Odrazivost/emisivita je charakteristickým rysem dané látky. Znalost těchto odrazivostí umožňuje určit, o jakou látku se jedná = princip DPZ

Transkript

1 1

2 Intenzita odraženého/emitovaného záření závislá na: elmgn. vlastnostech látek ty jsou závislé na druhu látky, jeho fyzikálním stavu a na stavu okolí Odrazivost/emisivita je charakteristickým rysem dané látky Znalost těchto odrazivostí umožňuje určit, o jakou látku se jedná = princip DPZ 2

3 Jednotlivé látky jsou charakterizovány: Druhovými parametry = udávají příslušnost k nějaké třídě (druhu, tj. do lesních ploch, polí s kukuřicí apod.) Stavovými parametry = udávají stav měřené látky (vlhkost, příměs, teplota, ) 3

4 Zářivé vlastnosti popisuje spektrální charakteristika = průběh závislosti odrazivosti/emisivity na vlnové délce Vlastnosti jsou měřeny v laboratořích i v terénu Ze znalosti spektrálních charakteristik lze zjistit nejvhodnější spektrální pásmo pro měření Nekonečné množství spektrálních charakteristik pro různé druhy a jejich stavy 4

5 4 základní spektrální charakteristiky 1-voda 2-vegetace 3-suchá půda 4-vlhká půda

6 6

7 Spektrální charakteristika vody a vegetace ve viditelné části spektra 7

8 Spektrální charakteristiky závisejí i na ročním období typická je vegetace charakteristický rys pro rozpoznání 8

9 Vegetační povrch Důležitý typ pevného povrchu, není v poušti, na pólech Travní porost, zemědělské plodiny, lesní porosty Předmět zkoumání = rostlinná společenstva Spektrální projev vliv jednotlivých částí rostlin převážně listů 9

10 Spektrální vlastnosti listů jsou dány vlastnostmi: buněčné tekutiny celulózy tuků ligninu proteinů cukrů a oleje 10

11 Neexistuje dostatečně přesný model listu zjišťuje se experimentálně 11

12 3 oblasti spektrální odrazivosti vegetace v V a IR záření I oblast pigmentační absorpce 0,4 0, 6 µm II oblast vysoké odrazivosti nebo buněčné struktury III. oblast vodní absorpce 1.3 3µm 12

13 Ve V oblasti spektrální charakteristika je ovlivňována pigmentačními látkami: chlorofyl pohlcuje v modrém (0,45 µm) a červeném pásmu (0,65 µm maximum odrazivosti v zeleném pásmu Odražené záření málo intenzivní významná absorpce Karoten, xanthofyl žluté barvivo absorpční pásmo v modré 13

14 Chlorofyl absorbuje také na vlnové délce modrého světla obtížné odlišit tato 2 barviva Anthokyan červené barvivo Stárnutí rostlin úbytek chlorofylu, vliv karotenu a xantofylu žluté zbarvení látek 14

15 Množství chlorofylu ovlivňuje odrazivost především ve viditelné části spektra Nárůst chlorofylu prohloubení absorpčního pásu 0.68 µm Posun maxim do větších vlnových délek Snížení maxima odrazivosti v zelené barvě (cca 0.55 µm) 15

16 Pohltivost listů mladé kukuřice na 0.54 µm: je 50 60% dospělé kukuřice na 0.54 µm: je až 80% Přesná poloha začátku nárůstu odrazivosti v blízkém IR odpovídá množství chlorofylu Množství chlorofylu upravuje množství N v půdě a následně v rostlině Konec /G 16

17 Odrazivost v blízkém IR pásmu ( µm) dána: 1. morfologickou strukturou listu 2. nízkou pohltivostí buněk Celulosa (=stavební látka) má index lomu 1.4, odrazivost asi 6% Skutečná odrazivost však je mnohem vyšší neboť v listu dochází k několikanásobnému odrazu 17

18 Spektrální odrazivost v oblasti vodní absorpce Výrazné absorpční pásy vody µm, 1.9 µm, 2.7 µm 2.7 µm = hlavní vibrační absorpční pás vody, je tvořen dvěma vibračními pásy 2.66 µm a 2,73 µm 6,27 µm další absorpční vibrační pás vody 0.96 µm a 1.1 µm vedlejší absorpční vibrační pásy vody jejich vliv se projeví u odrazivosti horní vrstvy listů 18

19 Vegetační indexy: Číselně vyjadřují nárůst odrazivosti z absorpčního pásu v červené barvě (R ) do oblasti vysoké odrazivosti v NIR rozdílový VI (NIR) DVI = NIR - R - normovaný VI = NDVI: NDVI=(NIR - R )/(NIR + R ) 19

20 Pásmo vlnových délek větších než 3 µm: odrazivost klesá pod 5% pro velké úhly dopadu (60 ) a pod 3% pro úhly kolem 20 v důsledku vysoké pohltivosti roste emisivita na 0,

21 Vztah mezi teplotou listu T, emisivitou a intenzitou vyzařování je možné použít pro určení teploty listu, pokud je známa emisivita (Stefan-Boltzmannův zákon) Při stejné emisivitě se liší teplota rostlin: fazole cca 30 a cukrovka 25 pro stejnou M 21

22 Mikrovlnné záření (MW): Nižší frekvence rozlišení biomasy (vln. délka 75 cm ) záření dobře prochází i lesním porostem Vyšší frekvence 2cm vln. délka - odlišení druhů je problém Pomáhá různá polarizace 22

23 Parametry ovlivňující odrazivost: 1. Obsah vody - s poklesem obsahu vody roste odrazivost zvláště v absorpčních pásech vody 23

