Protocolo Landsat

7/23/2019 Protocolo Landsat

1/22

Administracin de Parques Nacionales Sistema de Informacin de Biodiversidad

- Protocolo para el preprocesamiento de imgenessatelitales Landsat para aplicaciones de la

Administracin de Parques Nacionales -

Buenos Aires, 2005


2/22

-Protocolo Pre-procesamiento de imgenes satelitales-

- 1 -

Protocolo para el pre procesamiento de imgenes satelitales Landsatpara aplicaciones de la Administracin de Parques Nacionales

Introduccin

Las tcnicas relacionadas con la percepcin remota han significado una herramienta fundamental parael estudio del medio ambiente. Estas tcnicas constituyen un conjunto de instrumentos que permiten laobtencin, medicin y registro de informacin a distancia. Fundamentalmente se basan en las

propiedades que poseen los diferentes cuerpos de reflejar la energa electromagntica proveniente de laradiacin solar incidente sobre la superficie terrestre. Los equipos montados a bordo de los satlites deobservacin terrestre producen imgenes con caractersticas especficas y nicas como fuente deinformacin. Las imgenes obtenidas por los satlites ofrecen una perspectiva nica de la Tierra y susrecursos. El valor de las imgenes de satlite y la informacin extrada de ellas es evidente ya que

ofrecen una cobertura global y peridica de la superficie terrestre con una visin panormica yhomogeneidad en la toma de datos.

El uso de las imgenes satelitales se ha divulgado en los ltimos aos para una gran variedad deaplicaciones: desarrollo y planificacin urbana, catastro, infraestructura, usos del suelo, estudiosambientales y de recursos naturales, agricultura, desastres naturales/emergencias, entre otros. Susaplicaciones dentro de la Administracin de Parques Nacionales son diversas, utilizndolas para ladelimitacin de limites, identificacin de las amenazas para las reas protegidas, determinacin delavance de las zonas agrcolas y la definicin de diferentes tipos de vegetacin, entre otras.

El objetivo de este documento es generar un protocolo de base sobre mtodos de pre procesamiento deimgenes satelitales aplicable a los mltiples objetivos que se cubren en la Institucin. El mtodo de

pre procesamiento de imgenes que se describe tiene el objetivo de maximizar la precisin de losresultados obtenidos a partir de la utilizacin de imgenes satelitales. Especficamente, se ilustran losmtodos y algoritmos que se utilizan para aplicar correcciones geo-radiomtricas. Debe tenerse encuenta que no se detallan la totalidad de los pasos del proceso, sino que se presenta los pasosmetodolgicos que se requieren y los algoritmos que se aplican en cada caso. Este documento debeutilizarse con unos archivos complementarios: uno es un archivo denominado planilla_datos.xls en elque se completaran con los datos correspondientes y el cual permite realizar determinados clculos aaplicarse en las distintas etapas del proceso; y los modelers (*.gmd) a aplicarse en cada correccin.

Satlite Sensor Imagen: Muchas de las imgenes que generan los diversos tipos de sensores con susvariantes en resolucin pueden aplicarse a los requerimientos de aplicaciones de la institucin. Sinembargo, teniendo en cuenta la escala y las necesidades con las que se trabaja, predomina el uso deimgenes Landsat TM y MSS. Por lo tanto, este protocolo se aplica al uso de imgenes Landsat 5 TMy 7 ETM+.

La resolucin temporal, que se refiere al tiempo de revisita del satlite, tanto del Landsat 5 como 7 esde 16 das. Mientras que la resolucin radiomtrica, es decir la sensibilidad del sensor paradiferenciar niveles de intensidad de la seal de retorno, es de 8 bits de resolucin para ambos sensores.La resolucin espectral es el nmero y ancho de las bandas en el espectro electromagntico al que essensible el sensor y la resolucin espacial determina el tamao del menor objeto que es posibledistinguir con el sensor. En Landsat 7 las bandas del espectro visible y del infrarrojo mantienen laresolucin espacial de 30m del Landsat 5 (canales 1,2,3,4,5 y 7). Las bandas del infrarrojo trmico(canales 6L y 6H) pasan a ser adquiridas con resolucin de 60 metros, contra 120 metros del Landsat5. La nueva banda Pancromtica (canal 8) tiene 15 m de resolucin espacial. El siguiente cuadro


3/22


- 2 -

comparativo ilustra las diferencias de resolucin entre el sensor TM del Landsat5 y el sensor ETM+del Landsat 7.

