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  P.	
  Pinet3	
  
                 1	
  Ins%tut	
  de	
  Planétologie	
  et	
  d’Astrophysique	
  de	
  Grenoble,	
  France	
  
                                                  2	
  NASA	
  Goddard	
  Space	
  Flight	
  Center,	
  USA	
  
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  IRAP,	
  Toulouse,	
  France	
  	
  




                        Aerosols	
  and	
  Atmospheric	
  Chemistry	
  III	
  –	
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IEEE	
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            ¡  Hyperspectral	
  remote	
  sensing	
  of	
  Mars	
  

            ¡  Retrieval	
  of	
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            ¡  Retrieval	
  of	
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  reflectance	
  


            ¡  Valida9on	
  on	
  the	
  Gusev	
  crater	
  

            ¡  Conclusions	
  and	
  perspec9ves	
  
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            ¡  Hyperspectral	
  remote	
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  of	
  Mars	
  

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  of	
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  opacity	
  
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  of	
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            ¡  Valida9on	
  on	
  the	
  Gusev	
  crater	
  

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  and	
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  atmosphere	
  of	
  Mars	
  
        ¡  Mars:	
  
            §  Polar	
  caps,	
  dust	
  storms,	
  H20	
  
                        and	
  CO2	
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  cycles,	
  …	
  
        ¡  Mariner	
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  (1965)	
  -­‐>	
  MRO	
  (2006)	
  
        ¡  VNIR	
  imaging	
  spectroscopy	
  
            §  Goal:	
  
                        ▪  Monitoring	
  the	
  chemical	
  
                           composi%on	
  and	
  the	
  physical	
  
                           state	
  of	
  the	
  atmosphere	
  and	
  the	
  
                           surface	
  
                 §  OMEGA@MEX,	
  ESA,	
  2003	
  
                 §  CRISM@MRO,	
  NASA,	
  2006	
  
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  (Compact	
  Reconnaissance	
  Imaging	
  Spectrometer	
  for	
  Mars)	
  
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  observa9ons	
  
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  of	
  the	
  eleven	
  
                  Surface	
                            target	
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  images	
  corresponding	
  
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  (Compact	
  Reconnaissance	
  Imaging	
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  observa9ons	
  
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  scan	
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  corresponding	
  
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  (Compact	
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  Imaging	
  Spectrometer	
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  observa9ons	
  
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  scan	
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  x	
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  scans	
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              1st	
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                                 11th	
  

                                            …	
                                 …	
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  km	
  



                  Atmosphere	
                                                  -­‐70º<VZA<70º	
  
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  of	
  the	
  eleven	
  
                  Surface	
                            target	
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  corresponding	
  
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            ¡      CRISM	
  (Compact	
  Reconnaissance	
  Imaging	
  Spectrometer	
  for	
  Mars)	
  
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  0.4-­‐3.9	
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  6.5	
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  observa9ons	
  
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  scan	
  at	
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  x	
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  scans	
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  of	
  the	
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  (Compact	
  Reconnaissance	
  Imaging	
  Spectrometer	
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  Mars)	
  
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  observa9ons	
  
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  scan	
  at	
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  at	
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                            Photometric	
  curve	
  

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  curve	
  



            Forward	
  scai.	
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  corresponding	
  
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            ¡      CRISM	
  (Compact	
  Reconnaissance	
  Imaging	
  Spectrometer	
  for	
  Mars)	
  
                     §  18	
  m/pix,	
  0.4-­‐3.9	
  μm,	
  6.5	
  nm/channel	
  
                     §  Mul9-­‐angle	
  observa9ons	
  
                             ▪  1	
  x	
  quasi-­‐nadir	
  scan	
  at	
  18	
  m/pix	
  
                             ▪  10	
  x	
  off-­‐nadir	
  scans	
  at	
  180	
  m/pix	
  

           BRDF(θ0,θ,ϕ,λ)	
  

                            Photometric	
  curve	
  

                                                                       Spectro-­‐photometric	
  curve	
  



            Forward	
  scai.	
                                                                                                Superposi9on	
  of	
  the	
  eleven	
  
                                                                                                                          hyperspectral	
  images	
  corresponding	
  
                                                                                                                             to	
  a	
  single	
  CRISM	
  observa9on	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     11	
  




           ¡      The	
  atmosphere	
  of	
  Mars	
  
                    §  Very	
  faint	
  (6	
  mbar	
  at	
  ground)	
  but	
  significant	
  opaci9es!	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
           12	
  




                     ¡     The	
  atmosphere	
  of	
  Mars	
  
                            §  Very	
  faint	
  (6	
  mbar	
  at	
  ground)	
  but	
  significant	
  opaci9es!	
  
                     ATMOSPHERIC	
  GASES	
  
                    ¡  95%	
  CO2	
  gas	
  
                    ¡  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  is	
  computed	
  by	
  RT	
  codes	
  

                            NIR	
  atmospheric	
  CO2	
  absorp9on	
  bands	
  
                     1
                                                                         CO2 gas                                                  frt5089
                    0.8                                                                                                           frt50d0
                                                                                                                                  Reference spectrum
     Transmission




                    0.6


                    0.4


                    0.2


                     0
                     1000      1500      2000     2500     3000        3500       4000
                                                Wavelength                                           100             200            300             400
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                    Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                     13	
  




                     ¡     The	
  atmosphere	
  of	
  Mars	
  
                            §  Very	
  faint	
  (6	
  mbar	
  at	
  ground)	
  but	
  significant	
  opaci9es!	
  
                     ATMOSPHERIC	
  GASES	
                                                     DUST	
  AEROSOLS1	
  
                    ¡  95%	
  CO2	
  gas	
                                                ¡  Op%cal	
  proper%es	
  
                    ¡  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  is	
  computed	
  by	
  RT	
  codes	
   ¡  Cylindrical	
  par%cles	
  (rad.=1.4	
  μm,	
  ω0	
  =	
  0.94)	
  
                                                                                                    ¡     Phase	
  func%on:	
  
                            NIR	
  atmospheric	
  CO2	
  absorp9on	
  bands	
  
                     1
                                                                        CO2 gas                                                frt5089
                    0.8                                                                                   Strong	
  forward	
  frt50d0
                                                                                                             scaiering	
   Reference spectrum
     Transmission




                    0.6                                                                                      proper9es	
  

                    0.4


                    0.2
                                                                                                                       Mar9an	
  aerosol	
  
                     0                                                                                                  phase	
  func9on	
  
                     1000      1500      2000     2500     3000       3500       4000
                                                                                                    100 Wolff	
  e200 l.	
  2009]	
  
                                                Wavelength                                          1:	
  [      t	
  a           300              400
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                    Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                     14	
  




                     ¡     The	
  atmosphere	
  of	
  Mars	
  
                            §  Very	
  faint	
  (6	
  mbar	
  at	
  ground)	
  but	
  significant	
  opaci9es!	
  
                     ATMOSPHERIC	
  GASES	
                                                     DUST	
  AEROSOLS1	
  
                    ¡  95%	
  CO2	
  gas	
                                                ¡  Op%cal	
  proper%es	
  
                    ¡  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  is	
  computed	
  by	
  RT	
  codes	
   ¡  Cylindrical	
  par%cles	
  (rad.=1.4	
  μm,	
  ω0	
  =	
  0.94)	
  
                                                                                                     ¡     Phase	
  func%on:	
  
                     1
                            NIR	
  atmospheric	
  CO2	
  absorp9on	
  bands	
                  ¡     Content	
  varies	
  with	
  9me!	
  