24 1. Obsah minerálů v rostlinách nejcitlivěji se to projeví ve vln. délkách µm šestinásobný obsah Cu v půdě pokles odrazivosti v IR o 25%, v zeleném pásmu žádná změna nedostatek Fe chloróza = nedostatek chlorofylu (místo Fe tu Cr, Ni, Co, Zn, Mn) = ztráta zelené vegetace žloutne, max je až na 0.58 µm, nižší odrazivost v IR pásmu) bór způsobuje gigantismus rostlin 24

25 Měření ploch s vegetací rozlišovací schopnost metry desítky až sta metrů - není měřena jedna rostlina ale celé společenství v tomto prostředí dochází k vícenásobnému odrazu a k odrazu od různých částí rostlin Vliv vícenásobného rozptylu roste s: s rostoucí intenzitou dopadajícího záření ve V a IR s rostoucí výškou Slunce 25

26 Křivky odrazivosti pro trávu, stromy, cukrovku, kukuřičné strniště, pole ležící ladem 26

27 3. Vliv vícenásobného rozptylu: 2. vrstva = čtvrtina odrazivosti 1. vrstvy 27

28 Kde roste intenzita rozptýleného záření uvnitř porostu, tam roste albedo porostu, toto je významnější u vyššího porostu, kde je účinek vícenásobného rozptylu výraznější 28

29 Porost s menší hustotou vliv odrazivosti půdy míra hustoty povrchu = index listové plochy =LAI=leaf area index = je to bezrozměrné číslo, udávající, kolikrát je je plocha listů větší, než plocha základny, nad níž jsou listy umístěny Ve V odrazivost půdy a vegetace se příliš neliší neleží-li tam sníh 29

30 Větší kontrast je mezi půdou a vegetací v blízkém IR závisí to na: 1. hustotě porostu a 2. orientaci listů ke Slunci a 3. výšce Slunce; Pro hodnoty LAI = 1 3 (do 65 % zakrytí půdy vegetací) nezávisí albedo na výšce Slunce Pro větší hodnoty LAI u nezapojeného porostu odrazivost roste s výškou Slunce Pro husté porosty LAI nad 5 odrazivost s výškou Slunce klesá ( ale méně pro vodorovnou orientaci listů) 30

31 Slunce ve středních výškách : albedo hustého porostu na orientaci listů nezávisí u MW rozptyl je větší pro větší úhly dopadu větší drsnost povrchu, pro malé úhly dopadu (strmé) je menší rozptyl 31

32 Voda - kapalné skupenství nízká odrazivost vody u všech vln. délek, záření proniká pod hladinu a je absorbováno, max propustnost na 0,48 μm - pevné skupenství 32

33 Kapalné skupenství Vyšší odrazivost Blue a Green vlnových délek, malá R a IR proto vnímáme tmavou barvu vody jako kombinace=b a G větší vliv B u čisté vody než zakalené čistá voda znečištěná voda suspendovanými látkami 33

34 Odlišení vody a vegetace v V pásmu v R pásmu vegetace je tmavší = menší odrazivost než voda 34

35 Znečištěná voda větší odrazivost v B a G a R a do delších vlnových délek IR 35

36 Suspendované sedimenty (S) lze snadno zaměnit s mělkou a čistou vodou tyto jevy jsou si velmi podobné, suspendované látky zabrání sledovat dno už pro hloubky desítek cm 36

37 Chlorophyl v řasách absorbuje více Blue vlnových délek a odráží zelené, proto tato voda je spíše zelená, když obsahuje řasy, a je potlačen absorpční pás vody u 600 nm 37

38 DPZ se používá pro sledování vodních řas - výrazná změna je už pro malé koncentrace 2 3 mg/m3 38

39 velký vliv má i topografie vodní hladiny (zvlněná = drsná, klidná = hladká, plovoucí látky) znesnadňují interpretaci může docházet k zrcadlovému odrazu

40 Ve V záření nemusí být voda černá viz modré pásmo vlevo V IR voda nepropustná na snímcích je tmavá 40

41 Voda v oblasti TIR (tepelného IR = daleké IR = 4 25 µm) Určení teploty není jednoduché naměřená radiační teplota je teplota odpovídající tenké vrstvě vodní hladiny - 1 µm je nutné znát závislost této teploty na teplotním profilu ve vodě Je možné provádět kalibraci s pozemním měřením, což je obtížně extrapolovatelné do neměřených oblastí vliv větru a bilance výměny tepla mezi atmosférou a vodou 41

42 Voda v MW oboru voda je hladký nebo drsný povrch hladký povrch = zrcadlový odražeč drsný povrch = blíží se difúznímu povrchu Radarová měření (používají MW) lze využít pro měření výšek vln určování znečištění ropnými skvrnami 42

43 Určení ropného znečištění 43

44 sníh a led V a IR vysoká odrazivost (bílá barva) odrazivost převyšuje velmi rozsah detektoru radiometru horní vrstvy mraků mají stejnou odrazivost (tvořeny ledovými krystalky) jako sníh a led od 0.3 do 3 µm je téměř konstantní, kde rozptyl slunečního záření není závislý na vlnové délce v TIR se neliší mraky a sníh většinou stejná teplota i emisivita spektrální odrazivost sněhu - minima v pásech µm, 2.1 µm a 2.3 µm prudký pokles o 90% = výjimka mezi přírodními objekty 44

45 Stavové parametry sněhu: obsah prachových částic snižuje odrazivost větší velikost sněhových částic nižší odrazivost zvláště v IR stáří sněhu čerstvý sníh mnohonásobně vyšší odrazivost než starší zvláště v IR vyšší vodní hodnota staršího sněhu pokles odrazivosti i v IR 45

46 MW Sníh a led voda a led odlišné dielektrické vlastnosti vody tání změní intenzitu emitovaného i odraženého záření Voda ve sněhu je obalem sněhových granulí - proto klesá pohltivost a rozptyl záření uvnitř vrstvy sněhu, roste ale emisivita Emisivita je menší u větších ledových krystalků 46