PlataformaSensor

ResolucinEspectral ()

Resolucinespacial (m.)

Resolucintemporal (Das)

Resolucinradiomtrica (Bits)

rea decobertura (Km.)

Landsat-5TM

ThematicMapper

B1: 0.45 - 0.52 (visible-azul)B2: 0.52 - 0.60 (visible-verde)B3: 0.63 - 0.69 (visible-rojo)B4: 0.76 - 0.90 (IR cercano)B5: 1.55 - 1.75 (IR medio)B6: 10.4 - 12.5 (IR trmico)B7: 2.08 - 2.35 (IR medio)

3030303030

12030

16 8 185 X 170

Landsat-7ETM

SpectralBands

B1: 0.45 - 0.51 (visible-azul)B2: 0.52 - 0.60 (visible-verde)B3: 0.63 - 0.69 (visible-rojo)B4: 0.77 - 0.90 (IR cercano)B5: 1.55 - 1.75 (IR medio)B6: 10.40 -12.50 (IR trmico)B7: 2.09 - 2.35 (IR medio)B8: 0.52 - 0.90 (Pancromtica)

3030303030603015

16 8 185

La seleccin de las imgenes: la fecha de adquisicin de la imagen depende del objetivo del trabajo yel fenmeno que se quiere observar, por lo cual quedara a criterio de la persona encargada del anlisisdigital. Solo deben tenerse en cuenta ciertos factores de calidad de la imagen, como ser cobertura denubes, etc. Otro factor a tener en cuenta si se pretende trabajar con imgenes de Landsat 7 es que a

partir de 31 de mayo del 2003 se detecto una anomala. A partir de esa fecha algunas imgenes no hansido procesadas para su distribucin y otros de los productos con el instrumento ETM+ estntrabajando sin el Scan Line Corrector (SLC-off), es decir que faltan datos al alejarse del centro de laimagen.

Software: Este protocolo apunta a trabajos de procesamiento de imgenes con la utilizacin delsoftware de procesamiento ERDAS Imagine (8.x) de la empresa Leyca. No se descarta la

posibilidad de utilizar otros paquetes informticos como ENVI, Idrisi Kilimanjaro u otros. Los pasosdel pre procesamiento son los mismos, solo varan las interfaces y los mdulos por cuestiones de

presentacin o formato de cada software. Sin embargo, actualmente la institucin dispone de laslicencias habilitantes para ERDAS, por lo cual, la metodologa que se presenta es segn el formatode dicho software.

Diagrama de flujo del pre procesamiento

A continuacin se presentan los pasos secuenciales del mtodo de pre-procesamiento en un diagramade flujo que sirve de gua para el seguimiento en cada etapa.


4/22


- 3 -

Conversin

Correccingeomtrica

Imagengeorreferenciada

Reescalada

ReflectanciaSup. (8 Bits)

Correccin

atmosfrica

Calibracin

Importacin

Radiancia(Float=32 bits)

Reflectancia sup.(Float=32 bits)

Reflectancia TOA(Float=32 bits)

Imagen en DN(8 bits)

Archivos *.daty header

ADVERTENCIA: Puede realizarse la correccin geomtrica antes de la correccin radiomtricanicamente cuando se utilice como mtodo de remuestreo el vecino mas cercano. En caso de utilizar otro mtodo de remuestreo debe realizarse primero, indefectiblemente, la correccin radiomtrica.

Preparacin de los datos

Los datos que provee la CONAE (Comisin Nacional de Actividades Espaciales) se presentan en unaserie de archivos de tipo DAT con los datos de cada banda del satlite y uno denominado header, el

cual es un archivo de lectura (puede abrirse con Block de Notas o Word) en el que esta

la informacin relativa a la imagen y las caractersticas de adquisicin de la misma. Acontinuacin se presenta el contenido de los CDs como son entregados por la CONAE yel ejemplo de un header.


5/22


El primer paso consiste en la lectura del header de la/s imgenes con la/s que se trabaje y se procede acargar los datos en la planilla Excell desarrollada para tal fin. Para ello, abrir dicho archivodenominado planillas_datos.xls. Esto es de suma importancia ya que la informacin que aqu seingrese ser utilizada en los siguientes pasos del pre-procesamiento. Adems, la planilla est diseada

para disponer de ciertos clculos que son necesarios para aplicar en ciertas etapas del mismo.

