CALRAD para ERDAS IMAGINE, Interfaz Grafica para efectuar la Calibracion Radiometrica en Imagenes de Satelite LANDSAT TM y ETM

Aquí pongo un aplicativo para aquellos que manejan este potente programa para el procesamiento y análisis de imágenes de satélite.

CALRAD es una herramienta creada dentro del programa ERDAS IMAGINE, haciendo uso del lenguaje EML (Erdas Macro Languaje) , el cual permite generar una interfaz gráfica y asociar algunos procedimientos de interés para el usuario. En este caso este modulo se ha elaborado de manera que permita realizar la calibración radiométrica, que viene a ser la conversión de niveles digitales a valores de reflectividad aplicando algún tipo de corrección atmosférica.

La calibración radiométrica, incluida la corrección atmosférica, resulta indispensable para efectuar estudios multitemporales en imágenes de satélite del mismo sensor o de diferente sensor, sobretodo cuando se hacen análisis con el valor del píxel. Para realizar dicha corrección se disponen de diferentes métodos y programas desarrollados para este fin. Primero aquellos métodos que necesitan información de las condiciones atmosféricas para la fecha de adquisición de la imagen, muchas veces imposibles de obtener y que utilizan programas de transferencia radiativa y por otro lado tenemos a los métodos que son basados íntegramente en las imágenes con algunas simplificaciones. Entre los más conocidos están los de sustracción del mínimo del histograma conocido por sus siglas en ingles DOS (Dark Object Subtraction), método de regresión entre bandas, y el método del Cost (Chavez, 1996).

El objetivo de la corrección radiométrica y atmosférica es convertir los los Niveles Digitales (ND) de la imagen de satélite a valores de reflectividad de tal manera que los valores de los ND sean los mas parecidos al momento de captura de la imagen por el satélite. Para realizar esto, los niveles digitales deben de convertirse primero a valores de radiancia,  y que han sido escalados al rango de 0-255. Luego seleccionar algunos de los métodos propuestos para convertir a reflectividad incluyendo o no algún tipo de corrección atmosférica semi- empírica propuestos en este modulo.

INSTALACION:
1.- Descomprimir el archivo "calrad.rar" en el directorio temporal que crea el programa ERDAS en "$home/.imaginexx/" ubicado por ejemplo en Windows xp en la siguiente ruta "Documents and settings/user/"

2.- Dejar los allí los siguientes archivos: calrad.eml, costref.mdl, aparef.mdl, tauzref.mdl y ii_toplevel.eml. Copiar el contenido de la carpeta "help/html/" al directorio de instalacion de la ayuda del programa ERDAS por ejemplo: "C:\Program Files\Imaginexx\help\html".

Nota: La opción de copiar el archivo "ii_toplevel.eml" adherirá el modulo al menú "Utilities" ubicado dentro del menu "Image Interpreter", esto es opcional, si se desea se puede borrar este archivo e iniciar el modulo desde la opción "command" del menu "session" del programa tipeando lo siguiente en la ventana de comandos: load "calrad.eml"

Nota:

OPERACIÓN:
Abrir una sesión dentro de ERDAS IMAGINE y seleccionar "Image Interpreter" del menú principal y luego la opción "utilities"; deberá aparecer el icono CALRAD tal y como se muestra abajo:

INTERFAZ DE USUARIO:

 