47 MW mořský led závisí na dielektrických vlastnostech a prostorovém uspořádání ledu X pásmový radar (λ=3.2 cm) pro rozlišení druhů ledu a jeho tloušťky Důležitá je i použitá polarizace MW záření horizontálně polarizované záření je lepší Ellesmere Island west of northern Greenland vertikálně polarizované je pohlcováno vrstvou ledu 47

48 Skalní masivy, aridní oblasti, zemědělská půda v určité části roku, umělé povrchy Druhy interakce: - odraz a absorpce ` postupný nárůst odrazivosti v závislosti na chemickém složení mechanických vlastnostech struktuře povrchu Vrásnění 48

49 Vliv chemického složení u minerálů a hornin IR záření absorpční pásy jednotlivých chemických prvků Změny křivky odrazivosti podle poměru složení vápenec/siderit Pozn. křivky jsou výškově posunuty pro snazší rozpoznání 49

50 Půdy 1. V a NIR postupný nárůst odrazivosti ve pak absorpční pásy vody Vliv na přesný tvar křivek odrazivosti: vlhkost obsah humusu mineralogické složení mechanické vlastnosti půdy struktura povrchu půdy včetně stavu eroze 50

51 Vliv humusu a Fe posun minim absorpčních pásů, menší poklesy 51

52 Vliv vlhkosti s rostoucí vlhkostí odrazivost klesá 52

53 Jíly a hlíny většinou vlhčí než písčité půdy nižší odrazivost I vysušené jíly obsahují jistý objem vody přítomny absorpční pásy vody 1.4 µm, 1.9 µm a 2.7 µm a absorpční pásy OH- 1.4 µm a 2.2 µm podle tohoto pásu lze rozpoznat např. kaolinit 53

54 Vliv struktury povrchu různé dílčí plochy odrazu hladší povrch (menší dílčí plochy ), kde je menší pohlcování díky vícenásobnému odrazu mezi dílčími ploškami odrazivost je větší Zvětšení rozměru částice z 0.02 mm na 2 mm pokles odrazivosti až o 14 % - to může potlačit vliv vlhkosti 54

55 Tepelné IR pásmo Půdy v TIR (tepelném IR 5 15 µm ) vyzařování půd konst = 95 % Pouze písky mají minimum na 9 µm absorpční pás SiO2 55

56 Naměřená hodnota intenzity odraženého a emitovaného záření = vliv jak druhových, tak stavových parametrů jednoznačné určení vlivu je obtížné Oddělení vlivu teploty a vlhkosti současně měřit ve V a IR - vlhká půda je chladnější v důsledku vypařování - suchá půda je teplejší - absorbuje stejné množství energie, ale nedochází k vypařování 56

57 Půda s vysokou odrazivostí a nízkou emisivitou = vlhká půda Půda s nízkou odrazivostí a vyšší emisivitou = suchá půda s vyšším obsahem humusu 57

58 3. MW zářivé vlastnosti ovlivněny vlhkostí Dielektrická konstanta suché půdy = 3 Dielektrická konstanta vody = 80 Přítomnost vody v půdě zvýší emisivitu z 0.6 na 0.95 a drsností Vyšší nerovnost povrchu (nebo přítomnost vegetace) zvýší odrazivost a potlačí vliv vlhkosti 58

59 Rozpoznání vlivu vlhkosti a vlivu nerovností u MW použít měření pod různým úhlem dopadu strmé (malé) úhly dopadu větší vliv přítomnosti vody než drsnosti velké úhly dopadu větší vliv drsnosti než vody 59

60 Spektrální charakteristiky velmi využívány od doby konstrukce hyperspektrálních skenerů, kterými jsou měřeny odrazivosti a emisivita ve velmi úzkých spektrálních pásech jsou důležité polohy absorpčních pásů přesná poloha jejich minim a tvar absorpčních pásů 60

61 61

62 concrete= beton tar= dehet 62

63 1.část 63

64 Měření množství zářivé energie v odraženém nebo emitovaném záření od jednotlivých částí zemského povrchu 1. Registrace změn způsobených chemickou reakcí fotografické kamery 2. Odečítání změn elektrických veličin různé varianty radiometru 64

65 je nutné znát podmínky měření časový okamžik řešení vlnovou délka nebo rozsah vlnových délek měření polarizaci místo měření úhel měření 65

66 Výsledek měření závisí na geometrickém uspořádání měření tyto parametry jsou souhrnně označovány jako přístrojové parametry Měření v polarizační rovině pouze u radarových přístrojů 66

67 Měření prováděné v určitém intervalu vlnových délek spektrální měření Panchromatické - měření ve 1 intervalu celého viditelného, případně NIR záření Multispektrální měření měření ve více intervalech vlnové délky Hyperspektrální měření ve více jak 15 pásmech - spojité měření Spektrální rozlišovací schopnost přístroje počet a šířka pásem 67

68 2 druhy multispektrálního měření paralelní měření - záření měřeno v různých vlnových pásmech současně sekvenční měření záření měřeno postupně během doby měření nelze měnit místo - jedná se o měření z 1 místa = stacionární měření 68

69 stacionární měření - v praxi měření na větším počtu míst, která souvisle pokrývají plochu určitého území to lze pomocí fotografických kamer nestacionární měření - radiometr nutnost změny polohy přístroje nebo jeho geometrického uspořádání 69

70 Profilové (trasovací měření) = změna měřeného místa podél čáry = radiometr (trasovací radiometr) umístěn na pohyblivém nosiči Měření v ploše (obdoba fotografie) = zobrazující radiometr = skener měření záření podél směru pohybu nosiče i napříč jeho pohybu 70