- 4 -


6/22


- 5 -

ADVERTENCIA: El header de las imgenes puede variar en su formato a travs del tiempo, segnla fecha de adquisicin de la imagen, as como segn el satlite. Por lo cual, deber ponerseespecial atencin considerando que un error en algunos de estos datos implica errores en lossi uientes rocedimientos.

El segundo paso es convertir los datos a un formato compatible con ERDAS. Se utiliza la aplicacinImport del men principal. Se importa de Generic Binary (Type) y File (Media). Se seleccionan el

archivo de input y se denomina el output.


7/22


- 6 -

El formato de los datos es Band Sequential (BSQ). Deben introducirse la cantidad de filas y columnasque tiene la imagen. Este dato se obtiene del header: Rows, corresponde a lneas (lneas por imagen) yel Cols, es columnas (pxeles por lnea). Luego se selecciona el numero de bandas que se quiere incluiren la imagen. Puede importarse de una banda a todas. Para muchas de las aplicaciones no suele sernecesario la importacin de la banda 6 que corresponde al trmico. Hay que tener en cuenta que elLandsat 7 genera la banda 6 con ganancia baja (Canal 6L) y ganancia alta (Canal 6H). Y adems queel sensor ETM+ en el Landsat7 tiene una banda Pancromtica (banda 8). Cuando es mas de una bandase debe tildar la opcin Band in Mltiple files. Esta opcin habilita la siguiente ventana de BSQ Bandfiles en la que asigna cada banda del archivo *.dat a la banda correspondiente. La secuencia con que seingresan los archivos indicar el orden que guardarn las bandas en la imagen importada.

Una vez que se realiza este proceso se dispone de la imagen propiamente dicha en un archivo *.imgsobre la que se realiza el pre procesamiento.

Existe la opcin de ir a preview, antes de hacer correr la importacin. Esto muestra una vista rpida dela imagen, degradada, con la que se podr verificar que la importacin se lleva a cabo correctamente.Debe observarse que la imagen no aparezca deformada.

Importacin de los datos

Datos de entrada Fuente de los datos Datos de salida

Rows (lneas por imagen) HeaderCols (pxeles por lnea). Header

Archivos DAT

Imagen *.IMG

Pre procesamiento - Correccin Geo-radiometrica de los Datos

La energa captada por un sensor remoto pasa por una serie de interacciones que deben sercomprendidas para preprocesar los datos adecuadamente para posteriores anlisis e interpretaciones.

Mas all de restricciones como la resolucin espacial, espectral, temporal y radiomtrica y lacomplejidad de los elementos naturales, hay que considerar que la energa captada por el sensor sufreuna serie de interacciones con la atmsfera antes de llegar al sensor. Consecuentemente, la radianciaregistrada por el sensor no es una representacin exacta de la radiancia efectivamente emitida por las


8/22


- 7 -

coberturas. Esto significa que la imagen adquirida en formato numrico presenta una serie deanomalas con respecto a la escena real detectada. Estas anomalas estn en la localizacin de los

pxeles y en los niveles digitales de los pxeles que componen la matriz de datos. Las operaciones decorreccin pretenden minimizar estas alteraciones. Estas se enmarcan dentro de las operaciones de pre

procesamiento porque, en general, se llevan a cabo antes de realizar los procedimientos de extraccinde informacin cuantitativa. Como producto se obtiene una imagen corregida que es lo ms prximo

posible, geomtrica y radiometricamente, a la verdadera energa radiante y caractersticas espacialesdel rea de estudio al momento de la coleccin de los datos.

Las correcciones que se pretende que se apliquen, sobre todo la radiomtrica, son procedimientosrelativamente simples, pero que mejoran la calidad de los datos para consecuentemente mejorar lacalidad de las clasificaciones y la deteccin de cambios. Aunque existen mtodos ms desarrollados ycomplejos para correcciones georadiomtricas, los que se proponen son apropiados para generar la

precisin requerida para permitir un amplio rango de aplicaciones con objetivos ecolgicos demonitoreo y/o manejo como los que se manejan en la institucin.

