IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing

In order to facilitate a unique georectification approach implemented for Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR) data, specific calibration datasets need to be derived during flight. In the case of the spaceborne MISR instrument, with its unique configuration of nine fixed pushbroom cameras, continuous and autonomous coregistration and geolocation of image data are required prior to the application of scientific retrieval algorithms. In-flight-generated calibration datasets are required to (a) assure accuracy, (b) reduce processing load, and (c) support autonomous aspects of the processing algorithm. This paper describes the in-flight geometric calibration approach with the focus on the first year of activities and the georectification performance achieved.

This work is an examination of potential uses of multiangular remote sensing imagery for mapping and characterizing sea ice and ice sheet surfaces based on surface roughness properties. We use data from the Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR) to demonstrate that ice sheet and sea ice surfaces have characteristic angular signatures and that these angular signatures may be used in much the same way as spectral signatures are used in multispectral classification. Three case studies are examined: sea ice in the Beaufort Sea off the north coast of Alaska, the Jakobshavn Glacier on the western edge of the Greenland ice sheet, and a region in Antarctica south of McMurdo station containing glaciers and blue-ice areas. The MISR sea ice image appears to delineate different first-year ice types and, to some extent, the transition from first-year to multiyear ice. The MISR image shows good agreement with sea ice types that are evident in concurrent synthetic aperture radar (SAR) imagery and ice analysis charts from the National Ice Center. Over the Jakobshavn Glacier, surface roughness data from airborne laser altimeter transects correlate well with MISR-derived estimates of surface roughness. In Antarctica, ablation-related blue-ice areas, which are difficult to distinguish from bare ice exposed by crevasses, are easily detected using multiangular data.

Often, in synthetic aperture radar (SAR) images of polar ice, one encounters shadow-like features across the images. Such features make it difficult to classify pixels into ice and water. Accordingly, it becomes a challenge to determine the true size and boundaries of ice floes in an SAR image of polar ice. We develop a simple statistical procedure which classifies pixels of an image by eliminating the effects of shadow-like features. Methodology developed in this paper is illustrated using some noisy SAR images of ice floes in the Arctic sea.

The high-resolution atmospheric spectra recorded by the Interferometric Monitor for Greenhouse gases instrument on the ADvanced Earth Observing System (IMG/ADEOS) in June, 1997, were analyzed by two different and complementary inversion algorithms to retrieve CO total columns. Spectral fits of high quality were obtained using a global fit algorithm on selected cloud-free measurements. Global distribution maps of CO obtained using a fast neural network retrieval algorithm are compared to the results provided by current chemistry-transport models. These studies highlight the need for complementary information (temperature, emissivity, instrumental function, and cloud content) to retrieve accurate CO vertical columns.

Thiết bị Đo Quang phổ Hình ảnh Đa góc (MISR), được phóng vào tháng 12 năm 1999 trên vệ tinh NASA EOS Terra, sản xuất hình ảnh trong dải đỏ với độ phân giải 275 mét, trên một băng rộng 360 km, cho chín góc máy ảnh 70,5°, 60°, 45,6° và 26,1° hướng về phía trước, trung tâm, và 26,1°, 45,6°, 60° và 70,5° phía sau. Một bộ thuật toán chính xác và nhanh chóng đã được phát triển cho việc ghép ảnh lập thể tự động của các đặc trưng mây nhằm thu được độ cao và chuyển động của đỉnh mây trong suốt vòng đời nhiệm vụ kéo dài sáu năm. Các yêu cầu về độ chính xác và tốc độ đòi hỏi sử dụng một sự kết hợp giữa các bộ ghép lập thể dựa trên khu vực và các bộ ghép dựa trên đặc trưng với độ nhạy chỉ ở mức điểm ảnh. Các kỹ thuật dựa trên đặc trưng được sử dụng để thu thập chuyển động mây với các góc nhìn máy ảnh MISR ngoài trung tâm, và chuyển động này sau đó được sử dụng để cung cấp một sự điều chỉnh cho các độ chênh lệch được sử dụng để đo độ cao đỉnh mây, được lấy từ ba máy ảnh bên trong nhất. Việc so sánh với một bộ ghép "siêu lập thể" đã được phát triển trước đó cho thấy rằng các kết quả có độ chính xác rất tương đồng với mức độ phủ sóng lớn hơn nhiều và tốc độ nhanh gấp mười lần. Việc so sánh giữa các kỹ thuật dựa trên đặc trưng và dựa trên khu vực cho thấy rằng các kỹ thuật dựa trên đặc trưng có độ chính xác tương tự nhưng nhanh gấp tám lần. Việc đánh giá độ chính xác của bộ ghép dựa trên khu vực cho các cảnh không có mây cho thấy độ chính xác và tính đầy đủ của bộ ghép lập thể. Sự đánh đổi này đã dẫn đến việc mất đi một tiêu chuẩn chất lượng đáng tin cậy để dự đoán độ chính xác và một tỷ lệ sai sót hơi cao. Các ví dụ được trình bày về việc ứng dụng các bộ ghép lập thể MISR trên một vài cảnh khó khăn, điều này chứng minh tính hiệu quả của phương pháp ghép ảnh.

