Karta předmětu prezenční studium

Transkript

1 Karta předmětu prezenční studium Název předmětu: Dálkový průzkum Země (DPZ) Číslo předmětu: Garantující institut: Garant předmětu: Institut geoinformatiky Ing. Tomáš Peňáz, Ph.D. Kredity: 5 Povinnost: povinný Úroveň studia: pregraduální Jazyk výuky: čeština Ročník: 3 Semestr: zimní Odkaz na web: Určeno pro fakulty: HGF Určeno pro typ studia: bakalářské Způsob zakončení: záp. + zk. Rozsah výuky: Prerekvizity: Korekvizity: Vyskytuje se v prerekvizitách: nemá nemá není Výstupy z učení - student prokazuje znalosti: základních pojmů spojených s metodou dálkového průzkumu Země, fyzikálních základů metody dálkového průzkumu Země, základů vizuální interpretace obrazových materiálů z DPZ, základních postupů pro vizualizaci a digitální zpracování obrazových materiálů z DPZ - student umí: používat vybrané programové vybavení pro zkoumání spektrálního chování materiálů, používat vybrané programové vybavení pro vizualizaci a základní metody digitálního zpracování obrazových materiálů z DPZ,

2 - student je schopen: popsat základní principy činnosti operačních systémů, používaných pro získávání obrazových materiálů v DPZ, a vysvětlit vlivy negativně ovlivňující vznik obrazu. obrazové materiály, získané metodou DPZ, transformovat podoby potřebné pro další zpracování (zejména digitalizací a konverzí do požadovaného souborového formátu). Metody výuky (zastoupení jednotlivých metod je třeba kvantifikovat v %) přednášky 35 % cvičení 35 % samostatná práce 30 % Anotace Předmět seznamuje posluchače se základními pojmy a fyzikálními principy, potřebnými pro pochopení metody dálkového průzkumu Země. Přináší přehled chování materiálů, které se podílejí na odrazu a emitování elektromagnetického záření nebo na odrazu mechanického vlnění. Důležitou součástí kurzu je vysvětlení vzniku a vlastností obrazových materiálů získaných metodou DPZ. Následuje přehled operačních systémů vč. základních principů tradičních fotogrammetrických kamer a obrazových radiometrů. Klíčovou součástí kurzu je vysvětlení interpretace obrazových materiálů z DPZ a dále přehled základních metod digitálního zpracování rastrového obrazu. Součástí praktické výuky je procvičování problematiky interpretace obrazových materiálů a digitálního zpracování dat v prostředí vhodného programového vybavení. Povinná literatura DOBROVOLNÝ P.: Dálkový průzkum Země. Digitální zpracování obrazu. PřF. MU Brno, HALOUNOVÁ L., PAVELKA K.: Dálkový průzkum Země. ČVUT Praha, 2005, ISBN PAVELKA K.: Dálkový průzkum Země 10. Operační systémy. ČVUT Praha, 2004, ISBN X PAVELKA K.: Zpracování obrazových záznamů DPZ. Skripta ČVUT Praha, Doporučená literatura LILLESAND T., KIEFER R.: Remote sensing and image interpretation. John Wiley & Sons, AVERY T.E., BERLIN G.L.: Fundamentals of remote sensing and airphoto interpretation (6 th Prentice Hall, 2003 Nároky na zabezpečení výuky Cvičení probíhá v počítačové učebně. Na počítačích je nainstalováno potřebné programové vybavení. Metody průběžné kontroly znalostí během semestru Získané znalosti jsou kontrolovány jednoduchými teoretickými testy, na základě nichž lze rozpoznat připravenost posluchačů k řešení praktických úkolů na cvičeních. Praktické znalosti a dovednosti jsou v průběhu semestru na cvičeních prověřovány formou samostatně zpracovávaných praktických úkolů. Ed.).

