Correzione radiometrica

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1 Correzione radiometrica

2 Correzione delle immagini I dati raccolti dai sensori per telerilevamento necessitano, prima dell utilizzo nelle applicazioni, di una serie di correzioni per eliminare o limitare i disturbi e le distorsioni introdotte durante l acquisizione e la trasmissione. Questa fase di pre-elaborazione può essere divisa in due classi principali di correzioni: Correzioni radiometriche Correzioni geometriche

3 Correzione delle immagini Durante queste fasi di correzione, il dato acquisito dal sensore, che rappresenta la radianza incidente e viene registrato in forma digitale come DN ad un certo numero di bit, viene trasformato in una informazione relativa alla superficie indagata. In pratica, con le correzioni si passa da un segnale registrato al sensore ad una caratteristica della superficie reale.

4 Risultati

5 Correzioni radiometriche Servono a calibrare i sensori, eliminare gli errori dovuti al loro cattivo funzionamento e ridurre l influenza dello strato di atmosfera interposto tra sensore e terra. Possono essere divise in: Calibrazione radiometrica Equalizzazione del sensore Linee e pixel saltati Correzione atmosferica

6 Calibrazione radiometrica Serve a trasformare il valore del DN in una grandezza fisica assoluta che molto spesso è la radianza. L l [Wm -2 sr -1 mm -1 ] guadagno rumore Livelli di grigio La funzione lineare utilizzata è del tipo: L "! = rumore! + DN! guadagno! [Wm -2 sr -1 µm -1 ]

7 Equalizzazione della risposta del sensore Nei sistemi a scansione ottico - meccanica, ad ogni oscillazione dello specchio il singolo rivelatore regista una linea di pixel. Per varie cause, può accadere che le funzioni di trasferimento dei dati dal sensore al registratore non siano identiche per tutti i rivelatori. Questo comporta un effetto di striatura regolare nell'immagine (striping), visibile soprattutto sulle superfici omogenee quali ad esempio la neve e l'acqua.

8 Equalizzazione (2) Tale effetto può essere ridotto mediante l'uso di dati di calibrazione di bordo o attraverso tecniche statistiche. DN (c) = DN (nc) S S i + M! M i ( ) S S i M i e S i = media e deviazione standard relative alle righe del rivelatore M e S = media e deviazione standard di tutta l'immagine

9 Linee e pixel saltati Può accadere che durante la scansione di una scena da satellite, per cadute di tensione o per perdite del segnale, si presentino degli errori sulle immagini, costituiti di solito da delle righe nere o uniformemente grigie (Drop Line) o da pixel con valori anomali.

10 Linee e pixel saltati Per la correzione di questi disturbi si usano tecniche abbastanza semplici: nel caso di un pixel saltato, il suo valore viene sostituito con la media di quelli vicini, prendendo in esame finestre di 3x3 o 5x5 quando invece l'errore riguarda un'intera linea, si sostituisce con i valori della linea precedente o di quella successiva oppure con la media di queste; i valori risultanti sono logicamente artefatti ma vengono inclusi nei dati originali senza invalidare la loro correttezza. Esistono anche metodi più complessi che si basano sulla correlazione tra i valori del pixel in altre bande eventualmente disponibili.

11 Correzione atmosferica Per determinare la radianza L sλ e l irradianza E gλ a livello della superficie è necessario modellare il processo di trasporto della radiazione solare attraverso l atmosfera, allo scopo di determinare la trasmittanza e la radianza dell atmosfera. La trasmittanza è una misura della trasparenza dell atmosfera, il valore massimo è pari ad uno (atmosfera perfettamente trasparente); la radianza dell atmosfera è invece un termine che va sottratto alla radianza registrata dal sensore sole Radianza al sensore Radianza atmosfera Irradianza solare extratmosferica atmosfera Radianza alla superficie Irradianza alla superficie

12 Correzione atmosferica Per fare questo tipo di correzioni, in funzione che si disponga o meno di dati sulle caratteristiche dell atmosfera al tempo di acquisizione dell immagine, si possono seguire diverse procedure. Le metodologie più accurate sono quelle che ricorrono a modelli estesi all intera colonna atmosferica che, per essere calibrati, necessitano di alcuni dati sulle condizioni atmosferiche (temperatura dell aria, umidità, visibilità, ecc.). Questi modelli, i più conosciuti sono i codici 6S, Lowtran e Modtran, forniscono accurati valori della trasmittanza e della radianza atmosferica per calcolare L sλ ed E gλ. Metodi meno complessi, ma comunque molto usati poiché non necessitano di alcune misure sui parametri atmosferici, sono quelli che derivano informazioni sulle caratteristiche ottiche dell atmosfera a partire dall immagine medesima.

13 Correzione atmosferica (Dark pixel) Tra i metodi che non richiedono misure atmosferiche il più conosciuto, è senz altro quello denominato dark pixel (pixel scuro). Questo pixel si trova in corrispondenza di un oggetto che, per sua natura, è molto poco riflettente, per cui si ipotizza che la radianza registrata dal sensore in corrispondenza di questo pixel sia relativa alla sola atmosfera. A partire da questo dato esistono diversi metodi che permettono di determinare la trasmittanza e la radianza dell atmosfera: il più semplice assume la trasmittanza uguale ad uno e la radianza dell atmosfera uguale alla radianza del dark pixel. I dark pixel comunemente usati per queste correzioni sono le acque oligotrofiche (bassa riflettività nel visibile) e le foreste di conifere (bassa riflettività nelle bande del blu e rosso).

14 Rapporti Se la diffusione atmosferica e l illuminazione sono spazial-mente variabili, ma diversi da banda a banda solo per un fattore moltiplicativo, allora A questo punto, dividendo (pixel per pixel) una banda per l altra si ottiene una nuova immagine

15 Rapporti e dark pixel Se la radianza atmosferica è sostanzialmente nulla, allora e, di conseguenza, si ottiene La nuova immagine sarà insensibile alle variazioni sia di illuminazione che della troposfera.

16 Alla fine