Teledetekcja – dział nauk technicznych zajmujący się przetwarzaniem wiarygodnych informacji o obiektach i ich otoczeniu drogą rejestracji, pomiaru i interpretacji obrazów i ich interpretacji cyfrowych pozyskiwanych dzięki sensorom nie będącym w bezpośrednim kontakcie z tymi obiektami.
Sensor – urządzenie przeznaczone do wykrywania i pomiaru energii elektromagnetycznej lub innej przedstawiające ja w różnych formach zapisu.
Promieniowanie elektromagnetyczne Þ opis falowy.
Fala elektromagnetyczna – spójna zmiana pola elektrycznego i magnetycznego rozchodząca się w czasie i przestrzeni.
C=l*V
Liczba falowa 1/V
Promieniowanie elektromagnetyczne – opis fotonowy: strumień cząstek – fotonów pozbawionych masy spoczynkowej, ale niosących określoną energię E (J)
E=h*V gdzie V- częstotliwość; h- stała Plancka (6,626*10-34Js)
W wyniku oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego na dowolny ośrodek, energia tego promieniowania może być odbita, przepuszczona, emitowana, absorbowana, rozproszona.
Odbicie – wysyłanie promieniowania na granicy ośrodków, zmienia kierunek rozchodzenia się fal.
Przepuszczanie – promieniowanie przechodzi przez obiekt lub ośrodek, na który pada.
Absorpcja – wysyłane promieniowanie jest całkowicie lub częściowo pochłaniane i przekształcone w inną formę energii.
Odbicie lustrzane Þ asfalt
Odbicie dyfuzywne Þ drzewo
W temp. > 0°K wszystkie ciała emitują promieniowanie elektromagnetyczne. Natężenie tego promieniowania jest funkcją temp. powierzchni emitowanego ciała, zdolności emisyjnej, długości fali promieniowania.
Pojęcie ciała doskonale czarnego – prawo Stefana i Boltzmana (określa zależność całkowitego natężenia promieniowania ciała doskonale czarnego i temp. bezwzględnej tego ciała) – pojęcie ciała szarego.
Natężenie promieniowania ciała doskonale szarego I(T)=esT4
e- współczynnik emisyjności; s- stała Stefana; T- temp. w skali bezwzględnej
Współczynnik emisyjności: e=I(T)/Ib(T)
Prawo przesunięć Wiena:
lmax*T=const; lmax- dł. Fali emitowanej o max natężeniu, T –temp. w K, const- stała wyznaczona doświadczalnie = 0,28978 cmK
Sensory (klasyfikacja):
Aktywne
SkanująceÞNieskanująceÞObrazująceÞNieobrazujące
Pasywne
- Lotnicza (aerofotogrametria)
- naziemna (terrofotogrametria)
Rzut środkowy - obiekt rzutowany jest z jednego punktu na płaszczyznę. Głównie stosowany stożek kamery pomiarowej to f=153 mm (szerokokątny).
Zdjęcia lotnicze mogą być: pionowe; prawie pionowe; nachylone; ukośne
Relacje między skalą zdjęcia a skalą opracowania:
1:500 1:3500-1:5500
1:1000 1:5500-1:8000
1:10000 1:19000-1:28000
1:250000 1:30000-1:45000
Skala zdjęcia: Mz=Ck/hg=s/s’
Wysokość lotu nad terenem: hg=Ck*mz=s/s’*Ck
Pokrycie podłużne: p%=s-b/s’*100
Pokrycie poprzeczne: q%=s-a/s*100
Mianownik skali zdjęcia: mz=s/s’=hg/Ck
Powierzchnia objęta jednym zdj.: Fg=s2=s’2*mz2
Odległość terenowa: s=s’*mz=hg/Ck*s’
Zdjęcia w teledetekcji.
