páskování po úpravě)
![Page 21: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/21.jpg)
Atmosférické korekce
• Nejkomplikovanější
• Určení přenosové funkce atmosféry • modifikace DN hodnot rozptylem a pohlcováním světla
(vliv vlnové délky λ), • kouřmo a zákal - značný příspěvek k signálu měřenému na
čidle (až 80% v oblasti vlnových délek viditelného záření)
)()0()()()()( xLLxxLxLxL AZAZ
![Page 22: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/22.jpg)
EMG záření v atmosféře a na Zemi
m 2,5 ;4,0
![Page 23: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/23.jpg)
Typy atmosférických korekcí:
• metoda nejtmavšího pixelu, • regresní analýza, • metoda 5S • metoda korekce pro NOAA • Modely – většinou pro odvození skutečných
radiometrických charakteristik: • Model MODTRAN • Model ATCOR (ERDAS Imagine, Geomatica) • Model ATMOSC (Idrisi Andes) • Model ATREM • Model MODIS
![Page 24: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/24.jpg)
Korekce z modelu vlivu atmosféry
• parametrizace vlivů atmosféry v okamžiku pořízení obrazového záznamu
• vstup parametrů do numerických modelů,
• zohlednění roční doby i geografické polohy
• Lépe pokud máme přímé měření vodních par, kyslíku a ozónu (NOAA)
• parametry zohledňují různé meteorologické prvky (oblačnost, srážky, ...)
![Page 25: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/25.jpg)
Metoda nejtmavšího pixelu
• zjištění příspěvku atmosféry na základě vyhodnocení naměřeného signálu odpovídajícího vodní hladině,
• vyzařování vodních objektů v oblasti blízkého IR téměř nulové,
• naměřený signál příspěvkem atmosféry,
• odečtení příspěvku od DN v obrazovém záznamu,
• nepřesná metoda - neuvažuje horizontální změnu příspěvku v měřeném území
![Page 26: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/26.jpg)
Regresní analýza
1. mezi jednotlivými pásmy multispektrálního obrazu – předpoklad lokálních vlivů topografie na vznik rozdílů v
odrazivých vlastnostech objektů,
2. mezi daty naměřenými distančními metodami a daty z pozemních měření – časová a finanční náročnost
![Page 27: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/27.jpg)
© Dobrovolný
![Page 28: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/28.jpg)
Model 5S • Simulation of the Sensor Signal in the Solar Spectrum
• Tanre et al., 1986
• Předpovídá zdánlivou odrazivost vně atmosféry s využitím informací o odrazivosti na povrchu a atmosférických podmínek
• Lze ho obrátit a vypočítat příspěvek atmosféry
• 3 etapy:
1. Zpracovat 5S pro každé pásmo obrazu
2. Výpočet inverzních koeficientů a sférického albeda
3. Aplikace inverzního modelu na obraz
(Spherical albedo = the albedo of a surface when the incident radiation is isotropic.)
![Page 29: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/29.jpg)
Zpracovat 5S pro každé pásmo obrazu • Vstupy jsou v tabulce. Musí být alespoň to, co je tučně (parametry senzoru a
viditelnost v km)
![Page 30: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/30.jpg)
1.Zpracovat 5S pro každé pásmo obrazu Příklad
• Vstupy:
• Výsledky v tabulce:
![Page 31: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/31.jpg)
2.Výpočet inverzních koeficientů a sférického albeda • Vypočítat AI a BI pro každé pásmo (na 4 desetinná místa) (už jsou v tabulce)
• Následně vytvořit nové obrazy Y pro každé pásmo (odrazivost ρ mimo atmosf.)
![Page 32: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/32.jpg)
3. Aplikace inverzního modelu na obraz
• Použít vhodné spektrální albedo S vypočtené z 1. kroku (běh 5S) a
obraz Y (pro dané pásmo)
• Vypočítat odrazivost na povrchu Země
![Page 33: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/33.jpg)
Metoda korekce pro NOAA
• Sensor AVHRR (2 pásma)
• HIRS – High Resolution Infrared Radiometric Sounder – sondáž atmosféry pro korekce
• V, NIR; korekce NDVI - Odstraňování molekulového rozptylu, efektu absorpce O3 5-15% v ch1, efektu absorpce H2O 10-30% v NIR.