71 Prostorová rozlišovací schopnost přístroje = velikost plochy, z níž je měřena elektromagn. energie jedna hodnota v jednom pásmu při sestavení do obrazové podoby je představena 1 pixelem. U fotografických kamer je rozlišovací schopnost dána počtem čar na 1 mm 71

72 Druhy nosičů: Letadla Družice Ostatní balóny, nepilotovaná letadla Data u fotografických kamer zaznamenána přímo na nosiči Data u skenerů většinou přenášena radiovou cestou do přijímací stanice, kde jsou zaznamenána 72

73 Základní prvky radiometru (nefotografický způsob) Dopadající záření Optický systém detektor předzesilovač Optický systém je tvořen čočkami a zrcadly Spektrální dělič vymezuje jednotlivá pásma Výstupní signál 73

74 Záření vymezené spektrálním děličem dopadá na detektor Detektor z takové látky, že mění svůj elektrický odpor v závislosti na absorbované energii měří se změna elektrického proudu nebo napětí v obvodu, jehož součástí je detektor Změna elektrické veličiny je zesílena předzesilovačem 74

75 Odezva = základní vztah mezi dopadajícím tokem záření a velikostí výstupní veličiny R= ( V VN ) V = Φ ( Φ Φ N ) kde ΦN je tok, který je stejně velký, jako je tok částí radiometru = vnitřní šum přístroje VN odpovídá el.veličině naměřené pro šum přístroje R udává, o kolik se změní elektrická veličina v závislosti na změně dopadajícího záření 75

76 Citlivost přístroje (W-1) = převrácená hodnota šumu přístroje D= 1 ΦN Radiometr je citlivý do hodnoty Φmax udává V max Tyto údaje charakteristické pro každý radiometr 76

77 Zorné pole = vymezuje velikost zářivého toku dopadajícího do radiometru objektiv s poloměrem ra ohnisková vzdálenost objektivu f poloměr detektoru rd rd β = 2arctg f 77

78 Zorné pole vymezuje plochu na zemském povrchu (kolmý směr měření) o poloměru r Velikost plochy = velikost 1 pixelu β r = h.tg 2 β P = π.r = π.h tg h r 78

79 Zorné pole radiometru r poloměr kruhu vymezeného zorným polem β h - výška přístroje f ohnisková vzdálenost optiky 79

80 Prostorový úhel Ω, který udává prostorové zorné pole radiometru, je P 2 β Ω = 2 = π.tg, h 2 P = π.r 2 Plocha měřená zorným polem 80

81 Velikost měřené zářivé energie d Φ LdP = cosθ.dp.dω 2 r = h.tgθ dp = r.dϕ.dr dp = h. sin θ.dϕ.dθ 2 cos θ. h dr = dθ 2 cos θ 81

82 Velikost prostorového úhlu je podíl projekční plochy objektivu A.cosθ ke čtverci vzdálenosti elementu dp od přístroje cosθ cos 3 θ dω = A. = A. 2 2 h ( h / cosθ ) θ A.cosθ h A 82

83 Celkový tok záření měřený radiometrem β 2 2π Φ = A. L(θ, ϕ ). cosθ. sin θ.dϕ.dθ 0 0 J e-li L konstantní v celé ploše, je tok záření, který nezávisí na h π 2 β Φ =. A.L. sin

84 Radiometry na družicových nosičích mají úhel β menší než 1 Pro něj platí sinβ=β Je-li dopadající tok menší než šum radiometru nelze měřit Zvětšení dopadajícího toku = když se zvětší plocha P horší rozlišovací schopnost větší je u MW a IR 84

85 Měří se v intervalu vlnových délek Celkový tok v tomto intervalu je λ2 Φ = Φ ( λ )dλ λ1 Spektrální interval je vymezen spektrálním děličem o funkci T(λ) λ2 Φ = Φ ( λ ).T ( λ ) dλ λ1 85

86 Velikost výstupního napětí je λ2 V = R( λ ).Φ ( λ ).T ( λ ).dλ λ1 Velikost výstupního napětí je zjednodušeně V = R S.L λ kde RS je odezva systému, L je celková průměrná zář L = L. λ 86

87 T1(λ), T2(λ) filtry hodnota zář. toku naměřená filtrem se liší pro T1(λ),ale je stejná pro filtr T2(λ) 87

88 Měření v desítkách pásem spektroradiometry, hyperspektrální skenery Čím větší počet úzkých pásem, tím je informace přesnější 88

89 Rozklad záření hranolem, mřížkou optickými filtry 89

90 Hranol účinnost závisí na optických vlastnostech materiálu (index lomu) vrcholovém úhlu 90

91 Záření různých vlnových délek se láme pod různým úhlem a vystupuje z hranolu na různých místech absolutní index lomu n = (ε r.µ r), 91

92 Odstup lomených paprsků je různý pro různé vlnové délky, kterým je nepřímo úměrný Někdy je více hranolů jeden nestačí 92

93 Disperzní mřížka rozkládá odrazem nebo lomem Schopnost separace je dána: počtem vrypů a úhlem dopadu záření a úhlovou velikostí vstupní apertury (otvoru) 93

94 Rotující mřížkastejný detektor a) b) Statická mřížka více detektorů 94

95 Optické filtry Nejčastěji používané spektrální děliče 2 druhy absorpční filtry interferenční filtry Absorpční filtry přírodní materiály Ge, Si, barvené sklo pohlcují záření určité vlnové délky 95

96 Interferenční filtry několik vrstev dielektrika na vhodné podložce filtrem je propuštěno jen záření určité vlnové délky Vlnová délka propuštěného záření závisí na tloušťce vrstev na jedné podložce víc různých tlouštěk výhodný je kruhový otáčivý filtr různému vlnovému intervalu odpovídá různé úhlové natočení filtru 96