Sensory fotograficzne w teledetekcji to filmy o sensybilizacji:
1. (Ortochromatycznej, Ortopanchromatycznej, Superpanchromatycznej , Panchromatycznej podczerwonej)czarno - białe
2. (Barwnej, Barwnej podczerwonej)
w/w sensory różnią się światłoczułością
0,55mm (barwa żółta) – oko ludzkie najbardziej uczulone siatkówka oka ludzkiego odbiera pierwotne wrażenia w trzech zakresach barwpodstawowych.
Barwy możemy otrzymać:
- Metodą addytywną (składanie kolorów)
- Metodą subtraktywną (odejmowanie barw)
Równania otrzymywania barw:
- Cyan Magenta Yellow Kontrast (CMYK)
- Red Green Blue (RGB)
CMYK Þ Yellow = Green + Red = White – Blue
Magenta = Blue + Red = White – Green
Cyan = Blue + Green = White – Red
RGB Þ Blue = Magenta + Cyan = White – Yellow
Green = Yellow + Cyan = White – Magenta
Red = Yellow + Magenta = White – Cyan
Magenta Þ purpurowa
Cyan Þ niebiesko – zielony
KontrastÞczarny
Fotografia w teledetekcji – filmy i spektostrefowe.
1826-1827 pierwsza zachowana fotografia – Nicephore Niepce – widok z okna w Le Gras
1835- W.H.F. Talbot – okratowane okno – negatyw
1839 – L.J.M. Daguuerre - widok Bauleward du Temple
ok. 1850 – 1860 – pierwsze zdjęcia stereoskopowe
1860 – USA Boston zdjęcia z balonu na uwięzi
1897 – A. Nobel – zdjęcie z rakiety na wysokości 100m
1903 – pierwsze zdjęcie lotnicze z kamery doczepionej do gołębia
1904 – zdjęcie rakietowe z wysokości 600m
1909 – pierwsze zdjęcie lotnicze W. Wright (USA)
1950 – zdjęcie z rakiety V2 (USA)
Możliwości interpretacyjne techniki wielospektralnej bazującej wyłącznie na różnicy fotonów bez korzystania z innych cech demaskujących można teoretycznie ocenić przez liczbę (Kmax) obiektów możliwych do zinterpretowania:
Kmax=nj n- liczba stopni szarości negatywu dających się w sposób powtarzalny wyróżnić podczas opracowania; j liczba kanałów spektralnych użytych do rejestracji.
Piksel – (w terenie lub na powierzchni obrazu) – elementarna powierzchnia objęta chwilowymi polami widzenia detektora.
Detektor – sensor – urządzenie służące do wykrywania, mierzenia i rejestracji promieniowania elektromagnetycznego.
Piksel charakteryzuje się rozmiarem De i Dhoraz wielkością tzw. odpowiedzi spektralnej (st. Szarości, intensywności, sygnał, gęstość obrazu). Najbardziej popularnym zakresem wartości pikseli jest 0-255, znacznie przekraczającym zdolność oka.
Systemy teledetekcyjne wykorzystują informacje o środowisku rejestrowane w postaci : obrazów; zapisu numerycznego; zapisu wielkości elektrycznych.
Informacja ta jest uzależniona od niżej wymienionych parametrów:
R=f(x,y,z, l,e,s,t,f,j) gdzie:
x,y,z - współrzędne położenia rejestrowanego promieniowania odbitego lub emitowanego
l- długość fali promieniowania elektromag wykorzystanego w detekcji; s – czułość detektora użytego do rejestracji promieniowania; t – współczynnik rozkładu przepuszczalności filtrów; j - rozkład odbić lub emisji cechujących rejestratory lub ośrodek.
Schematyczne ujęcie procesu formowania, wykrywania i zapisu obrazów:
ene. prom. objektu F(x, y) →h → ene. prom. obrazu l1(x, y)→s→n(x, y)→Ld+n=L
Kwantowanie – zastąpienie opisu ciągłego przebiegu danej wielkości opisem nieciągłym za pomocą tylko niektórych z tych wartości, które występują w opisie ciągłym.
Jakość obrazu - kontrast i modulacja – funkcja przenoszenia układu optycznego OTF i funkcja przenoszenia modulacji MTF Þ miary jakości obrazu optycznego określające stosunek sygnału wyjściowego do sygnału wejściowego ukł. W F. Częstotliwości.
