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Calibrage croisé en orbite basé sur les satellites hyperspectraux Xiguang-1 01 et Xiguang-1 05 (Tianxianpei)

18/07/2025

Introduction aux principes

L'étalonnage croisé utilise un capteur de précision d'étalonnage supérieure comme référence pour étalonner le capteur à étalonner. Le principe consiste à sélectionner des paires d'images synchrones ou quasi-synchrones photographiant la même cible, puis, en analysant la correspondance des réponses spectrales, de la géométrie d'observation et des paramètres atmosphériques des deux capteurs, à établir la relation entre les valeurs de comptage numérique (DN) des images des deux capteurs. Les coefficients d'étalonnage du capteur à étalonner sont ensuite calculés à partir des coefficients d'étalonnage radiométrique connus du capteur de référence. Typiquement, la valeur DN d'un capteur de télédétection satellitaire présente une relation linéaire avec la luminance de sa pupille d'entrée (luminance apparente, luminance au sommet de l'atmosphère, TOA) : L = gain × DN + décalage, où gain et décalage représentent respectivement le gain et l'ordonnée à l'origine des coefficients d'étalonnage, L la luminance de la pupille d'entrée du capteur et DN la valeur de comptage numérique de l'image.

données

	Nishiko n°1 01 Étoile	Nishiko n°1 5 étoiles (correspondance parfaite)
taper	Données de référence	Données à calibrer
Gamme de longueurs d'onde (nm)	441-854	431-853
Nombre de bandes	150	72
FWHM (nm)	1,945	9.16
GSD(m)	40	40
Altitude orbitale (km)	484	492
Largeur (km) (à 500 km)	80	80

processus

1. Sélection d'images

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Des contraintes sont imposées en fonction de la zone couverte, de la durée d'acquisition des images et de l'angle d'observation. Plus précisément, la distance entre les centres de chaque image est inférieure à 50 km, garantissant ainsi un large recouvrement. Pour des intervalles de prise de vue inférieurs à une journée, l'écart angulaire est inférieur à 2°.

2. Sélection de la région

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Exemple de région d'échantillonnage du satellite Xiguang-1 01

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Exemple de zone d'échantillonnage pour le satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao)

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Exemple de courbe de luminance moyenne de la zone échantillonnée du satellite Xiguang-1 01

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Exemple de la courbe de valeur DN moyenne de la zone d'échantillonnage du satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao)

La zone de surface uniforme située dans la partie orientale du bassin de Qaidam a été choisie comme zone cible d'étalonnage. Au total, 16 jeux de données ont finalement été sélectionnés. Au sein de chaque jeu de données, la même région a été sélectionnée comme échantillon à partir des données des satellites Xiguang-1 01 et Xiguang-1 05 (le satellite « Tianxianpei »).

3. Correction spectrale du satellite Xiguang-1 01

Le satellite Xiguang-1 01 a été corrigé spectralement en utilisant la vallée d'absorption d'oxygène de 760 nm pour corriger la position de la longueur d'onde centrale pour le rééchantillonnage spectral ultérieur et le calcul du facteur de correspondance spectrale (SMF).

4. Correction des radiations du satellite Xiguang-1 01

Une correction radiométrique a été effectuée à l'aide de coefficients d'étalonnage du site pour obtenir des données de luminance apparente pour la zone échantillonnée, et la valeur de luminance moyenne au sein de la zone a été calculée pour chaque échantillon.

5. Correction du courant d'obscurité pour le satellite Xiguang-1 05 (un satellite avec une correspondance céleste).

Le courant d'obscurité a été calculé à partir d'images nocturnes de zones désertiques capturées par le satellite Xiguang-105 (Tianxianpei). Le courant d'obscurité a été calculé bande par bande afin de corriger l'image originale et d'obtenir la valeur DN corrigée de la zone échantillonnée. La valeur DN moyenne de chaque zone échantillonnée a ensuite été calculée.

6. Ajustement de la luminance de longueur d'onde centrale du satellite Xiguang-1 01 au satellite Xiguang-1 05 (correspondance parfaite)

Les données de référence et les données à corriger sont toutes deux hyperspectrales et leurs fonctions de réponse spectrale (FRS) sont gaussiennes. Cependant, leur largeur à mi-hauteur (FWHM) diffère significativement, ce qui peut induire un biais radiométrique, notamment dans les bandes présentant des caractéristiques spectrales marquées (comme les bandes d'absorption). Par conséquent, un rééchantillonnage spectral et une correction par facteur d'adaptation spectrale sont nécessaires pour compenser cet écart de FWHM.

Rééchantillonnage spectral et SRF : Une convolution gaussienne a été utilisée pour simuler la SRF à 9,16 nm du satellite Xiguang-1 05 (également appelé Xiguang-1-05) à partir des données à 1,945 nm du satellite Xiguang-1 01, réduisant ainsi la perte de détails spectraux. Une interpolation cubique a également été employée pour aligner la longueur d’onde centrale avec celle du satellite Xiguang-1 05 (également appelé Xiguang-1-05). Ensuite, les SRF des deux satellites ont été acquises et différents spectres d’objets terrestres standard ont été sélectionnés. Un modèle de transfert radiatif a été utilisé pour effectuer des simulations au sommet de l’atmosphère (TOA) afin de calculer la SMF et de corriger le biais radiatif.

7. Correspondance de radiance apparente du satellite Xiguang-1 01 et du satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpei) valeur DN 

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Tableau des statistiques de radiance apparente

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Tableau des statistiques des valeurs DN

En utilisant les données TOA corrigées par SMF du satellite Xiguang-1 01 et les données de valeur DN du satellite Xiguang-1 05 (également connu sous le nom de Tianxianpei) comme variables dépendante et indépendante pour l'ajustement linéaire, un ajustement linéaire a été effectué et le gain et le biais ont été obtenus bande par bande, pour un total de 120 échantillons. Le gain et le biais moyens de tous les échantillons pour chaque bande ont été calculés comme gain et biais finaux pour cette bande.

vérification du coefficient d'échelle

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Les coefficients d'étalonnage du satellite Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao) ont été ajustés pour effectuer des corrections radiométriques et atmosphériques, et comparés au TOA et à la réflectance de surface du satellite Xiguang-1 01 pour vérifier les coefficients d'étalonnage.

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Comparaison de la radiance entre Xiguang-1 01 et Xiguang-1 05 (le satellite « Tianxianpei »), en W/m²/sr/μm.

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Comparaison de la réflectivité entre les satellites Xiguang-1 01 et Xiguang-1 05 (correspondance parfaite) (agrandie 10 000 fois).

En comparant avec le satellite Xiguang-1 01, la luminance apparente et la réflectance de surface présentent la même tendance, ce qui indique que les coefficients d'étalonnage après étalonnage croisé sont très plausibles.

Exemple d'image des résultats d'étalonnage croisé

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