                                                                        CO2 gas                                                 frt5089
                    0.8                                                                                    Strong	
  forward	
  frt50d0
                                                                                                              scaiering	
   Reference spectrum
     Transmission




                    0.6                                                                                      proper9es	
  

                    0.4


                    0.2
                                                                                                                        Mar9an	
  aerosol	
  
                     0                                                                                                   phase	
  func9on	
  
                     1000      1500      2000     2500     3000       3500       4000
                                                                                                     100 Wolff	
  e200 l.	
  2009]	
  
                                                Wavelength                                           1:	
  [      t	
  a           300             400
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     15	
  




            ¡  Hyperspectral	
  remote	
  sensing	
  of	
  Mars	
  

            ¡  Retrieval	
  of	
  atmospheric	
  opacity	
  
            ¡  Retrieval	
  of	
  surface	
  reflectance	
  


            ¡  Valida9on	
  on	
  the	
  Gusev	
  crater	
  

            ¡  Conclusions	
  and	
  perspec9ves	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
            Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     16	
  




         ¡      Retrieval	
  of	
  aerosol	
  op9cal	
  thickness	
  (AOT)	
  
                                                                          Mar%an	
  mineral	
  spectrum	
  
         ¡      “β-­‐method”1	
  
                  §  β:	
  correla%on	
  between	
  the	
  AOT	
  and	
  the	
  	
  	
  
                        intensity	
  of	
  the	
  CO2	
  absorp%on	
  band	
  at	
  2	
  μm	
  




               1:	
  [Douté	
  and	
  Ceamanos,	
  IEEE	
  WHISPERS	
  2010]	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
            Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                         17	
  




         ¡      Retrieval	
  of	
  aerosol	
  op9cal	
  thickness	
  (AOT)	
  
                                                                          Mar%an	
  mineral	
  spectrum	
  
         ¡      “β-­‐method”1	
  
                  §  β:	
  correla%on	
  between	
  the	
  AOT	
  and	
  the	
  	
  	
  	
  	
  
                      intensity	
  of	
  the	
  CO2	
  absorp%on	
  band	
  at	
  2	
  μm	
  
                  §  Top-­‐of-­‐atmosphere	
  reflectance:	
  




                                                                      Aerosol-­‐free	
  transmission	
                            Aerosol	
  effect	
  on	
  
                                                                    along	
  the	
  op9cal	
  path	
  length	
                   gaseous	
  absorp9on	
  

              Airmass	
  (op9cal	
  path	
  length):	
  
               1:	
  [Douté	
  and	
  Ceamanos,	
  IEEE	
  WHISPERS	
  2010]	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     18	
  




            BETA	
  RETRIEVAL	
  FROM	
  DATA	
  
                                                                                             Gaseous	
  ver9cal	
  
            ¡  Iobs:	
  CRISM	
  observa9on	
                                            transmission	
  is	
  known	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                             19	
  




            BETA	
  RETRIEVAL	
  FROM	
  DATA	
                                        BETA	
  LOOK-­‐UP-­‐TABLE	
  (LUT)	
  

            ¡  Iobs:	
  CRISM	
  observa9on	
                                         ¡     DISORT-­‐based	
  LUT	
  



                                                                                                                              Surface	
  altered	
  
                                                                                                                              by	
  a	
  given	
  AOT	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
       Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                  20	
  




            BETA	
  RETRIEVAL	
  FROM	
  DATA	
                                           BETA	
  LOOK-­‐UP-­‐TABLE	
  (LUT)	
  

            ¡  Iobs:	
  CRISM	
  observa9on	
                                            ¡    DISORT-­‐based	
  LUT	
  
                                                                                                                                      AOT	
  is	
  retrieved	
  by	
  
                                                                                                                                      fiyng	
  the	
  observed	
  
                            Reflectance	
  




                                                                                                                                        β	
  to	
  the	
  LUT	
  


                                                                               Beta	
  




                                             Airmass	
                                                      Airmass	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
            Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                            21	
  




            BETA	
  RETRIEVAL	
  FROM	
  DATA	
                                                      BETA	
  LOOK-­‐UP-­‐TABLE	
  (LUT)	
  

            ¡  Iobs:	
  CRISM	
  observa9on	
                                                        ¡    DISORT-­‐based	
  LUT	
  
                                                                                                                                                     AOT	
  is	
  retrieved	
  by	
  
                                                                                                                                                     fiyng	
  the	
  observed	
  
                            Reflectance	
  




                                                                                                                                                       β	
  to	
  the	
  LUT	
  


                                                                                       Beta	
  




                                                  Airmass	
                                                           Airmass	
  
            ¡      Retrieved	
  AOT	
  is	
  robust	
  compared	
  to	
  on-­‐ground	
  measurements!	
  
                              CRISM	
  obs.	
      334D	
   7D6C	
   812F	
   929F	
   95B8	
   B6B5	
   3192	
   553B	
   8CE1	
   CDA5	
  
                          AOT	
  β-­‐method	
       0.46	
      1.41	
         1	
                0.42	
   0.36	
     0.46	
   0.38	
      1.0	
       0.4	
       0.33	
  
                      AOT	
  PanCam	
  MER	
   0.55	
           1.29	
        0.9	
               0.64	
   0.44	
     0.47	
   0.31	
   0.81	
   0.59	
            0.41	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     22	
  




            ¡  Hyperspectral	
  remote	
  sensing	
  of	
  Mars	
  

            ¡  Retrieval	
  of	
  atmospheric	
  opacity	
  
            ¡  Retrieval	
  of	
  surface	
  reflectance	
  


            ¡  Valida9on	
  on	
  the	
  Gusev	
  crater	
  

            ¡  Conclusions	
  and	
  perspec9ves	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
         Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     23	
  




            ¡      Inverse	
  problem	
  

                          Surface	
  BRDF	
                                      CRISM	
  data	
  
                           x=(x1,…,xn)	
                                         y=(y1,…,yn)	
  


            	
  
    F(·∙):	
  physical	
  model	
  
                                                            x=F-­‐1(y)	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
         Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                      24	
  




                                                                                                                              AOT	
  retrieved	
  by	
  the	
  
            ¡      Inverse	
  problem	
                                                                                              β-­‐method	
  

                                                                                                                              Op9cal	
  proper9es	
  of	
  
                                                                                                                           aerosols	
  [Wolff	
  et	
  al.	
  2009]	
  

                          Surface	
  BRDF	
                                      CRISM	
  data	
                           Correc9on	
  for	
  atmospheric	
  
                           x=(x1,…,xn)	
                                         y=(y1,…,yn)	
                                 gases	
  [Douté	
  2009]	
  



            	
  
                                                                                                                                Geometric	
  ancillary	
  
                                                            x=F-­‐1(y)	
                                                          data	
  (θ0,θ,ϕ)	
  
    F(·∙):	
  physical	
  model	
  
                                                                                                                        Lamber9an	
  assump9on	
  
                                                                                                                        BRDF(θ0,θ,ϕ,λ)=BRDF(λ)	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
         Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                      25	
  




                                                                                                                              AOT	
  retrieved	
  by	
  the	
  
            ¡      Inverse	
  problem	
                                                                                              β-­‐method	
  

                                                                                                                              Op9cal	
  proper9es	
  of	
  
                                                                                                                           aerosols	
  [Wolff	
  et	
  al.	
  2009]	
  

                          Surface	
  BRDF	
                                      CRISM	
  data	
                           Correc9on	
  for	
  atmospheric	
  
                           x=(x1,…,xn)	
                                         y=(y1,…,yn)	
                                 gases	
  [Douté	
  2009]	
  



            	
  
                                                                                                                                Geometric	
  ancillary	
  
                                                            x=F-­‐1(y)	
                                                          data	
  (θ0,θ,ϕ)	
  
    F(·∙):	
  physical	
  model	
  
                                                                                                                        Lamber9an	
  assump9on	
  
                                                                                                                        BRDF(θ0,θ,ϕ,λ)=BRDF(λ)	
  




                                                                                                              The	
  surface	
  of	
  Mars	
  is	
  
                                                                                                              not	
  Lamber9an!	
  (e.g.	
  
                                                                                                                regoliths,	
  CO2	
  ice)	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                      26	
  




                                                                                                                                     AOT	
  retrieved	
  by	
  the	
  
            ¡      Inverse	
  problem	
                                                                                                     β-­‐method	
  

                                                                                                                                     Op9cal	
  proper9es	
  of	
  
                                                                                                                                  aerosols	
  [Wolff	
  et	
  al.	
  2009]	
  

                          Surface	
  BRDF	
                                              CRISM	
  data	
                          Correc9on	
  for	
  atmospheric	
  
                           x=(x1,…,xn)	
                                                 y=(y1,…,yn)	
                                gases	
  [Douté	
  2009]	
  



            	
  
                                                                                                                                       Geometric	
  ancillary	
  
                                                                   x=F-­‐1(y)	
                                                          data	
  (θ0,θ,ϕ)	
  
    F(·∙):	
  physical	
  model	
  

            ¡      MARS-­‐ReCO:	
  Mul%-­‐angle	
  Approach	
  for	
  Retrieval	
  of	
  
                    Surface	
  Reflectance	
  for	
  CRISM	
  Observa%ons1	
  
                           Goal…	
                                                                                 Solu9on!	
  