Obrazy rejestrowane fotoelektronicznie w postaci sygnału elektrycznego łatwo można doprowadzić do postaci cyfrowej, gdyż sygnał ten ma postać, którą można próbkować i kwantować. Do próbkowania i kwantowania wykorzystuje się zasadę mikrodensytometru.
Skanery : termalne (lub działające w podczerwieni) lub liniowe (IRLS) oraz wielospektralne.
Skaner:
I generacji – piksel za pikselem Þ s. optyczno – mechaniczny
II generacji – linijka za linijką Þ s. elektrooptyczny z linijką detektorów
III generacji – matryce CCD
Błędy w zapisie obrazu: obrót, pochylenie, skręt.
Skanery:
- optyczno – mech
o wielospektralny skaner MSS
o skaner Thematic Mapper
- elektrooptyczne
o skaner HRV (SPOT)
o kamery CCD
- lotnicze
o s. wielospektralny, termalny
o termalny skaner wielospektralny
- systemy telewizyjne
o kamera TBV satelity LANDSAT
o kamera termowizyjna
- radiometry mikrofalowe
o systemy radarowe SLAR i SAR
o radiolokator obrazory SIR
Cechy zobrazowań satelitarnych.
Rozdzielczość radiometryczna – opisuje zasięg oraz dającą się wyróżnić liczbę określającą dyskretne wartości jakości, alternatywnie określone jako zasięg dynamiczny lub stosunek sygnału do szumu. Często zapisywana jest za pomocą zapisu dwójkowego – stąd ośmiobitowa rozdzielczość radiometryczna na 256 poziomów jakości.
Rozdzielczość przestrzenna jest określana wymiarem piksela w terenie ( w metrach).
Pozyskiwanie niefotograficznych danych teledetekcyjnych w zakresie mikrofal.
Zakres widma magnetycznego Þ 1mm – 1m
Bardzo często używane pasmo – rzędu 23 cm
Krótka antena Þ szeroki kąt
Długa antena Þ wąski kąt
PASMO:
Ka, K, Ku Þ krótkie promieniowanie nie używane dzisiej
X Þ stosowane przez wojsko
C Þ stosowane w wahadłowcach amerykańskich
L Þ stosowane przez: Amerykanów i Japończyków – IERS-1
P Þ najdłuższe promieniowanie dochodzące do 1m
Moc fali odbitej zależy od właściwości transmitowanego pole elektromagnetycznego i właściwości napromieniowanego obiektu.
Parametry źródła i odbiornika radaru to: długość fali, polaryzacja, kierunek.
Parametry powietrza: właściwości dielektryczne i przewodnictwa, chropowatość powierzchni w jednostkach długości fali, rezonanse fizyczne, nachylenie powierzchni, wpływy podpowierzchniowe, powierzchnie rozpraszania.
Współczesne radary są monochromatyczne tj. wykorzystują jedynie poj. dł. Fali o niezwykłej selektywności spektralnej.
Kierunek sygnału zależy od położenia oglądanego obiektu w stosunku do radaru. Unika się kierunku pionowego, gdyż względy geometryczne powodują trudności w rozpoznawaniu odległości terenowych pozyskiwanych z prawie pionowych odległości określanych na podstawie pomiaru czasu. Unika się również kątów padania prawie poziomych ze względu na powstawanie dużego zaciemnienia.
Odnosi się do wektorowego pola elektrycznego transmitowanych i odbieranych kształtów fali. Kiedy elektryczne pole wektorowe jest równoległe do powierzchni ziemi to jest nazywane spolaryzowanym horyzontalnie HH, zaś kiedy jest pionowe to jest VV. Czoło fali z kombinacja tych dwóch orientacji będzie spolaryzowane eliptycznie lub kołowo.
Stosowanie którejkolwiek polaryzacji do transmisji promieniowania może przy odbiorze energii od terenu powodować pewne skręcenia.