• Termální korekce (ch. 4 and 5, NOAA 11)
![Page 34: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/34.jpg)
Model MODTRAN
• MODerate resolution atmospheric TRANsmission
• modeluje přenos EMG záření v atmosféře
• umožňuje řešit radiační rovnice popisující přenos záření s ohledem na efekty: – pohlcování/vyzařování a rozptylu molekul a částic
– odrazivosti a emisivity zemského povrchu
– ozáření Sluncem a Měsícem
– sférické refrakce
• pro vlnové délky λ 0,2-100 μm UV + VIS + IR
• vhodný pro menší výšky
![Page 35: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/35.jpg)
Model ATCOR
• atmosférické a topografické korekce – eliminace
atmosférických a topografických efektů
• umožňuje získat fyzické parametry zemského
povrchu:
– odrazivosti
– emisivity
– teploty
• varianty modelu:
ATCOR2/3 – pro dig. obrazové záznamy z kosmických
skenerů s úzkým zorným polem
ATCOR4 – pro dig. obrazové záznamy z leteckých
skenerů se širokým zorným polem)
![Page 36: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/36.jpg)
Výpočet ATCOR pro VIS a SWIR záření
• výsledný signál ze senzoru ovlivněn:
– komponentou 1 - záření rozptýlené v atmosféře
– komponentou 2 - záření odražené plochou
odpovídající sledovanému pixelu
– komponentou 3 - záření odražené okolím
sledovaného pixelu a rozptýleným do směru
sledování
m 2,5 ;4,0
![Page 37: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/37.jpg)
Průchod záření atmosférou • výsledný signál ze senzoru ovlivněn zářením:
1. rozptýleným v atmosféře (komponenta 1)
2. odraženým plochou sledovaného pixelu (komponenta 2)
3. odraženým okolím sledovaného pixelu a rozptýleným do směru sledování (komponenta 13)
![Page 38: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/38.jpg)
Průchod záření atmosférou • výsledný signál ze senzoru ovlivněn zářením:
1. rozptýleným v atmosféře (komponenta 1)
2. odraženým plochou sledovaného pixelu (komponenta 2)
3. odraženým okolím sledovaného pixelu a rozptýleným do směru sledování (komponenta 13)
![Page 39: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/39.jpg)
Model ATCOR2
• model pro plochý terén
• DN pixelu pro určité pásmo transformováno na odrazivost iteračním výpočtem: 1. krok – komponenta 1 odečtena (externí určení složky záře
atmosféry), komponenta 2 a komponenta 3 (vliv okolí se zanedbá) transformovány na ekvivalent odrazivosti na povrchu
2. krok – výpočet průměrné odrazivosti okolí (low-pass
filtrace) o poloměru R ‹0.5,1›[km]
3. krok – připočtení komponenty 3 (vliv okolí), stanovené rozdílem hodnot krok 2 – krok 1
4. krok – (spherical albedo effect) provede změnu vyjadřující prostorově proměnnou průměrnou odrazivost (okolí 1km) aktuální scény, celkový zářivý tok
– závisí na průměrné odrazivosti,
– je vypočten pro konstantní odrazivost = 0,15
![Page 40: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/40.jpg)
Model ATCOR2
• Pokud zanedbáváme vliv okolí, R=0, pak kroky 2,
3, 4 vynechány
![Page 41: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/41.jpg)
Model ATCOR2 • odstranění závoje obrazu systému LANDSAT 5 TM
![Page 42: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/42.jpg)
Aplikace modelu ATCOR2
Primární data LANDSAT TM data se skutečnými hodnotami odrazivosti
![Page 43: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/43.jpg)
Výpočty ATCOR pro TIR záření
• Jinde až 14.5 i 15
• týká se:
– LANDSAT 4/5 TM band 6
– LANDSAT 7 ETM+ band 6
– ASTER
m 13 ;8
![Page 44: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/44.jpg)
Výpočty ATCOR pro TIR záření
• výsledný signál ze senzoru ovlivněn:
– komponentou 1 - záření emitované atmosférou
– komponentou 2 - záření emitované povrchem (o teplotě
T a emisivitě ε) – nese základní informaci o sledovaném
pixelu
– komponentou 3 – tepelné záření odražené povrchem
do směru sledování (L3)
– kde
• r = 1-ε (odrazivost)
• F (atmosférický tepelný tok)
FrL
.3
![Page 45: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/45.jpg)
Signál TIR záření
• .
