Modul Praktikum Pengolahan Citra Digital Acara 3 [PDF]

Citation preview

MODUL PRAKTIKUM PENGOLAHAN CITRA DIGITAL ACARA 3 Preprocessing Citra: Koreksi Radiometric Oleh: Fredi Satya Candra Rosaji, S.Si, M.Sc



Tujuan 1. Mahasiswa mampu melakukan koreksi radiometric citra Landsat 7 ETM+ dan Landsat 8 OLI 2. Mahasiswa mampu memahami parameter yang tertulis pada Header/Metadata citra satelit 3. Mahasiswa mampu melakukan koreksi atmospheric dengan metode Dark Object Substraction (DOS) Alat dan bahan 1. Seperangkat computer 2. Perangkat lunak ArcGIS 3. Citra Satelit Landsat 7 ETM+ dan Landsat 8 OLI-TIRS Langkah Kerja A. Koreksi Radiometric Absolut Citra Landsat 7 ETM+ Secara umum proses koreksi radiometric dari citra Landsat 4,5 dan 7 seperti pada diagram alir berikut:



1. Buka citra landsat 7 ETM+ untuk salah satu band. (silakan memilih band yang diinginkan)



2. Konversi nilai Digital Number (DN) menjadi nilai Radiance at Sensor Pada citra Landsat 7 ETM+ dalam mengkonversi nilai DN menjadi Radiance dengan rumus sebagai berikut: Rumus awal / pertama: Lλ = "gain" * QCAL + "bias"



atau dapat diekspreksikan ke dalam rumus ke-2 Lλ = dimana, ((LMAXλ - LMINλ)/(QCALMAX-QCALMIN)) * (QCAL-QCALMIN) + LMINλ



Langkah: -



Buka metadata citra Landsat 7 ETM+ yang sudah dicopykan ke praktikan. Cari informasi yang berkaitan dengan band 4 (karena kita akan melakukan koreksi DN -> radiance at sensor untuk band 4)



-



LMINλ band 4



= -5.100 (merupakan nilai RADIANCE_MINIMUM_BAND_4)



LMAXλ band 4



= 31.060 (merupakan nilai RADIANCE_MAXIMUM_BAND_4)



QCALMAX



= 255



(merupakan nilai



QUANTIZE_CAL_MAX_BAND_4)



QCALMIN



=1



(merupakan nilai



QUANTIZE_CAL_MIN_BAND_4)



Search tool “Raster Calculator” pada ArcMap Gunakan rumus ke-2 pada raster calculator untuk merubah DN ke radiance at sensor Lλ = ((LMAXλ - LMINλ)/(QCALMAX-QCALMIN)) * (QCAL-QCALMIN) + LMINλ = ((31.060-(-5.100))/(255-1)*(DNband4-1)+ (-5.100) =((((31.060-(-5.100))/(255-1))* ("LE07_L1TP_120065_20020821_20170128_01_T1_B4.TIF"-1)))+ (-5.100)



-



Hasilnya adalah band 4 dengan nilai Radiance at Sensor, lakukan pengamatan nilai pixelnya dan bandingkan dengan data aslinya.



-



Lakukan untuk band lain pada citra tersebut.



3. Konversi Radiance at Sensor to Top Of Atmosphere Reflectance -



Rumus untuk mengkonversi nilai radiance at sensor menjadi TOA Reflectance sebagai berikut:



-



Adapun Nilai ESUN pada citra landsat 4-7 terdapat pada tabel berikut:



Untuk nilai ESUN pada band 4 ETM+ = 1044 -



Menghitung solar zenith angle (



)



Cari dahulu informasi sudut elevasi matahari (SUN_ELEVATION)pada metadata citra. = (90° - Sudut elevasi matahari)*



/180)



= (90° - 52.89836585°)*(3,14159/180) = (37.101644°)*(0.0174533) = 0.6475451 -



Mencari nilai earth sun distance (d) Nilai jarak bumi (lokasi citra) terhadap matahari dulunya dihitung, namun saat ini pada header / metadata citra sudah disediakan informasinya. d = EARTH_SUN_DISTANCE = 1.0116973



-



Search tool “Raster Calculator” pada ArcMap, masukkan rumus perhitungan konversi nilai radian at sensor ke TOA reflectance = (3.14159*”Rad_B4.tif”*(1.01169732)) / (1044* Cos (0.6475451)) = (3.14159*”Rad_B4.tif”*Square (1.0116973)) / (1044* Cos (0.6475451))



-



Hasilnya adalah band 4 dengan nilai Reflectance at Sensor (TOA Reflectance), lakukan pengamatan nilai pixelnya dan bandingkan dengan data asli serta data radiance at sensor.