      Non-­‐Lamber%an	
  surface	
                                         Semi-­‐empirical	
  Ross-­‐Thick	
  Li-­‐Sparse	
  (RTLS)	
  model	
  
  Efficient	
  look-­‐up	
  table	
  (LUT)	
   RT	
  formula%on	
  based	
  on	
  the	
  Green’s	
  func%on	
  of	
  the	
  atmosphere	
  
       Fast	
  &	
  robust	
  inversion	
  	
                              Least-­‐square	
  strategy	
  based	
  on	
  a	
  matrix	
  inversion	
  
1:	
  This	
  work	
  is	
  based	
  on	
  the	
  MAIAC	
  algorithm	
  for	
  MODIS	
  [Lyapus%n	
  et	
  al.	
  2011]	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     27	
  




            ¡      Ross-­‐Thick	
  Li-­‐Sparse	
  BRDF	
  model	
  [Lucht	
  et	
  al	
  2000]	
  




           Lamber9an	
  
           coefficient	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     28	
  




            ¡      Ross-­‐Thick	
  Li-­‐Sparse	
  BRDF	
  model	
  [Lucht	
  et	
  al	
  2000]	
  



                                            Geometrical	
  
           Lamber9an	
                         op9cal	
  
           coefficient	
                       coefficient	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     29	
  




            ¡      Ross-­‐Thick	
  Li-­‐Sparse	
  BRDF	
  model	
  [Lucht	
  et	
  al	
  2000]	
  



                                            Geometrical	
  
                                               op9cal	
                                                   Volumetric	
  
           Lamber9an	
                                                                                    coefficient	
  
           coefficient	
                       coefficient	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                   30	
  




            ¡      Ross-­‐Thick	
  Li-­‐Sparse	
  BRDF	
  model	
  [Lucht	
  et	
  al	
  2000]	
  



                                            Geometrical	
  
                                               op9cal	
                                                   Volumetric	
  
           Lamber9an	
                                                                                    coefficient	
  
           coefficient	
                       coefficient	
  




            ¡      Top-­‐of-­‐atmosphere	
  reflectance	
  [Lyapus9n	
  et	
  al	
  2011]	
  


                                                                                                                              RTLS	
  mul9plying	
  factors	
  


                     §  Quasi-­‐linear	
  expression!	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                 Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                   31	
  




            ¡      Ross-­‐Thick	
  Li-­‐Sparse	
  BRDF	
  model	
  [Lucht	
  et	
  al	
  2000]	
  



                                                       Geometrical	
  
                                                          op9cal	
                                                    Volumetric	
  
           Lamber9an	
                                                                                                coefficient	
  
           coefficient	
                                  coefficient	
  




            ¡      Top-­‐of-­‐atmosphere	
  reflectance	
  [Lyapus9n	
  et	
  al	
  2011]	
  
                                            Atmospheric	
  path	
  reflectance	
  



                                                                                                                                          RTLS	
  mul9plying	
  factors	
  


                     §  Quasi-­‐linear	
  expression!	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                 Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                   32	
  




            ¡      Ross-­‐Thick	
  Li-­‐Sparse	
  BRDF	
  model	
  [Lucht	
  et	
  al	
  2000]	
  



                                                       Geometrical	
  
                                                          op9cal	
                                                    Volumetric	
  
           Lamber9an	
                                                                                                coefficient	
  
           coefficient	
                                  coefficient	
  




            ¡      Top-­‐of-­‐atmosphere	
  reflectance	
  [Lyapus9n	
  et	
  al	
  2011]	
  
                                            Atmospheric	
  path	
  reflectance	
  



                                                                                                                                          RTLS	
  mul9plying	
  factors	
  

                                                                                          Non-­‐linear	
  term	
  
                     §  Quasi-­‐linear	
  expression!	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                          33	
  




            ¡      Inversion	
  for	
  RTLS	
  coefficients	
                                                                        Fiyng	
  the	
  LUT	
  
                                                                                                                                    to	
  each	
  CRISM	
  
                     §  Itera9ve	
  least-­‐squares	
  minimiza9on	
                                                                photometric	
  
                                                                                                                                           curve	
  R	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
         Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                          34	
  




            ¡      Inversion	
  for	
  RTLS	
  coefficients	
                                                                            Fiyng	
  the	
  LUT	
  
                                                                                                                                        to	
  each	
  CRISM	
  
                     §  Itera9ve	
  least-­‐squares	
  minimiza9on	
                                                                    photometric	
  
                                                                                                                                               curve	
  R	
  

                     §  Matrix	
  inversionetrieval	
  validity	
  
                           Sufficient	
  angular	
  sampling:	
  μmax−μmin	
  ≥	
  0.2	
  
                                                                                                                                         Retrieval	
  of	
  
                           Exclusion	
  of	
  outliers:	
  |Rmeas-­‐RLSRT|<0.05	
                                                        BRDF	
  RTLS	
  
                           Posi9vity	
  of	
  retrieved	
  direct-­‐beam	
  albedo:	
  q>0	
                                            coefficients	
  K	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
        Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                          35	
  




            ¡      Inversion	
  for	
  RTLS	
  coefficients	
                                                                           Fiyng	
  the	
  LUT	
  
                                                                                                                                       to	
  each	
  CRISM	
  
                     §  Itera9ve	
  least-­‐squares	
  minimiza9on	
                                                                   photometric	
  
                                                                                                                                              curve	
  R	
  

                     §  Matrix	
  inversion	
  
                                                                                                                                         Retrieval	
  of	
  
                                                                                                                                         BRDF	
  RTLS	
  
                                                                                                                                        coefficients	
  K	
  



                     §  Checking	
  the	
  retrieval	
  validity	
  
                           1.  Sufficient	
  angular	
  sampling:	
  μmax−μmin	
  ≥	
  0.2	
                                              Checking	
  the	
  
                                                                                                                                        robustness	
  of	
  
                           2.  Exclusion	
  of	
  outliers:	
  |Rmeas-­‐RLSRT|<0.05	
                                                  retrieved	
  BRDF	
  
                           3.  Posi%vity	
  of	
  retrieved	
  direct-­‐beam	
  albedo:	
  q>0	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                    36	
  




            ¡      Sensi9vity	
  study	
  
                     §  Tes9ng	
  MARS-­‐ReCO	
  under	
  extreme	
  atmospheric	
  and	
  
                            geometric	
  condi9ons	
  
                                                                           4	
  mineral	
  components	
  
                                                                           observed	
  by	
  the	
  Mars	
  
                                                                                Explora9on	
  Rovers	
  



                                                                           Reference	
  Hapke	
  BRDF	
  
                                                                                                                                      DISORT	
  
                                                                           model	
  [Johnson	
  2006]	
  

                                                                                                       Depending	
  on	
  AOT,	
  θ0,	
            CRISM-­‐like	
  
                                                                                                        φ,	
  and	
  #	
  of	
  available	
        simulated	
  
                                                                                                             measurements	
                         data	
  sets	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                     37	
  




            ¡      Sensi9vity	
  study	
  
                     §  Tes9ng	
  MARS-­‐ReCO	
  under	
  extreme	
  atmospheric	
  and	
  
                            geometric	
  condi9ons	
  
                                                                           4	
  mineral	
  components	
  
                                                                           observed	
  by	
  the	
  Mars	
  
                                                                                Explora9on	
  Rovers	
  



                                                                           Reference	
  Hapke	
  BRDF	
  
                                                                                                                                      DISORT	
  
                                                                           model	
  [Johnson	
  2006]	
  

                                                                                                       Depending	
  on	
  AOT,	
  θ0,	
             CRISM-­‐like	
  
                                                                                                        φ,	
  and	
  #	
  of	
  available	
         simulated	
  
                                                                                                             measurements	
                          data	
  sets	
  

                                                                                                                                     MARS-­‐
                                                                                  Retrieved	
  RTLS	
  
                                                                                                                                      ReCO	
  
                                                                                   BRDF	
  model	
  
                                                                                                                                    inversion	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
         Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                     38	
  




            ¡      Sensi9vity	
  study	
  
                     §  Tes9ng	
  MARS-­‐ReCO	
  under	
  extreme	
  atmospheric	
  and	
  
                            geometric	
  condi9ons	
  
                                                                               4	
  mineral	
  components	
  
                                                                               observed	
  by	
  the	
  Mars	
  
                                                                                    Explora9on	
  Rovers	
  



                                                                               Reference	
  Hapke	
  BRDF	
  
                                            Reference	
  BRF	
                                                                            DISORT	
  
                                                                               model	
  [Johnson	
  2006]	
  

                                                                                                           Depending	
  on	
  AOT,	
  θ0,	
             CRISM-­‐like	
  
                                                   ?	
                                                      φ,	
  and	
  #	
  of	
  available	
  
                                                                                                                 measurements	
  
                                                                                                                                                        simulated	
  
                                                                                                                                                         data	
  sets	
  

                                                                                                                                         MARS-­‐
                                                                                      Retrieved	
  RTLS	
  
                                            Retrieved	
  BRF	
                                                                            ReCO	
  
                                                                                       BRDF	
  model	
  
                                                                                                                                        inversion	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                 39	
  




    ¡      Sensi9vity	
  study	
  according	
  to…	
  




                  Aerosol	
  op9cal	
  thickness	
                                     Sun	
  zenith	
  angle	
                                Azimuthal	
  sampling	
  




