Tutorial de clasificación de imágenes con QGis: 2.1 Ajuste atmosférico de imágenes Landsat 8

Hemos
visto anteriormente cómo corregir las imágenes Landsat para considerar la
reflectanciaTOA (tope de la atmósfera). Aquí hay un diagrama que nos ayudará a
entender este fenómeno: 

La
reflectancia que hemos calculado es por lo tanto, el % de luz reflejada con
respecto a la totalidad de la luz visible incidente . Pero como se ha visto en
el diagrama , el sensor del satélite mide dos cosas al mismo tiempo: la luz
reflejada por nuestros objetivos en la superficie de la tierra ,y la luz dispersada
por las partículas suspendidas en el aire.

Se puede
realizar la corrección atmosférica de las imágenes satelitales para eliminar la
porción de luz debida a la difusión.

Como ya
hemos dicho, ésto sólo tiene interés si usted trabaja en imágenes separadas en
el tiempo El porcentaje de difusión es el mismo para todo el conjunto de una
imagen, realizar esta corrección es perder el tiempo.

 Las instrucciones para realizar esa corrección en imágenes Landsat está
disponible en http://www.gisagmaps.com/landsat-8-atco-guide/

Pero si usted es un principiante seguramente se le dificultará entender
el procedimiento. Veremos aquí  el procedimiento  usando las
herramientas de QGis.

Método DOS (Dark Object Subtraction)

El método que vamos a emplear es el más comúnmente empleado.
La resta de objetos negros es una método de corrección atmosférica empirico
simple para la imagen satelital , que asume que la reflectancia de los objetos
oscuros incluye una componente importante de la difusión atmosférica.

El
concepto es simple: si se tiene un objeto completamente negro y, por lo tanto ,
no refleja la luz, este objeto que debería tener un valor 0 de reflectancia
tendrá un valor no nulo (diferente de 0) en el sensor del satélite. Este valor
será la reflectancia debida a las partículas presentes en la atmósfera.

La resta
de objetos oscuros investiga en cada banda el valor de píxel más oscuro. La
difusión es suprimida restando este valor a cada píxel de la banda .

Lo
primero: la corrección que vamos a hacer solo aplica a la luz visible y el
infrarrojo cercano. Vamos a trabajar por lo tanto , para imágenes Landsat8, en
las bandas 2 (Azul), 3 (verde), 4 (Rojo) y 5 (infrarrojo cercano).

Lo
segundo que hay que saber: el principio en uso es calcular la distribución para
la banda 4 (rojo) y usar una fórmula de correspondencia a fin de determinar la
corrección para las otras tres bandas.

Lo
tercero: vamos a trabajar con las bandas 2 , 3, 4 y 5 en reflectancia TOA y
también en radiancia bruta (DN) para la banda 4 (rojo). En el manual del
usuario citado previamente no es evidente  a primera vista . Veamos el
procedimiento paso a paso:

1- se
calcula la reflectancia TOA para las cuatro bandas con la fórmula

TOA banda = ( (DN * 0.00002)-0.1)
/ sen (
elevación solar )

2-
analizando los valores brutos de radiancia (DN) de la banda roja, vamos a
determinar una radiancia debida a la difusión atmosférica ( DNred )

3-
tranformaremos esta difusión en reflectancia TOA

CORrojo = ( ( DNrojo*
0.00002) -0.1) / sen (
elevación solar )

4- con un
ábaco se ingresa esta difusión de la banda roja y se obtiene la difusión para
las bandas 2,3 y 5 ( CORazul , CORverde , CORir).

5- se
restan los valores de reflectancias obtenidos de TOA para obtener los valores
de reflectancia de las cuatro bandas corregido por el efecto atmosférico.

Rrojo = TOA ( rojo) –
CORRrojo

Razul = TOA ( azul) –
CORazul

Rverde = TOA ( verde)
CORverde

Rir = TOA ( ir )
CORir

Veamos en
detalle los pasos 2 y 4.

Cálculo de la difusión de la banda roja.

Hay varios métodos para determinar la corrección a realizar en la banda
roja. El método recomendado es el conocido como Bin 5 – 0.008. Usted encontrará aquí una descripción detallada del método.

En la práctica, con QGis, usaremos el histograma de la banda para determinar el valor umbral de la difusión atmosférica. 1- Primero debe ejecutar la herramienta Estadísticas de capa raster en los datos en la banda 4 (rojo).  

