DPZ - IIa
Radiometrické základy Ing. Tomáš Dolanský
Definice DPZ ●
DPZ = dálkový průzkum Země ● ● ●
●
Remote Sensing (Angl.) Fernerkundung (Něm.) Teledetection (Fr.)
Informace o objektu získává bezkontaktním měřením vlastností daného objektu. ● ●
Informace prostorová (poloha, tvar a velikost) Informace tématická (druh, časová změna, barva ..)
Základní části ●
Subsystém sběru a přenosu dat ●
●
Družice, řídící a datová centra
Subsystém analýzy a interpretace dat ● ● ●
Metody Lidské vnímání Software
Rozdělení metod ●
Konvenční ● ● ●
●
Fotografické snímky s centrální projekcí Úzký spektrální pás Analogová primární data
Nekonvenční ● ● ●
Řádkování obrazu pomocí radiometru (skeneru) Širší spektrální interval Digitální primární data
Rozdělení metod ●
Pasivní ● ●
●
Přímé – využívá odrazu slunečního záření (fotografie) Nepřímé – využívá emisi vlastního objektu (termovize)
Aktivní ●
Záření je uměle vysíláno ze zdroje umístěného na nosiči spolu s přijímačem (radar, lidar)
Další dělení ●
Druh nosiče ●
●
Část spektra ● ●
●
Panchromatické, infračervené, tepelné, radarové Multispektrální, hyperspektrální
Osa záběru ●
●
Model letadla, letadlo, balón, družice; pozemní systémy
Svislé, šikmé, boční
Zorné pole ●
Širokoúhlé, normální, s dlouhým ohniskem
Fyzikální podstata ●
Objekty do svého okolí vydávají informace v podobě elektromagnetického záření ● ●
●
Emitované Odražené
Přístroje DPZ detekují el.-mag. vlny
Elektromagnetická vlna ●
Definována: ● ●
Vlnovou délkou (λ) – vzdálenost mezi vlnami Frekvencí (ν) – počet vln za časový interval
Nositel informace Elektromagnetické záření ● vlnová délka λ = c.T, kde c je rychlost světla – T je doba jedné periody Elektromagnetická vlna nese energii rovnou intenzitě záření M = H.E H je intenzita magnetického pole záření E je intenzita elektrického pole záření –
Elektromagnetické spektrum ●
Proměnlivá vlnová délka od 10-7 po 109
Základní zákony záření ●
Vlnová teorie x částicová teorie (fotony) c= .
Q=h . Q=h.c /
● ●
●
h = Plancova konstanta c = rychlost světla
Energie částice je nepřímo úměrná vlnové délce – v dlouhých vlnách je nutné snímat větší část povrchu
Základní zákony záření ●
●
● ●
Záření emituje každé těleso, jehož teplota je větší, než absolutní nula (-273,15°C) Stefan-Boltzmannův zákon – energie je funkcí teploty 4 Wiennův zákon – intenzita záření M = . T => Slunce září maximálně v oblasti viditelné části spektra max =c /T
Absolutně černé těleso ● ● ●
Zákony platí pro absolutně černé těleso Reálné objekty vyzařují vždy méně energie Kirkhofův zákon – definuje emisivitu jako poměr intenzity záření reálného a abs. černého tělesa
Vlivy atmosféry ●
Záření prochází atmosférou – mění vlastnosti záření ●
●
Intenzitu, spektrum ..
