جزوات

تصحیحات رادیومتریک تصاویر ماهواره ای – تصحیحات رادیومتریکی نرم افزار ENVI

امیرحسین احراری
نوشته شده توسط امیرحسین احراری

در این متن تخصصی با مفاهیم تصحیحات رادیومتریک تصاویر ماهواره ای در نرم افزار سنجش از دور ENVI آشنا می شوید


دستور Radiometric Calibration در نرم‌افزار ENVI برای محاسبه مؤلفه های رادیومتریکی بسیاری از تصاویر ماهواره‌ای مانند Radiance، Reflectance و Brightness Temperature استفاده می‌شود. شاید اولین سؤالی که در ذهن شما و بسیاری از مخاطبان سنجش از دور ایجاد شود معنا و مفهوم هریک از مؤلفه های رادیومتریکی است که به آن اشاره شد. در همین راستا به‌صورت خلاصه به بررسی مفهوم هریک از این مؤلفه ها خواهیم پرداخت:

Radiance : عبارت است از میزان انرژی الکترومغناطیسی رسیده به سنجنده بر حسب وات در هر پیکسل. لازم به ذکر است که این میزان انرژی رسیده به سنجنده حاوی بازتاب، گسیل، پخش و هم‌چنین نویزهای تولیدشده توسط سنجنده است.

Reflectance : عبارت است از میزان انرژی الکترومغناطیسی که بر حسب بازتاب امواج به سنجنده رسیده است. در ارتباط با مؤلفه بازتاب واژه دیگر نیز در فرایند تصحیحات استفاده می‌شود. بازتاب سطحی (Surface Reflectance) و بازتاب متأثر از لایه‌های بالایی اتمسفر (Top-of-Atmosphere Reflectance).

Top-of-Atmosphere Reflectnace : عبارت است از میزان بازتاب رسیده به سنجنده که تحت تأثیر فرایندهای جذب و پخش اتمسفر قرار گرفته است. معمولاً بازتابی که در بخش تصحیحات رادیومتریکی محاسبه می‌شود همین پارامتر است.

Surface Reflectance : عبارت است از میزان بازتاب رسیده به سنجنده که مستقیماً از سطح زمین منتشر شده و اتمسفر اثری بر آن نداشته است. بازتاب سطحی پس از انجام تصحیح اتمسفری به‌دست می‌آید. 

نکته: معمولاً بازتاب بدون واحد است و مقادیر آن بین ۰ تا ۱ یا بین ۰ تا ۱۰۰ درصد تغییر می‌کند.

Brightness Temperature : عبارت است از دمای درخشندگی یا دمای ثبت شده توسط سنجنده. دمای درخشندگی با دمای سطح زمین که از آن با عنوان LST یاد می‌شود متفاوت است. دمای سطح زمین اشاره به دمای پدیده‌ها در سطح زمین دارد که اتمسفر و سنجنده بر روی آن اثرگذار نیست اما این در حالی است که دمای درخشندگی اشاره به دمای پدیده‌های سطح زمین در حالی دارد که اتمسفر و سنجنده بر روی آن پیش‌تر اثر گذاشته‌اند. 

نکته: در نرم‌افزار ENVI پارامتر Reflectance تنها برای باندهای بازتابی قابل‌محاسبه است.

نکته: در نرم‌افزار ENVI پارامتر Radiance برای باندهای بازتابی و حرارتی قابل‌محاسبه است.

نکته: در نرم‌افزار ENVI پارامتر Brightness Temperature تنها برای باندهای حرارتی قابل‌محاسبه است.

دستور Radiometric Calibration امکانی را فراهم آورده است که تمامی پارامترهای رادیومتریکی لازم که در بخش بالا به آنها اشاره شد به‌صورت اتوماتیک محاسبه شود. حال این سؤال پیش می‌آید که این دستور برای کدام ماهواره‌ها و سنجنده های کاربردی در سنجش از دور قابل‌استفاده است؟

  • ماهواره های سری لندست
  • ماهواره سنتینل ۲ (داده های فرمت OPER)
  • سنجنده هایپریون
  • سنجنده استر
  • سنجنده آیکونوس
  • ماهواره ژئوآی
  • ماهواره اسپات
  • سنجنده پلیدس
  • ماهواره کوییک برد
  • و غیره

مطلب مهم : آموزش تصحیح رادیومتریکی و اتمسفری تصاویر ماهواره ای لندست در ENVI

برای محاسبه رادیانس در نرم‌افزار ENVI از چه فرمولی استفاده می‌شود؟ برای محاسبه رادیانس نرم‌افزار ENVI از یک معادله خطی استفاده می‌کند. 

