Statistical inference of Water Column Depth through radiometric and geometric analysis of Spectral Imagery
Inférence statistique de la profondeur de la colonne d’eau par analyses radiométrique et géométrique de l’imagerie spectrale
Résumé
The complexities of mapping shallow water bodies, particularly coastal areas, have long been studied, yet a focused understanding of Water Column Depth (WCD) uncertainties remains notably lacking. While accurate measurement of these uncertainties is crucial for reliable bathymetric charts and safe navigation, current research has primarily focused on WCD estimation without considering associated uncertainties. Traditional approaches, whether radiometric or geometric analyses of spectral imagery, face distinct limitations in optically complex waters and featureless seabeds, respectively. Our work introduces a likelihood-based inference framework designed for robust estimation of WCD uncertainties through two main objectives. First, we develop a radiometric inferential approach based on Radiative Transfer (RT) modeling with Semi-Analytical (SA) techniques, enabling detailed analysis of uncertainties and inherent biases. Second, we establish a geometric inferential approach using stereo-photogrammetric triangulation to evaluate WCD uncertainties from a geometric perspective. These frameworks are validated through realistic simulations, focusing on understanding and quantifying WCD uncertainties. Our findings confirm the effectiveness of the likelihood-based inference framework in quantifying uncertainties for both radiometric and geometric WCD estimations. This research makes a significant contribution to passive remote sensing and marine science by providing reliable, comprehensive methods for assessing uncertainties in shallow water mapping.
La cartographie précise des eaux peu profondes, particulièrement en zones côtières, reste un défi majeur, notamment en ce qui concerne les incertitudes dans la mesure de la profondeur de la colonne d’eau (WCD). Cette précision est essentielle tant pour la navigation que pour la recherche, qui s’est jusqu’ici principalement concentrée sur l’estimation de la WCD sans considérer pleinement les incertitudes associées. Les méthodes traditionnelles, qu’elles soient radiométriques ou géométriques, présentent chacune leurs limitations spécifiques. Notre travail propose un cadre d’inférence basé sur la vraisemblance pour estimer rigoureusement ces incertitudes. L’approche se développe selon deux axes : une analyse radiométrique fondée sur la modélisation du transfert radiatif avec des techniques semi-analytiques, et une approche géométrique basée sur la triangulation stéréophotogrammétrique. Cette double méthodologie permet d’évaluer les biais et les erreurs inhérents à chaque approche. Le développement de ces cadres d’inférence dans les domaines radiométrique et géométrique est validé par des simulations réalistes, permettant une compréhension approfondie des incertitudes dans l’estimation de la WCD. Nos résultats démontrent l’efficacité de cette approche pour quantifier les incertitudes dans les deux types d’estimations. Cette recherche apporte une contribution significative à la télédétection passive et aux sciences marines en proposant des méthodes fiables pour évaluer les incertitudes dans la cartographie des eaux peu profondes.
Domaines
Sciences de l'ingénieur [physics]| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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