97 Výměnné filtry Kruhový proměnný filtr 97

98 Mřížky a interferenční filtry nutno doplnit o dodatečné filtry, které odstraňují záření vyšších harmonických frekvencí Polopropustná zrcadla jednoduchý nástroj pro vymezení určitého vlnového rozsahu část odráží, část propouští na oddělení IR a V záření 98

99 Sekvenční měření jeden detektor, na který dopadá záření různých vlnových délek otáčením hranolu nebo mřížky, výměnou filtru před detektorem Paralelní měření řada detektorů pro jednotlivé vlnové rozsahy DPZ Výsledná spektrální oblast radiometru ovlivněna spektrálními charakteristikami ostatních optických prvků a detektorem 99

100 Princip fotografie citlivost halogenidů stříbra na světlo halogenid stříbra doplněn o další sloučeniny (barviva) a je rozptýlen v koloidním roztoku želatiny Fotony rozloží nestabilní halogenidy na Ag a halony Vzniká latentní obraz vývojka a ustalovač ukončí procesy 100

101 Černobílý materiál různá citlivost na různé vlnové délky nesenzibilovaný citlivý na modrou ortochromatický necitlivý na červenou panchromatický citlivý na V záření Barevný 3 vrstvy s barevnými pigmenty - princip aditivního skládání barev infračervený citlivý na červené a blízké IR spektrozonální citlivý na blízké IR obraz v nepravých barvách 101

102 Vlastnosti filmového materiálu popisuje: Optická hustota (=denzita) pro vyjádření stupně zčernání 1 = logna hodnotě log expozice H Senzitometrická křivka závislostd denzity τ H = E.t 102

103 Senzitometrická křivka závislost denzity na log expozice 103

104 Senzitometrická křivka = závislost mezi množstvím světla a stupněm zčernání Gradace senzitometrické křivky = směrnice přímkové části D G= = tgα log H 104

105 Citlivost filmového materiálu: Ú Deutsche Industrie Norm DIN American Standard Association ASA Citlivost roste s velikostí zrn rozlišovací schopnost = velikost prostorového detailu RS klesá s rostoucí velikostí zrn kontrast vyjádření kvality materiálu τ max K= τ min 105

106 Základní vlastnost = změna elektrických vlastností (vodivosti) po dopadu zářivé energie Předaná energie 1 fotonu, kde h je Planckova konst. c rychlost světla λ vlnová délka, ν frekvence c Q = h. = h.ν λ 106

107 Celková předaná energie Φ = N.Q, kde N je počet fotonů Dělení detektorů: podle způsobu reakce na: tepelné absorpcí energie se zvýší teplota fotonové změna vodivosti 107

108 Funkce tepelného detektoru nezávisí na vlnové délce Funkce fotonového detektoru závisí na vlnové délce reakce roste až do určité hodnoty λ (=bod zvratu) na vyšší λ už nereaguje 108

109 Si a Ge mají bod zvratu na 1.1 µm Pro IR delší PbS do (2.9 µm), InAs (do3.2 µm) Pro IR 8µm 12 µm měření vyvinuty trojné sloučeniny telurid rtuti a kadmia (HgCdTe) aj. V IR i záření vlastního detektoru a jeho blízkosti nutné chladit (teplota suchého ledu 195 K) 109

110 Spektrální citlivost - vztah mezi velikostí výstupního signálu a vlnovou délkou Časová konstanta rychlost reakce detektoru na dopad. záření fotonové rychlejší mikrosekundy, ns, - určuje frekvenci záznamu změny zářivého toku a odečítání výstupních hodnot 110

111 Časová nezávislost odezvy při konstantním zářivém toku klesá hodnota výstupního signálu proto se přidává přerušovač, který v pravidelných intervalech dopadající záření přerušuje - na změny v tomto intervalu se nebere ohled a výsledkem je průměrná hodnota napětí 111

112 Přerušovač 1)Lze jím celkově vylepšit kvalitu měření 2) Používá se ke kalibraci 112

113 Detekční schopnost - měřit nízké hodnoty zářivého toku vliv šumu detektoru = signály s náhodnou amplitudou a frekvencí, které vznikají v detektoru Šum detektoru určuje minimální měřitelný tok záření Velikost šumu detektoru je nepřímo úměrná kvalitě detektoru 113

114 Pro porovnání šumu dvou detektorů je nutno znát: vlnovou délku modulační frekvenci přerušovače plochu detektoru nebo jeho teplotu šířku frekvenčního pásma elektroniky 114

115 Materiál pro detektory: Ve spektrálním pásmu µm: křemíkové fotodiody + jednoduché filtry Ve spektrálním pásmu do 1.7 µm:germaniové fotodiody Ve spektrálním pásmu IR 1 3 µm: InAs 1 5 µm: InSb (antimonid india) daleké IR: CdHgTe (telurid rtuti a kadmia), PbSnTe 115

116 Velikost odezvy v rozsahu měřených hodnot (ΦN, Φmax ) nemusí být konstantní Ú Tento vztah je udáván funkčním předpisem, nebo tabulkou numerických hodnot Kalibrační vztah je závislost Φ na V a může být funkcí vlnové délky 116

117 Kalibrace se provádí v průběhu měření Ú Způsoby jsou různé U měření odraženého záření (V a blízké IR) se jedná o porovnání se standardem Skutečná kalibrace pouze u TIR Vnitřní kalibrace standardní zdroj uvnitř spektroradiometru ozáření detektoru, když se neměří zemský povrch přímé ozáření nebo procházející celým optickým systémem 117