    ¡      Unsa9sfactory	
  retrievals	
  for…	
  
            §  High	
  AOT,	
  for	
  dark	
  surfaces	
  especially	
  
            §  High	
  SZA	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                 40	
  




    ¡      Sensi9vity	
  study	
  according	
  to…	
  




                  Aerosol	
  op9cal	
  thickness	
                                     Sun	
  zenith	
  angle	
                                Azimuthal	
  sampling	
  




    ¡      Unsa9sfactory	
  retrievals	
  for…	
  
            §  High	
  AOT,	
  for	
  dark	
  surfaces	
  especially	
  
                                                                                                                                                            ϕ0=0º	
  
            §  High	
  SZA	
  	
  
            §  Poor	
  azimuthal	
  sampling	
                                                                                                 Azimuthal	
  plane	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                 41	
  




    ¡      Sensi9vity	
  study	
  according	
  to…	
  




                  Aerosol	
  op9cal	
  thickness	
                                     Sun	
  zenith	
  angle	
                                Azimuthal	
  sampling	
  




    ¡      Unsa9sfactory	
  retrievals	
  for…	
                                                                                              180º	
            0º	
  
            §  High	
  AOT,	
  for	
  dark	
  surfaces	
  especially	
  
            §  High	
  SZA	
  	
  
            §  Poor	
  azimuthal	
  sampling	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                 42	
  




    ¡      Sensi9vity	
  study	
  according	
  to…	
  




                  Aerosol	
  op9cal	
  thickness	
                                     Sun	
  zenith	
  angle	
                                Azimuthal	
  sampling	
  




    ¡      Unsa9sfactory	
  retrievals	
  for…	
                                                                                                150º	
  

            §  High	
  AOT,	
  for	
  dark	
  surfaces	
  especially	
  
            §  High	
  SZA	
  	
                                                                                                                            30º	
  

            §  Poor	
  azimuthal	
  sampling	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                 43	
  




    ¡      Sensi9vity	
  study	
  according	
  to…	
  




                  Aerosol	
  op9cal	
  thickness	
                                     Sun	
  zenith	
  angle	
                                Azimuthal	
  sampling	
  



                                                                                                                                                      120º	
  
    ¡      Unsa9sfactory	
  retrievals	
  for…	
  
            §  High	
  AOT,	
  for	
  dark	
  surfaces	
  especially	
  
            §  High	
  SZA	
  	
                                                                                                                          60º	
  
            §  Poor	
  azimuthal	
  sampling	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                 44	
  




    ¡      Sensi9vity	
  study	
  according	
  to…	
  




                  Aerosol	
  op9cal	
  thickness	
                                     Sun	
  zenith	
  angle	
                                Azimuthal	
  sampling	
  



                                                                                                                                                               90º	
  
    ¡      Unsa9sfactory	
  retrievals	
  for…	
  
            §  High	
  AOT,	
  for	
  dark	
  surfaces	
  especially	
  
            §  High	
  SZA	
  	
                                                                                                                    90º	
  
            §  Poor	
  azimuthal	
  sampling	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
      Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                   45	
  




                                                                                                     Retrieval	
  configura9on	
  
                                                                                                                                     SZA=70º	
  
                                                                                                            AOT=1.0	
  
    ¡      Sensi9vity	
  study	
  according	
  to…	
                                                       SZA=70º	
  
                                                                                                           ϕ={0º,180º}	
  

                                                                                                                    Reference:	
  




                                                                                                                    Retrieved:	
  



    ¡      Unsa9sfactory	
  retrievals	
  for…	
  
            §  High	
  AOT,	
  for	
  dark	
  surfaces	
  especially	
  
            §  High	
  SZA	
  	
  
            §  Poor	
  azimuthal	
  sampling	
                                                                        Error:	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
      Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                   46	
  




                                                                                                     Retrieval	
  configura9on	
  
                                                                                                                                     SZA=70º	
  
                                                                                                            AOT=1.0	
  
    ¡      Sensi9vity	
  study	
  according	
  to…	
                                                       SZA=70º	
  
                                                                                                           ϕ={0º,180º}	
  

                                                                                                                    Reference:	
  




                                                                                                                    Retrieved:	
  



    ¡      Unsa9sfactory	
  retrievals	
  for…	
  
            §  High	
  AOT,	
  for	
  dark	
  surfaces	
  especially	
  
            §  High	
  SZA	
  	
  
            §  Poor	
  azimuthal	
  sampling	
                                                                        Error:	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
      Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                   47	
  




                                                                                                     Retrieval	
  configura9on	
  
                                                                                                                                     SZA=70º	
  
                                                                                                            AOT=1.0	
  
    ¡      Sensi9vity	
  study	
  according	
  to…	
                                                       SZA=70º	
  
                                                                                                           ϕ={0º,180º}	
  

                                                                                                                    Reference:	
  




                                                                                                                    Retrieved:	
  



    ¡      Unsa9sfactory	
  retrievals	
  for…	
  
            §  High	
  AOT,	
  for	
  dark	
  surfaces	
  especially	
  
            §  High	
  SZA	
  	
  
            §  Poor	
  azimuthal	
  sampling	
                          Solu9on:	
  combina9on	
                      Error:	
  
                                                                           of	
  mul9ple	
  CRISM	
  
                                                                                 observa9ons	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     48	
  




            ¡  Hyperspectral	
  remote	
  sensing	
  of	
  Mars	
  

            ¡  Retrieval	
  of	
  atmospheric	
  opacity	
  
            ¡  Retrieval	
  of	
  surface	
  reflectance	
  


            ¡  Valida9on	
  on	
  the	
  Gusev	
  crater	
  

            ¡  Conclusions	
  and	
  perspec9ves	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                                     49	
  




            ¡  Valida9on	
  of	
  retrieved	
  surface	
  BRF1	
  
                     §  Gusev	
  crater:	
  landing	
  site	
  of	
  MER-­‐A	
  “Spirit”	
  
                         ▪  Surface	
  photometry	
  measured	
  at-­‐ground	
  by	
  PanCam2	
  
                                                                                              Proposed	
  atmospheric	
  
                                                                                                   correc9on	
                                  PanCam	
  Hapke	
  
                                                               CRISM	
  
                                                                                                                                                 BRDF	
  model	
  
                                                            observa%ons	
  
                                                                                                     AOT	
  retrieval	
  
                                                                                                      β-­‐method	
  
                                                                                                                                                             ?	
  
                                                                                                     BRF	
  retrieval	
  
                                                                                                     MARS-­‐ReCO	
                                CRISM	
  Hapke	
  
                                                                                                                                                  BRDF	
  model	
  

                                                                                      1:	
  [Fernando	
  et	
  al.	
  EPSC	
  2011],	
   2:	
  [Johnson	
  et	
  al.	
  JGR	
  2006]	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                50	
  




            ¡      Selec9on	
  of	
  4	
  CRISM	
  observa9ons	
  
           FRT3192!                            FRT553B!                                       FRT8CE1!                              FRTCDA5!



                   3!
       4! 2!
           1!



            	
  
            ¡      Inversion:	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                    Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     51	
  




            ¡      Fusion	
  of	
  three	
  observa9ons	
  
                     §  Higher	
  angular	
  sampling!	
  
            ¡      Photometric	
  regression	
  over	
  4	
  terrain	
  units	
  at	
  750	
  nm	
  
                     	
  
          Hapke	
  parameters	
  retrieved	
  from	
  CRISM	
  data	
  compared	
  with	
  PanCam	
  

      Meas.Param.	
                             w	
            θ	
             b	
                  c	
  
         CRISM	
  
                                            0.69-­‐0.72	
   18-­‐19	
   0.22-­‐0.25	
   0.46-­‐0.57	
  
        MARS-­‐ReCO	
  
       Spirit	
  “Soil”	
  
                                               0.69	
          11	
           0.24	
              0.48	
  
     [Johnson	
  2006]	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                    Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                                   52	
  




            ¡      Fusion	
  of	
  three	
  observa9ons	
  
                     §  Higher	
  angular	
  sampling!	
  
            ¡      Photometric	
  regression	
  over	
  4	
  terrain	
  units	
  at	
  750	
  nm	
  
                     	
  
          Hapke	
  parameters	
  retrieved	
  from	
  CRISM	
  data	
  compared	
  with	
  PanCam	
                   Parameters	
  ‘b’	
  and	
  ‘c’	
  compared	
  to	
  synthe9c	
  surfaces1	
  

      Meas.Param.	
                             w	
            θ	
             b	
                  c	
  
         CRISM	
  
                                            0.69-­‐0.72	
   18-­‐19	
   0.22-­‐0.25	
   0.46-­‐0.57	
  
        MARS-­‐ReCO	
  
       Spirit	
  “Soil”	
  
                                               0.69	
          11	
           0.24	
              0.48	
  
     [Johnson	
  2006]	
  
                                                                                                                                                                CRISM	
  data	
  




                                                                                                                                                           1:	
  [McGuire	
  et	
  al.	
  1995]	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                    Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                                   53	
  




            ¡      Fusion	
  of	
  three	
  observa9ons	
  
                     §  Higher	
  angular	
  sampling!	
  
