Geometrische en radiometrische correcties

U bent hier

Samenvatting

Dataverwerving

 

Geometrische en radiometrische correcties

Geometrische correcties

En om alles bij te schaven, eerst nog wat geometrie...

De beelden verkregen door de aardobservatiesystemen kunnen niet rechtstreeks op kaarten gelegd worden omwille van geometrische vervormingen. Deze vervormingen zijn te wijten aan positioneringfouten van de satelliet in zijn baan, aan het feit dat de aarde tijdens de beeldopname rond zijn as draait, aan het reliëf op aarde, enz. Ze worden nog eens versterkt doordat sommige satellieten de beelden onder een schuine invalshoek maken.

Sommige vervormingen, zoals het effect van de omwenteling van de aarde of van schuine opnamen, zijn voorspelbaar. Men kan ze berekenen, en dus systematisch het beeld corrigeren. De satellieten beschikken ook over vernuftige systemen waarmee ze hun eigen kleine afwijkingen kunnen registreren. Deze informatie wordt voornamelijk gebruikt om zo nodig de positie van de satelliet te verbeteren, maar kan ook dienen om de beelden geometrisch aan te passen.

De beeldproducenten bieden meestal de meest elementaire correcties, gebaseerd op de informatie die bekend is over de satelliet. Zo kan men SPOT-beelden kopen zonder geometrische correctie ("niveau 1A"), maar een groot aantal gebruikers werken met beelden waarvan de systematische vervorming gecorrigeerd is ("niveau 1B").

Deze correcties kunnen toegepast worden zonder bijzondere vakkennis. De lokalisatieprecisie in deze SPOT-beelden ligt in de grootteorde van 500m. 
Om de precisie van de verbeteringen te verhogen, moet men beschikken over referentiepunten of grondcontrolepunten, GCP (op een topografische kaart of op het terrein geïdentificeerd, met behulp van een GPS). De precisie van aldus gecorrigeerde SPOT-beelden is van de orde van 50m, en deze gegevens kunnen weergegeven worden op een bepaalde cartografische projectie (met andere woorden: de beelden kunnen op een kaart gelegd worden).

Voor gebieden met een uitgesproken reliëf zijn parallaxen een belangrijke bron van vervormingen, vooral als de beelden schuin opgenomen werden.

Op de linkergrafiek komt het punt A overeen met de plaats van de bergtop op een kaart. Het punt B komt overeen met het beeld van de bergtop gezien door de satelliet.

De afstand A-B is de parallax veroorzaakt door het reliëf. Om deze vervormingen te verbeteren, moet men beschikken over een digitaal terreinmodel, een computerbestand dat de hoogte van het terrein aangeeft voor elke pixel in beeld. Over het algemeen stelt men dat het in ideale omstandigheden mogelijk is de satellietbeelden zodanig te verbeteren dat de vervormingen de grootte van de pixel niet overschrijden (10m voor een SPOT P-beeld), maar deze ideale omstandigheden zijn eerlijk gezegd zeer zeldzaam.

Radiometrische correcties

...maar wat doen we dan met al deze verstoringen?

Een ideaal aardobservatiesysteem zou uitgerust moeten zijn met een perfecte spectroradiometer, die precies en uniform de hoeveelheid teruggekaatste energie van het aardoppervlak meet.

Het zonlicht dat op de voorwerpen valt, wordt jammer genoeg verstoord in de atmosfeer en verlicht niet alle voorwerpen onder eenzelfde hoek. Bovendien moet het weerkaatste licht ook nog eens door de atmosfeer reizen alvorens geanalyseerd te worden door de sensor van de satelliet en dit verstoort het signaal nog eens.

Deze verstoringen zijn te wijten aan de gassen en stofdeeltjes in de atmosfeer die sommige golflengten absorberen en/of reflecteren, en zo de spectrale eigenschappen van de straling wijzigen.

Bovendien wordt de elektronische verwerking van de door de en opgevangen straling ook verstoord. Bijgevolg is het nogal moeilijk om precieze radiometrische waarden te verkrijgen aan de hand van de gegevens die aardobservatiesatellieten registreren. Het kan soms echter zeer wenselijk zijn deze gegevens precies te kalibreren, bijvoorbeeld om de gegevens van verschillende satellieten of van een zelfde satelliet op verschillende momenten te vergelijken.

Er bestaan verschillende methodes om deze fouten te verbeteren. Sommige zijn gebaseerd op ingewikkelde wiskundige modellen die de voornaamste interacties beschrijven.

Deze modellen zijn doeltreffend, maar hun toepassing veronderstelt dat men de waarden van sommige parameters kent (zoals de samenstelling van de atmosfeer) tijdens en op de plaats van de opname, wat zelden mogelijk is. 
Andere methoden voor radiometrische verbeteringen zijn gebaseerd op waarneming van referentie-oppervlakken waarvan men het radiometrische profiel kent. Vrije wateroppervlakten, ijskappen en uitgestrekte zandwoestijnen worden vaak gebruikt, maar ook hier zal men begrijpen dat deze verbeteringen in de praktijk niet altijd even makkelijk zijn. In feite gebeurt een zeer groot deel van het onderzoek in teledetectie op basis van gegevens zonder radiometrische correcties.