118 V pásmu V záření problém určení přesných hodnot absolutní zářivosti a geometrii kalibračního zdroje proto se měří jen v relativních jednotkách U družicových přístrojů se ke kalibraci používá sluneční záření v kosmu je stálé Je-li známa teplota lze zjistit emisivitu pro danou λ 118

119 Pozemní kalibrace před použitím na družici - zjišťuje se vnitřní kalibrace systému obtížná úloha z hlediska vhodného zdroje Pro kalibraci družicového spektroradiometru srovnávací pozemní měření kde je nutno zachovat shodu: Časovou, zorného pole, směru pozorování, vlnového rozsahu A je nutno vzít v úvahu vliv atmosféry 119

120 Srovnávací pozemní měření lze použít i pro kalibraci : prostorové rozlišovací schopnosti spektrální čistoty radiometru 120

121 Vytvořit obrazová data nutno přejít od měření v jednom směru (trasový radiometr) k plošnému = dvousměrnému měření Dvousměrné měření ve směru letu a napříč většinou kolmo, někdy po části kružnice Tento způsob je nazýván skenování = řádkování měřená data uspořádána do stejného prostorového uspořádání jako při měření vzniká obraz 121

122 Z jednoho cyklu měření jeden řádek Z jednoho měření 1 bod = 1pixel = obrazový element Přístroje provádějící takováto měření = řádkující = zobrazující radiometry = skenery 2 druhy skenerů mechanický, elektronický 122

123 Mechanický skener pro posun zorného pole radiometru používá pohyblivé zrcadlo, kterým pohybuje mechanický systém Zrcadlo a mechanický systém = skenovací jednotka skeneru je-li před objektivem = předmětový skener je-li za objektivem = obrazový skener 123

124 Obrazový skener vyžaduje velký vstupní úhel objektivu a velké zorné pole a dobrou optiku u krajů obtížné Předmětový skener vytváří obraz vždy na optické ose objektivu je proto třeba korigovat jen sférickou vadu a chromatickou aberaci objektivu skenovací jednotka přenáší pouze paprsek s malou rozbíhavostí 124

125 Zrcadlo a mechanický systém = před objektivem = předmětový skener za objektivem = obrazový skener obrazový skener předmětový skener 125

126 Geometrie měření mechanickým skenerem Pro případ lineárního skeneru s kolmými řádky x směr podél řádky y směr podél letu Předpoklad: měřený povrch rovný, pohyb nosiče rovnoběžně s povrchem Země V rychlost nosiče h výška nosiče 126

127 Celkové zorné pole < - θ 0,+θ 0 > = 2 θ 0 Délka vymezená celkovým zorným polem = šířka záběru: L = 2h.tg θ 0 Plocha měřená za časovou jednotku = snímací kapacita skeneru 2 (km /s): M=v.L 127

128 128

129 MSS (Landsat) Mechanický skener: 6 detektorů pro každé pásmo (celkem 24 pro 4 pásma) Filtry Oscilující zrcátko 129

130 Velikost pixelu = určován OZP = okamžitým zorným polem (IFOV = ) instantaneous field of view x = h.tg θ pro velké h a malé β y: h h dx =.dθ = βx 2v obou směrech 2 Je-li OZP stejný, platí: cos θ cos θ h y =.β y cosθ y = x.cos θ 130

131 Problémy: Při skenování s velkými úhly θ se protahuje tvar pixelu podél řádky Pro úhly θ > 45 : Data: zaznamenána pro úhly θ v ohniskové vzdálenosti f, ale zobrazena na rovinu 131

132 Chyba vzniklá pro velké úhly je tedy: OA OA = f.(θ tgθ ) Výsledkem chyby: ještě větší smrštění krajů řádek Přímkové objekty šikmé ke směru řádek - zakřiveny 132

133 3. Vliv zakřivení Země u meteorologických družic ještě větší srážka u krajů 133

134 134

135 4. Poziční chyba způsobená nerovností terénu Směr k detektoru θ x = h.tgθ h od chyba x 135

136 r 5. Poziční chyba vzniklá pohybem nosiče v průběhu T = doby potřebné k pořízení řádky o délce L velikost posunu ve směru letu: x poloha bodu v řádce, v rychlost letu x.v.tr y = L 136

137 6. Úhyb v důsledku otáčení Země 7. Nestabilita nosiče sledování přesné polohy pomocí gyroskopů a GPS 137

138 Podmínky návaznosti při skenování tp - doba, za kterou se OZP skeneru posune o jeden pixel Tr doba poří zení jedné řádky Tr.β x tp = 2.θ 0 frekvence odečí tání elektroniky 2θ 0 1 fe = = t p Tr.β x 138

139 Podmínka návaznosti řádků y = v.t s Je závislá na rychlosti nosiče v a době skenovacího cyklu Ts, která je Tr a doba kalibrace a doba, kdy se neměří (zpětný chod zrcátka) 139

140 Elektronický skener = stírací skener Místo mechanického skenerového mechanismu je vytvořeno řádkové/ maticové pole detektorů - ty jsou umístěny v ohnisku optiky každý detektor registruje záření z plochy 1 pixelu v zorném poli skeneru neustále celá řádka, která je kolmá na směr letu 140

141 141

142 Velikost pixelu podle předchozího obrázku: d x = h. L = n. x, kdef n je počet detektorů Ú Šířka záběru Podmínka návaznosti pixelů splněna Podmínka návaznosti řádků jako u mechanického skeneru Ts je elektronickou záležitostí 142

143 Měření elektronickým skenerem: Přenos velikosti náboje z detektoru do paměťového registru Paměťové registry jsou propojeny a tvoří sériové transportní řady Na výstupu se tvoří signál další obrazové řady hodnoty z paměťových registrů sériově přenášeny přes předzesilovač jako napěťové signály 143

144 Délka expozice několik milisekund 144

145 Rozměry detektoru - µm Několik set až desítky tisíc čidel=pixelů v řádku Velikost CCD několik cm, hmotnost několik g 145