3 Osnova přednášek 1) Základní vymezení pojmu dálkový průzkum Země 2) Vybrané fyzikální pojmy používané v dálkovém průzkumu Země. Elektromagnetické záření, mechanické vlnění. Zdroje elektromagnetického záření a mechanického vlnění. 3) Interakce elektromagnetického záření s objekty na povrchu Země. Spektrální chování krajinných objektů. Obrazová spektrometrie. 4) Základní princip dálkového průzkum Země. Dálkový průzkum Země jako technologie. Nosiče přístrojové techniky. 5) Vznik analogového obrazu. Systémy pro získávání analogového obrazu. Filmové fotokomory. 6) Vznik digitálního rastrového obrazu. Systémy pro získávání digitálního rastrového obrazu. Digitální fotokomory, radiometry, spektroradiometry, radiometrické termokamery. 7) Geometrické zkreslení při získávání obrazu. 8) Přenosová funkce atmosféry. Rozptyl, pohlcování a odraz záření v atmosféře. Degradace obrazu vlivem atmosféry. 9) Vlastnosti obrazových materiálů získaných technologií dálkového průzkum Země. Snímek a obrazový záznam. 10) Přehled vybraných operačních systémů pro technologii dálkového průzkum Země. 11) Principy zpracování obrazových dat získaných technologií dálkového průzkum Země. 12) Interpretace obrazových materiálů získaných technologií dálkového průzkum Země. 13) Základy digitálního zpracování dat získaných technologií dálkového průzkum Země. Předzpracování, zvýraznění, klasifikace a geometrická transformace. 14) Dálkový průzkum Země v tepelném oboru elektromagnetického spektra. 15) Systémy pro radarové a laserové měření výšek. 16) Dálkový průzkum Země v mikrovlnném oboru elektromagnetického spektra. 17) Získávání dat o povrchu Země leteckým laserovým skenováním. 18) Využití mechanického vlnění při získávání dat v prostředí pod vodní hladinou, využití sonaru. Osnova cvičení 1) Úvodní cvičení 2) Zkoumání spektrálního chování krajinných objektů. Spektrální chování látek tvořících krajinné objekty. 3) Zkoumání vlivu atmosféry na průchod elektromagnetického záření 4) Vizualizace digitálního obrazu. Metadata a vlastnosti obrazových dat. Soubor, pásmo, pixel. Číselné kódy, datové typy. Profilové charakteristiky. Výpočet velikosti souboru obsahujícího digitální rastrový obraz z DPZ. 5) Základy digitálního zpracování obrazu vizualizace digitálního obrazu, techniky radiometrického zvýraznění. 6) Základy zpracování digitálního obrazu konverze souborových formátů, získání podobrazu, manipulace s vícerozměrným digitálním obrazem, pyramidové hladiny, komprese obrazových dat. 7) Základy zpracování digitálního obrazu rekonstrukce digitálního obrazu, odstranění systematického šumu.

4 8) Základy zpracování digitálního obrazu eliminace vlivu atmosféry. 9) Základy zpracování digitálního obrazu řízená klasifikace. 10) Základy zpracování digitálního obrazu neřízená klasifikace. Otázky ke zkoušce 1) Základní vymezení pojmu dálkový průzkum Země 2) Vybrané fyzikální pojmy používané v dálkovém průzkumu Země. 3) Porovnání elektromagnetického záření a mechanického vlnění. Zdroje elektromagnetického záření a mechanického vlnění. 4) Interakce elektromagnetického záření s objekty na povrchu Země. 5) Spektrální chování základních typů krajinných objektů (materiálů). 6) Obrazová spektrometrie. 7) Základní princip dálkového průzkum Země. Dálkový průzkum Země jako technologie. 8) Nosiče přístrojové techniky. 9) Analogový obraz. Systémy pro získávání analogového obrazu. Filmové fotokomory. 10) Digitální rastrový obraz. Systémy pro získávání digitálního rastrového obrazu. Digitální fotokomory, radiometry, spektroradiometry, radiometrické termokamery. 11) Geometrické zkreslení při získávání obrazu. 12) Radiometrické zkreslení při získávání obrazu. 13) Rozptyl záření v atmosféře. 14) Pohlcování záření v atmosféře. 15) Odraz záření v atmosféře. 16) Vlastnosti obrazových materiálů získaných technologií dálkového průzkum Země. 17) Porovnání snímku a digitálního obrazového záznamu. 18) Operační systémy pro technologii dálkového průzkum Země. 19) Principy zpracování obrazových dat získaných technologií dálkového průzkum Země. 20) Interpretace obrazových materiálů získaných technologií dálkového průzkum Země. 21) Základy digitálního zpracování dat získaných technologií dálkového průzkum Země. Předzpracování, zvýraznění, klasifikace a geometrická transformace. 22) DPZ v tepelném oboru elektromagnetického spektra princip a technické prostředky. 23) DPZ v tepelném oboru elektromagnetického spektra - aplikace 24) Systémy pro radarové a laserové měření výšek. 25) DPZ v mikrovlnném oboru elektromagnetického spektra - SAR. 26) DPZ v mikrovlnném oboru elektromagnetického spektra - SLAR. 27) Získávání dat o povrchu Země leteckým laserovým skenováním. 28) Princip sonaru.

