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Analysis and quantification of seabed adjacency effects in the subsurface upward radiance in shallow waters

Authors :
Xavier Briottet
Sylvain Jay
Bruno Lafrance
Véronique Serfaty
Malik Chami
Audrey Minghelli
Xavier Lenot
Yannick Deville
Mireille Guillaume
TROPO - LATMOS
Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS)
Sorbonne Université (SU)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
Institut Universitaire de France (IUF)
Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.)
CS-Systèmes d'Information [Toulouse] (CS-SI)
Institut FRESNEL (FRESNEL)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Marseille (ECM)-Aix Marseille Université (AMU)
ONERA / DOTA, Université de Toulouse [Toulouse]
ONERA-PRES Université de Toulouse
Laboratoire des Sciences de l'Information et des Systèmes (LSIS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Arts et Métiers Paristech ENSAM Aix-en-Provence-Université de Toulon (UTLN)-Aix Marseille Université (AMU)
Signal et Image (SIIM)
Laboratoire d'Informatique et Systèmes (LIS)
Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
DGA/Mission pour la Recherche et l'Innovation Scientifique (DGA/MRIS)
Direction générale de l'Armement (DGA)
ANR-15-ASTR-0019,HypFoM,Analyse du fonds marin par imagerie Hyperspectrale : une approche sub-pixel
prise en compte de modèles de transfert radiatif précis de la colonne d'eau et du fond(2015)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Arts et Métiers Paristech ENSAM Aix-en-Provence-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Optics Express, Optics Express, Optical Society of America-OSA Publishing, 2019, 27 (8), pp.A319. ⟨10.1364/OE.27.00A319⟩, Optics Express, 2019, 27 (8), pp.A319. ⟨10.1364/OE.27.00A319⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

International audience; The estimation of the bathymetry and the detection of targets located on the seabed of shallow waters using remote sensing techniques is of great interest for many environmental applications in coastal areas such as benthic habitat mapping, monitoring of seabed aquatic plants and the subsequent management of littoral zones. For that purpose, knowledge of the optical effects induced by the neighborhood of a given seabed target and by the water column itself is required to better interpret the subsurface upward radiance measured by satellite or shipborne radiometers. In this paper, the various sources of photons that contribute to the subsurface upward radiance are analyzed. In particular, the adjacency effects caused by the neighborhood of a given seabed target are quantified for three water turbidity conditions, namely clear, moderately turbid and turbid waters. Firstly, an analytical expression of the subsurface radiance is proposed in order to make explicit the radiance terms corresponding to these effects. Secondly, a sensitivity study is performed using radiative transfer modeling to determine the influence of the seabed adjacency effects on the upward signal with respect to various parameters such as the bathymetry or the bottom brightness. The results show that the highest contributions of the adjacency effects induced by the neighborhood of a seabed target to the subsurface radiance could reach 26%, 18% and 9% for clear, moderately turbid and turbid water conditions respectively. Therefore, the detection of a seabed target could be significantly biased if the seabed adjacency effects are ignored in the analysis of remote sensing measurements. Our results could be further used to improve the performance of inverse algorithms dedicated to the retrieval of bottom composition, water optical properties and/or bathymetry.

Details

Language :
English
ISSN :
10944087
Database :
OpenAIRE
Journal :
Optics Express, Optics Express, Optical Society of America-OSA Publishing, 2019, 27 (8), pp.A319. ⟨10.1364/OE.27.00A319⟩, Optics Express, 2019, 27 (8), pp.A319. ⟨10.1364/OE.27.00A319⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....7723d58994d9cbf577043f091a83ed71
Full Text :
https://doi.org/10.1364/OE.27.00A319⟩