            ¡      Photometric	
  regression	
  over	
  4	
  terrain	
  units	
  at	
  750	
  nm	
  
                     	
  
          Hapke	
  parameters	
  retrieved	
  from	
  CRISM	
  data	
  compared	
  with	
  PanCam	
                   Parameters	
  ‘b’	
  and	
  ‘c’	
  compared	
  to	
  synthe9c	
  surfaces1	
  

      Meas.Param.	
                             w	
            θ	
             b	
                  c	
  
         CRISM	
  
                                            0.69-­‐0.72	
   18-­‐19	
   0.22-­‐0.25	
   0.46-­‐0.57	
  
        MARS-­‐ReCO	
  
       Spirit	
  “Soil”	
  
                                               0.69	
          11	
           0.24	
              0.48	
  
     [Johnson	
  2006]	
  
                                                                                                                                                                CRISM	
  data	
  



                                                          Soil?	
  
                                                                                                                                                           1:	
  [McGuire	
  et	
  al.	
  1995]	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     54	
  




                              Soil!	
  



                                                     Spirit	
  Rover	
  on	
  Husband	
  Hill	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     55	
  




            ¡  Hyperspectral	
  remote	
  sensing	
  of	
  Mars	
  

            ¡  Retrieval	
  of	
  atmospheric	
  opacity	
  
            ¡  Retrieval	
  of	
  surface	
  reflectance	
  


            ¡  Valida9on	
  on	
  the	
  Gusev	
  crater	
  

            ¡  Conclusions	
  and	
  perspec9ves	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
     Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     56	
  




            ¡  Robust	
  strategy	
  for	
  retrieval	
  of	
  AOT	
  and	
  BRDF!	
  
                     §  Non-­‐Lamber9an	
  surface	
  
                     §  Fast	
  and	
  accurate	
  because	
  of	
  atm.	
  Green’s	
  func9on	
  
                     §  Retrieved	
  proper9es	
  agree	
  with	
  previous	
  studies	
  
                         ▪  PanCam	
  data	
  [Johnson	
  et	
  al.	
  2006]	
  -­‐>	
  only	
  2	
  sites	
  on	
  Mars!	
  
                         ▪  Larger	
  coverage	
  of	
  CRISM!	
  
            ¡  Remaining	
  issues:	
  
                     §  Test	
  MARS-­‐ReCO	
  on	
  icy	
  surfaces	
  
                         ▪  Challenging	
  scenario:	
  high	
  SZA,	
  CO2	
  ice	
  is	
  very	
  anisotropic,	
  …	
  
Xavier	
  Ceamanos,	
  S.	
  Douté1,	
  A.	
  Lyapus9n2,	
  J.	
  Fernando3	
  and	
  P.	
  Pinet3	
  
                 1	
  Ins%tut	
  de	
  Planétologie	
  et	
  d’Astrophysique	
  de	
  Grenoble,	
  France	
  
                                                  2	
  NASA	
  Goddard	
  Space	
  Flight	
  Center,	
  USA	
  
                                                                          3	
  IRAP,	
  Toulouse,	
  France	
  	
  




                                                        IEEE	
  IGARSS	
  2011	
  –	
  July	
  29,	
  2011	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
               Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
     58	
  




            ¡      LUT	
  genera9on	
  
                     §  Basic	
  principles	
  as	
  MISR/MODIS	
  retrieval	
  algorithms	
  
                             ▪  Efficient:	
  realis%c	
  variability	
  vs.	
  reasonable	
  size	
  
                     §  Dense	
  geometric	
  and	
  AOT	
  grid	
  
                             ▪    φ=[0º	
  :	
  3º	
  :	
  180º]	
  
                             ▪    μ0=[0.15	
  :	
  0.02	
  :	
  0.97];	
  θ0=[14º	
  -­‐	
  81º]	
  
                             ▪    μ=[0.34	
  :	
  0.02	
  :	
  1];	
  θ=[0º	
  -­‐	
  70º]	
  
                             ▪    AOT=[0,	
  0.05,	
  0.1,	
  0.2,	
  0.33,	
  0.5,	
  0.75,	
  1.0,	
  1.4,	
  2,	
  2.8,	
  4]	
  
                             ▪    Independent	
  on	
  the	
  surface!	
  
                     §  ~50	
  MB	
  per	
  CRISM	
  spectral	
  band	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
          Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                             59	
  




              ¡    Example	
  according	
  to	
  AOT	
  
                                                SZA=20º	
                                          SZA=45º	
                             SZA=70º	
  


                               Hapke	
  
                             reference	
  
                                BRF	
  

AOT=3.0	
  
   SZA=30º	
  
  ϕ={0º,180º}	
  
                                RTLS	
  
                              retrieved	
  
                                 BRF	
  


   180º	
           0º	
  


                                Error	
  
                              between	
  
                             Hapke	
  and	
                                                                                                             AOT=1.0	
  
                                                                                                                                                        SZA=30º	
  
                                RTLS	
  
                                                                                                                                                       ϕ={0º,180º}	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                    Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                               60	
  




    ¡      Sensi9vity	
  study	
  according	
  to…	
  




                                      Number	
  of	
  available	
  geometries	
  

    ¡      Unsa9sfactory	
  retrievals	
  for…	
  
            §  High	
  AOT,	
  for	
  dark	
  surfaces	
  especially	
                                           <	
  11	
  available	
  angular	
  measurements	
  !	
  
            §  High	
  SZA	
  	
  
            §  Poor	
  azimuthal	
  sampling	
  
            §  3	
  or	
  less	
  available	
  samples	
  
IEEE	
  IGARSS.	
  July	
  29	
  2011	
                 Xavier	
  CEAMANOS	
  -­‐	
  IPAG	
  -­‐	
  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr	
                                  61	
  




            ¡  Hapke	
  photometric	
  model	
  [Hapke	
  1993]	
  
                              w:	
  single	
  scaiering	
  albedo	
                   B:	
  opposi9on	
  effect	
                        θ:	
  macroscopic	
  roughness	
  




                         p:	
  phase	
  func9on	
  



                                                         c:	
  backscaiering	
  frac9on	
                                               b:	
  asymmetry	
  parameter	
  