Correccin geomtrica

Existen dos tipos de errores geomtricos, sistemticos (predecibles) y no sistemticos (aleatorios). Lossistemticos son errores internos, introducidos por el mismo sistema de sensores remotos o en

combinacin con la rotacin de la tierra o sus caractersticas de curvatura. Tienen quever con esfericidad, rotacin de la tierra, inclinacin de la orbita, ngulo de observacin,

proyeccin cartogrfica.Los no sistemticos son errores externos generalmente introducidos por fenmenos quevaran en tiempo y espacio. Tienen que ver con cuestiones de relieve, movimientos de la

plataforma; la informacin para corregirlos no siempre esta disponible; por lo que esnecesario tomar puntos de control y remuestrear la imagen para eliminarlos. Tambin pueden corregirse relacionando observaciones de campo empricas con medidas delsensor. Generalmente los errores geomtricos sistemticos son ms sencillos deidentificar y pueden ser corregidos basados en medidas de calibracin del sensor.

Las imgenes que provee la CONAE tienen la mayora de los errores sistemticos ya removidos, pero,a no ser que hallan sido procesados, los errores no-sistemticos permanecen en la imagen, y comoresultado no son planimtricas, es decir los valores de X e Y no se corresponden con los valores decoordenadas terrestres.. Sin embargo, provee los valores de algunas variables para la aplicacin de losalgoritmos de correccin.

El objetivo de las correcciones geomtricas es remover la distorsin geomtrica. Se trata de ubicarcada pxel en su posicin planimtrica correspondiente. Esto permite que la informacin obtenida deteledeteccin se pueda relacionar con informacin temtica de otras fuentes en SIG y pueden utilizarse

para obtener medidas de distancia, el rea de un polgono e informacin de orientacin.

Existen dos procedimientos comunes para la correccin geomtrica:

-Corregistracin imagen a mapa (rectificacin): es el proceso mediante el cual la geometra deuna imagen se convierte a planimtrica. La rectificacin incluye la seleccin de puntos GCP (GroundControl Point) en la imagen de coordenadas de fila columna en el mapa. Un punto de control (GCP) esuna ubicacin en la superficie terrestre que pueden identificarse en la imagen. Pueden utilizarse puntosde control obtenidos con un GPS en el campo o de un mapa de proyeccin conocida.


9/22


- 8 -

Se inicia el Image Geometric Correction desde el Data Preparation del men principal. Esta funcintambin puede iniciarse desde el viewer.

Se selecciona la imagen que se pretende corregir geomtricamente. Esto se puede hacer desde elarchivo o seleccionando la imagen en la vista (viewer), si esta fue abierta previamente.

Se setea el modelo de correccin de modo que se realice una interpolacin espacial por polinomios yel grado de la ecuacin de transformacin a realizar ser primer grado .

Dentro del men Projection , se setea la herramienta de referencia de los GCP. De sta manera, seutilizan los parmetros de la correccin del mapa de referencia. Se recomienda utilizar comoProyeccin: Transverse Mercator, Sistema de referenciay datum: WGS 84 y los datos de longitud ylatitud de la faja correspondiente al rea de estudio.


10/22


- 9 -

Se procede con lo que se denomina interpolacin espacial, que consiste en elegir puntos de controlobservando detenidamente toda la imagen y seleccionar potenciales GCP que, en la medida de lo

posible, debern estar distribuidos alrededor de la escena y luego hacia el centro. Esto permitedisminuir la distorsin al mximo. La cantidad de puntos a utilizarse para lograr una buena correccin

estar definida en parte por las caractersticas del rea geogrfica de la imagen y estar definida antesde remuestrear la imagen. Root Mean Squared Error (RMS) es el mtodo mas usado para evaluar lacalidad del algoritmo de interpolacin espacial y de los GCPs seleccionados. El error medio estndar (RMS) debera ser menor a 1 pxel en las direcciones X e Y, y en total. Valores altos indican una malaseleccin de los GCPs. Por lo cual ser necesario tomar nuevos puntos y/o quitar aquellos que

presenten altos valores de RMS.


11/22


- 10 -

Finalmente se procede con lo que se denomina Interpolacin de los valores radiomtricos: Una vezrealizada la interpolacin espacial es necesario establecer un mecanismo para determinar el valor deintensidad de la imagen de salida. Este proceso se denomina interpolacin de intensidad (resampling),

que consiste en la generacin de valores de brillo para los pxeles de la imagen de salida a partir de losde la imagen deformada obtenida despus de la interpolacin espacial. Los mtodos ms usados deremuestreo son: Vecino mas cercano, Interpolacin bilineal, Convolucin cbica. El criterio servecino ms cercano.