Radinace = Gain * DN + Offset

در معادله بالا پارامتر Gain اشاره به میزان شیب خط رابطه بین درجه روشنایی و انرژی رسیده به سنجنده دارد. پارامتر Offset نیز اشاره به عرض از مبدأ رابطه بین درجه روشنایی و انرژی رسیده به سنجنده دارد. 

برای محاسبه Refletcance-TOA در نرم‌افزار ENVI از چه فرمولی استفاده می‌شود؟

((Reflectance = ( p * L * d )  / ( ESUN * sin(teta

در معاله مذکور :

P : عدد پی

L : رادیانس تصویر ماهواره ای

d : فاصله زمین تا خورشید در زمان تصویر برداری ماهواره

ESUN : تابش خورشیدی رسیده به سطح زمین در طول موج های باندهای سنجنده مورد نظر

teta : زاویه ارتفاعی خورشید برحسب درجه

برای محاسبه دمای درخشندگی در نرم‌افزار ENVI از چه فرمولی استفاده می‌شود؟

نکته: دمای درخشندگی در نرم‌افزار ENVI تنها برای تصاویر ماهواره‌های سری لندست قابل‌محاسبه است. 

((T = ( K2 ) / ( Ln( K1/L + 1

در معادله مذکور :

K1 : ضریب ثابت باند حرارتی

K2 : ضریب ثابت باند حرارتی

L : رادیانس

مطلب مهم : آموزش تصحیح اتمسفری تخصصی ماهواره سنتینل ۲

 

۴۴ دیدگاه

  • سلام
    ببخشید یه سوال داشتم
    با توجه به اینکه مقادیر رادیانس ثبت شده در متادیتا به خاطر حاشیه تیره تصویر است
    چنانچه بخشی از تصویر را برش زده و تصحیحات رادیومتریکی را محاسبه کنیم
    باز هم در quick stats مقادیر منفی برای رادیانس ثبت می شود. در حالیکه دیگر حاشیه تیره را نداریم!!!
    دلیل منفی شدن رادیانس چیست؟ البته قبل از اینکه تصحیح اتمسفری انجام بدیم و Rescale کنیم.

    • با سلام و احترام

      مقادیر رادیانس منفی برای حاشیه سیاه تصاویر است. در دستور radiometric calibration شما پس از انتخاب داده های مورد نظرتان میتوانید تصویر را نیز در جریان تصحیحات برش بزنید. در صورتی که با دستور radiometric calibration مقدار رادیانس را محاسبه کرده باشید نباید این مشکل ایجاد شود مگر آنکه تعدادی bad pixel در تصویر شما وجود داشته باشد. چه تعداد پیکسل هستند که مقدار منفی به خود گرفته اند؟

  • فایل متادیتای لندست ۸ را باز کردم. از طریق radiometric calibration و انتخاب apply flash setting رادیانس را حساب کردم.
    بعد وارد الگوریتم flaash شدم و تصویر رادیانس را معرفی کردم. تمامی پارامترهای این الگوریتم را تنظیم کردم و تصویر رفلکتنس حاصل شد.
    حالا قبل از اینکه از rescaling استفاده کنم می خوام بدونم که چرا تعداد زیادی از پیکسل ها مقدار منفی دارن؟!!

    • البته طبیعی هست که برخی از پیکسل های حاصل از دستور FLAASH مقدار منفی داشته باشند. به نظرم مشکلی ایجاد نمیکند. چون بنده فکر کردم نتیجه رادیانس منفی شده. در نتیجه حاصل از FLAASH خیلی از مواقع این مورد اتفاق می افتد اما در مرحله rescaling میتوانید همه آن ها را صفر کنید.

