Технология автоматической кросс-калибровки спутниковых данных методом анализа гистограмм

Качество калибровки данных спутниковых приборов дистанционного зондирования Земли определяет точность измерений физических характеристик снимаемых объектов, таких как КСЯ и радиояркостная температура. Точность радиометрических измерений в свою очередь позволяет разрабатывать и, что более важно, устойчиво применять стандартные алгоритмы обработки данных для получения различных продуктов ДЗЗ. Поэтому полетная калибровка приборов является одним из важных элементов функционирования космических систем ДЗЗ. Часть современных приборов на российских и зарубежных космических аппаратах не имеет штатной калибровочной схемы на борту, поэтому применяются различные методики полетной калибровки [1], в том числе и кросс-калибровка по данным совместных измерений с различных космических аппаратов. Имея данные со спутников, точность которых можно считать достаточно высокой и далее называемых эталонными, можно попытаться провести кросс-калибровку, то есть откалибровать "некачественные" данные по значениям эталона. Такими эталонными могут быть, например, данные прибора MODIS спутников Aqua и Terra, прибора AHI спутника Himawari-8, прибора MSI спутника Sentinel-2 и другие.
На базе возможностей центра коллективного пользования (ЦКП) «ИКИ-Мониторинг» [2,3] нами была разработана технология кросс-калибровки в автоматическом режиме произвольных спутниковых данных, имеющихся в архивах центра, по эталонным спутниковым данным. Метод основан на сравнении гистограмм серий одновременных пар спутниковых изображений и был описан ранее в работе [4]. В настоящем докладе представлена созданная на основе этого метода технология кросс-калибровки, которая включает следующие основные этапы обработки:
- с учетом модели движения космических аппаратов поиск в архиве всех пригодных для проведения обработки пар снимков (эталонный и калибруемый), имеющих близкие углы и время съемки одних и тех же участков земной поверхности;
- извлечение каждой пары из архива, выборка необходимых спектральных каналов и приведение данных к одному размеру и проекции;
- создание предварительной таблицы преобразования яркостей (далее LUT) методом анализа гистограмм для каждой пары, формирование архива предварительных LUT;
- получение на момент времени каждого снимка финальной таблицы преобразования яркостей на основе анализа ряда полученных на предыдущем шаге предварительных LUT.
Полученные таблицы преобразования яркостей могут применяться при предоставлении данных ЦКП «ИКИ-Мониторинг» . В докладе рассказано об архитектуре реализованного программного обеспечения и показаны результаты на опытных образцах данных российских космических аппаратов, откалиброванных по эталонным данным геостационара Himawari-8.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 17-05-41152 РГО_а, c использованием ресурсов ЦКП «ИКИ-Мониторинг» [2,3] (поддерживается Минобрнауки в рамках темы «Мониторинг», госрегистрация № 01.20.0.2.00164).