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Calibración cruzada en órbita basada en los satélites hiperespectrales Xiguang-1 01 y Xiguang-1 05 (Tianxianpei).
Introducción al principio
La calibración cruzada utiliza un sensor con mayor precisión de calibración como referencia para calibrar el sensor que se va a calibrar. El principio consiste en seleccionar pares de imágenes síncronas o casi síncronas que capturen el mismo objetivo y, basándose en el análisis de la coincidencia de las respuestas espectrales de ambos sensores, la geometría de observación y los parámetros atmosféricos, establecer la relación entre los valores de conteo digital de las imágenes de ambos sensores. Los coeficientes de calibración del sensor que se va a calibrar se calculan utilizando los coeficientes de calibración radiométrica conocidos del sensor de referencia. Normalmente, el valor DN de un sensor remoto satelital tiene una relación lineal con la radiancia de su pupila de entrada (radiancia aparente, radiancia en la parte superior de la atmósfera, TOA): L = ganancia·DN + desplazamiento, donde ganancia y desplazamiento son la ganancia y la intersección de los coeficientes de calibración, respectivamente, L representa la radiancia de la pupila de entrada del sensor y DN representa el valor de conteo digital de la imagen.
datos
|
| Nishiko número 1 01 Estrella | Nishiko número 1 5 estrellas (una combinación perfecta) |
| tipo | Datos de referencia | Datos a calibrar |
| Rango de longitud de onda (nm) | 441-854 | 431-853 |
| Número de bandas | 150 | 72 |
| FWHM (nm) | 1.945 | 9.16 |
| GSD (m) | 40 | 40 |
| Altitud orbital (km) | 484 | 492 |
| Ancho (km) (a 500 km) | 80 | 80 |
proceso
1. Selección de imágenes
Se imponen restricciones en función del área de cobertura, el tiempo de adquisición de imágenes y el ángulo de observación. En concreto, la distancia entre los puntos centrales de cada imagen debe ser inferior a 50 km, lo que garantiza una amplia superposición. Para diferencias de tiempo de adquisición de imágenes inferiores a un día, la diferencia en el ángulo de observación es inferior a 2°.
2. Selección de región
Ejemplo de región de muestra del satélite Xiguang-1 01
Ejemplo de área de muestreo para el satélite Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao)
Ejemplo de la curva de radiancia promedio del área de muestra del satélite Xiguang-1 01
Ejemplo de la curva del valor DN promedio del área de muestra del satélite Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao)
Se seleccionó la superficie uniforme de la parte oriental de la cuenca de Qaidam como área objetivo de calibración. Finalmente, se seleccionaron un total de 16 conjuntos de datos. Dentro de cada conjunto de datos, se seleccionó la misma región como muestra a partir de los datos de los satélites Xiguang-1 01 y Xiguang-1 05 (el satélite "Tianxianpei").
3. Corrección espectral del satélite Xiguang-1 01
El satélite Xiguang-1 01 fue corregido espectralmente utilizando el valle de absorción de oxígeno de 760 nm para corregir la posición de la longitud de onda central para el posterior remuestreo espectral y el cálculo del factor de coincidencia espectral (SMF).
4. Corrección de radiación del satélite Xiguang-1 01
Se realizó una corrección radiométrica utilizando coeficientes de calibración del sitio para obtener datos de radiancia aparente para el área de muestra, y se calculó el valor promedio de radiancia dentro del área para cada muestra.
5. Corrección de corriente oscura para el satélite Xiguang-1 05 (un satélite con coincidencia celeste).
La corriente oscura se calculó utilizando imágenes nocturnas de zonas desérticas capturadas por el satélite Xiguang-1 05 (Tianxianpei). La corriente oscura se calculó banda por banda para corregir la imagen original y obtener el valor DN corregido del área de muestra. Se calculó el valor DN promedio de cada área de muestra.
6. Ajuste de la radiancia de la longitud de onda central del satélite Xiguang-1 01 al satélite Xiguang-1 05 (coincidencia perfecta).
Tanto los datos de referencia como los que se van a corregir son datos hiperespectrales, y sus funciones de respuesta espectral (FRE) son gaussianas, pero su ancho a media altura (FWHM) difiere significativamente, lo que puede provocar sesgos radiométricos, especialmente en bandas con características espectrales prominentes (como las bandas de absorción). Por lo tanto, se requiere un remuestreo espectral y una corrección mediante el factor de coincidencia espectral para compensar la discrepancia del FWHM.
Remuestreo espectral y SRF: Se utilizó convolución gaussiana para simular el SRF de 9,16 nm del satélite Xiguang-1 05 (también conocido como Xiguang-1-05) utilizando datos de 1,945 nm del satélite Xiguang-1 01, reduciendo así la pérdida de detalle espectral. También se utilizó interpolación cúbica para ajustar la longitud de onda central del satélite Xiguang-1 05 (también conocido como Xiguang-1-05). A continuación, se adquirieron los SRF de ambos satélites y se seleccionaron diferentes espectros de objetos terrestres estándar. Se utilizó un modelo de transferencia radiativa para realizar simulaciones TOA con el fin de calcular SMF y corregir el sesgo radiativo.
7. Coincidencia de radiancia aparente del valor DN del satélite Xiguang-1 01 y del satélite Xiguang-1 05 (Tianxianpei)
Tabla de estadísticas de radiancia aparente
Tabla de estadísticas de valores DN
Utilizando datos TOA corregidos por SMF del satélite Xiguang-1 01 y datos de valor DN del satélite Xiguang-1 05 (también conocido como Tianxianpei) como variables dependientes e independientes para el ajuste lineal, se realizó un ajuste lineal y se obtuvieron la ganancia y el sesgo banda por banda, con un total de 120 muestras. La ganancia y el sesgo promedio de todas las muestras para cada banda se calcularon como la ganancia y el sesgo finales para esa banda.
verificación del coeficiente de escala
Los coeficientes de calibración del satélite Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao) se ajustaron para realizar correcciones radiométricas y atmosféricas, y se compararon con la reflectancia en la parte superior de la atmósfera (TOA) y la reflectancia superficial del satélite Xiguang-1 01 para verificar los coeficientes de calibración.
Comparación de la radiancia entre Xiguang-1 01 y Xiguang-1 05 (el satélite "Tianxianpei"), en W/m²/sr/μm.
Comparación de la reflectividad entre los satélites Xiguang-1 01 y Xiguang-1 05 (coincidencia perfecta) (ampliada 10.000 veces).
Al comparar con el satélite Xiguang-1 01, la radiancia aparente y la reflectancia de la superficie muestran la misma tendencia, lo que indica que los coeficientes de calibración después de la calibración cruzada son altamente factibles.
Ejemplo de imagen de resultados de calibración cruzada
Imagen del satélite Xiguang-1 05 (también conocido como Tianxianpei) cerca de Chittagong, Bangladesh (15 de enero de 2025).
Curvas de radiancia de diferentes características del terreno, en unidades de W/m²/sr/μm.
Curvas de reflectancia de diferentes características del terreno.
Imagen de Córcega, Francia, tomada por el satélite Xiguang-1 05 (también conocido como el satélite "Heavenly Match") (15 de julio de 2025).
Diagrama esquemático de los puntos de muestreo oceánico a diferentes profundidades.
Diagrama esquemático de los puntos de muestreo oceánico a diferentes profundidades.
Curvas de radiancia oceánica a diferentes profundidades, en unidades de W/m²/sr/μm. Los números crecientes indican una mayor profundidad.
Curvas de reflectividad oceánica a diferentes profundidades
Curvas de reflectancia de diferentes características del terreno.