Göktürk-2 Uydusunun Bağıl ve Mutlak Çapraz Radyometrik Kalibrasyonu

Özet

Radyometrik ve geometrik doğruluk tüm uzaktan algılama uygulamalarında çok önemlidir. Geometrik doğruluk radyometrik doğruluk hedeften gelen gerçek ışınımın değerinin görüntüdeki benek (piksel) yeğinlik (intensity) değerleri kullanılarak ne kadar hassas bulunduğu ile ölçülür. Görüntünün kullanım alanına bağlı olarak radyometrik (örn. Tarım uygulamaları) veya geometrik (örn. kazanmaktadır. Dolayısıyla, radyometrik ve geometrik kalibrasyon çalışmaları uydu üretimi ve işletmesi sürecinin vazgeçilmez bir parçasıdır. Uydu devreye alındığında, uzay şartlarının etkisiyle (radyasyon, titreşim, elektronik gürültü vb.) ve fırlatma esnasındaki fiziksel şartlardan dolayı kalibrasyon bozulabilmektedir. Ayrıca uydunun yörüngede geçirdiği zamana bağlı olarak, sensör karakteristiği de değişmektedir. Dolayısıyla radyometrik kalibrasyon düzenli olarak gerçekleştirilmelidir. Bu çalışma kapsamında, Türkiye'nin ilk milli yüksek çözünürlüklü yer gözlem uydusu Göktürk-2'nin bağıl ve çapraz radyometrik kalibrasyonu yapılmış ve elde edilen kalibrasyon parametreleriyle görüntülerin radyometrik düzeltmesi gerçekleştirilmiştir. Bağıl kalibrasyon, Sahra Çölü gibi değişmez kabul edilen kalibrasyon alanlarından alınan veriler ile benek değerleri eşitlenerek bantlanma ve şeritlenmenin giderilmesidir. Bağıl kalibrasyon görüntüleri 90°derece sapma açısıyla çekilmektedir. Kalibrasyon parametreleri her benek için hesaplanır. Göktürk-2'nin çapraz radyometrik kalibrasyonunda, 2014 yılında gerçekleştirilen kalibrasyon kampanyası kapsamında çekilen Tuz Gölü Landsat-8 görüntüleri kullanılmıştır. Aynı gün içerisinde kısa zaman aralıkları ile çekilen Landsat-8 ve Göktürk-2 görüntüleri çakıştırılmış, hesaplanan kazanç ve ofset değerleri farklı görüntülerle test edilmiştir. Bağıl radyometrik kalibrasyon sonuçları görsel muayene ile doğrulanmıştır. Nicel başarım metriği olarak benek ortalama ve değişintisi kullanılmıştır. Homojen bir bölgeden alınan bir görüntünün ortalama parlaklık değeri korunurken değişinti değerinin azalması sağlanmaktadır. Çapraz kalibrasyon başarımı Landsat-8 uydusuna göre %2.2 oranında hata ile kazanç ve ofset değerleri hesaplanmıştır.

Abstract

Radiometric and geometric accuracies are crucial in any remote sensing application. Geometric accuracy is related to geolocation accuracy while radiometric accuracy translates in how close can the radiance coming from a target can be calculated from pixel intensities. Depending on the remote sensing application, radiometric (e.g. agriculture) or geometric (e.g. city planning) accuracy may be more crucial. Therefore, radiometric and geometric calibrations and corrections are indispensable operations in satellite image processing and remote sensing. Due to the radiation and mechanical perturbations that affect the sensor and the spatial arrangement of the imaging system, not to mention the gradual change in sensor characteristics throughout the mission, sensor calibration has to be repeated after launch and regularly throughout the lifetime of the satellite regardless of the prelaunch calibration. In this study, relative and cross radiometric calibration of Turkey's first national high resolution earth observation satellite, Göktürk-2, is described. Relative radiometric calibration includes pixel response equalization by using images of pseudo-invariant calibration sites in the Sahara. Relative calibration images are acquired at approximately 90° yaw angle and relative radiometric calibration parameters are computed for each pixel. Cross calibration of Göktürk-2 satellite is performed with Landsat 8 imagery acquired at 2014 Tuz Gölü (Salt Lake) cal/val campaign. As the Salt Lake has uniform BRDF values, both images are registered and samples are collected from Göktürk-2 and Landsat-8. Computed gain and offset values are validated in the same image as well as other images by Göktürk-2 and Landsat-8. Results of relative radiometric calibrations are verified by visual inspection. As a quantitative performance metric pixel mean and variance values are used. Mean value of an image taken from a uniform area is preserved, variance of the same region is decreased. Performance of cross calibration is measured against Landsat-8. 2.2% error is committed with respect to gain and offset values.