Étalonnage en vol des capteurs couleur de l'eau sur des cibles sombres

par Robert Parada

Thèse de doctorat en Sciences

Sous la direction de Richard Santer et de Kurt Thome.

Soutenue en 1997

à Littoral en cotutelle avec l'University of Arizona .

Le président du jury était Maurice Herman.

Le jury était composé de Magdeleine Dinguirard.

Les rapporteurs étaient Kurt Thome, Jean-Luc Deuze.


  • Résumé

    La dérive des capteurs satellitaires lors des missions spatiales doit être quantifiée. Les étalonnages à bord sur lampes ou sur réflecteurs standards doivent être confirmés par des méthodes qui font référence à des mesures in-situ pour prédire le signal au moment du passage du satellite. Ce type d'étalonnage est conduit depuis une décennie pour les capteurs observant les surfaces émergées sur des sites désertiques brillants pour lesquels la mesure de la réflectance de surface donne l'essentiel du signal. La dynamique des capteurs couleur de l'eau est adaptée à la relative noirceur de l'océan comparé aux surfaces terrestres. Sur les sites test pour l'étalonnage, les capteurs sont saturés. Il est donc nécessaire de se placer, aussi sur des surface d'eau pour réaliser l'étalonnage. Un site test a été identifié ; le Lac Tahoé en Californie, qui possède les caractéristiques propres à l'océan ouvert : eaux homogènes et claires, atmosphères peu turbides. Une première partie du travail, après la modification des codes de transfert radiatif adaptés aux types d'observations, a consisté à évaluer les méthodes d'étalonnage en précisant leurs performances. Une première méthode est basée sur la simulation numérique du signal avec comme entrées les mesures de la réflectance de surface et les paramètres atmosphériques. Une seconde méthode en luminance repose sur des mesures radiométriques depuis avion que l'on transpose au sommet de l'atmosphère. Le bilan d'erreurs permet de comparer les 2 méthodes et d'avancer les performances requises ; soit 3 pourcents en relatif. Dans un dernier chapitre, ces 2 méthodes sont appliquées à l'étalonnage d'un spectromètre imageur qui a survolé, lors d'une campagne en été 1995 le Lac Tahoe et pour lequel on a une bonne connaissance en laboratoire de son étalonnage. Les 2 méthodes in-situ permettent une restitution très correcte de cet étalonnage aux courtes longueurs d'ondes. Les performances sont dégradées en proche infrarouge, en restant compatible avec le bilan d'erreur. Ces 2 méthodes, avec les améliorations souhaitées, devraient permettre un passage en opérationnel pour l'étalonnage des capteurs existants ; OCTS ou à venir : Seawifs, MODIS, MERIS. . .


  • Résumé

    The ability to conduct in-flight absolute radiometric calibrations of ocean color sensors will determine their usefulness in the decade to come. On-board calibration systems are often integrated into the overall design of such sensors and have claimed uncertainty levels below 5%. Independent means of system calibration are needed to confirm that the sensor is accurately calibrated Vicarious (i. E. Ground-referencing) methods are an attractive way to conduct this verification. This research describes the development of in-flight absoluteradiometric calibration methods which reference dark (i. E. Low-reflectance) sites. The high sensitivity of ocean color sensors results in saturation over bright surfaces. Low-reflectance targets, such as water bodies, are therefore required for their vicarious calibration. Sensitivity analyses of the reflectance-based and radiance-based techniques, when applied to a water target, are performed. Uncertainties in atmospheric parameters, surface reflectance measurements, and instrument characterization are evaluated for calibrations of a representative ocean color sensor. Reflectance-based uncertainties range between 8. 4% at 0. 412 micrometers and 4. 0% at 0. 865 micrometers ; corresponding radiance-based uncertainties range between 12. 3% and 23. 9%. These studies indicate that better characterization of aerosol parameters is required and that radiometer pointing accuracy must be improved to make the radiance-based method useful. The uncertainty estimates are evaluated using data from a field campaign at Lake Tahoe in June, 1995. This lake is located on the California-Nevada border and has optical characteristics similar to oceanic waters. Aircraft-based radiance data and surface measurements of water reflectance are used to calibrate visible and near infrared bands of the Airbone Visible/InfraRed Imaging Spectrometer (AVIRIS). The vicariously-derived calibration coefficients are compared to those obtained from a laboratory-based calibration of AVIRIS. The results agree at the 2-6% level for the reflectance-based method indicating that the believed reflectance-based method uncertainties may be overestimated. Finally, as a consequence of this research, the testing and refinement of radiative transfer codes applicable to oceanic environments is accomplished. These modifications lead to an improvement in the prediction of top-of-atmosphere radiances over water targets.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (172 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 163-172.

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  • Bibliothèque : Université du Littoral-Côte d'Opale (Calais, Pas-de-Calais). Bibliothèque. Section Sciences.
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