DPZ - IIa Radiometrické základy

Transkript

1 DPZ - IIa Radiometrické základy Ing. Tomáš Dolanský

2 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..)

3 Základní části Subsystém sběru a přenosu dat Družice, řídící a datová centra Subsystém analýzy a interpretace dat Metody Lidské vnímání Software

4 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

5 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)

6 Další dělení Druh nosiče Model letadla, letadlo, balón, družice; pozemní systémy Část spektra Panchromatické, infračervené, tepelné, radarové Multispektrální, hyperspektrální Osa záběru Svislé, šikmé, boční Zorné pole Širokoúhlé, normální, s dlouhým ohniskem

7 Fyzikální podstata Objekty do svého okolí vydávají informace v podobě elektromagnetického záření Emitované Odražené Přístroje DPZ detekují el.-mag. vlny

8 Elektromagnetická vlna Definována: Vlnovou délkou (λ) vzdálenost mezi vlnami Frekvencí (ν) počet vln za časový interval

9 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

10 Elektromagnetické spektrum Proměnlivá vlnová délka od 10-7 po 10 9

11 Základní zákony záření Vlnová teorie x částicová teorie (fotony) c=. Q=h.c/ Q=h. h = Plancova konstanta c = rychlost světla Energie částice je nepřímo úměrná vlnové délce v dlouhých vlnách je nutné snímat větší část povrchu

12 Základní zákony záření Záření emituje každé těleso, jehož teplota je větší, než absolutní nula (-273,15 C) Stefan-Boltzmannův zákon energie je funkcí teploty Wiennův zákon intenzita záření M =.T 4 => Slunce září maximálně v oblasti viditelné části spektra max =c/t

13 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

14 Vlivy atmosféry Záření prochází atmosférou mění vlastnosti záření Intenzitu, spektrum.. Způsob ovlivňování Pohlcování Rozptyl (molekulární, aerosolový, neselektivní)

15 Složení atmosféry Suchý vzduch bez příměsí - směs molekul plynů (99 % O 2 a N 2 - jejich složení se nemění, mění se množství CO 2 a O 3 Vodní páry, kapky, ledové krystalky Znečišťující příměsi - aerosoly - určují dohlednost - jejich maximální koncentrace nízko nad zemí (60% do 1 km, 80 % do 5 km)

16 Rozptyl Molekulární (Rayleighův) Způsobují jej částice, které mají menší velikost než je vlnová délka záření Ovlivňuje především krátkovlnné záření Výsledkem je modrá barva oblohy, oranžová při západu Aerosolový Na vodních parách a prachu Neselektivní Velké částice, nezávislý na vlnové délce

17 Absorpce záření Ztráta energie v určité vlnové délce Fyzikální a chemické vlastnosti prvků a molekul v atmosféře dané atomovou stavbou prvku Hlavními plyny O 3, CO 2, H 2 O Části spektra, ve kterých není energie pohlcována se nazývají atmosférická okna

18 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

19 Absorpční okna Limitují DPZ nelze zkoumat celé spektrum

20 Vliv Zemského povrchu Dopadající záření je ovlivňováno objekty na Zemském povrchu Odraz Pohlcování Vedení

21 Odraz Podle drsnosti povrchu: Zrcadlový Difúzní Spektrální odrazivost Pro různé vlnové délky se stejný materiál chová různě

22 Charakteristiky částí spektra UV záření 0,1 0,4 mikrometru Výrazně pohlcováno atmosférou Možnost použití při detekci minerálů pomocí UV laserem

23 Charakteristiky částí spektra Viditelná část spektra Modrá ( nm), zelená ( nm), červená ( nm) Málo ovlivňováno atmosférou Výrazně ovlivňováno vlhkostí mraky, mlha Modrá může procházet čistou vodou

24 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

25 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

26 Charakteristiky částí spektra Tepelné IR záření 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

27 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

28 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

29 Rozlišení dat Spektrální rozlišení Počet spektrálních pásem Šířka spektrálních pásem Střední hodnota vlnové délky

30 Rozlišení dat Radiometrické rozlišení Počet rozlišitelných úrovní signálu v jednom pásu 1,4,8,10,12,16 bitová data

31 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

32 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