12/22


- 11 -

- Registracin (imagen a imagen): es el proceso de alineamiento (ajuste en rotacin ytranslacin) por el cual dos imgenes del mismo path y row y de geometra similar se ubican de modotal que se superponga una con la otra, es decir, un elemento de tierra en una imagen tenga la mismaubicacin en la otra. Este tipo de correccin geomtrica se realiza cuando no es necesario saber cualesson las coordenadas de mapa, pero se quiere utilizar los datos satelitales para monitoreo de los

procesos que ocurren en los ecosistemas o deteccin de cambios en los mismos entre fechas (estudiosmultitemporales). Los pasos del procedimiento son similares a los de la rectificacin.

Puede trabajarse con la combinacin de ambos procesos. Es decir, se corregistran imgenes a partir de una imagen corregida geomtricamente previamente con una rectificacin (de imagen amapa).

Correccin geomtrica

Datos de entrada Fuente de los datos Dato de salidaImagen en DN

(8 bits)

Sistema de referencia

Puntos GCP Otra imagen, GPS olayers

Imagen georreferenciada

NOTA: Es conveniente guardar los GCP_input (de la imagen de referencia) y los GCP_output (de laimagen referenciada), as como la ecuacin de transformacin con los parmetros de la proyeccin(*.gms).

Para evaluar la exactitud posicional de los pxeles de la imagen georreferenciada puede usarse unconjunto de pxeles independientes, que no sern usados en la correccin que se denominan check

point que brindan, junto con el RMS (una medida de la exactitud posicional de los pxeles conrespecto a la imagen o mapa de referencia utilizados) y la cantidad y distribucin de puntos de controlutilizados, brindan una idea acerca de la calidad del proceso de geolocalizacin realizado.

Cuando se realiza una registracin es conveniente volver a realizar una inspeccin visual de la imagenresultante en comparacin con la de referencia. Existen diferentes alternativas visuales a realizar que

brindarn tambin informacin acerca de la calidad de la imagen producida y que es convenienterealizar.

Alternativa 1. Al terminar el proceso de remuestreo, abra en un mismo viewer ambas imgenes yusando el comando swipe , analice la exactitud posicional entre ambas imgenes. Para esto proceda dela siguiente forma:(1) Desplegar dos imgenes en una ventana (las dos imgenes deben tener la misma proyeccin). Parahacer esto en la hoja de opciones de despliegue para desplegar las imgenes indique que NO quierelimpiar el viewer (as se abren las dos imgenes juntas en el mismo viewer). Trate de abrir ambasimgenes con la misma composicin de bandas.

(2) Para visualizarlas superpuestas utilizar el comando Utility/swipe del viewer, con el cual desplegarla imagen de arriba como si fuera una cortina sobre la de abajo.

(3) Para analizar la relacin de la posicin de los pxeles entre las imgenes aumente el detalle lo ms posible en alguna zona sin dejar de identificar de que objeto de la superficie se trata.


13/22


- 12 -

Alternativa 1bis. Abrir una de las imgenes (la referencia) con tres bandas cualquiera. Luego desde elviewer vaya a Raster /Band combination y all coloque por ejemplo la banda 4 en el can rojo,nuevamente la banda cuatro en el verde y luego en el can azul coloque (desde ese mismo comando)la banda 4 pero de la imagen corregida. Cierre la ventana de band combination y analice los defasajesentre ambas imgenes.

Alternativa 2. Otra alternativa para evaluar la exactitud posicional de la imagen recin corregida, escon un conjunto de puntos de control independiente, tomados a campo con GPS. Para esto abra ahoralas dos imgenes en sendos viewers. Ponga un viewer al lado del otro. Luego se abre el archivovectorial con los puntos de campo. Analice en detalle la posicin de los puntos en una y otra imagen.Para moverse mejor entre las ventanas al comparar los datos puede utilizar el comando Link viewer

geographically dentro del men view del viewer .

Correccin radiomtrica

Una vez que la radiacin electromagntica es generada y se propaga, interacta con la atmsferaafectando la radiacin en su longitud de onda, intensidad, distribucin espectral y/o su direccin. Haydos tipos de efectos que produce la atmsfera: absorcin y dispersin. El ruido introducido por laatmsfera tiene efectos importantes en la teledeteccin y su remocin es necesaria.

