Determinación de la radiancia en el tope de la atmósfera a partir de imágenes de satélite

Desde sus inicios, las imágenes de satélite Landsat fueron distribuidas como números digitales (ND), es decir, valores enteros entre 0-255. Esta corrección fue originalmente necesaria para hacer posible almacenarlas y distribuirla más eficientemente. Hoy en día, aunque esto no resulta crítico, se siguen produciendo imágenes con ND y, en muchas aplicaciones, es preciso una calibración radiométrica para convertir los valores digitales en reflectancia. Sin embargo, el paso previo de este proceso es convertirlos primero en radiancia (también denominada radiancia en el tope de la atmósfera o “at sensor radiance”). Ambos requieren parámetros suministrados en la metadata de la imagen.

Acá, vamos a usar una imagen Landsat de 8 bits (banda 1) que fue re escalada a partir de una de 16 bits, cuyo archivo *.met refiere que tiene una ganancia (gain) de 0.6024314 y un bias de -1.52. Existen 3 fórmulas alternativas para calcular la radiancia (L), todas interconvertibles entre si, y cuya selección depende de la información que arroje la metadata. En este caso, la expresión a usar es:

L = ND*GAIN + BIAS

Cargando la banda en QGIS, se emplea la calculadora raster (Raster -> Calculadora Raster) para aplicar la fórmula anterior, es decir, la banda se multiplica por gain y se le suma el bias y se guarda el resultado, como es obvio, con otro nombre. La banda original se veía así en QGIS:

con ensanchamiento de contraste a Min-Max. La banda transformada, con el mismo ensanchamiento de contraste a Min-Max, se observó de esta manera:

La diferencia es notable.

Para verificar que la transformación píxel a píxel fue hecha de la manera adecuada, convertí ambos archivos a ASCII con:

gdal_translate -of AAIGrid archivo.tif archivo.asc

Un extracto de ambos (cada imagen tiene más de 26.000.000 de píxeles):

original:

ncols        5055
nrows        5158
xllcorner    600915.000000000000
yllcorner    879945.000000000000
cellsize     30.000000000000
 5 5 4 4 5 5 4 4 5 5 5 4 5 4 5 5 5 7 6 6 6 7 6 7 7 7 6 7 7 7 6 6 7 8 8 8 7 8 8 8 7 7 8 7 6 6 6 6 6 6 6 6 5 5 6 6 6 6 7 8 8 8 7 6 5 5 6 5 5 5 6 5 5 4 5 5 4 5 4 5 5 4 4 6 5 5 5 5 4 5 6 6 5 5 5 5 5 5 6 8 7 6 6 4 9 10 6 10 14 14 14 15 14 9 5 4 4 4 5 4 4 4 4 3 3 3 5 4 4 4 4 6 6 6 8 9 8 8 9 11 11 9 9 9 10 11 10 10 10 10 11 11 8 8 9 9 9 9 9 9 9 8 7 6 7 8 11 10 9 10 11 12 13 13 14 14 10 10 9 11 14 13 12 11 10 9 9 9 9 9 10 11 11 11 11 11 11 12 12 12 11 12 10 11 11 11 9 10 10 9 9 9 10 11 11 9 8 10 9 7 6 5 5 5 6 7 7 6 5 6 5 6 5 7 7 7 6 7 7 7 8 8 9 9 9 10 10 10 9 11 12 12 12 12 11 9 9 10 10 11 12 12 14 14 14 14 13 15 17 16 18 18 19 18 18 15 14 15 15 16 16 17 16 15 15 14 13 12 12 11 11 12 10 10 11 10 9 8 9 9 8 7 8 8 7 8 9 8 7 7 8 7 8 9 9 9 12 12 11 12 11 11 9 11 10 10 11 11 10 11 11 11 11 9 10 10 11 12 12 11 12 14 12 11 11 11 9 10 11 9 8 7 8 9 9 9 8 6 6 7 7 7 9 7 7 9 8 10 8 10 9 8 9 9 9 8 10 10 9 9 10 10 10 10 11 8 8 8 7 6 6 6 7 7 6 6 6 7 6 6 7 7 6 6 5 6 7 7 7 7 8 7 7 7 7 7 6 7 6 6 6 7 8 7 6 7 7 6 7 6 7 6 7 6 6 6 5 6 7 5 7 6 7 7 7 8 11 10 8 9 9 9 10 10 10 12 11 12 14 14 14 13 ...