   
1) Ingrese la imagen a corregir, la imagen debe de contar con las 7 bandas excluyendo la banda térmica, de lo contrario el programa arrojará un mensaje de advertencia.
2) Ingrese la imagen de salida.
3) Ejecuta la aplicación, el botón aparece desactivado al comienzo pero luego de cargarse la imagen se activara, debe de ejecutarse luego de haber escogido y llenada adecuadamente la información.
4) Cierra el cuadro de dialogo.
5) Lanza la ayuda si es que esta ha sido correctamente instalada, de lo contrario arrojara un error.
6) Da la opción de seleccionar entre ingresar las Bias/Gain o Lmin/Lmax para la imagen Landsat a corregir, su uso dependerá si se cuenta con dicha información en el archivo de cabecera.
7) Permite ingresar el valor de las "Bias" para la imagen Landsat a corregir si es que la opción seleccionada es "Custom", de lo contrario se optara por algunos de los datos por defecto que se han incluido en el presente modulo.
8) Permite ingresar el valor de las "Gains" para la imagen Landsat a corregir si es que la opción seleccionada es "Custom", de lo contrario se optara por algunos de los datos por defecto que se han incluido en el presente modulo.
9) Permite ingresar el valor de "E0" (Irradiancia Solar Atmosferica) para la imagen Landsat a corregir si es que la opción seleccionada es "Custom", de lo contrario se optara por algunos de los datos por defecto que se han incluido en el presente modulo.
10) Permite ingresar el valor de "Lhaze" para la imagen Landsat a corregir, el cual vendría a ser el aporte a la señal detectada por el sensor debido al componente de dispersión atmosférica, que afecta principalmente a las longitudes de ondas cortas. Este valor puede obtenerse mediante un análisis del histograma de la imagen para cada banda (cambio de la pendiente al inicio del mismo), o mediante la selección de zonas de baja reflectividad presentes en la imagen, llamase cuerpos de agua, zonas en sombra principalmente. Esta opción solo esta habilitada si el método de corrección seleccionado es "Cos t" o "Def TAUz".
11) Permite ingresar el valor de "TAUz" para la imagen Landsat a corregir, el cual vendría a ser el aporte por el efecto multiplicativo de la atmósfera a la señal detectada por el sensor. Esta opción solo esta habilitada si el método de corrección seleccionado es "Def TAUz".
12) Ingrese el día, mes y año de la imagen a procesar. Esta información servirá para calcular la distancia tierra-sol para el día juliano de la fecha de captura de la imagen.
13) Ingrese el ángulo de elevación solar en grados decimales de la imagen a corregir. Este dato suele venir en la metadata de la imagen o en archivo de cabecera.
14) Selecciona el método "Apparent Reflectivity", el cual convierte los niveles digitales a reflectividad sin emplear ningún tipo de corrección atmosférica.
15) Selecciona el método "Cos t", el cual convierte los niveles digitales a reflectividad empleando el método del mismo nombre descrito en la parte inicial de este documento.
16) Selecciona el metodo "Def TAUz", el cual convierte los niveles digitales a reflectividad empleando el método del mismo nombre descrito en la parte inicial de este documento.
17) Selecciona los valores por defecto, de los parámetros de calibración de los sensores TM y ETM tomados de ( Markham y Baker, 1985). Donde "B.M" = antes de mayo de 2003 y "A.M" = despues de mayo de 2003.
18) Ingresa los valores para "Lmin" del fichero de cabecera o de tablas. Esta opción aparece cuando seleccionamos "Lmin/Lmax", y viene a ser otra manera de ingresar la información de calibración para las imágenes Landsat.
19) Ingresa los valores para "Lmax" del fichero de cabecera o de tablas. Esta opción aparece cuando seleccionamos "Lmin/Lmax", y viene a ser otra manera de ingresar la información de calibración para las imágenes Landsat.
20) Ingresa los valores para "Qcalmax" , normalmente el valor es de 255, pudiendo obtenerse también desde el fichero de cabecera de la imagen o mediante el calculo de las estadísticas de la imagen.
21) Barra de estado, la cual muestra una breve descripción del ítem seleccionado.
 
METODOS
Apparent Reflectance: Esta opción permite calcular la reflectividad aparente en una imagen de satelite que consiste en la conversion de niveles digitales a valores de radiancia para finalmente convertir estos en valores de reflectividad, el nombre de aparente es poque nio ha sido coregida por el efcto atmosferica, viene a ser una primera normalizacion de la imagen y aveces da mejores resultados que trabajra con los niveles digitales originales. (Huag et al, 2007).

