Correção radiométrica do efeito de iluminação solar induzido pela topografia

• Main Author: Eder Paulo Moreira
• Other Authors: Marcio de Morisson Valeriano
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2014
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2014/01.10.18.00

Este estudo tem como objetivo caracterizar o efeito de variação radiométrica causado pela topografia em imagens óticas de satélite e avaliar a importância de sua correção, principalmente no que se refere à classificação do uso e cobertura da terra. A área de estudo compreende uma região agrícola de relevo suave ondulado a ondulado localizada no sul do estado de Minas Gerais, Brasil. Utilizaram-se as seis bandas Landsat TM da região do espectro solar refletido e dados topográficos derivados da \emph{Shuttle Radar Topography Mission} (SRTM). Foram aplicados e avaliados nove métodos de correção topográfica que utilizam como base o cosseno do ângulo de incidência solar na superfície, que é função da declividade, da orientação de vertentes e dos parâmetros relativos à geometria de iluminação solar no momento de aquisição da imagem. A classificação da cobertura da terra foi conduzida utilizando análise de imagens baseada em objetos (OBIA) e criação de árvore de decisão por mineração de dados. A avaliação dos métodos de correção considerou a análise das características espectrais expressas pela variância e média dos níveis radiométricos de classes de cobertura, a relação entre níveis radiométricos e geometria de iluminação solar controlada pelo relevo, as características dos objetos (segmentos), a estrutura da árvore de decisão, a mineração de dados e os valores obtidos a partir da matriz de confusão gerada para avaliação da classificação. Os resultados indicaram que o efeito topográfico e sua correção afetaram consistentemente a variância dos níveis radiométricos, a estrutura da árvore de decisão e a exatidão da classificação. De acordo com os resultados da mineração de dados, as bandas com correção topográfica foram mais adequadas para a classificação do que as sem correção. Os resultados concordam que o efeito topográfico restringe a capacidade das imagens óticas de satélites em fornecer informações detalhadas e confiáveis da cobertura da terra de áreas com relevo irregular e que alguns métodos são eficientes para sua correção. Concluiu-se que a correção topográfica realizada neste estudo aumentou a capacidade de distinção de classes de cobertura da terra na área de estudo pela classificação de imagens. === This study aims to characterize the effect of radiometric variations due to topography on optical satellite images and to evaluate the importance of topographic corrections for land cover classification. The study area comprises an agricultural region of undulating terrain type located in the southern of the State of Minas Gerais, Brazil. We used the six Landsat TM bands of the reflected solar spectrum region and topographic data derived from Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). Nine methods of topographic correction were applied and evaluated, which are based on the cosine of solar incidence angle on the surface, which is a function of slope, aspect and parameters related to solar illumination geometry at the time of satellite overpass. Land cover classification was accomplished using object-based image analysis (OBIA) and decision tree induction by data mining. The evaluation of the correction methods considered the analysis of spectral characteristics expressed by the mean and variance of radiometric values of land cover classes, the correlation between radiometric values and cosine of solar incident angle on the slope, object (segment) characteristics, decision tree structure, data mining and the error matrix generated to evaluate the land cover classification. Results indicate that the topographic effect and its correction consistently affected the variance of the radiometric values, decision tree structure and classification accuracy. According to the results of data mining, the corrected bands were more suitable for classification than uncorrected bands. The results agree that the topographic effect restricts the capability of optical satellite imagery to provide detailed and reliable information of the land cover from rugged terrain and that some methods are efficient for its correction. It was concluded that the topographic correction implemented in this study improved the capability to distinguish land cover classes in the study area through image classification.