Avaliação das incertezas na caracterização de superfícies de referência para calibração absoluta de sensores eletroópticos
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2011 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE |
Texto Completo: | http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2011/03.30.18.09 |
Resumo: | Para que seja possível extrair informações quantitativas de dados coletados por sensores eletro-ópticos, é necessário o conhecimento sobre a sua calibração absoluta. A calibração absoluta de um sensor tem por propósito transformar os números digitais (NDs) presentes nas imagens em grandezas físicas como, por exemplo, a radiância. O método mais difundido de calibração absoluta, que é realizado após o lançamento do sensor , é o fundamentado na utilização de uma superfície de referência em campo. Nesse procedimento é efetuada uma série de medições radiométricas em campo, cuja confiabilidade é quantificada por meio da sua incerteza. Com isso, este trabalho teve como objetivo determinar e descrever algumas das fontes de incertezas mais importantes envolvidas nesse processo de medição. Para isto, foram desenvolvidos trabalhos em laboratório e em campo. Neste último, foi utilizada uma área com as características mais próximas das desejáveis para a calibração de sensores, de tal forma que as medições foram feitas em situação mais ideais de calibração. As principais fontes de incerteza relacionadas a este método são: (a) dos instrumentos utilizados na caracterização da superfície de referência (radiômetros, espectrorradiômetros e placas de referência, por exemplo); (b) da metodologia adotada para realizar as medições em campo; (c) do próprio objeto de estudo, a superfície de referência e (d) da caracterização da atmosfera. Para determinar as incertezas relacionadas aos instrumentos, foram elaborados e executados experimentos em laboratório, sendo que os resultados indicaram que as incertezas instrumentais são pequenas e seu impacto na incerteza final é praticamente desprezível. Porém, o trabalho em laboratório se mostrou muito importante para averiguar as condições dos instrumentos. A fim de analisar as incertezas relacionadas ao procedimento de medição em campo para caracterizar a superfície de referência, desenvolveram-se doze metodologias, sendo que as incertezas obtidas foram semelhantes: entre 2,5\% e 8\%, com o valor de qui quadrado reduzido, em média, igual a 3,5. Entretanto, não foi possível associar a menor incerteza a um procedimento específico. Assim, com estes resultados, concluiu-se que, do ponto de vista da menor incerteza, não existe um método preferencial. Além disso, o alto valor de qui quadrado reduzido indica que a superfície de testes não é uniforme. Por fim, para determinar as incertezas associadas ao processo de caracterização atmosférica, foram realizadas, em campo, medições com um fotômetro solar. Estas medições possibilitaram determinar o conteúdo de vapor d'água com uma incerteza menor do que 6\%; a profundidade óptica dos aerossóis com uma incerteza menor do que 19\% e a concentração de aerossóis, por meio da profundidade óptica dos aerossóis em 550 nm, com uma incerteza entre 9 e 30\% e, pela visibilidade, com uma incerteza menor do que 6\%. Já o impacto das grandezas e incertezas destes parâmetros na correção atmosférica foi, de maneira geral, pequeno, inferiores a 0,4\%, com exceção das regiões espectrais de absorção. |
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O método mais difundido de calibração absoluta, que é realizado após o lançamento do sensor , é o fundamentado na utilização de uma superfície de referência em campo. Nesse procedimento é efetuada uma série de medições radiométricas em campo, cuja confiabilidade é quantificada por meio da sua incerteza. Com isso, este trabalho teve como objetivo determinar e descrever algumas das fontes de incertezas mais importantes envolvidas nesse processo de medição. Para isto, foram desenvolvidos trabalhos em laboratório e em campo. Neste último, foi utilizada uma área com as características mais próximas das desejáveis para a calibração de sensores, de tal forma que as medições foram feitas em situação mais ideais de calibração. As principais fontes de incerteza relacionadas a este método são: (a) dos instrumentos utilizados na caracterização da superfície de referência (radiômetros, espectrorradiômetros e placas de referência, por exemplo); (b) da metodologia adotada para realizar as medições em campo; (c) do próprio objeto de estudo, a superfície de referência e (d) da caracterização da atmosfera. Para determinar as incertezas relacionadas aos instrumentos, foram elaborados e executados experimentos em laboratório, sendo que os resultados indicaram que as incertezas instrumentais são pequenas e seu impacto na incerteza final é praticamente