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Expérience d'étalonnage de site de caméra spatiale basée sur un champ d'étalonnage automatique
Contexte de la recherche
L'étalonnage radiométrique est indispensable à l'application quantitative des données de télédétection satellitaire. Un étalonnage précis des performances radiométriques en orbite influe directement sur la précision et la fiabilité des produits de télédétection destinés à la surveillance agricole, à l'exploration des ressources et à l'étude de l'environnement. Cet article présente une expérience d'étalonnage sur le terrain d'une caméra hyperspectrale spatiale, réalisée dans un champ d'étalonnage automatique. Grâce à un système de mesure de réflectivité stable et autonome, et à un équipement de surveillance synchrone des paramètres atmosphériques au sein de ce champ, des paramètres clés tels que la réflectivité de surface, l'épaisseur optique atmosphérique et la teneur en vapeur d'eau ont été acquis simultanément durant le transit du satellite. L'utilisation d'une méthode d'étalonnage basée sur la réflectivité, combinée au modèle de transfert radiatif atmosphérique MODTRAN5, a permis d'obtenir avec succès un étalonnage radiométrique absolu de la caméra hyperspectrale spatiale dans la bande visible-proche infrarouge.
Méthodes de recherche
L'expérience a choisi le site d'étalonnage automatisé de Railroad Valley Playa (RVUS), répertorié sur le site web RadCalNet, comme site d'essai. Ce site est un champ de référence internationalement reconnu pour l'étalonnage radiométrique de haute précision. Il présente des avantages tels qu'une couverture de surface uniforme, des caractéristiques spectrales stables et des données d'observation continues et fiables sur le long terme. Son système de surveillance automatisé permet d'éviter efficacement les erreurs d'intervention humaine et de répondre pleinement aux exigences d'un étalonnage radiométrique de haute précision.
En fonction de la fenêtre de transit du satellite, les données de transit ont été sélectionnées pour l'étalonnage du site à 18h30 UTC le 17 septembre 2025. L'image L1B du champ d'étalonnage automatique RVUS pour cette date est présentée sur la figure 1, où la zone rouge représente la plage de surveillance des données atmosphériques. Deux types de données essentielles ont été acquis simultanément par le système de surveillance du site : d'une part, la courbe de réflectance de surface d'une zone de surveillance de 1 km × 1 km (correspondant à 28 × 28 pixels sur l'image satellite) ; d'autre part, un jeu de données complet sur les paramètres atmosphériques, incluant l'azimut solaire, l'épaisseur des aérosols, la teneur en vapeur d'eau et la concentration d'ozone (voir tableau 1).
Figure 1. Imagerie du champ d'étalonnage automatique RVUS acquise par satellite
Tableau 1. Paramètres atmosphériques de la station RVUS à 18h30 (UTC) le 17 septembre 2025.
Les paramètres atmosphériques du Tableau 1 et la courbe de réflectance de surface mesurée (voir Figure 2) ont été intégrés au modèle MODTRAN5. Les principaux paramètres du modèle sont définis dans le Tableau 2. Le spectre de luminance à la pupille d'entrée de la caméra satellitaire a été simulé par modélisation directe, et la courbe spectrale correspondante a été obtenue (voir Figure 3). Ce spectre simulé a été rééchantillonné dans la gamme spectrale réelle de la caméra satellitaire, et la valeur DN moyenne de la zone de calibration dans l'image a été extraite afin d'établir la relation entre la luminance à la pupille d'entrée et la valeur DN (voir Figure 4). Le calcul du rapport entre ces deux valeurs a permis d'obtenir les coefficients de calibration radiométrique absolus de chaque bande de la caméra hyperspectrale satellitaire (voir Figure 5), achevant ainsi le calcul de calibration principal.
Figure 2. Courbe de réflectance de surface à 18h30 (UTC) le 17 septembre 2025.
Tableau 2. Paramètres d'entrée du modèle MODTRAN5
Résultats de l'étalonnage
Figure 3. Évolution de la luminance pupillaire dans le modèle MODTRAN5
Figure 4. Courbe de radiance et courbe de valeur DN après rééchantillonnage
Figure 5. Courbes des coefficients d'étalonnage de la caméra hyperspectrale spatiale dans différentes bandes.
Résumer
Cette étude a permis de réaliser avec succès l'étalonnage radiométrique absolu, spécifique au site, d'une caméra hyperspectrale spatiale à l'aide du champ d'étalonnage automatique de Railroad Valley Playa (RVUS). Les résultats expérimentaux ont clairement établi une correspondance quantitative entre la luminance de la pupille d'entrée et les valeurs DN de l'image, ont permis d'obtenir avec précision les coefficients d'étalonnage radiométrique pour chaque bande et ont vérifié l'efficacité et la précision de la méthode d'étalonnage.
Les expériences montrent que la méthode d'étalonnage par réflectivité basée sur des champs d'étalonnage automatiques est simple à mettre en œuvre, stable à long terme et ne nécessite aucune intervention manuelle. Elle permet de réduire considérablement le coût et la complexité des étalonnages sur site traditionnels, offrant ainsi une approche d'étalonnage en orbite efficace et durable pour les satellites commerciaux de télédétection.