Las correcciones radiomtricas buscan mejorar la precisin de las medidas de reflectancia obtenidasutilizando un sistema de sensores remotos. Apuntan a eliminar ruidos en los ND (niveles digitales) dela imagen compensando las diferencias en los valores de radiancia y la conversin de los ND a valoresde radiancia y reflectancia utilizando modelos de atmsfera y las geometras deiluminacin/observacin.

El objetivo general de las correcciones atmosfricas es convertir los valores obtenidos por un sensorremoto en valores de reflectancia en superficie, que consiste en la magnitud fsica de inters. Estosvalores son necesarios cuando se trata de usar los datos satelitales para el anlisis cuantitativo de las

propiedades biofsicas de los elementos de la superficie terrestre e identificar y evaluar los procesosque en ella ocurren mediante la comparacin de diferentes escenas en estudios temporales.

A continuacin se presentan los pasos metodolgicos de un modelo sencillo de correccinradiomtrica (correccin atmosfrica parcial). Se ha incluido, a modo de ejemplo, el desarrollo del

primer paso correspondiente a la calibracin, y se presentan los algoritmos que deben aplicarse. Detodos modos, se incluye como parte de los documentos anexos de este protocolo los Archivos

Graphical Model (*.GMD) que deben aplicarse para cada paso.

1.- Calibracin: Para poder interpretar los valores de las imgenes es necesario llevar los valores deniveles digitales (DN) a magnitudes fsicas de Radiancia como medida de la cantidad de energa que

llega al satlite (Lsat) y se calcula como:

L = Gain x DN + Bias .

A este procedimiento se lo denomina calibracin de los datos. Obtener la radiancia esesencial para modelar las propiedades de reflectancia de los objetos o procesos

biofsicos en la superficie y la atmsfera.


14/22


- 13 -

Las unidades en que se mide la radiancia en el sensor son: watts/(m 2* stenradian * m), o sea es lacantidad de energa (watts) por unidad de superficie, en cada porcin del espectro (banda espectral) yconsiderando la distribucin angular de la radiacin. Se considera que los valores de radiancia quellega al satlite guardan una relacin lineal con los valores de DN y, por lo tanto, gain y offset son la

pendiente y la ordenada al origen respectivamente de la recta de regresin que relaciona ambasmagnitudes. Los valores de gain y offset para cada banda espectral de las imgenes Landsat aparecenen el header de las mismas.Se inicia el Model Maker dentro de Spatial Modeler del Modeler del men principal.

Para aplicar ste modelo debe abrirse el archivo denominado DN_Radiancia.gmd en el que se aplica

la frmula de Radiancia (L). All ya se han agregado los objetos (tools) raster, las tablas y funcionescorrespondientes. Deber ingresar la imagen raster que se quiere calibrar. Se ingresa el nmero de bandas y los valores de Gain y Bias correspondiente a cada una de las bandas. Ya se ha completadocon la funcin de adicin y resta establecer el nombre de la imagen float de salida.

ADVERTENCIA: Debe tener mucho cuidado con los valores de gain y bias de los header de lasimgenes ya que pueden presentan modificaciones en el tiempo. Para imgenes Landsat 5, por unlado, los parmetros para la calibracin radiomtrica se han modificado a partir del 5 de mayo de2003 debido a cambios ocurridos en el sistema interno de calibracin para determinar el Gain yOffset (Bias) a aplicarse. Y por otro lado, los valores que se presentan en el header de CONAE

pueden estar en distintas unidades. Ver en el anexo ejemplos de header de Landsat 5 y el procedimiento a realizar.

NOTA: Se ha incorporado en el anexo 1 los valores de Lmin, Lmax, Gain y Biases correspondientesa antes y despus del 4 de mayo de 2003 para Landsat 5 surgidos del documento del USGS (RevisedLandsat 5 TM Radiometric Calibration Procedures and Post-Calibration Dynamic Ranges).Pueden utilizarse directamente estos valores.


15/22


- 14 -


16/22


- 15 -

Obtencin de radiancias (Calibracin)

Datos de entrada Fuente de losdatos Datos de salida

Imagen en DN (8 bits) Gains - W/(m2. sr . mm)/DN Header

Baises - W/(m2. sr . mm)/DN HeaderFuncin (L = Gain * DN +

Bias)

Imagen float deradiancia (32 bits)

watts/(m 2 . sr . m)

Puede verificarse que se ha realizado correctamente la calibracin, visualizando la imagen de salida.Luego se analizan los datos de la imagen desde el Layer info , se despliega el histograma que muestrael nmero de pxeles que tienen un valor semejante en la imagen. Se analiza su forma comparada conla de los datos de contaje, con la cual debe mantener coherencia.