![Page 46: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/46.jpg)
Výpočty ATCOR pro TIR záření
• pro senzory s n termálními pásmy se řeší n rovnic n+1
neznámými (n emisivit +1 teplota povrchu) – nelze vypočítat
• Proto se musí zadat hodnoty emisivity (viz další snímek)
• Výsledkem je pak obraz teploty (ve stupních, ale zpravidla
násoben konstantou, např. default 4).
• V případě výskytu záporných teplot se doporučuje použít
posunutí hodnot (offset) pro zachování rozsahu 0-255.
![Page 47: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/47.jpg)
Výpočty ATCOR pro TIR záření
• volba hodnoty pro emisivitu:
– konstanta definovaná uživatelem pro celou scénu, např.
ε=0,98 pro
• TM band 6: 10,5-12,5μm
• ASTER band 13: 10,3-11,0μm
– hodnoty emisivity definované v závislosti na typu pokryvu
(získá se klasifikací z ostatních pásem):
• ε=0,96 (půdy pro εRED>10%, dále asfalt, písek, smíšené
pixely)
• ε=0,97 (vegetace pro NIR/RED>2)
• ε=0,98 (voda a neklasifikované pixely)
– hodnoty emisivity (v procentech) k dispozici v
samostatném souboru (např „*._emi3.bsq“)
![Page 48: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/48.jpg)
Model ATCOR3
• model pro členitý terén
• výsledný signál ze senzoru ovlivněn:
– odrazem záření rozptýleného v atmosféře
– zářením odraženým plochou odpovídající
sledovanému pixelu
– zářením odraženým okolím sledovaného pixelu
– zářením terénu odraženým ke sledovanému pixelu
• modulem SPECTRA vypočteny atmosférické
podmínky:
– obsah vodní vlhkosti
– typ aerosolu
– viditelnost
![Page 49: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/49.jpg)
Model ATCOR3
• model pro členitý terén
![Page 50: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/50.jpg)
Model ATCOR3
• model pro členitý terén
• DN pixelu pro určité pásmo transformováno na
odrazivost iteračním výpočtem:
1. krok – od naměřeného signálu odečteny hodnoty
vyjadřující vliv topografických stínů (vypočteno
programem SHADOW)
2. krok – výpočet průměrné odrazivosti okolí (low-pass
filtrace) o poloměru R ‹0.5,1›[km]
3. krok – výpočet komponenty 4 (tj. příspěvku záření
odraženého terénem). Vypočteno programem
SKYVIEW. Průměrování oknem s rozměrem 0,5 km.
