Motivo:

 

Se han detectado diferencias importantes al comparar valores de NDVI tomados por distintos sensores.

Este informe recoge las conclusiones de la validación.

Analisis:

 

Para la fecha 15 de Julio de 2019 se dispone de imágenes dron, y para la fecha 16 de Julio de 2019 se dispone de imágenes satélite de Sentinel (10 m/pixel) y del proveedor que opera para E-Stratos (3,5 m/pixel).

En la comparación se ha evaluado:

  • Estructura de la variabilidad espacial a distintas resoluciones

  • Promedio por parcela del valor NDVI

Resultados:

Los resultados muestran efectivamente una diferencia notable entre el NDVI de los distintos sensores. Estas diferencias se deben exclusivamente a las diferencias de respuesta de cada uno de los sensores. Es conocido y reiteradamente publicado, que la comparación de la reflectáncia e índices de vegetación entre distintos sensores para una fecha o entre fechas no debe de realizarse a no ser que se disponga de una calibración cruzada entre los mismos. La luz reflejada por la atmósfera es procesada de forma distinta por cada sensor, dependiendo entre otros factores de: tipo de lente, tipo de sensor, sensibilidad del sensor, ángulo de incidencia de la luz, ángulo off-nadir del sensor, etc. Para corregir estos efectos existen distintas formas de calibración, que toman uno de los sensores como base y transforman la señal de los otros para dar respuestas equivalentes. Hay dos métodos que son los más usados:

  • Spectral Band Adjustment Factor (SBAF)

  • Absolute Radiometric Calibration: Ver método de Govaerts et. al. 2013 y Helder et. al. 2013

Para poder llevar a cabo estas calibraciones cruzadas, se requiere de PICS (superficies de calibración pseudo-invariantes), que deben aparecer y ser visibles en el fotograma tomado por cada uno de los sensores.

Estas diferencias en el NDVI ya son reportadas en los documentos técnicos del proveedor de imagen de E-STRATOS, y se especifica que dichas diferencias son debidas a la falta de calibración SBAF.

Por este motivo, desde E-STRATOS siempre hemos considerado que la combinación de distintas fuentes de imagen con el objetivo de la comparación no era una herramienta fiable si no se llevaba a cabo una calibración cruzada de los sensores. Debido a esta circunstancia, las líneas de evolución del NDVI se dan siempre con datos del mismo satélite, no intercalando datos de otros sensores.

También desde el compendio de especificaciones técnicas del proveedor de imagen satélite de E-STRATOS, se extrae la siguiente comprobación de los efectos de la calibración SBAF sobre los valores de reflectancia de las imágenes proporcionadas y calibradas respecto a Landsat 8.

“A more direct comparison of surface reflectance requires adjusting for differences in sensor response. Figure 8 shows PL and Landsat 8 spectra for a single collect of the field when the crop is near peak. The PL and Landsat images were taken on the same cloud-free day and the PL reflectance values have been corrected relative to Landsat using SBAF multipliers calculated using the spectra for grass taken from the JPL ASTER Spectral Library5. The PL surface reflectance shape shows good agreement with both Landsat 8 and the reference spectrum with differences in NDVI and EVI of approximately 6% and 5%, respectively.”

En cuanto al uso de los datos de E-STRATOS para la gestión del cultivo, el análisis realizado durante el proceso de desarrollo de la plataforma, y en este caso específico, debido a la petición expresa para estas parcelas, los resultados nos muestran que la estructura de la variabilidad es perfectamente comparable entre sensores. Los datos de E-STRATOS se ajustan en forma mucho mejor a los datos de dron que los datos proporcionados por Sentinel 2. En una división de los datos por cuantiles, para no introducir discrepancias que impidan la comparación, la estructura de la variabilidad agrupada en 3 clases se ajusta perfectamente.

Figura 1 (arriba) Mapa de variabilidad en 3 clases con Dron, (centro) mapa de variabilidad en 3 clases ofrecido con la plataforma E-STRATOS, (abajo) mapa de variabilidad en 3 clases ofrecido por Sentinel 2.

 

Asimismo, si la comparación de la evolución del vigor medio por parcela se hace utilizando el mismo sensor, los datos son perfectamente consistentes y comparables, y proporcionan la herramienta que desde E-STRATOS se pretende ofrecer.

 

Conclusiones:

 

Los datos ofrecidos por la plataforma E-STRATOS son consistentes, comparables entre si y fiables debido al proceso de selección de las imágenes fuente.

Las discrepancias entre los valores NDVI de los distintos sensores se deben a la falta de calibración entre ellos (ver el libro Comprehensive Remote Sensing, ELSEVIER, Ed. Chief Shunlin Liang, apartado 1.17.2.2.6, y Computer Processing of Remotely-Sensed Images, Whiley, Paul M. Mather, pag 112-116).

Para poder hacer la comparación, es mandatorio hacer una calibración cruzada de los datos, bien sea tomando como valor base los datos de Dron, Sentinel 2 o E-STRATOS y ajustando los otros sensores a ellos.