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ceamanos_igarss.pdf

  • 1. Xavier  Ceamanos,  S.  Douté1,  A.  Lyapus9n2,  J.  Fernando3  and  P.  Pinet3   1  Ins%tut  de  Planétologie  et  d’Astrophysique  de  Grenoble,  France   2  NASA  Goddard  Space  Flight  Center,  USA   3  IRAP,  Toulouse,  France     Aerosols  and  Atmospheric  Chemistry  III  –  July  29,  2011  
  • 2. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   2   ¡  Hyperspectral  remote  sensing  of  Mars   ¡  Retrieval  of  atmospheric  opacity   ¡  Retrieval  of  surface  reflectance   ¡  Valida9on  on  the  Gusev  crater   ¡  Conclusions  and  perspec9ves  
  • 3. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   3   ¡  Hyperspectral  remote  sensing  of  Mars   ¡  Retrieval  of  atmospheric  opacity   ¡  Retrieval  of  surface  reflectance   ¡  Valida9on  on  the  Gusev  crater   ¡  Conclusions  and  perspec9ves  
  • 4. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   4   The  atmosphere  of  Mars   ¡  Mars:   §  Polar  caps,  dust  storms,  H20   and  CO2  seasonal  cycles,  …   ¡  Mariner  4  (1965)  -­‐>  MRO  (2006)   ¡  VNIR  imaging  spectroscopy   §  Goal:   ▪  Monitoring  the  chemical   composi%on  and  the  physical   state  of  the  atmosphere  and  the   surface   §  OMEGA@MEX,  ESA,  2003   §  CRISM@MRO,  NASA,  2006   The  northern  ice  cap  of  Mars  
  • 5. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   5   ¡  CRISM  (Compact  Reconnaissance  Imaging  Spectrometer  for  Mars)   §  18  m/pix,  0.4-­‐3.9  μm,  6.5  nm/channel   §  Mul9-­‐angle  observa9ons   ▪  1  x  quasi-­‐nadir  scan  at  18  m/pix   ▪  10  x  off-­‐nadir  scans  at  180  m/pix   1st   7th   11th   …   …   Atmosphere   Superposi9on  of  the  eleven   Surface   target   hyperspectral  images  corresponding   to  a  single  CRISM  observa9on  
  • 6. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   6   ¡  CRISM  (Compact  Reconnaissance  Imaging  Spectrometer  for  Mars)   §  18  m/pix,  0.4-­‐3.9  μm,  6.5  nm/channel   §  Mul9-­‐angle  observa9ons   ▪  1  x  quasi-­‐nadir  scan  at  18  m/pix   ▪  10  x  off-­‐nadir  scans  at  180  m/pix   1st   7th   11th   …   …   11  km   Atmosphere   Superposi9on  of  the  eleven   Surface   target   hyperspectral  images  corresponding   to  a  single  CRISM  observa9on  
  • 7. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   7   ¡  CRISM  (Compact  Reconnaissance  Imaging  Spectrometer  for  Mars)   §  18  m/pix,  0.4-­‐3.9  μm,  6.5  nm/channel   §  Mul9-­‐angle  observa9ons   ▪  1  x  quasi-­‐nadir  scan  at  18  m/pix   ▪  10  x  off-­‐nadir  scans  at  180  m/pix   1st   7th   11th   …   …   11  km   Atmosphere   -­‐70º<VZA<70º   Superposi9on  of  the  eleven   Surface   target   hyperspectral  images  corresponding   to  a  single  CRISM  observa9on  
  • 8. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   8   ¡  CRISM  (Compact  Reconnaissance  Imaging  Spectrometer  for  Mars)   §  18  m/pix,  0.4-­‐3.9  μm,  6.5  nm/channel   §  Mul9-­‐angle  observa9ons   ▪  1  x  quasi-­‐nadir  scan  at  18  m/pix   ▪  10  x  off-­‐nadir  scans  at  180  m/pix   Spectro-­‐photometric  curve   Superposi9on  of  the  eleven   hyperspectral  images  corresponding   to  a  single  CRISM  observa9on  
  • 9. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   9   ¡  CRISM  (Compact  Reconnaissance  Imaging  Spectrometer  for  Mars)   §  18  m/pix,  0.4-­‐3.9  μm,  6.5  nm/channel   §  Mul9-­‐angle  observa9ons   ▪  1  x  quasi-­‐nadir  scan  at  18  m/pix   ▪  10  x  off-­‐nadir  scans  at  180  m/pix   Photometric  curve   Spectro-­‐photometric  curve   Forward  scai.   Superposi9on  of  the  eleven   hyperspectral  images  corresponding   to  a  single  CRISM  observa9on  
  • 10. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   10   ¡  CRISM  (Compact  Reconnaissance  Imaging  Spectrometer  for  Mars)   §  18  m/pix,  0.4-­‐3.9  μm,  6.5  nm/channel   §  Mul9-­‐angle  observa9ons   ▪  1  x  quasi-­‐nadir  scan  at  18  m/pix   ▪  10  x  off-­‐nadir  scans  at  180  m/pix   BRDF(θ0,θ,ϕ,λ)   Photometric  curve   Spectro-­‐photometric  curve   Forward  scai.   Superposi9on  of  the  eleven   hyperspectral  images  corresponding   to  a  single  CRISM  observa9on  
  • 11. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   11   ¡  The  atmosphere  of  Mars   §  Very  faint  (6  mbar  at  ground)  but  significant  opaci9es!  
  • 12. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   12   ¡  The  atmosphere  of  Mars   §  Very  faint  (6  mbar  at  ground)  but  significant  opaci9es!   ATMOSPHERIC  GASES   ¡  95%  CO2  gas   ¡                 is  computed  by  RT  codes   NIR  atmospheric  CO2  absorp9on  bands   1 CO2 gas frt5089 0.8 frt50d0 Reference spectrum Transmission 0.6 0.4 0.2 0 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Wavelength 100 200 300 400
  • 13. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   13   ¡  The  atmosphere  of  Mars   §  Very  faint  (6  mbar  at  ground)  but  significant  opaci9es!   ATMOSPHERIC  GASES   DUST  AEROSOLS1   ¡  95%  CO2  gas   ¡  Op%cal  proper%es   ¡                 is  computed  by  RT  codes   ¡  Cylindrical  par%cles  (rad.=1.4  μm,  ω0  =  0.94)   ¡  Phase  func%on:   NIR  atmospheric  CO2  absorp9on  bands   1 CO2 gas frt5089 0.8 Strong  forward  frt50d0 scaiering   Reference spectrum Transmission 0.6 proper9es   0.4 0.2 Mar9an  aerosol   0 phase  func9on   1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 100 Wolff  e200 l.  2009]   Wavelength 1:  [ t  a 300 400
  • 14. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   14   ¡  The  atmosphere  of  Mars   §  Very  faint  (6  mbar  at  ground)  but  significant  opaci9es!   ATMOSPHERIC  GASES   DUST  AEROSOLS1   ¡  95%  CO2  gas   ¡  Op%cal  proper%es   ¡                 is  computed  by  RT  codes   ¡  Cylindrical  par%cles  (rad.=1.4  μm,  ω0  =  0.94)   ¡  Phase  func%on:   1 NIR  atmospheric  CO2  absorp9on  bands   ¡  Content  varies  with  9me!   CO2 gas frt5089 0.8 Strong  forward  frt50d0 scaiering   Reference spectrum Transmission 0.6 proper9es   0.4 0.2 Mar9an  aerosol   0 phase  func9on   1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 100 Wolff  e200 l.  2009]   Wavelength 1:  [ t  a 300 400
  • 15. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   15   ¡  Hyperspectral  remote  sensing  of  Mars   ¡  Retrieval  of  atmospheric  opacity   ¡  Retrieval  of  surface  reflectance   ¡  Valida9on  on  the  Gusev  crater   ¡  Conclusions  and  perspec9ves  
  • 16. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   16   ¡  Retrieval  of  aerosol  op9cal  thickness  (AOT)   Mar%an  mineral  spectrum   ¡  “β-­‐method”1   §  β:  correla%on  between  the  AOT  and  the       intensity  of  the  CO2  absorp%on  band  at  2  μm   1:  [Douté  and  Ceamanos,  IEEE  WHISPERS  2010]  
  • 17. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   17   ¡  Retrieval  of  aerosol  op9cal  thickness  (AOT)   Mar%an  mineral  spectrum   ¡  “β-­‐method”1   §  β:  correla%on  between  the  AOT  and  the           intensity  of  the  CO2  absorp%on  band  at  2  μm   §  Top-­‐of-­‐atmosphere  reflectance:   Aerosol-­‐free  transmission   Aerosol  effect  on   along  the  op9cal  path  length   gaseous  absorp9on   Airmass  (op9cal  path  length):   1:  [Douté  and  Ceamanos,  IEEE  WHISPERS  2010]  
  • 18. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   18   BETA  RETRIEVAL  FROM  DATA   Gaseous  ver9cal   ¡  Iobs:  CRISM  observa9on   transmission  is  known  
  • 19. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   19   BETA  RETRIEVAL  FROM  DATA   BETA  LOOK-­‐UP-­‐TABLE  (LUT)   ¡  Iobs:  CRISM  observa9on   ¡  DISORT-­‐based  LUT   Surface  altered   by  a  given  AOT  