Extraiga con el comando cursor valores representativos de radiancia, y con el comando profile tool ( spectral ), obtenga el patrn espectral de un rea que reconozca como vegetacin, de ser posible, conalto grado de cobertura, y otras de suelo y de agua (de ser posible). Esto servir para verificar msadelante, las siguientes correcciones.

NOTAS: En el ANEXO se ha agregado histogramas y patrones espectrales de cada una de lasimgenes producidas en cada una de las etapas del pre-procesamiento.

2.- Calculo de reflectancias en el tope de atmsfera (TOA) : El clculo de reflectancias al tope de laatmsfera indica la relacin existente entre la energa incidente y la reflejada. No

posee unidades al ser un cociente de irradiancias (se lo puede expresar en porcentajes)y se calcula a travs de la siguiente ecuacin:

TOA = L sat d 2

( E 0 cos z )

donde: = Sr (Hiptesis de blanco lambertiano)

Lsat = radiancia total medida por el satlite a tope de atmsfera (Lsat = DN gain + offset)d2 = distancia tierra sol en unidades astronmicas, y d se calcula como:

d =1- 0.0167 cos (2 (da juliano -3)/365)E0= irradiancia solar espectral a tope de atmsfera (watts/m

2*m) z = ngulo cenital solar

Nuevamente desde el Model Maker se desplega el modelo reflectancia_TOA_reales.gmd. Se definela imagen de entrada (imagen float de radiancia). Se completa en el modelo los valores requeridos a

partir de los datos almacenados en la planilla de datos Excel (planilla_datos.xls). Para obtener d(Distancia Tierra-Sol) se debe ingresar el Da Juliano. Esto puede calcularse en la misma planilla.

E0 = Irradiancia solar espectral a tope de atmsfera. Vara de acuerdo al sensor. A continuacin se presentan los valores de Irradiancia solar espectral para Landsat 5 y 7.


17/22


Para obtener z (ngulo cenital solar = ngulo de elevacin 90), se debe ingresar el ngulo deelevacin solar. Finalmente se define el nombre de la imagen de salida float.

Irradiancia espectral solar (E0) (watts/(m2 * m)Banda Landsat 7ETM+ Landsat 5 TM

1 1969.000 19572 1840.000 1826

3 1551.000 15544 1044.000 10365 225.700 2157 82.07 808 1368.000 ---

Reflectancia TOA

Datos de entrada Fuente de losdatos Dato de salida

Imagen Float de radianciawatts/(m 2 . sr . m) Angulo de elevacin solar Header Angulo cenital solar

Da Juliano Excell Distancia tierra solIrradiancia espectral solar

(watts/(m2 . m)Tabla

Funcin TOA= L sat d 2 /

( E 0 cos z )

Imagen Float dereflectancia TOA

(Sin unidades)

- 16 -


18/22


- 17 -

Para verificar que se ha realizado bien este paso, observe los valores de reflectancia obtenidos. Estosdebern ir de 0 a 1 y nuevamente, extraiga valores representativos de reflectancia, y obtenga el

patrn espectral de un rea que reconozca como vegetacin, de ser posible, con alto grado decobertura, y otras de suelo y de agua (de ser posible). Podr comparar estos resultados con los valoresejemplo del Anexo 2.

3.- Correccin atmosfrica: El clculo del valor de la reflectancia en superficie implica introduciralgn tipo de correccin sobre el efecto que imprime la atmsfera sobre la seal recibida por el sensor

(en trminos de scattering y absorcin).Aqu se presenta un mtodo para correccin de la reflectancia de la superficieconsiderando el efecto del scattering molecular (Rayleigh) que llega al sensor como

producto de la interaccin de la radiacin EM con los componentes moleculares de laatmsfera.Para ello es necesario calcular los valores correspondientes a la radiancia Rayleigh

para la fecha de la imagen y para cada una de las bandas . R = ( L sat -L R)d 2

( E 0 cos z ) donde:

= Sr (Hiptesis de blanco lambertiano)LR = radiancia RayleighE0= irradiancia solar espectral a tope de atmsfera (watts/m 2*m) z = ngulo cenital solar

El modelo resta los valores de dispersin Rayleigh para cada banda sobre la imagen de reflectancias.Deben calcularse los valores correspondientes a la radiancia Rayleigh para la fecha de la imagen ycada una de las bandas. Para esto se utiliza la hoja de clculo llamada Rayleigh de la planillaplanilla_datos.xls usando para esto los datos de fecha, ngulo cenital solar y el sistema,correspondientes a la imagen.