5 Podmínky absolvování předmětu Název úlohy Typ úlohy Max. počet bodů (akt. za podúlohy) Min. počet bodů Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51 Zápočet Zápočet 33 (33) 17 Projekt Projekt 13 6 Písemka Písemka 13 6 Účast Účast 7 5 Zkouška Zkouška 67 (67) 34 Písemná zkouška Písemná zkouška Ústní zkouška Ústní zkouška 27 0 Údaje o předmětu v cizím jazyce Annotation The course introduces the basic concepts and physical principles required for understanding of the method of remote sensing. It provides an overview of behaviour of materials that contribute to the reflection and emitting electromagnetic radiation or reflections of mechanical waves. An important part of the course is to explain the formation and properties of visual material obtained by DPZ methodology. See below the overview of operating systems including basic principles of traditional photogrammetric cameras and visual radiometers. A key part of the course is to explain the interpretation of visual materials from DPZ and the survey of the basic methods of digital raster image processing. The practical teaching includes practicing the issue of interpretations of visual materials and digital data processing in an environment of appropriate software. Outline of lectures 1) The definition of remote sensing 2) Selected physical concepts used in remote sensing. Electromagnetic radiation, mechanical waves. A source of electromagnetic radiation and mechanical waves. 3) The interaction of electromagnetic radiation with objects on the Earth's surface. The spectral behavior of landscape objects. Visual spectrometry. 4) The basic principle of remote sensing. Remote sensing as a technology. Carriers of instrumentation. 5) The emergence of analog image. Systems for obtaining analog image. Film darkrooms. 6) The emergence of digital raster image. Systems for acquiring digital raster image. Digital darkrooms, radiometers, spectro-radiometers, radiometric thermal imagers. 7) Geometric distortion during image acquisition. 8) The transfer function of the atmosphere. Scattering, absorption and reflection of radiation in the atmosphere. Image degradation due to the atmosphere. 9) Properties of visual materials obtained through the remote sensing technology. Image and video recording.

6 10) Overview of selected operating systems for remote sensing technology. 11) Principles of image data obtained by remote sensing technology. 12) Interpretation of visual materials obtained through the remote sensing technology. 13) Basics of digital data processing obtaining through the remote sensing technology. Preprocessing, enhancement, classification and geometric transformations. 14) Remote sensing in the thermal field of the electromagnetic spectrum. 15) Systems for radar and laser altimetry. 16) Remote sensing in the microwave field of the electromagnetic spectrum. 17) Obtaining data on the Earth's surface through the air laser scanning. 18) Use of mechanical waves in obtaining data in the environment beneath the water surface, use of sonar. Outline of exercises 1) Introductory Exercise 2) Investigation of spectral behaviour of landscape objects. The spectral behavior of substances forming the landscape objects. 3) Investigating the influence of the atmosphere on the passage of electromagnetic radiation 4) Visualization of digital images. Metadata and properties of visual data. File, band, pixel. Numerical codes, data types. Profile characteristics. Calculating the size of the file containing digital raster image from DPZ. 5) Basics of digital image processing - digital image visualization, radiometric enhancement techniques. 6) Fundamentals of digital image processing - file format conversion, acquisition of sub-picture, handling multidimensional digital image, pyramid levels, image data compression. 7) Basics of digital image processing - digital image reconstruction, removal of systematic noise. 8) Fundamentals of digital image processing - eliminating the influence of the atmosphere. 9) Fundamentals of digital image processing - supervised classification. 10) Fundamentals of digital image processing - unsupervised classification Exam question topics 1) The basic definition of the concept of remote sensing 2) Selected physical concepts used in remote sensing. 3) Comparison of electromagnetic radiation and mechanical waves. Sources of electromagnetic radiation and mechanical waves. 4) The interaction of electromagnetic radiation with objects on the Earth's surface. 5) Spectral behaviour of basic types of landscape objects (materials). 6) Image spectrometry. 7) Basic principles of remote sensing. Remote sensing as a technology. 8) Instrumentation carriers. 9) Analogue image. Systems for analogue image acquisition. Film darkroom.

7 10) Digital raster image. Systems for obtaining digital raster image. Digital darkrooms, radiometers, spectro-radiometers, radiometric thermal imagers. 11) Geometric distortion at obtaining image. 12) Radiometric distortion during image obtaining. 13) The scattering of radiation in the atmosphere. 14) The absorption of radiation in the atmosphere. 15) The reflection of radiation in the atmosphere. 16) Properties of visual materials obtained through the remote sensing technology. 17) A comparison of image and digital image recording. 18) Operating systems for remote sensing technology. 19) Principles of processing image data obtained by remote sensing technology. 20) Interpretation of visual materials obtained through the remote sensing technology. 21) Introduction of digital processing of data obtained through the remote sensing technology. Pre-processing, enhancement, classification and geometric transformations. 22) DPZ in the thermal field of electromagnetic spectrum - the principle and technical resources. 23) DPZ in the thermal field of electromagnetic spectrum - applications 24) Systems for radar and laser altimetry. 25) DPZ in the microwave field of the electromagnetic spectrum - SAR. 26) DPZ in the microwave field of the electromagnetic spectrum - SLAR. 27) Obtaining data on the Earth's surface via air laser scanning. 28) The principle of sonar.