Una vez ejecutado, tendrá una línea de resultados en el panel del Visualizar resultados 

Haga
doble clic en esta línea para abrir los resultados en su navegador:  

Tenga en cuenta el valor mínimo aquí 3916.

Buscaremos el valor que se asignará a la corrección de la difusión
atmosférica en el histograma de la imagen.

Haga clic en la capa de la imagen ->
Propiedades -> Histogram

Ingrese
el valor mínimo que se encuentra en las estadísticas (aquí 3916) en el cuadro
Min, luego haga clic en el cuadro Max para mover el valor mínimo de la línea de
puntos en el histograma.

Puede usar el formato de línea para encontrar la base del histograma,
pero en este ejemplo, se usará (y se recomienda) el formato de barra. Si el
histograma está en formato de línea, haga clic en Preferencias / Acciones
y desactive la casilla de verificación Marcar como líneas .

Aparecerá un histograma en formato de barra. El histograma de QGIS no representa/
no muestra todos los valores como el histograma de ArcGIS, pero muestra muy
bien la forma que puede ser apropiada para establecer un valor de dispersión
que represente la base del histograma (en caso de un aumento relativamente
abrupto de las frecuencias).   Los siguientes pasos muestran cómo se puede
usar el histograma de QGIS para establecer la dispersión.

Pase el cursor del mouse sobre el histograma
para ver una lupa. Arrastre la lupa hasta el extremo inferior del histograma
para ampliar la base del mismo. Si hace demasiado zoom o si desea volver a
empezar por cualquier razón, haga clic en Preferencias / Acciones y Recalcular
histograma
. El histograma se amplía a continuación.   

Observará
que la barra con el valor más bajo sigue siendo bastante superior al valor de
imagen bajo que ingresó anteriormente en el área de Min (3619); el histograma
de QGIS no muestra muchos valores en una cola estadística (Landsat 8
generalmente tiene largas colas estadísticas). La base del histograma es el
área utilizada para establecer la dispersión. Haciendo zoom en las tres
primeras barras del histograma:  

En
este ejemplo, los valores comprendidos, aproximadamente, entre 5570 y 5595
pueden acercarse a la base del histograma; éstos son valores muy bajos y no
están demasiado en la cola estadística (este proceso puede ser ligeramente
subjetivo). Para las necesidades de este documento, el DN 5569 será utilizado
como base para el histograma. El histograma se ampliará una vez más para este ejemplo.

La
regla a utilizar es tomar como valor de dispersión el valor mínimo de la
primera barra que exceda una frecuencia de 5 (de ahí el nombre Bin 5) y que no
tenga frecuencias inferiores a 5 a su derecha. En el siguiente ejemplo:   

Las dos primeras barras exceden el valor 5, pero como la tercera es más
baja, se retendrá el valor mínimo de la cuarta barra.

En nuestro ejemplo, el valor de radiancia que se retendrá para la
corrección atmosférica de la banda roja será 5569.

Podemos pasar a la tercera etapa,

3- transformamos este resplandor en reflectancia TOA.

COR(rojo) = ((DNrojo * 0.00002)
-0.1) / sen (elevación solar)

  COR(rojo) = ((5569 *
0,00002) -0,1) /0,42631886
  = 0.026694

Este valor corresponde al Bin 5. Dado que el método es el Bin5 – 0.008,
eliminamos 0.008 de este valor: 0.018694

Es este valor el que debe restarse de los valores de TOA del rojo previamente
calculado para tener los valores corregidos de la difusión atmosférica.

Corrección de otras bandas.

A partir del valor de corrección para el rojo obtenemos los valores que
se aplicarán a cada una de las otras bandas:

Ir a la siguiente página http://www.gisagmaps.com/l8-s2-relative-scatter-calc/

Encontrará una ventana donde puede ingresar el
valor de corrección para el rojo   

Ingrese
su valor (aquí 0.018647 ), automáticamente tendrá los valores de las
otras correcciones   

Así obtenemos las correcciones de

  • 0.06309 para la banda azul (2)
  • 0.03442 para la banda verde (3)
  • 0.00626 para la banda de
    infrarrojo cercano (5)

Para tener las bandas corregidas usamos la calculadora raster restando a
cada banda corregida TOA la constante de corrección que hemos encontrado.

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