Radiometria de imagens TM e ETM+

Observações importantes:

Um procedimento bastante comum entre os usuários de dados orbitais é a conversão dos números digitais das imagens em valores físicos como Radiância e/ou Reflectância (aparente ou de superfície). Essa conversão pode ser efetuada de duas formas básicas:

a) utilização de valores de Lmim e Lmax (em cada banda espectral) apresentados na literatura: em se tratando de dados TM, as imagens cujas datas de aquisição estão compreendidas de 1 de março de 1984 a 4 de maio de 2003, devem ser utilizados os valores de Lmim e Lmax apresentados na Tabela 1 (Chander e Markhan, 2003), em amarelo. Caso as imagens sejam datadas após 4 de maio de 2003, devem ser utilizados os valores de Lmim e Lmax apresentados nessa mesma Tabela 1, em verde. Em se tratando de imagens ETM+, recomenda-se consulta à página:
http://ltpwww.gsfc.nasa.gov/IAS/handbook/handbook_htmls/chapter9/chapter9.html#section9.2.2.
Importante salientar que a aplicação desses valores de Lmim e Lmax resultará em valores de radiância em W(m2.sr-1.mm-1);

Tabela 1 - Valores de Lmim, Lmax, Ganho (G) e Offset (B) a serem aplicados às imagens TM.

b) utilização de valores de ganho (G) e offset (offset) disponibilizados em cabeçalhos (headers) das próprias imagens quando disponibilizadas em formato FAST FORMAT: esses valores são gerados pelo sistema adotado pela DGI na geração das imagens nesse formato. Eles são dependentes da freqüente atualização dos aplicativos responsáveis pelo processamento das imagens, o que nem sempre acontece com a rapidez necessária e desejada. Recomenda-se fortemente a não adoção dessa forma de conversão dos números digitais. Para o caso de imagens TM, Chander e Markhan (2003) apresentaram valores de G e offset, conforme Tabela 1. Para os produtos ETM+, recomenda-se o uso de valores de Lmim e Lmax. Outro detalhe importante refere-se à unidade de medida da Radiância resultante da aplicação de G e offset apresentados nas imagens disponibilizadas em FAST FORMAT, que seria mW(cm-2.sr-1). Para determinação de valores de radiância em mW(cm-2.sr-1.mm-1), o usuário deverá dividir os valores resultantes pela largura da banda em mm;

Ainda, usuário deve antes de efetuar essa conversão atentar para os seguintes aspectos:

a) qual o nível de correção pretende disponibilizar a imagem (nível 0-sem correção alguma, nível 1- somente com correção radiométrica e nível 1g-com correções radiométrica e geométrica): a escolha do nível 0 implica que o usuário irá trabalhar com os dados em sua forma mais bruta. Geralmente as imagens possuem em sua aparência faixas quase horizontais oriundas de diferenças das sensibilidades radiométricas dos 16 detetores de cada banda (TM e ETM+). Entende-se que quando da escolha desse nível 0, o usuário pretende efetuar algum trabalho de pesquisa que requeira a comparação direta entre o valores de Radiância medidos pelo sensor e valores de Radiância medidos em campo, por exemplo. A escolha do nível 1 implica em uma imagem livre das faixas quase horizontais, uma vez que seu principal objetivo é igualar as sensibilidades dos 16 detetores entre si. Contudo, a adoção de quatro diferentes critérios de correção (nasa, ccrs, nasa-cpf e ccrs-cpf), resulta em imagens radiometricamente diferentes entre si. A extensão cpf (Calibration Parameter File) refere-se ao cálculo de coeficientes de calibração oriundos da calibração interna do sensor, elaborada a partir de lâmpadas de referência. Para o caso do sensor TM, essas lâmpadas já não funcionam desde meados da década de 90, porém preferiu-se manter a extensão cpf, referindo-se então aos coeficientes mais atuais de calibração, determinados por métodos empíricos e algébricos. Para o caso do sensor ETM+, somente podem ser aplicados nasa-cpf ou ccrs-cpf. A DGI/INPE está adotando como padrão de todas as imagens os coeficientes ccrs-cpf. Qualquer alteração desejada nesse critério, deve ser expresso no ato da concretização do pedido de compra das imagens. A adoção de níveis de correção 1 e 1g, implica em alterações nos valores originais (nível 0) de ND. Sendo assim, é evidente que a aplicação dos valores de L mim, Lmax ou G e B, resultarão em valores diferentes de ND para um mesmo pixel entre imagens 1 e 1g. A Figura 1 apresenta os valores de números digitais de um mesmo pixel extraídos de imagens TM processadas mediante a adoção desses diferentes critérios de calibração relativa e sobre as quais foram aplicados diferentes níveis de correção.

Figura 1 - Valores de ND de uma mesmo pixel extraído de imagens processadas segundo diferentes critérios de calibração relativa.

A inexistência de um gráfico para a banda 1 se justifica pelo fato de que os valores de ND apresentaram-se saturados (255) no nível 0 (n0). Observa-se portanto que a aplicação de coeficientes nasa e ccrs apresentam valores resultantes de ND relativamente semelhantes, o mesmo acontecendo com os coeficientes nasa-cpf e ccrs-cpf. Apesar das diferenças esperadas entre os valores de ND de imagens 1 e 1g, estas não parecem muito significativas para o caso em questão. Porém há de se observar o tipo de paisagem que se está trabalhando. Quando houver muita diversidade espectral entre alvos vizinhos (imagem com grande variância), são esperadas maiores interferências em um mesmo pixel entre imagens 1 e 1g.

b) formato final de disponibilidade da imagem (HDF, FAST FORMAT, GeoTiff etc): a adoção de diferentes formatos nas imagens a serem disponibilizadas aos usuários não acarreta qualquer alteração nos valores de ND.

Texto compilado pelo pesquisador Dr. Flávio Jorge Ponzoni - INPE/DSR

Referências:
Chander, G.; Markham, B. Revised Landsat 5 TM radiometric calibration procedures and post-calibration dynamic ranges. 2003.