Radiometric calibration of airborne laser scanning data

• Autorzy: Pilarska M.

Identyfikatory

DOI

10.14681/afkit.2016.006

Warianty tytułu

PL

Kalibracja radiometryczna danych z lotniczego skaningu laserowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Airborne laser scanning (ALS) is widely used passive remote sensing technique. The radiometric calibration of ALS data is presented in this article. This process is a necessary element in data processing since it eliminates the influence of the external factors on the obtained values of radiometric features such as range and incidence angle. The datasets were captured with three different laser scanners; since each of these operates at a different wavelength (532, 1064 and 1550 nm) this makes the experiment more interesting. Radiometric calibration is a complex process, and a short theoretical background is therefore provided at the beginning of the article. The applied calibration procedure relies on areas with known reflectivity. The calibration regions should exhibit stable radiometric properties, therefore asphalt is used to calibrate each dataset and calculate a calibration constant for each flight block (wavelength) independently. Following this, the results of radiometric calibration, reflectance and backscattering coefficient, are presented and discussed in detail. Finally, the obtained reflectance values are compared with spectral characteristics. It could be shown that the reflectance values which result from radiometric calibration are similar to values presented on spectral characteristics.

PL

Lotniczy skaning laserowy (ALS) jest szeroko wykorzystywaną technologią w pomiarach fotogrametrycznych. Na podstawie dyskretnej rejestracji punktów tworzone są m.in. numeryczne modele terenu (NMT), numeryczne modele pokrycia terenu (NMPT), modele 3D miast. Większość skanerów rejestrujących z pułapu lotniczego pozyskuje dane w zakresie bliskiej podczerwieni. Jednak od pewnego czasu można spotkać się z pojęciem skaningu multispektralnego, który polega na rejestracji danych w więcej niż jednym zakresie spektralnym. Oprócz zakresu podczerwonego (λ=1064 nm), powszechne jest użycie skaningu batymetrycznego rejestrującego w zakresie zielonym oraz zakresie podczerwonym charakteryzującym się inną długością fali (λ=1500 nm). Aby móc korzystać z danych radiometrycznych, które dostarczane dzięki skaningowi multispektralnemu, niezbędne jest przeprowadzenie kalibracji radiometrycznej. Kalibracja radiometryczna jest kluczowym procesem przeprowadzanym podczas przetwarzania zobrazowań z pułapu satelitarnego w teledetekcji. Dzięki kalibracji niwelowany lub całkowicie wyeliminowany zostaje wpływ czynników zewnętrznych na otrzymane wartości radiometryczne. Mniej popularna, lecz również wskazana jest kalibracja radiometryczna w kontekście danych ze skaningu laserowego, kiedy to eliminowany zostaje wpływ m.in. zasięgu i kąta skanowania na rejestrowane wartości intensywności. Wynikiem kalibracji radiometrycznej są wartości współczynnika odbicia dla każdego echa, co wpływa na wzrost możliwości wykorzystania danych ze skaningu. W powyższym artykule zaprezentowane zostały wyniki kalibracji radiometrycznej danych ze skaningu lotniczego. Analizowane dane pochodziły z trzech różnych sensorów, a każdy z nich charakteryzował się inną częstotliwością lasera: 532 nm (lotniczy skaner batymetryczny), 1064 nm (skaner lotniczy) oraz 1550 nm (skaner zamontowany na bezzałogowym statku powietrznym UAV). Wyniki kalibracji zaprezentowane zostały w postaci rastrów oraz histogramów, a następnie omówione zostały różnice między wartościami odbicia w poszczególnych zakresach. W ostatnim rozdziale przeprowadzone zostało porównanie otrzymanych wartości współczynnika odbicia z krzywymi spektralnymi dla wybranych obiektów.

Słowa kluczowe

EN

airborne laser scanning; LiDAR; multispectral laser scanning; radiometric calibration; OPALS

PL

lotniczy skaning laserowy; LiDAR; multispektralne skanowanie laserowe; kalibracja radiometryczna; OPALS

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 28
• Strony: 79--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Pilarska M.

• Department of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information System, Faculty of Geodesy and Cartography, Warsaw University of Technology

Bibliografia

• Baltsavias E.P., 1999. Airborne laser scanning: basic relations and formulas. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 54 (2/3), pp. 199–214.
• Bakuła K., 2015. Multispectral airborne laser scanning – a new trend in the development of LiDAR technology. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 27, pp. 25-44.
• Briese C., Pfennigbauer M., Lehner H., Ullrich A., Wagner W., Pfeifer N., 2012. Radiometric calibration of multi-wavelength airborne laser scanning data. ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 1, 335-340
• Doneus M., Miholjek I., Mandlburger G., Doneus N., Verhoeven G., Briese C., Presegbauer M., 2015. Airborne laser bathymetry for documentation of submerged archeaelogical sites in shallow water. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Science, 40(5), pp. 99-107.
• Hemmleb M., Weritz F., Schiemenz A., Grote A., Maierhofer, C., 2006. Multi-spectral data acquisition and processing techniques for damage detection on building surfaces. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Science, 36, Part 5. I
• rish J. L., Lillycrop W. J., 1999. Scanning laser mapping of the coastal zone: the SHOALS system. ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, 54, pp. 123-129.
• Kaasalainen S., Hyyppä J., Litkey P., Hyyppä H., AhokasE., Kukko A., Kaartinen H., 2007. Radiometric calibration of ALS intensity. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing, 36, pp. 201-205.
• Lehner H., Briese C., 2010. Radiometric calibration of full-waveform airborne laser scanning data based on natural surfaces. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 38 (Part 7B), pp. 360–365.
• Mandlburger G., Pfennigbauer M., Riegl U., Haring A., Wieser M., Glira P., Winiwarter L, 2015a. Complementing airborne laser bathymetry with UAV-based lidar for capturing alluvial landscapes. SPIE Remote Sensing, pp. 96370A-96370A.
• Mandlburger G., Glira P., Pfeifer N., 2015b. UAS-borne Lidar for Mapping Complex Terrain and Vegetation Structure. GIM International, 29(7), pp. 30-33.
• Mandlburger G., Hauer C., Wieser M., Pfeifer N., 2015. Topo-bathymetric LiDAR for monitoring river morphodynamics and instream habitats—A case study at the Pielach River, Remote Sensing, 7(5), pp. 6160-6195.
• Pfennigbauer M., Ullrich A., 2011. Multi-Wavelength Airborne Laser Scanning. ILMF 2011, New Orleans.
• Pfeifer N., Mandlburger G., Otepka J., Karel, W., 2014. OPALS–A framework for Airborne Laser Scanning data analysis. Computers, Environment and Urban Systems, 45, pp. 125-136.
• Wallace A., Nochol C., Woodhouse I., 2012. Recovery of forest canopy parameters by inversion of multispectral LiDAR data. Remote Sensing, 4(2), pp. 509-531.
• Wagner W., 2010. Radiometric calibration of small-footprint full-waveform airborne laser scanner measurements: Basic physical concepts. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 65(6), pp. 505-513.
• Wehr A., Lohr U., 1999. Airborne laser scanning – an introduction and overview. ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, 54, pp. 68-82.
• Wichmann V., Bremer M., Lindenberger J., Rutzinger M., Georges C., & PetriniMonteferri F., 2015. Evaluating the potential of multispectral airborne LiDAR for topographic mapping and land cover classification. ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 1, pp. 113-119.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)