Kalibrasi Radiometri: Mengubah Digital Number (DN) ke Radiance dan/atauReflectance

Koreksi Radiometris (Radiometric Correction) dikelompokkan menjadi dua:1. Kalibrasi Radiometris (radiometric calibration) (bagian ini akan dijelaskan di sini)2. Koreksi Atmosferis (atmospheric correction) (bagian ini akan dijelaskan kemudian),

Kalibrasi Radiometris merupakan langkah pertama yang harus dilakukan saat kita mengolah data citra satelit. Tujuan utama dari Kalibrasi radiometris ini adalah untuk mengubah data pada citra yang (pada umumnya) disimpan dalam bentuk Digital Number (DN) menjadi radiance dan/atau reflectance, bisa juga ke brightness temperature (untuk kanal Termal Infra Red)Terkait dengan Kalibrasi ini, ada istilah yang perlu diperhatikan, yakni Resolusi Radiometris (radiometric resolution) yang menunjukkan `Berapa banyak bit yang digunakan dalam satu pixel?` Sebelum melakukan kalibrasi radiometris, penting untuk mengetahui resolusi radiometris dari citra yang kita gunakan. Misal untuk Landsat 7, resolusi radiometrisnya adalah 8 bits atau setara dengan ( 2 pangkat 8 ) 256 pixel value, (atau Digital Number, atau Digital Count atau dikenal juga dengan istilah grayscale), berarti data yang kita gunakan memiliki gradasi grayscale dari 0 sampai 255. Contoh lainnya adalah Landsat 8 yang mengggunakan 16 bits, artinya digital number (DN) terletak dalam rentang 0 sampai 2 pangkat 16 (==65536).Sekarang, kita lanjutkan dengan kalibrasi radiometrisnya. Ada dua cara yang umum digunakan (tergantung data yang tersedia):1. Menggunakan Gain dan Offset, data yang diperlukan adalah radiance atau reflectance multiple rescalling factor (GAIN) dan additive rescalling factor (OFFSET)2. Menggunakan nilai radiance atau reflectance maksimum dan minimum.Sebagai contoh, kalibrasi radiometris ini menggunakan data Landsat 8 (ingat, resolusi spasialnya 16 bits)

CARA PERTAMA : GAIN-OFFSETa). Konversi DN ke TOA Radiance(catatan: TOA = Top of atmosphere)Rumus yang digunakan untuk mengubah DN ke radiance (L) adalah sebagai berikut:L=MLQcal+ALdimana: L = TOA spectral radiance (Watts/( m2 * srad * m)) ML = Band-specific multiplicative rescaling factor from the metadata (RADIANCE_MULT_BAND_x, where x is the band number) AL = Band-specific additive rescaling factor from the metadata (RADIANCE_ADD_BAND_x, where x is the band number) Qcal = Quantized and calibrated standard product pixel values (DN)Radiance rescaling factors di atas bisa ditemukan di file metadata (yang selalu menyertai setiap data citra satelit)b). Konversi DN ke TOA Reflectance ()Sama dengan point (a) di atas, konversi DN bisa juga dilakukan langsung menjadi reflectance, gunakan rumus berikut:=MQcal+Adimana; = TOA planetary reflectance, without correction for solar angle. Note thatdoes not contain a correction for the sun angle. untuk mengoreksi reflectance terhadap sudut matahari lihatCARA KEDUA bagian b M = Band-specific multiplicative rescaling factor from the metadata (REFLECTANCE_MULT_BAND_x, where x is the band number) A = Band-specific additive rescaling factor from the metadata (REFLECTANCE_ADD_BAND_x, where x is the band number) Qcal = Quantized and calibrated standard product pixel values (DN)http://landsat.usgs.gov/Landsat8_Using_Product.php

CARA KEDUA : MAX-MINa). Konversi DN ke TOA RadianceL={(Lmax-Lmin)/(Qcalmax-Qcalmin)} * (Qcal-Qcalmax)Dimana:L = Spectral Radiance in watts/(meter squared * ster * m)LMAXR = Max Detected Radiance LevelLMINR = Min Detected Radiance LevelQCALMAX = Max Pixel ValueQCALMIN = Min Pixel ValueQCAL = Digital Numberb). Konversi DN ke TOA Reflectance () cara 1`={(max-min)/(Qcalmax-Qcalmin)} * (Qcal-Qcalmax)Dimana: = Spectral reflectance (tanpa koreksi solar angle)MAXR = Max Detected Reflectance LevelMINR = Min DetectedReflectanceLevelQCALMAX = Max Pixel ValueQCALMIN = Min Pixel ValueQCAL = Digital NumberBerikut langkah tambahan untuk mengoreksi reflectance dengan solar angle*=`/cos(SZ) atau`/sin(SE)dimana:* = TOA planetary reflectanceSE = Local sun elevation angle. The scene center sun elevation angle in degrees is provided in the metadata (SUN_ELEVATION). Untuk penghitungan yang akurat, solar angle harus pada pixel yang dihitung, namun sayang sekali di metadata hanya disediakan sudut matahari untuk pusat scene saja.SZ = Local solar zenith angle; SZ= 90 -SE