transformado:

ncols        5055
nrows        5158
xllcorner    600915.000000000000
yllcorner    879945.000000000000
cellsize     30.000000000000
NODATA_value -3.4028234663852885981e+38
 1.492156982421875 1.492156982421875 0.88972568511962890625 0.88972568511962890625 1.492156982421875 1.492156982421875 0.88972568511962890625 0.88972568511962890625 1.492156982421875 1.492156982421875 1.492156982421875 0.88972568511962890625 1.492156982421875 0.88972568511962890625 1.492156982421875 1.492156982421875 1.492156982421875 2.6970200538635253906 2.0945885181427001953 2.0945885181427001953 2.0945885181427001953 2.6970200538635253906 2.0945885181427001953 2.6970200538635253906 2.6970200538635253906 2.6970200538635253906 2.0945885181427001953 2.6970200538635253906 2.6970200538635253906 2.6970200538635253906 2.0945885181427001953 2.0945885181427001953 2.6970200538635253906 3.2994513511657714844 3.2994513511657714844 3.2994513511657714844 2.6970200538635253906 3.2994513511657714844 3.2994513511657714844 3.2994513511657714844 2.6970200538635253906 2.6970200538635253906 3.2994513511657714844 2.6970200538635253906 2.0945885181427001953 2.0945885181427001953 2.0945885181427001953 2.0945885181427001953 2.0945885181427001953 2.0945885181427001953 2.0945885181427001953 2.0945885181427001953 
1.492156982421875 1.492156982421875 2.0945885181427001953 ...

permite verificar que la fórmula se aplicó adecuadamente pixel a pixel. Por otra parte, el GeoTiff original pesa 24,9 MB frente a los 99,5 MB de la imagen transformada (4 veces más). Cuando nos referimos a los ASCII (los cuales son también cargados y visualizados como imágenes por QGIS), la imagen original pesa 55,1 MB mientras que la transformada (con valores en punto flotante de doble precisión) pesa 540,6 MB (poco más de medio GB). Ya se tiene una idea de porque se toma la decisión de distribuir las imágenes en formatos con ND y el afán de buscar formatos comprimidos sin pérdida apreciable de calidad en la imagen.

El paso siguiente es ahora estimar la reflectancia.

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8 respuestas a Determinación de la radiancia en el tope de la atmósfera a partir de imágenes de satélite

  1. Pingback: Cálculo de la reflectancia aparente en imágenes de satélite con QGIS |

  2. 4894927 dijo:

    gracias mi estimado jose,

  3. René Vázquez Jiménez dijo:

    Hola Jose…
    Muchas Gracias por la información… y aprovecho para una Duda…
    La imagen originan Landsat 8 viene en 16 bits, para aplicar la formula de determinación de radiancia, es necesario siempre escalar la imagen de 16 a 8 bits?…
    Saludos

  4. Hola José tengo una duda, quisiera calcular la radiancia de una imagen landsat 8 pero en la metadata de las bandas 10 y 11 no aparece ni el BIAS ni el GAIN, que ootra fórmula podría utilizar? Gracias!

  5. Gracias, muy útil la información…

  6. Renzo Polo dijo:

    Hola! Tengo unas imágenes capturadas con una cámara multiespectral micasense rededge. ¿Como puedo saber que tipo de información (radiancia, reflectancia, ND) posee la imagen? Es una foto de 16bits y tiene valores de pixels entre 7000 y 53000.

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