-



Hasilnya adalah band 4 dengan nilai Reflectance at Sensor (TOA Reflectance), lakukan pengamatan nilai pixelnya dan bandingkan dengan data asli serta data radiance at sensor.



-



Lakukan pada band lain untuk citra tersebut.



B. Koreksi Radiometric Absolut Citra Landsat 8 OLI-TIRS Secara umum diagram alir untuk koreksi radiometric citra Landsat 8 adalah sebagai berikut:



1.



Konversi nilai Digital Number (DN) menjadi nilai Radiance at Sensor



Lλ = MLQcal + AL Lλ



= TOA spectral radiance (Watts/( m2 * srad * μm))



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)         



-



Lakukan konversi nilai DN menjadi radiance at sensor berdasarkan rumus di atas untuk citra Landsat 8 OLI yang anda miliki.



-



Lakukan untuk semua band



2.



Konversi nilai Digital Number (DN) menjadi nilai Reflectance at Sensor (tanpa koreksi matahari)



ρλ'  = MρQcal +  Aρ ρλ'  = TOA planetary reflectance, without correction for solar angle.  Note that ρλ' does not contain a correction Mρ = Band-specific multiplicative rescaling factor from the metadata (REFLECTANCE_MULT_BAND_x, where x is the band number) Aρ



= 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)



-



Lakukan konversi nilai DN menjadi reflectance at sensor berdasarkan rumus di atas untuk citra Landsat 8 OLI yang anda miliki.



-



3.



Lakukan untuk semua band



TOA reflectance with a correction for the sun angle



ρλ = TOA planetary reflectance θSE = Local sun elevation angle. (see metadata) θSZ = Local solar zenith angle;  θSZ = 90° - θSE



Apabila rumus no.2 dan 3 tersebut digabungkan, maka kita akan mendapatkan TOA Reflectance dengan rumus sebagai berikut:



-



Lakukan konversi TOA reflectance (dengan koreksi posisi matahari-rumus terakhir) berdasarkan rumus di atas untuk citra Landsat 8 OLI yang anda miliki, untuk semua band.



C. Koreksi Atmosfer (Dark Object Substraction-DOS Method) Koreksi ini bertujuan untuk menekan pengaruh atmosfer terhadap nilai pantulan obyek yang diterima oleh sensor. Input yang digunakan pada tahapan ini adalah nilai citra yang sudah dikalibrasi menjadi nilai pantulan obyek (At-Sensor Reflectance). Prinsip dari koreksi ini adalah mengurangi nilai bias pada tiap saluran citra dengan asumsi bahwa nilai bias/offset tersebut dikarenakan gangguan atmosfer yang sebaiknya dihilangkan. Obyek yang dianggap sebagai dark target adalah obyek yang dianggap menyerap energi paling efektif seperti tubuh air yang jernih, dalam dan tenang serta bayangan yang ronanya sangat gelap, sehingga nilai pantulannya tidak ada atau mendekati 0.



dihilangkan



DOS pada dasarnya belum merupakan koreksi atmospheric yang sebenarnya, namun merupakan adjustment atau pendekatan saja. Metode ini paling banyak dilakukan karena disamping mudah dan juga tanpa harus mempunyai data-data kondisi atmosfer yang terjadi pada saat citra direkam. Adapun langkah-langkah dalam melakukan koreksi atmosfer Dark Object Substraction adalah sebagai berikut: 1. Input data citra adalah citra yang sudah terkonversi menjadi nilai TOA Reflectance. 2. Carilah beberapa sample (minimal 5) obyek tubuh air jernih dan dalam serta ronanya paling gelap, pada semua band citra. Kemudian tuliskan nilai pixel TOA Reflectance-nya seperti pada tabel dibawah ini. Ilustrasi:



3. Formula DOS sebagai berikut:



Rc



= R – Rsi



sedangkan,



Rsi



= (Mean Rw – (2*StDev Rw))



Rc



= R – (Mean Rw – (2*StDev Rw))



maka, dimana, Rc



= Surface Reflectance



R



= TOA Reflectance



Rw



= Reflectance tubuh air dalam dan jernih (tanpa sunglint dan sediment)



Mean



= Rerata



StDev



= Standard Deviasi



4. Masukkan formula tersebut pada tool “raster calculator”, sebagai contoh untuk band 5 adalah sebagai berikut: (“B5_TOA_Ref.tif”) – (0.0023772 – (2*0.000364865)) Lakukan juga untuk semua band TOA Reflectance.