      موفق باشید

      • باشه پس
        ممنون که جواب دادین
        آخه حدود۱۰۴۰۰۰ پیمسل از ۱۵۹۰۳۲۰ تا پیکسل مقدار منفی داشتند
        گفتم شاید اشتباه انجام دادم

        • برای رادیانس اگر بود بله اشتباه میشد اما برای تصحیح اتمسفری FLAASH برای خود بنده هم بارها این موضوع پیش اومده فقط رفتارهای طیفی را چک کنید باید رفتارهای طیفی حتما درست باشد.

          موفق باشید

  • سلام و سپاس. بر ای محاسبه TOA در تصاویر مادیس با استفاده از دستور radiometric calibration دستور نیاز به offset and gain ظاهر میشود. در مورد علت این دستور توضیح میفرمایید و یا آیا برنامه ای برای آموزش آن وجود دارد؟

    • با سلام و احترام

      برای داده های سنجنده مادیس احتیاجی به محاسبه نیست پروداکت آماده آن موجود است. برای همین منظور شما میتوانید از داده های پروداکت level-1B سنجنده مادیس استفاده کنید.

      موفق باشید

  • با سلام. من میخوام تصاویر لندست ۵ و ۷ و ۸ رو به روش حداکثر احتمال طبقه بندی کنم. برای تصحیح رادیومتریک باید گزینه رادیانس رو انتخاب کنم یا رفلکتنس؟؟
    مراحل کاری که انجام میدم به صورت زیر آیا درسته؟؟
    ۱- تصحیح رادیومتریک
    ۲- تصحیح اتمسفریک QUAC
    ۳-تبدیل تصویر ۳۰متر به ۱۵متر برای لندست ۸
    ۴-مشخص کردن ROI ها
    ۵-طبقه بندی maximumlikelihood

    ممنون از شما

  • با سلام و احترام
    برای کلاس بندی میشه از باند حرارتی استفاده کرد؟ و اینکه باند حرارتی در ENVI چه طور تصحیح میشه؟ (از همان گزینه brightness باید استفاده بشه یا Radiance؟) آیا این باند تصحیح اتمسفریک هم علاوه بر رادیومتریک داره ؟
    با تشکر

    • با سلام و احترام

      بله امکان پذیر است. بهتر هست باند حرارتی بصورت ترکیبی با باندهای چندطیفی استفاده شود. برای تصحیح حرارتی میتوانید از تصویر دمای درخشندگی آن استفاده کنید که با استفاده از دستور radiometric calibration قابل محاسبه است. برای طبقه بندی با استفاده از باند حرارتی نیازی به تصحیح اثر اتمسفر ندارید. مگر اینکه کاربردتون تغییر کند.

      موفق باشید

  • سلام
    وقت بخیر
    جناب احراری ایا باندهای ترمال هم باید تصحیح اتمسفری بشن؟
    اگه آره با چ دستوری؟
    در نرم افزار انوی thermal atmosfrei correction بود که من باند۶ لندست ۵ رو اول تبدیل به رادیانس کردم و خروجی رو به این دستور معرفی کردم اما ارور داد
    ممنون میشم راهنمایی کنین و در ایمیل ج بدین
    hesmaeili19@yahoo.com

    • با سلام و احترام

      متناسب با کاربرد شما باید تصحیح اتمسفری شود. اما برای بسیاری از موارد تصحیح اتمسفری آن مرسوم نیست. در روش های محاسبه دمای سطح زمین معمولا تصحیح اتمسفری را بصورت دستی و با استفاده از فرمول های فیزیگی انجام میدهیم.

      دستور موجود در نرم افزار انوی فقط برای تصاویر حرارتی بیش از ۱ باند قابل استفاده است. برای لندست ۸ و استر می توانید از آن استفاده کنید.

      تمامی پرسش و پاسخ ها رو در همین سایت انجام دهید من در خدمت شما هستم. حجم سوالات بقدری زیاد هست که بنده فقط میتونم در سایت پاسخ گو باشم.