4. krok – připočtení komponenty 3 (vliv okolí)
![Page 51: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/51.jpg)
Model ATCOR3 5. krok – (spherical albedo effect) provede změnu
vyjadřující prostorově proměnnou průměrnou
odrazivost (okolí 1km) aktuální scény, celkový zářivý
tok
– závisí na průměrné odrazivosti,
– je vypočten pro konstantní odrazivost = 0,15
6. krok – volitelné empirické korekce pro dvousměrný
efekt (tzv. BRDF correction - Corection for Bi-
Directional Effect) – plochy na strmých svazích nebo
špatně ozářené plochy
• Pokud se zanedbá vliv okolí (R=0), kroky 2, 3, 4, 5 jsou
vynechány
![Page 52: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/52.jpg)
Model ATCOR3 • odstranění závoje obrazu systému IKONOS pásma 4,2,1
• Drážďany, Německo
![Page 53: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/53.jpg)
Model ATCOR3 • odstranění stínů způsobených oblačností v LANDSAT 7 ETM+
pásma 4,5,3
• zohledněn vliv výšky Slunce (41°)
• zemědělská krajina v Meklenbursku, Německo
![Page 54: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/54.jpg)
Aplikace modelu ATCOR
Primární data IKONOS
data s redukovaným závojem
data se skutečnými hodnotami odrazivosti
![Page 55: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/55.jpg)
Model ATCOR4 • Atmospheric Correction of Small and Wide FOV Sensors (airborne)
• Kvůli efektivnosti výpočtů jsou odděleny modely pro plochý a drsný terén
• Velká databáze atmosférických korekcí – kompilovaná s Modtran-5
• Výšky 0 km - 10 km (po 1 km) a 20 km
• Implementace atmosférických a topografických korekcí pro data leteckých skenerů pro VIS-SWIR (0.35-2.55 um) a TIR (8-14 um):
– Výpočty povrchové odrazivosti
– Výpočty povrchové (jasové) teploty a emisivity
• Výpočet map obsahu aerosolů a vodních par
• Odstraňování atmosférického závoje (v nízké výšce) a mraků typu cirrus
• Kalibrace senzoru během letu s využitím pozemních referenčních cílů
• Operační nasazení pro systémy: DAIS, AVIRIS, HyMap, CASI, AISA, Daedalus a Hyspex
![Page 56: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/56.jpg)
Model ATCOR4 - postup • Stejné komponenty záře jako u ATCOR3, 2 (s rozlišením terénu). Kroky:
1. Převzorkovat požadovaný atmosférický soubor (uložený v databázi) s výškami letu
2. geokódování (rektifikace) nebo ortorektifikace
3. Pro hornatý terén – výpočet sklonu a orientace z DEM, také faktory viditelnosti oblohy (sky view factor and cast shadow images)
4. Testování úspěšnosti nastavení atmosférických parametrů na malém vzorku z různých povrchů (doporučeno srovnání s pozemními spektrálními měřeními nebo spektrálními knihovnami)
5. Provést kalibraci za letu, pokud jsou k dispozici pozemní měření a atmosférická data (radiosonda, viditelnost, optická hloubka, intenzita slunečního záření), tím se určí radiometrické kalibrační koeficienty (offset and slope).
6. Aplikuje se model ATCOR4 za předpokladu Lambertovských povrchů. Viditelnost a obsah vodních par může být specifikován uživatelem (konstantní atmosférické podmínky) nebo jsou vypočteny programem (je požadována přítomnost vhodného spektrálního pásma.
7. V případě silných dvousměrných efektů (bidirecional effects, viewing in the principal solar plane) se používají empirické korekční metody pro normalizaci výsledků do odrazivosti v nadiru
![Page 57: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/57.jpg)
Model ATMOSC
• model v Idrisi Andes
• účelem je odstranění nebo eliminace vlivů
atmosféry:
– závoj
– … a další
• model zohledňuje:
– parametry stavu atmosféry v určité době (RRRRMMDD)
– frekvence zpracovávaného pásma
– offset, gain
– výšku Slunce (Sun elevation),
– úhel pozorování (viewing angle),
![Page 58: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/58.jpg)
Standardizované úrovně předzpracování (SPOT Image)
Processing
level
Popis předzpracování
1A radiometrické korekce
1B radiometrické korekce a geometrické korekce,
převzorkování = pixel konstantních rozměrů (10 nebo
20m)
1AP úroveň 1A, pro fotogrammetrii
2 úroveň 1B, více přesnějších geometrických korekcí, pro
kartografické aplikace
2A geometrické korekce provedeny bez identických bodů
2B geometrické korekce provedeny s identickými body,
spojenými s topografickou mapou
![Page 59: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/59.jpg)
Standardizované úrovně předzpracování (SPOT Image)
Processing
level
Popis předzpracování
S radiometrické korekce a geometrické převzorkování pro
dvouscénovou registraci
S1 jedna vstupní scéna je zpracována v úrovni 1B
S2 jedna vstupní scéna je zpracována v úrovni 2
3 Snímek je korigován s využitím identických bodů a
DMR. Používá se při vytváření ortofotomap.