  • 20. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   20   BETA  RETRIEVAL  FROM  DATA   BETA  LOOK-­‐UP-­‐TABLE  (LUT)   ¡  Iobs:  CRISM  observa9on   ¡  DISORT-­‐based  LUT   AOT  is  retrieved  by   fiyng  the  observed   Reflectance   β  to  the  LUT   Beta   Airmass   Airmass  
  • 21. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   21   BETA  RETRIEVAL  FROM  DATA   BETA  LOOK-­‐UP-­‐TABLE  (LUT)   ¡  Iobs:  CRISM  observa9on   ¡  DISORT-­‐based  LUT   AOT  is  retrieved  by   fiyng  the  observed   Reflectance   β  to  the  LUT   Beta   Airmass   Airmass   ¡  Retrieved  AOT  is  robust  compared  to  on-­‐ground  measurements!   CRISM  obs.   334D   7D6C   812F   929F   95B8   B6B5   3192   553B   8CE1   CDA5   AOT  β-­‐method   0.46   1.41   1   0.42   0.36   0.46   0.38   1.0   0.4   0.33   AOT  PanCam  MER   0.55   1.29   0.9   0.64   0.44   0.47   0.31   0.81   0.59   0.41  
  • 22. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   22   ¡  Hyperspectral  remote  sensing  of  Mars   ¡  Retrieval  of  atmospheric  opacity   ¡  Retrieval  of  surface  reflectance   ¡  Valida9on  on  the  Gusev  crater   ¡  Conclusions  and  perspec9ves  
  • 23. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   23   ¡  Inverse  problem   Surface  BRDF   CRISM  data   x=(x1,…,xn)   y=(y1,…,yn)     F(·∙):  physical  model   x=F-­‐1(y)  
  • 24. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   24   AOT  retrieved  by  the   ¡  Inverse  problem   β-­‐method   Op9cal  proper9es  of   aerosols  [Wolff  et  al.  2009]   Surface  BRDF   CRISM  data   Correc9on  for  atmospheric   x=(x1,…,xn)   y=(y1,…,yn)   gases  [Douté  2009]     Geometric  ancillary   x=F-­‐1(y)   data  (θ0,θ,ϕ)   F(·∙):  physical  model   Lamber9an  assump9on   BRDF(θ0,θ,ϕ,λ)=BRDF(λ)  
  • 25. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   25   AOT  retrieved  by  the   ¡  Inverse  problem   β-­‐method   Op9cal  proper9es  of   aerosols  [Wolff  et  al.  2009]   Surface  BRDF   CRISM  data   Correc9on  for  atmospheric   x=(x1,…,xn)   y=(y1,…,yn)   gases  [Douté  2009]     Geometric  ancillary   x=F-­‐1(y)   data  (θ0,θ,ϕ)   F(·∙):  physical  model   Lamber9an  assump9on   BRDF(θ0,θ,ϕ,λ)=BRDF(λ)   The  surface  of  Mars  is   not  Lamber9an!  (e.g.   regoliths,  CO2  ice)  
  • 26. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   26   AOT  retrieved  by  the   ¡  Inverse  problem   β-­‐method   Op9cal  proper9es  of   aerosols  [Wolff  et  al.  2009]   Surface  BRDF   CRISM  data   Correc9on  for  atmospheric   x=(x1,…,xn)   y=(y1,…,yn)   gases  [Douté  2009]     Geometric  ancillary   x=F-­‐1(y)   data  (θ0,θ,ϕ)   F(·∙):  physical  model   ¡  MARS-­‐ReCO:  Mul%-­‐angle  Approach  for  Retrieval  of   Surface  Reflectance  for  CRISM  Observa%ons1   Goal…   Solu9on!   Non-­‐Lamber%an  surface   Semi-­‐empirical  Ross-­‐Thick  Li-­‐Sparse  (RTLS)  model   Efficient  look-­‐up  table  (LUT)   RT  formula%on  based  on  the  Green’s  func%on  of  the  atmosphere   Fast  &  robust  inversion     Least-­‐square  strategy  based  on  a  matrix  inversion   1:  This  work  is  based  on  the  MAIAC  algorithm  for  MODIS  [Lyapus%n  et  al.  2011]  
  • 27. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   27   ¡  Ross-­‐Thick  Li-­‐Sparse  BRDF  model  [Lucht  et  al  2000]   Lamber9an   coefficient  
  • 28. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   28   ¡  Ross-­‐Thick  Li-­‐Sparse  BRDF  model  [Lucht  et  al  2000]   Geometrical   Lamber9an   op9cal   coefficient   coefficient  
  • 29. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   29   ¡  Ross-­‐Thick  Li-­‐Sparse  BRDF  model  [Lucht  et  al  2000]   Geometrical   op9cal   Volumetric   Lamber9an   coefficient   coefficient   coefficient  
  • 30. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   30   ¡  Ross-­‐Thick  Li-­‐Sparse  BRDF  model  [Lucht  et  al  2000]   Geometrical   op9cal   Volumetric   Lamber9an   coefficient   coefficient   coefficient   ¡  Top-­‐of-­‐atmosphere  reflectance  [Lyapus9n  et  al  2011]   RTLS  mul9plying  factors   §  Quasi-­‐linear  expression!  
  • 31. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   31   ¡  Ross-­‐Thick  Li-­‐Sparse  BRDF  model  [Lucht  et  al  2000]   Geometrical   op9cal   Volumetric   Lamber9an   coefficient   coefficient   coefficient   ¡  Top-­‐of-­‐atmosphere  reflectance  [Lyapus9n  et  al  2011]   Atmospheric  path  reflectance   RTLS  mul9plying  factors   §  Quasi-­‐linear  expression!  
  • 32. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   32   ¡  Ross-­‐Thick  Li-­‐Sparse  BRDF  model  [Lucht  et  al  2000]   Geometrical   op9cal   Volumetric   Lamber9an   coefficient   coefficient   coefficient   ¡  Top-­‐of-­‐atmosphere  reflectance  [Lyapus9n  et  al  2011]   Atmospheric  path  reflectance   RTLS  mul9plying  factors   Non-­‐linear  term   §  Quasi-­‐linear  expression!  
  • 33. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   33   ¡  Inversion  for  RTLS  coefficients   Fiyng  the  LUT   to  each  CRISM   §  Itera9ve  least-­‐squares  minimiza9on   photometric   curve  R  
  • 34. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   34   ¡  Inversion  for  RTLS  coefficients   Fiyng  the  LUT   to  each  CRISM   §  Itera9ve  least-­‐squares  minimiza9on   photometric   curve  R   §  Matrix  inversionetrieval  validity   Sufficient  angular  sampling:  μmax−μmin  ≥  0.2   Retrieval  of   Exclusion  of  outliers:  |Rmeas-­‐RLSRT|<0.05   BRDF  RTLS   Posi9vity  of  retrieved  direct-­‐beam  albedo:  q>0   coefficients  K  
  • 35. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   35   ¡  Inversion  for  RTLS  coefficients   Fiyng  the  LUT   to  each  CRISM   §  Itera9ve  least-­‐squares  minimiza9on   photometric   curve  R   §  Matrix  inversion   Retrieval  of   BRDF  RTLS   coefficients  K   §  Checking  the  retrieval  validity   1.  Sufficient  angular  sampling:  μmax−μmin  ≥  0.2   Checking  the   robustness  of   2.  Exclusion  of  outliers:  |Rmeas-­‐RLSRT|<0.05   retrieved  BRDF   3.  Posi%vity  of  retrieved  direct-­‐beam  albedo:  q>0  
  • 36. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   36   ¡  Sensi9vity  study   §  Tes9ng  MARS-­‐ReCO  under  extreme  atmospheric  and   geometric  condi9ons   4  mineral  components   observed  by  the  Mars   Explora9on  Rovers   Reference  Hapke  BRDF   DISORT   model  [Johnson  2006]   Depending  on  AOT,  θ0,   CRISM-­‐like   φ,  and  #  of  available   simulated   measurements   data  sets  
  • 37. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   37   ¡  Sensi9vity  study   §  Tes9ng  MARS-­‐ReCO  under  extreme  atmospheric  and   geometric  condi9ons   4  mineral  components   observed  by  the  Mars   Explora9on  Rovers   Reference  Hapke  BRDF   DISORT   model  [Johnson  2006]   Depending  on  AOT,  θ0,   CRISM-­‐like   φ,  and  #  of  available   simulated   measurements   data  sets   MARS-­‐ Retrieved  RTLS   ReCO   BRDF  model   inversion  
  • 38. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   38   ¡  Sensi9vity  study   §  Tes9ng  MARS-­‐ReCO  under  extreme  atmospheric  and   geometric  condi9ons   4  mineral  components   observed  by  the  Mars   Explora9on  Rovers   Reference  Hapke  BRDF   Reference  BRF   DISORT   model  [Johnson  2006]   Depending  on  AOT,  θ0,   CRISM-­‐like   ?   φ,  and  #  of  available   measurements   simulated   data  sets   MARS-­‐ Retrieved  RTLS   Retrieved  BRF   ReCO   BRDF  model   inversion  
  • 39. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   39   ¡  Sensi9vity  study  according  to…   Aerosol  op9cal  thickness   Sun  zenith  angle   Azimuthal  sampling   ¡  Unsa9sfactory  retrievals  for…   §  High  AOT,  for  dark  surfaces  especially   §  High  SZA  
