Landsat 8호 위성영상에서 밝기온도(At-Satellite Brightness Temperature)를 계산하는 방법을 살펴보도록 하겠습니다.
먼저, Landsat 8호 위성영상을 다운로드 하는 방법은 아래와 같습니다.
Landsat 8호 위성영상 무료 다운로드 방법
http://blog.daum.net/geoscience/553
Landsat 8호 위성에는 아래와 같이 OLI 센서와 TIRS 센서가 탑재되어 있는데요,
http://landsat.usgs.gov/about_ldcm.php
열적외 센서(Thermal Infrared Sensor, TIRS)로 두 개의 분광 밴드를 기록하게 되며, 해상도는 100m입니다.
실제로는 OLI 센서 데이터와 해상도를 일치하기 위하여 30m로 재표집되어 제공됩니다.
실제 다운로드 받은 Landsat 8호 위성영상입니다.
밝기온도는 영상 DN 값을 대기상부 복사휘도(TOA Radiance)로 변환한 후에, 재계산 됩니다.
이에 대한 원문은 아래 링크를 참조하시면 됩니다.
Using the USGS Landsat 8 Product | http://landsat.usgs.gov/Landsat8_Using_Product.php
먼저 DN 값을 TOA Radiance(대기상부 복사휘도)로 변환해 보도록 하겠습니다.
변환 식은 아래와 같습니다.
이것을 이해하기 쉽게 풀어보면 다음과 같습니다.
TOA 분광 복사휘도(TOA spectral radiance)
= 밴드 고유의 배수 환산계수(Band-specific multiplicative rescaling factor) * DN 값 + 밴드 고유의 가산 환산계수(Band-specific additive rescaling factor)
배수 환산계수와 가산 환산계수는 각각 RADIANCE_MULT_BAND_x, RADIANCE_ADD_BAND_x형식으로 메타데이터 내에 정의됩니다.
여기서 x는 밴드 번호(band number)입니다. 직접 메타데이터를 확인해 볼까요?! 아래와 같습니다.
위 값을 가지고 식을 다시 정의하면, TOA 분광 복사휘도(TOA spectral radiance)는 0.0003342 * DN + 0.1로 정의될 수 있겠죠?!
이렇게 계산된 TOA 분광 방사휘도의 단위는 Watts / ( m2 * srad * μm) 입니다.
TOA 분광 방사휘도를 위성에서 밝기온도(At-satellite brightness temperature)로 재계산하는 식은 아래와 같습니다.
위성에서 밝기온도(At-satellite bright temperature)
= 밴드 고유의 열 변환 상수 K2(Band-specific thermal conversion constant) / ln(밴드 고유의 열 변환 상수 K1 / TOA 분광 복사휘도 + 1)
열 변환 상수 K1과 K2는 각각 K1_CONSTANT_BAND_x, K2_CONSTANT_BAND_x형식으로 메타데이터 내에 정의됩니다.
여기서 x는 밴드 번호(band number)입니다. 메타데이터를 확인해 보면 아래와 같습니다.
Landsat 8호 위성영상은 2개의 열적외 밴드를 제공하기 때문에, 이 2개 밝기온도 값을 평균치나 다른 알고리듬을 적용하여 계산할 수 있겠죠?!
어쨌든, 이렇게 계산된 밝기온도의 단위는 절대온도(Kelvin, K)입니다.
섭씨온도(Celsius, C)는 C = K - 273.15 식으로 계산될 수 있습니다.
참고로, 절대온도 0도는 -173.15 섭씨온도이며, 절대온도 1도는 -272.15 섭씨온도입니다.
다음 글에서는 실제로 Landsat 8 위성영상을 밝기온도로 변환해 보도록 하겠습니다.