![Page 60: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/60.jpg)
Kombinovaná metoda kompenzace sezónních vlivů
• Pro výpočet radiometrických a atmosférických korekcí kompenzujících sezónní vlivy lze použit algoritmus (NIKM):
![Page 61: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/61.jpg)
Skutečná odrazivost
povrchu Země
(kombinace
radiometrických a
atmosférických korekcí)
• Postupný proces – 3 kroky:
1. Konverze DN na spektrální zář (na
senzoru)
2. Konverze spektrální záře na odrazivost
vně atmosféry (na senzoru)
3. Odstranění atmosférických efektů (např.
model 5S) ->odrazivost na povrchu
![Page 62: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/62.jpg)
Konverze DN na spektrální zář (na senzoru)
• transformováno DN pixelu pro určité pásmo na spektrální
zář podle vztahu:
• kde c0 = aditivní složka (offset, bias)
c1 = multiplikativní složka (gain)
Jednoduchý lineární přepočet
DNccL 10
![Page 63: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/63.jpg)
Konverze DN na spektrální zář (na senzoru)
• Výpočet c0 (bias) a c1 (gain) pro každé pásmo:
• Vychází se z hodnot Lmin a Lmax pro každé pásmo
(poskytnuté operátorem systému), z nich se vypočtou
parametry přímky c0 a c1
• Lmin=c0+c1*0=c0
• Lmax=Lmin+c1*DNmax, tj. c1=(Lmax-Lmin)/DNmax
• Pro Landsat DNmax = 255.
• Někteří uvádějí (Bilko): C1 = (Lmax/254)-(Lmin/255), což je
skoro totéž.
![Page 64: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/64.jpg)
Lmin a Lmax pro TM pásma
![Page 65: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/65.jpg)
Ukázka metadat LandSat-7 ETM+
© Rees, 2012
![Page 66: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/66.jpg)
Konverze spektrální záře na zdánlivou odrazivost
• Zdánlivá odrazivost (u družic odrazivost vně atmosféry) se vypočte:
![Page 67: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/67.jpg)
Určení zenitového úhlu Slunce SZ
Výška slunce (zenitový úhel) SZ:
• SPOT a LANDSAT udávají v parametrech výškový úhel (elevation angle) Slunce, proto se zenitový úhel vypočet jako 90-výškový úhel (a převede na radiány)
![Page 68: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/68.jpg)
Určení vzdálenosti Země-Slunce d
• Vzdálenost Země-Slunce (d):
d2=(1-0.01674*cos(0.9856*(JD-4)))2
• kde JD je Juliánský den (počet dní od počátku roku)
![Page 69: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/69.jpg)
Určení intenzity ozařování Slunce ESUN
• Střední hodnota intenzity ozařování Sluncem mimo atmosféru spektrální (mW cm-2 μm-1)
![Page 70: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/70.jpg)
Ukázka výpočtu nad metadaty LandSat-7 ETM+
• It shows that the image was acquired on 22 July 2001, and that the Sun’s elevation angle (at the centre of the image) was 41.1 at the time. The Sun’s zenith angle Θ was thus 48.9, and the distance from the Sun to the Earth on this date was 1.016 AU (this is the distance from the Sun to the Earth’s centre, not its surface, but since the radius of the Earth is only 0.000 04 AU the difference can be ignored). The mean exoatmospheric spectral radiance in the ETM+ band 1 is 1969 Wm-2μm-1, so a band 1 radiance of 70.9 Wm-2sr-1μm-1 corresponds to a planetary reflectance of
© Rees, 2012
![Page 71: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/71.jpg)
Odstranění atmosférických efektů a
určení odrazivosti na povrchu • Různé metody odstranění atmosférických efektů – viz
dříve
• Doporučovaný model 5S
![Page 72: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/72.jpg)
Výpočet povrchové teploty (NIKM)
Algoritmy používané pro výpočet povrchové teploty lze rozdělit na:
• tzv. split-window algoritmy a multispektrální algoritmy. Jedná se z hlediska využívaného počtu termálních pásem v prvním případě o algoritmy využívající dvě termální pásma, ve druhém případě o algoritmy využívající více termálních pásem.
• mono-window algoritmy využívají na vstupu jediné termální pásmo
![Page 73: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/73.jpg)
Výpočet povrchové teploty podle NASA (NIKM)
• Typickou aplikací mono-window algoritmu je výpočet teplot z termálního pásma družic LandSat.