Dla pozyskania informacji w rejonie mikrofal (1mm do 1m) stosuje się systemy pasywne i aktywne. W systemach pasywnych ten zakres długości fal obejmuje promieniowanie o mniejszym natężeniu i wykrywane za pomocą sensorów mikrofalowych.
Urządzenia do pomiaru natężenia promieniowania elektromagnetycznego (zasięg spektralny 0,3-1,4mm) jest zazwyczaj sensorem nieobrazującym (zasięg spektralny: fale milimetrowe).
Radiometr nie podaje bezpośrednio prawdziwej temperatury – rejestruje jedynie poziomy wysyłanego promieniowania, które należy zredukować i odnieść do temperatur terenowych.
Radiometry pozwalają określić temp. z dokładnością do 1K.
W radiometrach mikrofalowych (system pasywny) pracujących na falach mm stosuje się anteny paraboliczne Þ służą do pomiaru mocy promieniowania o małym natężeniu Þ stosuje się je między innymi do: badania środowiska, wykrywania i określania położenia obiektów naziemnych, nawodnych, powietrznych i kosmicznych. Obiekt naziemny można wykryć gdy jego temperatura różni się od tła przynajmniej o 1,75K.
Radar – urządzenie do wykrywania i określania położenia lub parametrów ruchu obiektów, które wykazują zdolności odbijania fal Elektromagnetycznych. Jest systemem aktywnym wykorzystującym energię EM fal dłuższych, która może przeni8kać przez mgłę i chmury. Istnieją dwie metody obrazowania:
- PPI – z obracającą się anteną nadawczo – odbiorczą
- SLAR lub SAR – stosowane do teledetekcji lotniczej
SLAR – pulsacja dużej energii mikrofalowej jest emitowana w odstępach mniejszych niż mikrosekundowe (10-6sek.)
Ro=(c*t)/2 Þ c- prędkość światła; t –czas
Ra=RÆ Þ Ra – odległość do danego pkt. A; R – iloczyn odległości; Æ - wiązka – średnica.
Æ=l/l Þ l - długość fali; Æ - wiązka; l – długość anteny.
Rejestracja cyfrowa lub analogowa – skala bardzo mała (1:100000 do 1:250000)
SAR – wykorzystuje efekt Dopplera, który jest wywołany przy typowej częstotliwości modulacji sygnałów i daje możliwość określenia kierunków do źródła odbitego promieniowania, wykorzystując do tego spójne łączenie kolejno odbieranych impulsów. Dzięki temu, że antena rzeczywista w trakcie nadawania i odbierania impulsów jest przenoszona przez samolot lub satelitę ,jest ono słusznie wydłużona, co jest powodem zwiększenia rozdzielczości azymutralnej, gdyż w miejscu szer, wiązki rzeczywistej powstaje bardzo różna efektywna z anteny syntetyzowanej.
Na system składają się dwa segmenty: (latający) i naziemny.
Segment pokładowy:
- Dalmierz laserowy
- System pozycjonowania GPS
- Inercjalny system INS
- Kamera wideo
- Blok rejestracji danych
- System planowania lotem
System naziemny:
- Referencyjna stacja GPS
- Stacja robocza do obróbki i przetwarzania danych pomiarowych i generowania wynikowego DTM Þ Numeryczny Model Terenu (w trybie off-line)
Przykłady stosowania: oceanografia, niebezpieczne zagrożenia, geomorfologia, hydrologia, glacjologia, wulkanologia, tektonika, ekologia, sejsmologia, klimatologia, geodynamika.
ERS-1 SAR Þ 17.07.1991
Częstotliwość – kanał C; Polaryzacja – VV; Wielkość anteny – 10m x 1m
Pochylenie – 23°; Zasięg 100 km
Rozdzielczość terenowa –30m(azymutalna) 26,3m(poprzeczny)
Wysokość orbity –785 km; Czas obiegu – 100 min; Czas powrotu – 35 dni.
Wiązka wychylenia –10°-48°; Orbita –798 km; Czas obiegu –100 min
...
Nari.shma