146 Výhody elektronických skenerů jednodušší konstrukce lepší prostorová rozlišovací schopnost větší radiační rozlišovací schopnost vyloučení překrytu pixelů v řádce u maticového uspořádání i mezi řádky Nevýhody: nutnost kalibrace každého pixelu 146

147 Na výstupu z detektoru napěťové signály U leteckých nosičů záznam na magnetické medium zpracovávaný ne letadle U družicových nosičů přenos do přijímací stanice 147

148 Jednotlivé části systému přenosu: vícestupňový předzesilovač detektoru kalibrační elektronika směšovač měřeného a kalibračního signálu vysílač při přímém vysílání (buď) záznamové médium vysílač při měření mimo dosah přijímací stanice (nebo) kontrolní jednotka 148

149 Předzesilovač Ú slabý výstupní signál je zesílen a upraven do analogové/digitální podoby U analogového signálu amplituda odpovídá vstupnímu signálu nepřesnosti a kvalita signálu se snižuje U digitálního záznamu přeměna napěťového pulsu v analogo/digitálním převodníku (A/D převodník) vyšší kvalita 149

150 Při měření jsou do záznamu přidávána kalibrační data pro korekci dat Kvalita zaznamenaných dat závisí na kvalitě záznamového zařízení je tedy potřebná vysoká hustota záznamu a celková kapacita 150

151 Letecké nosiče Lidská posádka kontrola Pohyb letadla zdroj chyb rotační pohyby kolem 3 hlavních os, snos letadla větrem, nepřesnost udržení výškové hladiny neustále se zvyšuje kvalita kontroly letu atmosférou omezené možnosti letu 151

152 U leteckých nosičů: Větší skenovací úhly chyby při krajích snímků Malé výšky letu problémy v horských terénech výška letu se má měnit v rozsahu 10 % Stereoskopické využití pouze u stranového překryvu a ne podélného při dvou sousedních náletech se změní měřítko obrazu i velký časový krok (někdy) 152

153 Družicové nosiče = ideální nosiče to je známo od začátku existence DPZ 1) Velká výška Malé zorné pole Větší plocha měřeného území až tisíce km 2 ) opakovatelnost měření časová rozlišovací schopnost dny - až minuty 153

154 možnost zajistit stejné podmínky osvětlení Sluncem = stejný úhel Slunce nad místním obzorem rotace dráhy družice = úhlové rychlosti pohybu Země slunečně synchronní dráhy geostacionární dráha- neustále nad stejným místem na zemském povrchu vysoká výška km družice se pohybuje v rovině zemského rovníku velká část zeměkoule ve zkreslení Konec ZP

155 3) možnost měření v reálném čase data měřená skenerem jsou přenášena radiovou cestou do pozemní přijímací stanice, která je v dosahu řada přijímacích stanic každá družice má své Pokud družice není v dosahu používají se - spojové družice, které jsou na na geostacionární dráze 155

156 156

157 Družice jsou stabilizovány vyšší kvalita než u leteckých nosičů odchylky od požadované polohy minimální Tyto odchylky jsou registrovány Družice jsou vybaveny aktivním motorickým systémem na korekci polohy Nejsou tu rušivé vlivy atmosféry 157

158 Životnost družic: Dána pohonnými hmotami v motorickém systému Spolehlivostí elektronických systémů Spolehlivostí měřící aparatury 158

159 159

160 Etapa, kdy je z naměřených dat získána informace Zpracování je obtížný proces, nemusí představovat vždy stejný postup řešení Jsou zpracovávány různé typy dat DPZ pro různé účely 160

161 Jednoznačná formulace úlohy musí odpovídat možnostem dat Kvalita dat je dána: technickými parametry měření geometrickým uspořádáním měření stavem atmosféry intenzitou zdroje měřeného záření 161

162 Naměřená radiometrická veličina f(x,y) f je funkcí λ, času t, polarizace p Měření probíhá pro L vlnových délek T časových okamžiků P polarizačních rovin Celkem bude změřeno M = L.T.P hodnot v pixelu 162

163 Poloha měřeného pixelu dána pravoúhlými souřadnicemi(x,y) nebo zeměpisnými souřadnicemi (ϕ,λ) 0<x<X 0<y<Y, kde X a Y jsou rozměry měřeného území 163

164 Funkce radiační veličiny je nezáporná, konečná veličina pro každou hodnotu platí 0 f m ( x, y ) DH m fm má přesnou lokalizaci, lze ji prezentovat v grafické podobě, je to obrazová funkce 164

165 Celý naměřený soubor = obraz Vizualizace = převod naměřených dat do obrazové podoby zobrazení DH (digitálních hodnot) formou pixelů zobrazených ve stupních šedi/v barvách Je-li m >1 víceobraz = obraz tvořený větším počtem pásem 165

166 Je-li L > 1 multispektrální obraz Je-li P > 1 multipolarizační obraz Je-li T > 1 multitemporální obraz 166

167 DPZ řeší vztah mezi naměřenou radiační veličinou (zářivý tok, zář, intenzita záření,..) na nosiči a druhovými a stavovými parametry látek, které se nacházejí v oblasti měření 2 typy úloh přímá a nepřímá 167

168 Přímá úloha: Nechť jsou v daném místě známy všechny vnitřní parametry měření s(x,y) a všechny charakteristiky dopadajícího záření. Úkolem je určit radiační veličiny f(x,y) popisující záření daného místa 168

169 Obrácená úloha Za předpokladu známých hodnot radiační veličiny a známých charakteristik dopadajícího záření je úkolem nalézt soubor druhových a stavových parametrů V praxi se řeší tato úloha!!!!!!!!!!!!! 169