c). Konversi DN ke TOA Reflectance () cara 2 (tidak usah dipakai, merepotkan)=(*L *d^2)/(Esun *cos)dimana: = Unitless Planetary ReflectanceL = Spectral Radiance at The Sensors Apertured2 = Earth-Sun Distance in Astronomical UnitsESUN = Mean Solar Exoatmospheric Irradiances = Solar Zenith Angle in DegreesCONTOH ISI METADATA (yang terkait dengan kalibrasi radiometrik)GROUP = MIN_MAX_RADIANCE >LMAXR danLMINRRADIANCE_MAXIMUM_BAND_1 = 775.47809RADIANCE_MINIMUM_BAND_1 = -64.03923RADIANCE_MAXIMUM_BAND_2 = 790.78357RADIANCE_MINIMUM_BAND_2 = -65.30316RADIANCE_MAXIMUM_BAND_3 = 724.09100RADIANCE_MINIMUM_BAND_3 = -59.79567RADIANCE_MAXIMUM_BAND_4 = 613.26074RADIANCE_MINIMUM_BAND_4 = -50.64327RADIANCE_MAXIMUM_BAND_5 = 372.13345RADIANCE_MINIMUM_BAND_5 = -30.73090RADIANCE_MAXIMUM_BAND_6 = 93.75905RADIANCE_MINIMUM_BAND_6 = -7.74265RADIANCE_MAXIMUM_BAND_7 = 30.49965RADIANCE_MINIMUM_BAND_7 = -2.51867RADIANCE_MAXIMUM_BAND_8 = 690.79944RADIANCE_MINIMUM_BAND_8 = -57.04644RADIANCE_MAXIMUM_BAND_9 = 152.92506RADIANCE_MINIMUM_BAND_9 = -12.62860RADIANCE_MAXIMUM_BAND_10 = 22.00180RADIANCE_MINIMUM_BAND_10 = 0.10033RADIANCE_MAXIMUM_BAND_11 = 22.00180RADIANCE_MINIMUM_BAND_11 = 0.10033END_GROUP = MIN_MAX_RADIANCEGROUP = MIN_MAX_REFLECTANCE >MAXR,MINRREFLECTANCE_MAXIMUM_BAND_1 = 1.210700REFLECTANCE_MINIMUM_BAND_1 = -0.099980REFLECTANCE_MAXIMUM_BAND_2 = 1.210700REFLECTANCE_MINIMUM_BAND_2 = -0.099980REFLECTANCE_MAXIMUM_BAND_3 = 1.210700REFLECTANCE_MINIMUM_BAND_3 = -0.099980REFLECTANCE_MAXIMUM_BAND_4 = 1.210700REFLECTANCE_MINIMUM_BAND_4 = -0.099980REFLECTANCE_MAXIMUM_BAND_5 = 1.210700REFLECTANCE_MINIMUM_BAND_5 = -0.099980REFLECTANCE_MAXIMUM_BAND_6 = 1.210700REFLECTANCE_MINIMUM_BAND_6 = -0.099980REFLECTANCE_MAXIMUM_BAND_7 = 1.210700REFLECTANCE_MINIMUM_BAND_7 = -0.099980REFLECTANCE_MAXIMUM_BAND_8 = 1.210700REFLECTANCE_MINIMUM_BAND_8 = -0.099980REFLECTANCE_MAXIMUM_BAND_9 = 1.210700REFLECTANCE_MINIMUM_BAND_9 = -0.099980END_GROUP = MIN_MAX_REFLECTANCEGROUP = MIN_MAX_PIXEL_VALUE >QCALMAX,QCALMINQUANTIZE_CAL_MAX_BAND_1 = 65535QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_1 = 1QUANTIZE_CAL_MAX_BAND_2 = 65535QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_2 = 1QUANTIZE_CAL_MAX_BAND_3 = 65535QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_3 = 1QUANTIZE_CAL_MAX_BAND_4 = 65535QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_4 = 1QUANTIZE_CAL_MAX_BAND_5 = 65535QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_5 = 1QUANTIZE_CAL_MAX_BAND_6 = 65535QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_6 = 1QUANTIZE_CAL_MAX_BAND_7 = 65535QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_7 = 1QUANTIZE_CAL_MAX_BAND_8 = 65535QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_8 = 1QUANTIZE_CAL_MAX_BAND_9 = 65535QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_9 = 1QUANTIZE_CAL_MAX_BAND_10 = 65535QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_10 = 1QUANTIZE_CAL_MAX_BAND_11 = 65535QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_11 = 1END_GROUP = MIN_MAX_PIXEL_VALUEGROUP = RADIOMETRIC_RESCALING >ML,AL,M,ARADIANCE_MULT_BAND_1 = 1.2810E-02RADIANCE_MULT_BAND_2 = 1.3063E-02RADIANCE_MULT_BAND_3 = 1.1962E-02RADIANCE_MULT_BAND_4 = 1.0131E-02RADIANCE_MULT_BAND_5 = 6.1474E-03RADIANCE_MULT_BAND_6 = 1.5488E-03RADIANCE_MULT_BAND_7 = 5.0383E-04RADIANCE_MULT_BAND_8 = 1.1412E-02RADIANCE_MULT_BAND_9 = 2.5262E-03RADIANCE_MULT_BAND_10 = 3.3420E-04RADIANCE_MULT_BAND_11 = 3.3420E-04RADIANCE_ADD_BAND_1 = -64.05204RADIANCE_ADD_BAND_2 = -65.31623RADIANCE_ADD_BAND_3 = -59.80763RADIANCE_ADD_BAND_4 = -50.65340RADIANCE_ADD_BAND_5 = -30.73705RADIANCE_ADD_BAND_6 = -7.74420RADIANCE_ADD_BAND_7 = -2.51917RADIANCE_ADD_BAND_8 = -57.05785RADIANCE_ADD_BAND_9 = -12.63113RADIANCE_ADD_BAND_10 = 0.10000RADIANCE_ADD_BAND_11 = 0.10000REFLECTANCE_MULT_BAND_1 = 2.0000E-05REFLECTANCE_MULT_BAND_2 = 2.0000E-05REFLECTANCE_MULT_BAND_3 = 2.0000E-05REFLECTANCE_MULT_BAND_4 = 2.0000E-05REFLECTANCE_MULT_BAND_5 = 2.0000E-05REFLECTANCE_MULT_BAND_6 = 2.0000E-05REFLECTANCE_MULT_BAND_7 = 2.0000E-05REFLECTANCE_MULT_BAND_8 = 2.0000E-05REFLECTANCE_MULT_BAND_9 = 2.0000E-05REFLECTANCE_ADD_BAND_1 = -0.100000REFLECTANCE_ADD_BAND_2 = -0.100000REFLECTANCE_ADD_BAND_3 = -0.100000REFLECTANCE_ADD_BAND_4 = -0.100000REFLECTANCE_ADD_BAND_5 = -0.100000REFLECTANCE_ADD_BAND_6 = -0.100000REFLECTANCE_ADD_BAND_7 = -0.100000REFLECTANCE_ADD_BAND_8 = -0.100000REFLECTANCE_ADD_BAND_9 = -0.100000END_GROUP = RADIOMETRIC_RESCALINGTAMBAHAN:Kita bisa mengubah DN ke brightness temperature menggunakan rumus:T=K2/{ln(k1/L+1)}dimana:T = At-satellite brightness temperature (K)L = TOA spectral radiance (Watts/( m2 * srad * m))K1 = Band-specific thermal conversion constant from the metadata (K1_CONSTANT_BAND_x, where x is the band number, 10 or 11)K2 = Band-specific thermal conversion constant from the metadata (K2_CONSTANT_BAND_x, where x is the band number, 10 or 11)Data yang diperlukan juga ada di metadata, contohnya sebagai berikut:GROUP = TIRS_THERMAL_CONSTANTSK1_CONSTANT_BAND_10 = 774.89K1_CONSTANT_BAND_11 = 480.89K2_CONSTANT_BAND_10 = 1321.08K2_CONSTANT_BAND_11 = 1201.14END_GROUP = TIRS_THERMAL_CONSTANTS