desprezível. Porém, o trabalho em laboratório se mostrou muito importante para averiguar as condições dos instrumentos. A fim de analisar as incertezas relacionadas ao procedimento de medição em campo para caracterizar a superfície de referência, desenvolveram-se doze metodologias, sendo que as incertezas obtidas foram semelhantes: entre 2,5\% e 8\%, com o valor de qui quadrado reduzido, em média, igual a 3,5. Entretanto, não foi possível associar a menor incerteza a um procedimento específico. Assim, com estes resultados, concluiu-se que, do ponto de vista da menor incerteza, não existe um método preferencial. Além disso, o alto valor de qui quadrado reduzido indica que a superfície de testes não é uniforme. Por fim, para determinar as incertezas associadas ao processo de caracterização atmosférica, foram realizadas, em campo, medições com um fotômetro solar. Estas medições possibilitaram determinar o conteúdo de vapor d'água com uma incerteza menor do que 6\%; a profundidade óptica dos aerossóis com uma incerteza menor do que 19\% e a concentração de aerossóis, por meio da profundidade óptica dos aerossóis em 550 nm, com uma incerteza entre 9 e 30\% e, pela visibilidade, com uma incerteza menor do que 6\%. Já o impacto das grandezas e incertezas destes parâmetros na correção atmosférica foi, de maneira geral, pequeno, inferiores a 0,4\%, com exceção das regiões espectrais de absorção.In order to extract quantitative information from data collected by electrooptic sensors it is necessary to know about their absolute calibration. The absolute calibration of a sensor aims to transform the digital numbers (DNs) on the images to physical quantities such as radiance. The most common method of absolute calibration, which is performed after the sensor launch, is based on the use of a reference surface in the field. In this procedure a number of radiometric measurements is performed in the field, whose reliability is quantified by its uncertainty. In this context, this study aimed to determine and describe some of the most important sources of uncertainties involved in such measurements. For this, laboratory and field work were developed. In the field, we used an area with characteristics dose to desirable for sensors calibration, so that the measurements were made in the most ideal calibration situation. The main sources of uncertainty related to this method are: (a) the instruments used for the reference surface characterization (radiometer, spectrometer and reference refiectance panels, for example); (b) the methodology adopted to carry out field measurements; (c) the object of study, the reference surface, and (d) atmosphere characterization. The experiments in the laboratory were designed and conducted to determine the uncertainties related to the instruments, and the results indicated that the instrumental uncertainties are small because their impact on the final uncertainty is almost negligible. However, the work in the laboratory was very important to check the instruments conditions. Twelve methodologies were developed in order to analyze the uncertainties related to the procedure of field measurement to characterize the reference surface. The obtained uncertainties were similar: between 2.5\% and 8\%, with the value of reduced chi square average equal to 3.5. But, we could not associate the smallest uncertainty with any specific procedure. Thus, thought these results, it was possible to concluded that, in terms of reduced uncertainty, there is no preferred method. Moreover, the high value of chi-squared indicates that the test surface is not uniform. Finally, field measurements were performed with a sun photometer to determine the uncertainty in the process of atmospheric characterization. These measurements allowed to determine the water vapor content with an uncertainty smaller than 6\%; the aerosol optical depth with an uncertainty smaller than 19\%; and the aerosols concentration, by the aerosol optical depth at 550 nm, with an uncertainty between 9 and 30\%, and by the visibility, with uncertainty smaller than 6\%. Now, the impact of the magnitudes and uncertainties parameters in atmospheric correction was generally small, less than 0.4\%, except for the spectral absorption regions.http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2011/03.30.18.09info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPEinstname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)instacron:INPE2021-07-31T06:53:36Zoai:urlib.net:sid.inpe.br/mtc-m19/2011/03.30.18.09.13-0Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bibdigital.sid.inpe.br/PUBhttp://bibdigital.sid.inpe.br/col/iconet.com.br/banon/2003/11.21.21.08/doc/oai.cgiopendoar:32772021-07-31 06:53:37.047Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)false |
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