Tutoriel classification d’images avec ArcMap: 2.1 Correction atmosphérique des images Landsat 8

Nous avons vu précédemment comment corriger les images Landsat pour avoir la réflectance TOA (top-of-atmosphere). Voilà un schéma qui va nous aider à comprendre la suite:

La réflectance que nous avons calculé est donc le % de lumière réfléchie par rapport à la totalité de la lumière visible incidente. Mais comme on le voit dans le schéma, le capteur du satellite mesure deux choses en même temps: la lumière réfléchie par nos cibles à la surface de la terre, plus la lumière diffusée par les particules en suspension dans l’air.

On peut pousser la correction atmosphérique des images satellites pour enlever la partie de lumière due à la diffusion.

Comme nous l’avons déjà dit, ceci n’a d’intérêt que si vous travaillez sur des images séparées dans le temps. Le pourcentage de diffusion étant le même pour l’ensemble d’une image, c’est du temps perdu de faire cette correction.

Le mode d’emploi pour effectuer cette correction sur les images Landsat est disponible à l’adresse http://www.gisagmaps.com/landsat-8-atco-guide/ 

Mais si vous êtes débutant, vous aurez du mal à comprendre la marche à suivre. Nous allons la voir ici, en utilisant les outils d’ArcMap.

Méthode DOS (
Dark Object Subtraction)

La méthode que nous allons voir est la plus couramment employée.
La soustraction d’objets noirs est une méthode de correction atmosphérique empirique simple pour l’imagerie satellitaire, qui suppose que la réflectance des objets sombres inclut une composante importante de la diffusion atmosphérique.

Le concept est simple: si on a un objet complètement noir, et donc qui ne réfléchit pas du tout de lumière, cet objet qui devrait avoir une valeur de 0 réflectance va avoir une valeur non nulle au niveau du capteur satellite. Cette valeur sera la réflectance due aux particules présentes dans l’atmosphère.

La soustraction d’objets sombres recherche dans chaque bande la valeur de pixel la plus sombre. La diffusion est supprimée en soustrayant cette valeur de chaque pixel de la bande.

Première chose: la correction que nous allons faire ne s’applique qu’à la lumière visible et le proche infra-rouge. Nous travaillerons donc, pour les images Landsat 8, sur les bandes 2 (Bleu), 3 (vert), 4 (Rouge) et 5 (proche infra-rouge).

Deuxième chose à savoir: le principe utilisé est de calculer la diffusion pour la bande 4 (rouge) et d’utiliser une formule de correspondance pour déterminer la correction pour les autres trois bandes.

Troisième chose: nous allons travailler avec les bandes 2,3,4 et 5 en réflectance TOA mais aussi en radiance brute (DN) pour la bande 4 (rouge). Dans le mode d’emploi cité plus haut ceci n’apparaît pas du premier coup d’œil. Voyons la procédure pas à pas:

1- on calcule la réflectance TOA pour les quatre bandes avec la formule

TOAbande =((DN * 0.00002)-0.1)/sin(élévation solaire)

2- en analysant les valeurs de radiance brute (DN) de la bande rouge, nous allons déterminer une radiance due à la diffusion atmosphérique (DNred)

3- nous transformons cette radiance en réflectance TOA

CORred=((DNred * 0.00002)-0.1)/sin(élévation solaire)

4- avec un abaque on entre cette diffusion de la bande rouge et on obtient la diffusion pour les bandes 2,3 et 5 (CORbleu, CORvert, CORir)

5-on soustrait les valeurs obtenues des réflectances de TOA pour obtenir les valeurs de réflectance des 4 bandes corrigées de l’effet atmosphérique.

Rrouge= TOA(rouge)-CORred

Rbleue= TOA(bleu)-CORbleu

Rvert= TOA(vert)-CORvert

Rir= TOA(ir)-CORir

Voyons en détail les étapes 2 et 4.

Calcul de la diffusion de la bande rouge

Il y a plusieurs méthodes pour déterminer la correction à apporter à la bande rouge. La méthode conseillée est celle dite de la Fréquence 50 – 0.008. Vous trouverez ici une description détaillée de la méthode.

En pratique, avec ArcMap:

1- Vous devez créer la table raster de votre bande rouge:

  • Chargez la bande rouge non corrigée (les valeurs brutes téléchargées) dans ArcMap.
  • Dans la toolbox ->  Data Management Tools -> Raster -> Raster properties -> Build Raster Attribute Table

Une fois l’outil exécutée, vous pourrez cliquer sur la couche dans la fenêtre de légende et sélectionner « Ouvrir la table attributaire« .

On va complètement ignorer la valeur 0 car ce sont les pixels noirs qui entourent notre image. Vous allez descendre dans les enregistrements jusqu’à trouver une valeur de COUNT égale ou supérieure à 50. Dans notre exemple ça correspond au 23ème enregistrement où l’on trouve un valeur de COUNT de 54.

La valeur de radiance à retenir pour la correction atmosphérique de la bande rouge sera la VALUE de la ligne précédente(OID=22) c’est à dire 5568.

On peut passer à la troisième étape,

3- nous transformons cette radiance en réflectance TOA

CORred=((DNred * 0.00002)-0.1)/sin(élévation solaire)

 CORred= (( 5568 * 0.00002)-0.1)/0.42631886  =0.026647

Cette valeur correspond à la Fréquence 50. Comme la méthode est Fréquence 50 – 0.008, nous enlevons 0.008 de cette valeur:

0.026647 – 0.008 = 0.018647

C’est cette valeur qu’il faut soustraire aux valeur de TOA du rouge précédemment calculées pour avoir les valeurs corrigées de la diffusion atmosphérique.Cette valeur correspond à la Fréquence 50. Comme la méthode est Fréquence 50 – 0.008, nous enlevons 0.008 de cette valeur: 0.018647

Correction des autres bandes

A partir de la valeur de correction du rouge on obtient les valeurs à appliquer à chacune des autres bandes:

Allez sur la page http://www.gisagmaps.com/l8-s2-relative-scatter-calc/

Vous trouverez une fenêtre où vous pouvez rentrer la valeur de correction du rouge

Rentrez votre valeur (ici 0.018647), vous aurez automatiquement les valeurs des autres corrections qui vont s’afficher

Nous obtenons ainsi les corrections de

  • 0.06309 pour la bande Bleue
  • 0.03442 pour la bande Verte
  • 0.00626 pour la bande infrarouge proche

Pour avoir les bandes corrigées on utilise la calculatrice raster en soustrayant à chaque bande corrigée TOA la constante de correction que nous avons trouvé.

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *