Original paper

The Metrology of Directional, Spectral Reflectance Factor Measurements Based on Area Format Imaging by UAVs

[Messung von gerichteten Reflektanzen bei hyperspektralen Flächenkameras auf UAVs]

Honkavaara, Eija; Markelin, Lauri; Hakala, Teemu; Peltoniemi, Jouni

Abstract

Remote sensing based on unmanned airborne vehicles (UAVs) is a rapidly developing field of technology. New UAV sensing techniques provide attractive possibilities for measuring the reflectance properties of surfaces using vertical and oblique views. Managing the uncertainties of the reflectance measurements is crucial in many UAV remote sensing applications. We have developed a traceable procedure for conducting reflectance measurements using UAVs. It makes use of a spectrometric measurement system that is based on a UAV and a spectral imager that collects area format spectral data cubes with stereoscopic and multiview setups. The procedure is based on reflectance panels that are positioned in the area of interest. In this investigation, we investigated the traceability of the radiometric image data processing chain. In order to take care of the uncertainty propagation, we estimated the variance-covariance propagation for the radiometric processing chain. We used the new procedure to calculate the reflectance mosaic and conduct the bidirectional reflectance factor (BRF) measurements. The estimated uncertainties were on the level of 0.01–0.04 in reflectance units.

Kurzfassung

Fernerkundung mit UAVs entwickelt sich derzeit schnell. Neue Aufnahmetechnologien bieten interessante Möglichkeiten zur Messung der Reflexionseigenschaften von Oberflächen. Die Beherrschung des Fehlerbudgets der Strahlungsmessungen ist für viele fernerkundliche Anwendungen entscheidend. Für den Fall der UAVs haben wir die Fehlerfortpflanzung modelliert und eine Transformationskette aufgebaut, die die Messergebnisse rückverfolgen lässt. Die Methode nutzt UAV-gestützt Hyperspektralflächenkameras für Senkrecht- und Schrägaufnahmen. Aus drei der 35 verfügbaren Kanäle wurde dann ein Orthophotomosaik der Reflektanzen erstellt und der BRF (bi-directional reflectance factor) berechnet. Als radiometrische Referenz dienten auf dem Boden ausgelegte Referenzpaneele. Zur Modellierung der Fehlerfortpflanzung schätzen wir die Varianz-Kovarianz-Matrix. Die Fehlerschätzung ergab eine Größenordnung von 0.01–0.04 der Reflektanzeinheiten.

Keywords

hyperspectralmetrologyradiometryreflectanceunmanned airborne vehicle