Radiometric calibration, validation and correction of multispectral photogrammetric imagery

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Honkavaara, Eija, D.Sc.(Tech.), Finnish Geodetic Institute, Masala, Finland
dc.contributor.author Markelin, Lauri
dc.date.accessioned 2013-09-12T07:55:53Z
dc.date.available 2013-09-12T07:55:53Z
dc.date.issued 2013
dc.identifier.isbn 978-951-711-295-6 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-951-711-294-9 (printed)
dc.identifier.issn 0085-6932 (printed)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/10948
dc.description.abstract Vast amounts of remote sensing data are acquire daily all over the globe from satellites, from manned or unmanned airborne platforms, and from the ground. Airborne photogrammetry provides a flexible method for acquiring high-resolution imagery in a timely manner over large areas. Aerial images are increasingly being used in a more automatic and quantitative way for applications such as land cover classification and environmental monitoring. Apart from the high geometric quality of photogrammetric sensors, also their radiometric properties are important. Different objects reflect solar irradiance according to their individual spectral and directional properties, and radiometric analysis can be used to identify such objects and changes in them. The perquisite for quantitative radiometry is the absolute radiometric calibration of the sensor, which links the recorded digital numbers to physical units. The major benefit of a radiometrically calibrated sensor is the possibility to radiometrically correct images form atmospheric effects to surface reflectance. Radiometric correction becomes a necessity, when imagery from different dates and sensors are used for quantitative image analysis. The objectives of this study were, first, to develop a vicarious method for the radiometric calibration and validation (Cal/Val) of a photogrammetric sensor in a test field. Second, three radiometric correction methods suitable for reflectance image product generation from photogrammetric images were evaluated. Finally, the influence of the solar elevation angle in the radiometric performance of multispectral photogrammetry was evaluated. The Cal/Val method developed in this study utilizes field measured nadir reflectance factors of the reference targets to match the reflectance factors measured at a laboratory in an exact imaging geometry to the current weather conditions. When evaluating the radiometric correction methods, a reflectance accuracy level of 5 % was achievable with all of the evaluated methods when using well-defined isotropic reference targets. For other targets, reflectance accuracies of between 5 and 20 % were possible. The results showed that a low solar elevation of 25° did not cause the general performance of the photogrammetric processes and 3D point cloud generation to deteriorate. The radiometric Cal/Val method presented in this study presents a step towards developing traceable processes for photogrammetric sensors. The results also confirmed the high radiometric quality of photogrammetric sensors and proved the suitability of the photogrammetric imagery for radiometric correction. This makes possible the rigorous radiometric processing of photogrammetric images and improves the quality and accuracy of automatic image interpretation and classification tasks. en
dc.description.abstract Kaukokartoitusdataa kerätään päivittäin suuria määriä ympäri maailmaa satelliiteista, miehitetyistä ja miehittämättömistä lentokoneista sekä maasta käsin. Fotogrammetrinen ilmakuvaus on erinomainen tapa kerätä tarkkoja kuvia haluttuna ajankohtana suuriltakin alueilta. Ilmakuvia käytetään yhä enemmän automaattisissa ja kvantitatiivisissa sovelluksissa kuten maan pinnan luokittelussa ja ympäristön seurannassa. Laadukkaiden geometristen ominaisuuksien lisäksi olennaista fotogrammetrisissa sensoreissa on niiden radiometriset ominaisuudet. Koska kohteet heijastavat auringon säteilyä yksilöllisesti aallonpituudesta ja havaintogeometriasta riippuen, voidaan radiometrisiä ominaisuuksia hyödyntää kohteiden tunnistamisessa ja muutosten seurannassa. Kvantitatiivisen radiometrian perusvaatimus on radiometrialtaan absoluuttisesti kalibroitu sensori. Radiometrisen kalibroinnin avulla sensorin tallentamat sävyarvot voidaan muuntaa fysikaalisiksi suureiksi. Kalibroidun sensorin kuvilla näkyvät ilmakehän aiheuttamat häiriöt voidaan korjata ja kuvat muuntaa vastaamaan maanpinnan heijastusta radiometrisillä korjausmenetelmillä. Radiometrinen korjaus on välttämätöntä, kun halutaan käyttää eri ajankohtina ja eri sensoreilla kerättyjä kuva-aineistoja kvantitatiivisessa analyysissä. Tämän työn tarkoituksena oli ensinnäkin kehittää menetelmä fotogrammetristen sensorien epäsuoraan radiometriseen kalibrointiin ja arviointiin (Cal/Val) testikentällä. Toiseksi tutkittiin kolmen eri radiometrisen korjausmenetelmän soveltuvuutta fotogrammetrisille ilmakuville. Kolmanneksi tutkittiin auringon korkeuskulman vaikutusta ilmakuvien radiometriaan ja siten fotogrammetristen prosessien suorituskykyyn. Kehitetty radiometrinen Cal/Val menetelmä hyödyntää laboratoriossa tarkassa havaintogeometriassa tehtyjä