• jednoduchý algoritmus pro zjištění teplot - NASA.
• Algoritmus využívající pouze jedno termální pásmo má však obecně tu nevýhodu, že zjištěné teploty nejsou zbaveny vlivu atmosféry, proto pracovníci NASA vyvinuli a aplikovali pro data z družice LandSat TM6 algoritmus, který modeluje stav atmosféry pomocí dvou základních meteorologických ukazatelů stavu atmosféry – propustnosti a průměrné teploty atmosféry
• 3 kroky:
1. Přepočet DN na spektrální zář
2. Výpočet radiační teploty pomocí Planckovy funkce
3. Výpočet povrchové teploty
![Page 74: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/74.jpg)
Přepočet DN na spektrální zář (NIKM)
• kde Qmax je maximální možná DN hodnota (Qmax = 255), Qdn je DN hodnota pixelu, Lmin(λ) a Lmax(λ) jsou minimální a maximální zaznamenatelné hodnoty spektrální hustoty pro Qdn = 0 a Qdn = 255
• Pro snímek Landsat 7 ETM+ pořízený v módu „low gain“ jsou odpovídající hodnoty Lmin(λ) = 0 a Lmax(λ) = 17,04 Wm-2sr-1μm-1, zjednodušeně pak platí:
max
)min()max()min(
)(
)(
Q
QLLLL
dn
dnQL 06823529,0)(
![Page 75: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/75.jpg)
Výpočet radiační teploty pomocí Planckovy funkce (NIKM)
• kde K1 a K2 jsou kalibrační konstanty, jejichž hodnoty jsou pro senzor ETM+ K1 = 666,09 Wm-2sr-1 a K2 = 1282,7 [K].
• Je-li známa emisivita povrchů na mapovaném území, je možné vypočíst přímo teplotu povrchů dle následujícího vztahu:
• kde λ je vlnová délka emitovaného záření, v našem případě odpovídá střední hodnotě mezí vlnových délek pro termální pásmo Landsatu, tedy λ = 11,45 μm, α = hc/K = 1,438 x 10-2 mK, kde K je Stefan-Boltzmannova konstanta (1,38 x 10-23 JK -1), h je Planckova konstanta (6,26 x 10-34 Js), a c je rychlost světla (2,998 x 108ms -1).
)(
1
2
1lnL
K
KTrad
ln1
rad
radkin
T
TT
![Page 76: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/76.jpg)
Výpočet radiační teploty pomocí Planckovy funkce (NIKM) - 2
• Pokud však chceme opravit teploty o atmosférickou korekci, pak je možné použít vztah:
• kde a, b jsou koeficienty podle popsané v tab., Ta je průměrná efektivní teplota atmosféry
• parametry C a D se vypočtou:
kde ε je emisivita povrchu, τ je transmitance atmosféry.
C
DTTDCDCbDCaT aradkin
11
C 111D
![Page 77: Předzpracování obrazových záznamů – atmosférické …homel.vsb.cz/~hor10/Vyuka/DZDPZ/DZDDPZ4c.pdf• Eastman, J.R.: Idrisi Andes Tutorial • Liang, S.: ... (ERDAS Imagine,](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022021510/5ab01d7e7f8b9aa8438e3148/html5/thumbnails/77.jpg)
Výpočet povrchové teploty (NIKM)
• Z předchozího vyplývá, že z radiační teploty lze vypočítat povrchovou teplotu opravenou o vliv atmosféry. K tomu je však nutná znalost emisivity povrchů. Z hlediska atmosféry pak její průměrná teplota a propustnost. Emisivitu povrchů je možné vypočíst například z hodnot NDVI (normalizovaného vegetačního indexu), nebo hodnoty emisivity stanovit tabelárně pro určitou klasifikaci jednotlivých druhů povrchů
• Co se týče průměrné teploty atmosféry, je možné ji v případě, že nejsou k dispozici přesnější data, odvodit z teploty vzduchu nad povrchem (ve výšce dvou metrů) pomocí modelu standardních atmosfér. Obdobným způsobem je možné vypočítat propustnost z hodnot obsahu vodních par.