Việc xử lý dữ liệu từ thiết bị Đo quang Đa Góc (MISR), thuộc hệ thống quan sát trái đất của NASA (EOS), khai thác các thuật toán khoa học mới và độc đáo chưa từng được sử dụng trong hoạt động thực tế trước đây. Một loạt các sản phẩm dữ liệu từ mức 1 đến mức 3 đang được sản xuất. Do thiết kế chưa từng có của MISR, việc nguyên mẫu rất nhiều là cần thiết từ giai đoạn tương đối sớm. Lưu lượng dữ liệu rất lớn, đòi hỏi một phương pháp thiết kế phần mềm sáng tạo nhằm tối đa hóa hiệu suất. Phần mềm xử lý khoa học có hệ thống đã được phát triển tại Phòng thí nghiệm Động lực Hàng không (Jet Propulsion Laboratory), với việc xử lý dữ liệu diễn ra tại Trung tâm Nghiên cứu NASA Langley, sử dụng Hệ thống Cốt lõi EOS, một sự sắp xếp hợp tác rất hiệu quả. Với việc có dữ liệu từ nhiệm vụ thực tế sau khi phóng trên tàu vũ trụ Terra vào tháng 12 năm 1999, nhu cầu tính toán của MISR đã được hiểu rõ hơn, và nhiều cải tiến đã được thực hiện cả vào phần mềm khoa học và hệ thống sản xuất để đạt được khả năng xử lý dữ liệu tổng thể thành công. Bài báo này cung cấp thông tin về dữ liệu MISR cho người dùng khoa học, và mô tả bản chất cũng như phạm vi thực hiện và các hoạt động.

The Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR) consists of nine cameras pointing from nadir to an extreme of 70.5/spl deg/ in the view angle. It is a pushbroom imager with four spectral bands per camera. Instrument specifications call for each camera to be calibrated to an absolute uncertainty of 3% and to within 1% relative to the other cameras. To accomplish this, the MISR instrument utilizes an on-board calibrator (OBC) to provide updates to the instrument gain coefficients on a bimonthly basis (i.e. once every two months). Spectralon diffuse panels are used in the OBC to provide a uniform target for the nine MISR cameras to view. The radiometric scale of the OBC is established through the use of photodiodes. The stability of the MISR OBC system and its in-flight calibration are discussed.

Synthetic aperture radar (SAR) images acquired by radar satellites at different times can be combined into interferograms that reveal information about the change in range from ground to satellite, wrapped into phase fringes corresponding to half the radar wavelength. We describe a methodology that uses Markov random field (MRF) regularization and simulated annealing optimization to unwrap such differential interferograms. Often, repeated Global Positioning System (GPS) geodetic measurements are available in an area covered by interferograms. Here, such repeated GPS observations are used to provide a complementary measurement of the unwrapped change in range at sparse locations. The process of unwrapping interferograms can be initialized and guided with such sparsely located "correct" values. Both interferograms and GPS observations may include several error factors, which are reduced before combining the two observations. GPS-measured range change is used to eliminate residual orbital error. In the unwrapping procedure, a vectorized lowpass filter is used to gain temporarily increased smoother variation of the phase. For the purposes of initializing the unwrapping process, virtual unwrapped interferograms are created by ordinary kriging of GPS-measured range change. The initial interferograms are then optimized further by using MRF regularization that incorporate the assumption of a smoothly varying displacement field and the relationship of the unwrapped images to the GPS observations. A simulated annealing optimization algorithm is used to find an optimal solution of the MRF regularization. The smoothed unwrapped interferograms are then used to construct unwrapped versions of the unfiltered input interferogram. Several additional image analyses methods are used in the optimization process to make the unwrapping more efficient and faster. The unwrapping technique is applied to unwrap interferograms from the Reykjanes Peninsula, in southwest Iceland.

We explore a synergistic approach to use the complementary angular samplings from the Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR) and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) to improve MODIS surface bidirectional reflectance distribution function (BRDF) and albedo retrieval. Preliminary case studies show that MODIS and MISR surface bidirectional reflectance factors (BRFs) are generally comparable in the green, red, and near infrared. An information index is introduced to characterize the information content of directional samplings, and it is found that MISR angular observations can bring additional information to the MODIS retrieval, especially when the MISR observations are close to the principal plane. We use the BRDF parameters derived from the MISR surface BRFs as a priori information and derive a posteriori estimates of surface BRDF parameters with the MODIS observations. Results show that adding MISR angular samplings can reduce the relative BRF prediction error by up to 10% in the red and green, compared to the retrievals from MODIS-only observations which are close to the cross-principal plane.