Analysis of the topographic effect on the radiometric correction of MERIS images

Abstract

[EN] Topography alters the vertical structure of the atmosphere and, therefore, its radiative properties regarding the reflection and transmission of the solar radiation. Also it modifies the conditions of illumination of terrain, with remarkable influence in the remote sensing measures of the terrestrial surface in the optical spectrum. In this work we have applied two models of atmospheric and radiometric correction on an ENVISAT/MERIS image, considering the topography, to analyse the importance of such effects. For this, we have exploited the recent rise of Digital Models of Elevation (MDE) sufficiently detailed and precise, available to a global scale, that open new prospects for the topographical corrections of remote sensing data. The results show the adjustment of the conjoint correction model (atmospheric and topographical) in the considered case, improving comparison of spectral signatures of similar surfaces independently of the elevation or the conditions of illumination, compensating the relative variations caused by the topography in the reflectivity measured by sensors. Although the remote sensing of the terrestrial surface has tended traditionally to avoid the bands of atmospheric absorption, a peculiarity that presents the ENVISAT/MERIS images is the availability of a band (O2A) of absorption of the oxygen, located in the 761.5 nm. This band is used mainly for atmospheric corrections (estimate of the surface’s pressure, elevation of clouds, aerosols effects, etc.). But also it has been employed recently to determine the fluorescence of the vegetation, consequently this band of absorption has received remarkable attention in the last years. Considering that this absorption of the oxygen is strongly affected for topography, the determination of information on the terrestrial surface from this absorption of the oxygen requires a very precise correction of the topographical effects. Therefore in this work we analyse in particular the effect of the peak of reflectivity at 761.5 nm originated by an inappropriate correction of the topography and we study the existent relationship between the local atmospheric pressure and the depth band of absorption of the oxygen in this wavelength.

[ES] La topografía altera la estructura vertical de la atmósfera y por lo tanto sus propiedades radiativas con respecto a la reflexión y transmisión de la radiación solar y, modifica las condiciones de iluminación del terreno, con notable influencia en las medidas de teledetección de la superficie terrestre en el espectro óptico. En este trabajo se han aplicado dos modelos de corrección atmosférica y radiométrica sobre una imagen ENVISAT/MERIS, considerando la topografía, para analizar la importancia de tales efectos. Para ello se ha explotado la reciente aparición de Modelos Digitales de Elevaciones (MDE) suficientemente detallados y precisos, disponibles a escala global, que abren nuevas perspectivas para las correcciones topográficas de datos de teledetección. Los resultados demuestran la adecuación del modelo de corrección conjunta (atmosférica y topográfica) al caso considerado, mejorando la comparación de firmas espectrales de superficies similares independientemente de la altura o las condiciones de iluminación, com-pensando las variaciones relativas provocadas por la topografía en la reflectividad medida por sensores. Aunque la teledetección de la superficie terrestre ha tendido tradicionalmente a evitar las bandas de absorción atmosféricas, una peculiaridad que presentan las imágenes ENVISAT/MERIS es la disponibilidad de una banda (O2A) de absorción del oxí-geno, localizada en los 761,5 nm. Dicha banda se emplea principalmente para correcciones atmosféricas (estimación de la presión de la superficie, altura de nubes, efectos de aerosoles, etc.) pero también se ha empleado recientemente para determinar la fluorescencia de la vegetación, con lo que dicha banda de absorción ha recibido notable atención en los últimos años. Dado que dicha absorción del oxígeno está fuertemente afectada por la topografía, la determina-ción de información sobre la superficie terrestre a partir de dicha absorción del oxígeno requiere una corrección muy precisa de los efectos topográficos. Por ello en este trabajo analizamos en particular el efecto del pico de reflectividad a 761,5 nm originado por una corrección inadecuada de la topografía y se estudia la relación existente entre la presión atmosférica local y la profundidad de la banda de absorción del oxígeno en esta longitud de onda.