Effects of incidence angles and image combinations on mapping accuracy of surficial materials in the Umiujalik Lake area, Nunavut, using RADARSAT-2 polarimetric and LANDSAT-7 images, and DEM data. Part 1. Nonpolarimetric analysis

Abstract

This study assesses the use of multibeam RADARSAT-2 multipolarized synthetic aperture radar images (hereafter termed “RADARSAT-2 images”), in combination with LANDSAT-7 Enhanced Thematic Mapper (ETM +) and digital elevation model (DEM) data for mapping surficial materials (bedrock, boulders, organic material, sand and gravel, thick till, and thin till) in Arctic Canada. In particular we tested the effects of RADARSAT-2 incidence angles on classification accuracy. This research contributes to the geoscience framework for mineral exploration in Archean to Paleoproterozoic rocks of the northeast Thelon region of Nunavut. The RADARSAT-2 images were acquired in three west-looking descending beam modes (FQ1, FQ12, and FQ20) with increasing respective incidence angles. A maximum likelihood classification (MLC) was applied to different combinations of RADARSAT-2 and LANDSAT-7 ETM+ images, and DEM data. The incidence angle effect on classification overall accuracies is greatest when only the HH polarized images are used, but is reduced when the HV and (or) VV polarized images are added to the classifier. The best MLC overall accuracy of 85.1% is achieved by combining all polarizations and all incidence angles (beam modes) with LANDSAT-7 ETM+ images and DEM data. The influences of variable environmental conditions (moisture and temperature) on mapping accuracy require further research.

Notre étude évalue l'utilisation d'images RSO multi-polarisées multicanaux de RADARSAT-2 (appelées ci-après « images RADARSAT-2 »), combines avec des données LANDSAT-7 ETM+ et un modèle numérique de terrain (MNT) pour cartographier les dépôts de surface (affleurements rocheux, blocs, dépôts organiques, sable et gravier, till épais, et till mince) de l'Arctique canadien. En particulier, nous teston les effets des angles d'incidence RADARSAT-2 sur la précision de classification. Cette recherche contribue au cadre géo-scientifique pour l'exploration minérale dans les roches de l'Archéen au Paléo-protérozoïque de la région nord-est du bassin de la Thelon au Nunavut. Les images RADARSAT-2 ont été acquises selon une orbite descendante avec une visée vers l'ouest selon trois modes (FQ1, FQ12, et FQ20) qui avaient des angles d'incidence croissants. Une classification de maximum de vraisemblance (MLC) a été appliquée à différentes combinaisons d'images RADARSAT-2 et LANDSAT-7 ETM+ avec les données du MNT. L'effet de l'angle d'incidence sur la précision globale de classification est le plus élevé quand seules les images HH sont utilisées et se réduit quand les images HV et (ou) VV sont ajoutées à la classification. La meilleure précision globale de classification (85.1 %) est obtenue quand toutes les polarisations et tous les angles d'incidence sont utilisés avec les images LANDSAT-7 ETM+ et les données MNT. Les influences des conditions environnementales variables (humidité et température) sur la précision cartographique des dépôts de surface nécessitent d’être étudiées.

Acknowledgements

The Geological Survey of Canada (GSC) funded this study as a contribution to the Northeast Thelon Compilation under the Northern Uranium for Canada and Remote Predictive Mapping (RPM) projects of the Geomapping for Energy and Minerals (GEM) Program. We thank the Canadian Space Agency for providing RADARSAT-2 data, Deborah Lemkow (GSC) for invaluable assistance in ordering the data, and Dr. Bill Morris at McMaster University for supporting development of the digital elevation model. Professors Brigitte Leblon and Dave Lentz are each supported by NSERC Discovery grants. This manuscript benefited from the comments of two anonymous reviewers.