      موفق باشید

  • سلام آقای احرای
    منظور از بارزسازی های طیفی- مکانی که برای بالا بردن کیفیت تصاویر استفاده می‌شود چیست ؟ و چگونه برای تصاویر لندست-۸ تو انجام می‌شود؟

  • با سلام و احترام
    منظور از از بارزسازی های طیفی، مکانی در تصاویر لندست-۸ چیست؟
    و چگونه می شود در نرم افزار ENVI آنها را انجام داد؟
    خیلی ممنون

  • و چگونه می شود میزان پخش اتمسفر را قبل و بعد از تصحیحیات رادیومتریک و اتمسفریک اندازه گیری کرد؟ که چه مقدار کاهش پیدا کرده است؟

  • به نام خدا
    سلام جناب آقای احراری و سپاس از مطالب مفید شما
    سه سوال دارم ۱ در مورد مطلبی که فرمودید بازتاب سطحی متاثر از اثر اتمسفر نیست ولی بعد از تصحیح اتمسفری بدست می آید.؟ چرا؟ همچنین در بخش بعد فرمودید بازتاب لایه های بالایی جو متاثر از جذب و پخش اتمسفر هست و در تصحیح رادیومتریک این بازتاب محاسبه می شود. آیا نباید برای این بازتاب تصحیح اتمسفری انجام داد؟
    ۲- من برای انجام تصحیح رادیومتریک در انوی ۵٫۳ با وارد کردن تصویری که سابست شده است در بخش کالیبریشن تایپ گزینه رفلکتنس را ندارم. لطف می فرمایید راهنمایی کنید
    ۳-برای مطالعه و مدلسازی توسعه شهر برای تصاویری که ابر دارند انجام تصحیح رادیومتریک و اتمسفری quac کفایت می کند و یا می بایست ابر را لزوما حذف نمود؟
    با سپاس و احترام

    • با سلام و احترام

      در تمامی رفرنس ها این گونه ذکر شده است: تصویر رادیانس انرژی رسیده به سنجنده است که اثر اتمسفر اعم از جذب و پخش به همراه تابش خورشیدی رسیده به سطح زمین در آن وجود دارد. با استفاده از تصحیح رادیومتریکی تصویر درجه روشنایی تبدیل به رادیانس می شود. سپس تصویر رادیانس در فرایند تصحیح اتمسفری وارد شده و اثر جذب و پخش از روی آن تعدیل می گردد. علاوه بر این در فرایند تصحیح اتمسفری تابش خورشیدی رسیده به سطح زمین یا irradiance نیز از روی تصاویر حذف شده و در نهایت تصویر بازتاب سطحی باقی می ماند. تصویر بازتاب سطحی یک تصویر تصحیح شده است و دیگر نیازی به اعمال تصحیحات بیشتر ندارد.

      در ارتباط با سوال دوم شما: تصویر ورودی به دستور تصحیح رادیومتریکی باید از طریق MTL فایل فراخوانی شود تا خطایی نداشته باشد.

      در ارتباط با سوال سوم شما: اثر ابر از روی تصاویر ماهواره ای اپتیکی قابل حذف نیست. تصحیحات اتمسفری نیز قابلیت حذف ابر را ندارند. به همین دلیل باید از تصاویر بدون ابر استفاده کنید.

      موفق باشید

      • سپاسگزارم از پاسخ شما.
        جناب مهندس با این توصیف چرا هنگام تصحیح رادیومتریک می توانیم نوع انرژی رسیده به سنجنده را انتخاب کنیم. دو گزینه وجود دارد رادیانس و رفلکتانس. آیا بین انواع انرژی های رسیده به سنجنده در این حد می توان تفکیک قائل شد؟ سپاسگزارم که علت انتخاب ایم دو گزینه را هم توضیح بفرمایید.
        با احترام مجدد

        • رادیانس تنها پارامتری است که مستقیما توسط سنجنده اندازه گیری می شود و رفلکتنس از رادیانس (با استفاده از فرمول های فیزیکی) بدست می آید. رادیانس در عین حال دقیق ترین مولفه ای است که سنجنده های فضابرد اندازه گیری می کنند. تمامی خروجی هایی که از تصاویر ماهواره ای در فرایند پردازش رقومی بدست می آید از رادیانس تصاویر ماهواره ای نشات گرفته. از سوی دیگر دستورالعمل تصحیح اتمسفری FLAASH و QUAC آن است که تصویر ورودی آن ها رادیانس باشد.

          موفق باشید

دیدگاهتان را بنویسید

اگر تمایل به تدریس و تولید آموزش و کسب درآمد دارید بر روی دکمه رو به رو کلیک کنید و فرم را پر کنیدلطفا کلیک کنید
+ +