Způsob ovlivňování ● ●
Pohlcování Rozptyl (molekulární, aerosolový, neselektivní)
Složení atmosféry ●
● ●
Suchý vzduch bez příměsí - směs molekul plynů (99 % O2 a N2 - jejich složení se nemění, mění se množství CO2 a O3 Vodní páry, kapky, ledové krystalky Znečišťující příměsi - aerosoly - určují dohlednost - jejich maximální koncentrace nízko nad zemí (60% do 1 km, 80 % do 5 km)
Rozptyl ●
Molekulární (Rayleighův) ●
● ●
●
Aerosolový ●
●
Způsobují jej částice, které mají menší velikost než je vlnová délka záření Ovlivňuje především krátkovlnné záření Výsledkem je modrá barva oblohy, oranžová při západu Na vodních parách a prachu
Neselektivní ●
Velké částice, nezávislý na vlnové délce
Absorpce záření ● ●
● ●
Ztráta energie v určité vlnové délce Fyzikální a chemické vlastnosti prvků a molekul v atmosféře – dané atomovou stavbou prvku Hlavními plyny – O3, CO2, H2O Části spektra, ve kterých není energie pohlcována se nazývají atmosférická okna
Absorpce záření ●
●
Zmenšení intenzity dopadajícího záření a zároveň zvětšení vnitřní energie částic Absorpce je různá pro různé vlnové délky velká absorpce = absorpční pásy, kde se neměří, měří se v absorpčních oknech
Absorpční okna ●
Limitují DPZ – nelze zkoumat celé spektrum
Vliv Zemského povrchu ●
Dopadající záření je ovlivňováno objekty na Zemském povrchu ● ● ●
Odraz Pohlcování Vedení
Odraz ●
Podle drsnosti povrchu: ● ●
●
Zrcadlový Difúzní
Spektrální odrazivost ●
Pro různé vlnové délky se stejný materiál chová různě
Charakteristiky částí spektra ●
UV záření ● ● ●
0,1 – 0,4 mikrometru Výrazně pohlcováno atmosférou Možnost použití při detekci minerálů – pomocí UV laserem
Charakteristiky částí spektra ●
Viditelná část spektra ●
● ● ●
Modrá (400 – 500 nm), zelená (500-600 nm), červená (600-700 nm) Málo ovlivňováno atmosférou Výrazně ovlivňováno vlhkostí – mraky, mlha Modrá může procházet čistou vodou
Charakteristiky částí spektra ●
Blízké infračervené záření ● ● ●
●
0,7 – 1,4 mikrometrů Podobné vlastnosti jako viditelná část Méně rozptylováno atmosférou – větší kontrast snímků Voda se chová téměř jako absolutně černé těleso
Charakteristiky částí spektra ●
Střední infračervené záření ● ● ●
1,4 – 3 mikrometry Atmosférická okna kolem 1,5 a 2,2 mikrometrů Slouží k detekci zdravotního stavu vegetace, studiu minerálů
Charakteristiky částí spektra ●
Tepelné IR záření ● ● ● ●
● ●
3 – 1000 mikrometrů Atmosférická okna v oblastech 3-5 a 8-12 mikrometrů Intenzita emitovaného záření převažuje Ke zjišťování povrchové teploty oceánů, tepelné znečištění řek a krajiny Detekce lesních požárů, sopečné aktivity Snímkování lze provádět i v noci
Charakteristiky částí spektra ●
Mikrovlnné záření ● ● ●
●
1mm – 1m Zpravidla aktivní systémy – radary Záření není závislé na počasí, může i pronikat pod povrch Pro studium meteorologických jevů, reliéfu terénu
Rozlišení dat ●
Prostorové rozlišení ● ●
●
Definováno nejmenší plochou, která lze zaznamenat Ovlivněno především IFOV (Instantaneous Field of View) – okamžitý úhel záběru Není konstantní v celém záznamu
Rozlišení dat ●
Spektrální rozlišení ● ● ●
Počet spektrálních pásem Šířka spektrálních pásem Střední hodnota vlnové délky
Rozlišení dat ●
Radiometrické rozlišení ● ●
Počet rozlišitelných úrovní signálu v jednom pásu 1,4,8,10,12,16 – bitová data
Rozlišení dat ●
Časové rozlišení ● ● ●
●
Interval mezi jednotlivými snímky stejného území Geostacionární po 30 minutách U ostatních lze zkrátit dobu pomocí natáčení senzorů do stran – obtížnější komparování Slouží zejména pro dynamické jevy
Rozlišení dat ●
Polarizační rozlišení –
– –
Je udána počtem kombinací různých možností polarizace u vysílaného a přijímaného elektromagnetického záření pouze u radarů praktické možnosti - polarizace horizontální (H) a vertikální (V): HH,VV,HV,VH = 4 kombinace možností