  • 40. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   40   ¡  Sensi9vity  study  according  to…   Aerosol  op9cal  thickness   Sun  zenith  angle   Azimuthal  sampling   ¡  Unsa9sfactory  retrievals  for…   §  High  AOT,  for  dark  surfaces  especially   ϕ0=0º   §  High  SZA     §  Poor  azimuthal  sampling   Azimuthal  plane  
  • 41. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   41   ¡  Sensi9vity  study  according  to…   Aerosol  op9cal  thickness   Sun  zenith  angle   Azimuthal  sampling   ¡  Unsa9sfactory  retrievals  for…   180º   0º   §  High  AOT,  for  dark  surfaces  especially   §  High  SZA     §  Poor  azimuthal  sampling  
  • 42. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   42   ¡  Sensi9vity  study  according  to…   Aerosol  op9cal  thickness   Sun  zenith  angle   Azimuthal  sampling   ¡  Unsa9sfactory  retrievals  for…   150º   §  High  AOT,  for  dark  surfaces  especially   §  High  SZA     30º   §  Poor  azimuthal  sampling  
  • 43. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   43   ¡  Sensi9vity  study  according  to…   Aerosol  op9cal  thickness   Sun  zenith  angle   Azimuthal  sampling   120º   ¡  Unsa9sfactory  retrievals  for…   §  High  AOT,  for  dark  surfaces  especially   §  High  SZA     60º   §  Poor  azimuthal  sampling  
  • 44. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   44   ¡  Sensi9vity  study  according  to…   Aerosol  op9cal  thickness   Sun  zenith  angle   Azimuthal  sampling   90º   ¡  Unsa9sfactory  retrievals  for…   §  High  AOT,  for  dark  surfaces  especially   §  High  SZA     90º   §  Poor  azimuthal  sampling  
  • 45. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   45   Retrieval  configura9on   SZA=70º   AOT=1.0   ¡  Sensi9vity  study  according  to…   SZA=70º   ϕ={0º,180º}   Reference:   Retrieved:   ¡  Unsa9sfactory  retrievals  for…   §  High  AOT,  for  dark  surfaces  especially   §  High  SZA     §  Poor  azimuthal  sampling   Error:  
  • 46. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   46   Retrieval  configura9on   SZA=70º   AOT=1.0   ¡  Sensi9vity  study  according  to…   SZA=70º   ϕ={0º,180º}   Reference:   Retrieved:   ¡  Unsa9sfactory  retrievals  for…   §  High  AOT,  for  dark  surfaces  especially   §  High  SZA     §  Poor  azimuthal  sampling   Error:  
  • 47. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   47   Retrieval  configura9on   SZA=70º   AOT=1.0   ¡  Sensi9vity  study  according  to…   SZA=70º   ϕ={0º,180º}   Reference:   Retrieved:   ¡  Unsa9sfactory  retrievals  for…   §  High  AOT,  for  dark  surfaces  especially   §  High  SZA     §  Poor  azimuthal  sampling   Solu9on:  combina9on   Error:   of  mul9ple  CRISM   observa9ons  
  • 48. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   48   ¡  Hyperspectral  remote  sensing  of  Mars   ¡  Retrieval  of  atmospheric  opacity   ¡  Retrieval  of  surface  reflectance   ¡  Valida9on  on  the  Gusev  crater   ¡  Conclusions  and  perspec9ves  
  • 49. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   49   ¡  Valida9on  of  retrieved  surface  BRF1   §  Gusev  crater:  landing  site  of  MER-­‐A  “Spirit”   ▪  Surface  photometry  measured  at-­‐ground  by  PanCam2   Proposed  atmospheric   correc9on   PanCam  Hapke   CRISM   BRDF  model   observa%ons   AOT  retrieval   β-­‐method   ?   BRF  retrieval   MARS-­‐ReCO   CRISM  Hapke   BRDF  model   1:  [Fernando  et  al.  EPSC  2011],   2:  [Johnson  et  al.  JGR  2006]  
  • 50. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   50   ¡  Selec9on  of  4  CRISM  observa9ons   FRT3192! FRT553B! FRT8CE1! FRTCDA5! 3! 4! 2! 1!   ¡  Inversion:  
  • 51. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   51   ¡  Fusion  of  three  observa9ons   §  Higher  angular  sampling!   ¡  Photometric  regression  over  4  terrain  units  at  750  nm     Hapke  parameters  retrieved  from  CRISM  data  compared  with  PanCam   Meas.Param.   w   θ   b   c   CRISM   0.69-­‐0.72   18-­‐19   0.22-­‐0.25   0.46-­‐0.57   MARS-­‐ReCO   Spirit  “Soil”   0.69   11   0.24   0.48   [Johnson  2006]  
  • 52. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   52   ¡  Fusion  of  three  observa9ons   §  Higher  angular  sampling!   ¡  Photometric  regression  over  4  terrain  units  at  750  nm     Hapke  parameters  retrieved  from  CRISM  data  compared  with  PanCam   Parameters  ‘b’  and  ‘c’  compared  to  synthe9c  surfaces1   Meas.Param.   w   θ   b   c   CRISM   0.69-­‐0.72   18-­‐19   0.22-­‐0.25   0.46-­‐0.57   MARS-­‐ReCO   Spirit  “Soil”   0.69   11   0.24   0.48   [Johnson  2006]   CRISM  data   1:  [McGuire  et  al.  1995]  
  • 53. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   53   ¡  Fusion  of  three  observa9ons   §  Higher  angular  sampling!   ¡  Photometric  regression  over  4  terrain  units  at  750  nm     Hapke  parameters  retrieved  from  CRISM  data  compared  with  PanCam   Parameters  ‘b’  and  ‘c’  compared  to  synthe9c  surfaces1   Meas.Param.   w   θ   b   c   CRISM   0.69-­‐0.72   18-­‐19   0.22-­‐0.25   0.46-­‐0.57   MARS-­‐ReCO   Spirit  “Soil”   0.69   11   0.24   0.48   [Johnson  2006]   CRISM  data   Soil?   1:  [McGuire  et  al.  1995]  
  • 54. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   54   Soil!   Spirit  Rover  on  Husband  Hill  
  • 55. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   55   ¡  Hyperspectral  remote  sensing  of  Mars   ¡  Retrieval  of  atmospheric  opacity   ¡  Retrieval  of  surface  reflectance   ¡  Valida9on  on  the  Gusev  crater   ¡  Conclusions  and  perspec9ves  
  • 56. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   56   ¡  Robust  strategy  for  retrieval  of  AOT  and  BRDF!   §  Non-­‐Lamber9an  surface   §  Fast  and  accurate  because  of  atm.  Green’s  func9on   §  Retrieved  proper9es  agree  with  previous  studies   ▪  PanCam  data  [Johnson  et  al.  2006]  -­‐>  only  2  sites  on  Mars!   ▪  Larger  coverage  of  CRISM!   ¡  Remaining  issues:   §  Test  MARS-­‐ReCO  on  icy  surfaces   ▪  Challenging  scenario:  high  SZA,  CO2  ice  is  very  anisotropic,  …  
  • 57. Xavier  Ceamanos,  S.  Douté1,  A.  Lyapus9n2,  J.  Fernando3  and  P.  Pinet3   1  Ins%tut  de  Planétologie  et  d’Astrophysique  de  Grenoble,  France   2  NASA  Goddard  Space  Flight  Center,  USA   3  IRAP,  Toulouse,  France     IEEE  IGARSS  2011  –  July  29,  2011  
  • 58. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   58   ¡  LUT  genera9on   §  Basic  principles  as  MISR/MODIS  retrieval  algorithms   ▪  Efficient:  realis%c  variability  vs.  reasonable  size   §  Dense  geometric  and  AOT  grid   ▪  φ=[0º  :  3º  :  180º]   ▪  μ0=[0.15  :  0.02  :  0.97];  θ0=[14º  -­‐  81º]   ▪  μ=[0.34  :  0.02  :  1];  θ=[0º  -­‐  70º]   ▪  AOT=[0,  0.05,  0.1,  0.2,  0.33,  0.5,  0.75,  1.0,  1.4,  2,  2.8,  4]   ▪  Independent  on  the  surface!   §  ~50  MB  per  CRISM  spectral  band  
  • 59. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   59   ¡  Example  according  to  AOT   SZA=20º   SZA=45º   SZA=70º   Hapke   reference   BRF   AOT=3.0   SZA=30º   ϕ={0º,180º}   RTLS   retrieved   BRF   180º   0º   Error   between   Hapke  and   AOT=1.0   SZA=30º   RTLS   ϕ={0º,180º}  
  • 60. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   60   ¡  Sensi9vity  study  according  to…   Number  of  available  geometries   ¡  Unsa9sfactory  retrievals  for…   §  High  AOT,  for  dark  surfaces  especially   <  11  available  angular  measurements  !   §  High  SZA     §  Poor  azimuthal  sampling   §  3  or  less  available  samples  
  • 61. IEEE  IGARSS.  July  29  2011   Xavier  CEAMANOS  -­‐  IPAG  -­‐  xavier.ceamanos@obs.ujf-­‐grenoble.fr   61   ¡  Hapke  photometric  model  [Hapke  1993]   w:  single  scaiering  albedo   B:  opposi9on  effect   θ:  macroscopic  roughness   p:  phase  func9on   c:  backscaiering  frac9on   b:  asymmetry  parameter