Atmospheric Correction Validation of casi Images Acquired over the Boreas Southern Study Area

RÉSUMÉ

Des procédures de correction atmosphérique à haute altitude d'images de télédétection acquises au moyen du capteur casi (Compact Airborne Spectrographic Imager) dans le cadre du projet BOREAS (Boreal Ecosystem-Atmosphere Study) ont été testées au-dessus d'une variété de sites de validation. Une analyse de régression appliquée sur des données casi multi-altitudes a été utilisée pour estimer les facteurs de réflectance bidirectionnelle apparente de surface (FRB) qui ont servi comme spectres de réalité de terrain pour valider les procédures de correction atmosphérique. Des étalonnages de luminance absolue de données casi ont permis de déterminer des luminances normalisées en tant qu'intrant à un module standard de correction atmosphérique (une variante du modèle H5S) pour la transformation d'images en FRB apparents de surface. De plus, nous avons calculé indépendamment les FRB apparents multi-altitudes à partir des étalonnages de FRB relatifs dérivés, d'une part, de mesures in-situ de panneaux d'étalonnage correspondant à plusieurs pixels et bien caractérisés, et d'autre part, de rapports de luminances ascendantes normalisées par l'éclairement descendant casi. Les FRB apparents multi-altitudes ont permis de caractériser les spectres au sol des FRB apparents considérés comme réalité de terrain. Supposant une connaissance de l'épaisseur optique locale des aérosols et basé sur une certaine connaissance a priori du type d'environnement entourant chaque site de validation, les différences absolues moyennes entre les FRB apparents non-corrigés et corrigés et les FRB apparents considérés comme réalité de terrain sont de 1,6% et 0,6% respectivement, dans la région visible du spectre, et de 1,1% dans les deux cas, dans la région du proche infrarouge. On peut réduire les erreurs des FRB corrigés en augmentant les spécifications des paramètres d'entrée du modèle de correction atmosphérique au détriment cependant de la simplicité de la méthode.

SUMMARY

High altitude atmospheric correction procedures for remotely sensed images acquired by the Compact Airborne Spectrographic Imager (casi) during the Boreal Ecosystem-Atmosphere Study (BOREAS) were tested over a variety of validation sites. Regression analysis on multi-altitude casi data was employed to estimate apparent surface Bidirectional Reflectance Factors (BRFs) which served as ground truth spectra for validating the atmospheric correction procedures. Absolute radiance calibrations of casi data permitted normalized radiances to be input into a standard atmospheric correction package (a variant of the H5S model) for image transformation to apparent surface BRF. In addition, relative BRF calibrations derived from in-situ measurements of well-characterized multi-pixel sized calibration panels and ratios of upwelling casi radiance signals normalized by downwelling casi irradiance signals were employed to independently compute the multi-altitude apparent BRFs used in deducing the ground truth apparent BRF spectra. Assuming a knowledge of the local aerosol optical depth and some apriori information on the type of environment surrounding each validation site the average absolute differences between the uncorrected and corrected apparent BRFs and the ground truth apparent BRFs were 1.6% versus 0.6% respectively in the visible spectral region and 1.1% versus 1.1% respectively in the near infrared region. The errors in the corrected BRFs can be reduced at the expense of introducing increased complexity in the input parameter requirements of the atmospheric correction model.

Additional information

Notes on contributors

N. T. O'Neill

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N. T. O'Neill, F. Zagolski, M. Bergeron, and A. Royer are with CARTEL, Université de Sherbrooke, Sherbrooke (Québec), CANADA, J1K-2R1.

F. Zagolski

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N. T. O'Neill, F. Zagolski, M. Bergeron, and A. Royer are with CARTEL, Université de Sherbrooke, Sherbrooke (Québec), CANADA, J1K-2R1.

M. Bergeron

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N. T. O'Neill, F. Zagolski, M. Bergeron, and A. Royer are with CARTEL, Université de Sherbrooke, Sherbrooke (Québec), CANADA, J1K-2R1.

A. Royer

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N. T. O'Neill, F. Zagolski, M. Bergeron, and A. Royer are with CARTEL, Université de Sherbrooke, Sherbrooke (Québec), CANADA, J1K-2R1.

J. R. Miller

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J. R. Miller is with the Department of Physics and Astronomy, York University, Toronto (Ontario), CANADA, M3J-3K1.

J. Freemantle

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J. Freemantle, Earth Observations Laboratory, Institute for Space and Terrestrial Science, Toronto (Ontario), CANADA, M3J-3K1.