Cos T: El método del Cos T, es un método de calibración radiométrica que toma en cuenta el efecto atmosférico. Esta basado íntegramente en la imagen de satélite. Los fundamentos de esta extensión se basan en los trabajos publicados en Chávez 1988 y 1996. El método del Cos t propuesto por Chávez parte de emplear el método DOS (Dark Object Subtraction) para compensar el componente aditivo de la atmósfera, que afecta mayormente a las longitudes de onda más cortas, este método (DOS) no toma en cuenta el efecto multiplicativo que afecta a las longitudes más larga. Para lograr una primera aproximación del efecto multiplicativo el autor aproxima el valor de TAUz al coseno del ángulo cenital solar obteniendo muy buenos resultados, al compararlos con el trabajo realizado con datos de campo de Moran et al. (1992, p. 172), por lo que el uso de este valor mejora substancialmente el DOS método.

Def TAUz: Este método propuesto también por el mismo autor, se diferencia principalmente del método "Cost T", que en vez de emplear el coseno del angulo cenital solar para aproximar el efecto multiplicativo de la atmósfera, emplea unos valores por defecto para las cuatro primeras bandas del satélite Landsat, por lo cual se vuelve un modelo dependiente de la longitud de onda, que en lineas generales es simple y esta basado íntegramente en la imagen igualmente.

OBSERVACIONES:
- El método "Cost T" ha sido evaluado para regiones de ambientes áridos/semiáridos, aunque según el autor tanto este método como el "Def TAUz" aproximan de buena forma los valores de transmisividad medidos en campo por Gilabert et al. (1994) para ambientes no áridos y en distintas condiciones atmosféricas.
- El uso del método "Cost T" en ángulos de elevación solar altos (mayores de 55 grados) puede sobrecorregir la imagen, por lo cual se recomienda utilizar el método "Def TAUz".
- Los valores de reflectividad deberían estar en el rango de 0-1, para lo cual el modulo trunca los valores que salen de este rango.
- Para mayor información se recomienda leer los artículos citados en las referencias.

CITACIÓN RECOMENDADA:
El autor recomienda la siguiente forma de citación para aquellos que usen el CALRAD:

García, E. (2009). CALRAD: Interfaz de Calibración Radiométrica para ERDAS IMAGINE. Disponible en: http://geoecohydro-egg.blogspot.com.

REFERENCIAS:
- Chavez, P.S. (1988): "An Improved Dark-Object Subtraction Technique for Atmospheric Scattering Correction of Multispectral Data", Remote Sensing of Environment, 24, pp. 259-479.
- Chavez, P.S. (1996): "Image-Based Atmospheric Corrections-Revisited and Improved", Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 62, pp. 1025-1036.
- Gilabert, M. A., Conese, C., & Maselli, F. (1994). An atmospheric correction method for the automatic retrieval of surface reflectance from TM images. International Journal of Remote Sensing, 15, pp. 2065-2086.
- Huang, C., Yang, L., Homer, C., Wylie, B., Vogelman, J., y T. DeFelice, 2001. At Satellite Reflectance: A first order normalization of landsat 7 ETM+ images. USGS Land Cover Program Publications.
- Landsat 7 Science Dat Users Handbook: http://ltpwww.gsfc.nasa.gov/IAS/handbook /handbook_toc.html
- Markham, B.L., y Barker, J.L. 1986. Landsat MSS and TM post-calibration dynamic ranges, exoatmospheric reflectances and at-satellite temperatures. EOSAT Landsat Technical Notes, v.1, pp. 3-8.
- Moran, M. S., Jackson R.D., Slater P.N., y Teillet P.M, 1992. Evaluation of simplified procedures for retrieval of land surface reflectance factors from satellite sensor output. Remote Sensing of Environment, 41, pp. 169-184.