19/22


- 18 -

A partir del Model Maker se desplega el modelo reflectancia_rayleigh.gmd. Se defina la imagen deentrada (imagen float de radiancia) y se completa en el modelo los valores requeridos a partir de losdatos almacenados en planilla_datos.xls. Se ingresan los datos del Angulo de elevacin solar, DaJuliano y Radiancia Rayleigh, y se da nombre a la imagen de salida.

Correccin por Rayleigh

Datos de entrada Fuente de los datos Dato de salidaImagen float de radianciawatts/(m 2 . sr . m) Angulo cenital solar Header

Da Juliano Header - Excell Distancia tierra sol

Irradiancia espectral solar(watts/(m2 . m) Tabla

Radiancia Rayleighwatts/(m 2 . sr . m) Excell

Funcin: R = (L sat - L R )d

2 /(E 0 cos z )

Imagen Float de reflectancia desuperficie corregida por Rayleigh

(Sin unidades)

Para verificar que se ha realizado bien este paso, observe los valores de reflectancia obtenidos. Estosdebern ir de 0 a 1 y nuevamente, extraiga valores representativos de reflectancia, y obtenga el

patrn espectral de un rea que reconozca como vegetacin, de ser posible, con alto grado decobertura, y otras de suelo y de agua (de ser posible).Los valores de reflectancia Rayleigh debern ser menores que los de reflectancia TOA, ms que nadaen las bandas correspondientes al espectro visible (Observe valores ejemplo en el anexo).


20/22


- 19 -

4.- Degradacin de imgen float a 8 bits con reescalado de los datos de reflectancia: Usualmente, lasimgenes Landsat son utilizadas en un formato degradado a 8 bits (no en reales) debido a que de estamanera ocupan menos espacio de memoria en la PC y permite acelerar la manipulacin de las mismas.

Para degradar la imagen de entrada de 32 bits en reales a 8 bits, cada valor de reflectancia debe sermultiplicado por un escalar de forma tal que los valores que se obtengan estndistribuidos en un rango entre 0 y 255.

Sin embargo, debe considerarse que si el escalar elegido es tal que los valoresresultantes de la multiplicacin sean superiores a 255, entonces el histograma originalser truncado con una consecuente prdida de valores. El criterio para elegir unescalar entonces debe considerar que no se pierda informacin. Para lograr esto en

primera instancia debe inspeccionarse el rango de distribucin de datos de todas las bandas. Usualmente el rango de las infrarrojas suele ser el ms amplio y el escalar seelige en base a estas bandas.

En caso de tratarse de una serie de tiempo, es decir para un anlisis multitemporal con ms de unaimagen, se deber elegir la imagen considerando la que posea el coeficiente apto para todas, ya quetodas debern multiplicarse por el mismo escalar. Esta suele ser la imagen de verano, por lo cual elescalar se elige en base a las bandas infrarrojas de la imagen de verano con el rango de distribucinms amplio. No es recomendable utilizar una imagen de invierno.


21/22


Observe que la reflectancia ahora deber tomar valores entre 0 y 255.

Degradacin a 8 bits

Datos de entrada Fuente de los datos Dato de salidaImagen float de

reflectancia (32 bits)(Sin unidades)

Factor de reescalado Imgenes

Imagen de reflectancia en 8 bits(Sin unidades)

NOTA: Si necesita recuperar el valor real de reflectancia, lo que debe hacer es dividir el valor de laimagen de salida por el factor de reescalado elegido.

- 20 -


22/22


AGRADECIMIENTOS

Quisiramos expresar nuestro agradecimiento al Grupo de Investigacin de Teledeteccin del Instituto

de Astronoma y Fsica del Espacio (IAFE), por los aportes tcnicos para el desarrollo del documentoy por la realizacin de los archivos correspondientes a los modelers y excell.Parte del personal tcnico de Sistema de Informacin de Biodiversidad realiz la estructuracin deldocumento final, con la valiosa contribucin de la especialista del IAFE, Hayde Karszenbaum.

Documents

Protocolo Landsat