heijastusmittauksia, jotka muunnetaan vastaamaan kuvausaikaisia sääolosuhteita maastossa tehtyjen referenssikohteiden nadiiriheijastusmittauksilla. Työssä tutkituilla radiometrisen korjauksen menetelmillä pystyttiin saavuttamaan 5 % heijastustarkkuus, kun käytettiin tarkkoja referenssikohteita. Muita kohteita käyttäen oli mahdollista saavuttaa 5-20 % heijastustarkkuus. Tulokset osoittivat myös, että 25° auringonkulma ei vaikuttanut fotogrammetristen prosessien suorituskykyyn eikä kolmiulotteisten pistepilvien luomiseen. Tässä työssä esitetty radiometrinen Cal/Val menetelmä on askel kohti fotogrammetrisen sensorien jäljitettävää kuvienkäsittelyketjua. Tulokset vahvistivat sensorien hyvät radiometriset ominaisuudet sekä todistivat niiden kuvien soveltuvan radiometriseen korjaukseen. Tämä mahdollistaa ilmakuvien radiometrian kvantitatiivisen käsittelyn sekä lisää automaattisten kuvantulkintamenetelmien tarkkuutta. fi
dc.format.extent 160
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Finnish Geodetic Institute en
dc.publisher Geodeettinen laitos fi
dc.relation.ispartofseries Suomen Geodeettisen laitoksen julkaisuja fi
dc.relation.ispartofseries Veröffentlichungen des Finnischen Geodätischen Institutes de
dc.relation.ispartofseries Publications of the Finnish Geodetic Institute en
dc.relation.ispartofseries 148
dc.relation.haspart [Publication 1]: Lauri Markelin, Eija Honkavaara, Jouni Peltoniemi, Eero Ahokas, Risto Kuittinen, Juha Hyyppä, Juha Suomalainen, and Antero Kukko. 2008. Radiometric calibration and characterization of large-format digital photogrammetric sensors in a test field. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, volume 74, number 12, pages 1487-1500. © 2008 American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS). By permission.
dc.relation.haspart [Publication 2]: Lauri Markelin, Eija Honkavaara, Teemu Hakala, Juha Suomalainen, and Jouni Peltoniemi. 2010. Radiometric stability assessment of an airborne photogrammetric sensor in a test field. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, volume 65, number 4, pages 409-421. doi:10.1016/j.isprsjprs.2010.05.003. © 2010 International Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ISPRS). By permission.
dc.relation.haspart [Publication 3]: Eija Honkavaara, Lauri Markelin, Tomi Rosnell, and Kimmo Nurminen. 2012. Influence of solar elevation in radiometric and geometric performance of multispectral photogrammetry. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, volume 67, pages 13-26. doi:10.1016/j.isprsjprs.2011.10.001. © 2011 International Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ISPRS). By permission.
dc.relation.haspart [Publication 4]: L. Markelin, E. Honkavaara, U. Beisl, and I. Korpela. 2010. Validation of the radiometric processing chain of the Leica ADS40 airborne photogrammetric sensor. In: Wolfgang Wagner and Balázs Székely (editors). 100 Years ISPRS, Advancing Remote Sensing Science. ISPRS Technical Commission VII Symposium. Vienna, Austria. 5-7 July 2010. International Society for Photogrammetry and Remote Sensing. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, volume 38, part 7A, pages 145-150. ISSN 1682-1777. © 2010 by authors.
dc.relation.haspart [Publication 5]: Lauri Markelin, Eija Honkavaara, Daniel Schläpfer, Stéphane Bovet, and Ilkka Korpela. 2012. Assessment of radiometric correction methods for ADS40 imagery. Photogrammetrie - Fernerkundung - Geoinformation (PFG), volume 2012, number 3, pages 251-266. doi:10.1127/1432-8364/2012/0115
dc.subject.other Geoinformatics en
dc.title Radiometric calibration, validation and correction of multispectral photogrammetric imagery en
dc.title Fotogrammetristen ilmakuvien radiometrinen kalibrointi, arviointi ja korjaus fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Engineering en
dc.contributor.department Maankäyttötieteiden laitos fi
dc.contributor.department Department of Real Estate, Planning and Geoinformatics en
dc.subject.keyword photogrammetry en
dc.subject.keyword radiometric calibration en
dc.subject.keyword radiometric correction en
dc.subject.keyword airborne imaging en
dc.subject.keyword multispectral en
dc.subject.keyword radiative transfer modelling en
dc.subject.keyword fotogrammetria fi
dc.subject.keyword ilmakuvaus fi
dc.subject.keyword radiometria fi
dc.subject.keyword radiometrinen kalibrointi fi
dc.subject.keyword radiometrinen korjaus fi
dc.subject.keyword säteilynkulkumallinnus fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-951-711-295-6
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Haggrén, Henrik, Prof., Aalto University, Finland
dc.opn Gerke, Markus, Assistant Professor, Faculty of Geo-Information Science and Earth Observation, University of Twente, Enschede, The Netherlands
dc.opn Paparoditis, Nicolas, Dr., Laboratoire MATIS, Institut Géographique National, Paris, France
dc.date.dateaccepted 2013-06-17
dc.rev Baltsavias, Emmanuel, Dr., Institute of Geodesy and Photogrammetry, Swiss Federal Institute of Technology, Zürich, Switzerland
dc.rev Rautiainen, Miina, Ph.D., Department of Forest Sciences, University of Helsinki, Helsinki, Finland
dc.date.defence 2013-09-20


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account