170 Pro řešení je nutno nalézt vztah mezi radiační veličinou a druhovými a stavovými parametry f(x,y) = A[s(x,z)] A je přenosová matice 170

171 Nelze popsat všechny možnosti druhových a stavových parametrů Je vyhledáván vztah mezi vybranými parametry a radiačními hodnotami v konkrétním případě Zobecnění je problém časová proměnlivost atmosféry i stavových parametrů 171

172 Fotogrammetrické zpracování Speciální zařízení pro DPZ denzitometr, překreslovač, směšovací projektor Vizuální interpretace 172

173 Maticové uspořádání digitálních hodnot Kódování vychází z definice informace: M = SE M celkový počet stavů S počet možných stavů jednoho prvku (2= ANO/NE, VODIČ/NEVODIČ) E počet prvků (př. 8 pro 8bitová data) M= 28 =

174 Jednotka informace = množství informace potřebné k zapsání 2 různých stavů 1 pixelu 2 log M=E.log2S je množství informace v bitech 1 byte = 8 bitů Obrazová funkce často 8bitová hodnota: M = 256, S = 2, pak E = 8 174

175 Kódování i jiná: VHR data (data s velmi vysokým rozlišením 11 bitů Radarová data 16 bitů MSS 6 bitů 175

176 Histogram- sloupcový graf vyjadřující četnost DH obrazového souboru četnost DH 176

177 Digitalizace = převod analogového signálu do digitální podoby rastrové struktury: 2 úlohy určit periodu odečtu signálu Určit DH rozdělením do jednotlivých úrovní kvantování, které jsou převedeny do vybraného kódování (daného radiometrickou rozlišovací schopností) 177

178 kvantování í vzorkován 178

179 Systém uložení digitálních obrazových dat: 1. Pásmo hodnoty A 2. pásmo hodnoty B 3. pásmo hodnoty C Systém BSQ (band sequentional) AAAA BBB.CCCCC Systém BIL (band interleaving by line) m.am.bm.c (m je počet sloupců) Systém BIP (band interleaving by pixel) ABCABC 179

180 7.5. ve 13:45 180

181 4 základní úlohy: Rektifikace a restaurace obrazu Zvýraznění obrazu Klasifikace Postklasifikační úpravy 181

182 Rektifikace slouží pro převedení do souřadnicového systému naměřená data nutno opravit poziční chyby vzniklé ze: změny výšky nosiče polohy nosiče, jeho rychlosti zakřivení Země 182

183 Různé úrovně rektifikace: - Žádná Určení přesné lokalizace 1 bodu obrazu Určení 4 rohových bodů Geometrická transformace ve 2D Ortogonální transformace 183

184 Geometrická transformace ve 2D: K dispozici jsou 1) Obrazová data bez souřadnicového systému Mapový podklad (např. vektorová data) Princip najít odpovídající si páry vlícovacích bodů pro určení transformačních rovnic 2) 184

185 x,y mapové souřadnice X,Y souřadnice nekorigovaného obrazu X=f1(x,y) Y=f2(x,y) f1(x,y), f2(x,y) transformační rovnice polynomy různého řádu 185

186 Polynom 1. řádu: posunutí, pootočení, změna měřítka minimálně 3 páry vlícovacích bodů X = a1 x + b 1 y + c 1 Y = a2 x + b2 y + c2 186

187 1. Je nutno definovat výstupní matici korigovaného obrazu 2. Je nutno určit digitální hodnoty v pixelech v korigovaném obrazu 187

188 188

189 Způsob výpočtu nových DH v pixelech: metodou nejbližšího souseda převzatá hodnota metodou bilineární transformace f = A. f (a) + B. f (b) + C. f (b) + D. f (b) f (a ) + 3. f (b) kde a- DH nejbližšího pixelu b DH tří nejbližších pixelů A, B, C, D váhové funkce podle vzdálenosti 189

190 Metoda kubické konvoluce do výpočtu vstupuje 16 nejbližších pixelů 190

191 Restaurace obrazu = oprava radiometrických hodnot Oprava chyb vyplývající z kalibrace přístrojů ze změny ozáření v různém ročním období, v různém okamžiku dne z geometrie letu změna v úhlu ozáření v jedné řádce ze stavu atmosféry 191

192 Zvýraznění obrazu = vylepšení pro nalezení co největšího množství informací obsažených v datech důležité, protože citlivost zraku je menší než rozsah většiny měřených dat Zvýraznění pro 1 pásmo Zvýraznění pomocí více pásem 192

193 I. Zvýraznění pro 1 pásmo A. Metody bodového zvýraznění = metody neuvažující hodnoty v okolí pixelů 1. roztažení histogramu lineární, - nelineární 193

194 194

195 2. Barevné zvýraznění při prohlížení pásem ve stupních šedi rozlišovací schopnost lidského oka je cca 30 stupňů šedi, barvách lidské oko rozpozná cca 10 x více v 195

196 Prostor barevného vnímání B = jas bílá zelená H = odstín červená S = sytost Jednotlivé DH zobrazeny paletou barev= pseudobarvy modrá 196

197 B. Zvýraznění pomocí více pásem zobrazení dat metodou barevné syntézy většinou pomocí 3 složek obrazu = tří pásem každé z nich vloženo do jedné z barevných os R, G, B Vzniká obraz ve : Ú skutečných barvách, tj. barvy v obraze odpovídají skutečnosti nepravých, falešných barvách 197

198 I. Zvýraznění pro 1 pásmo B. Lokální zvýraznění Filtrace obrazu metoda tzv. lokálního zvýraznění, tj. zvýraznění, které je provedeno postupně pro každou hodnotu obrazového souboru na základě jeho DH a DH pixelů v jeho okolí Okolí je definováno kernelem = pohybujícím se oknem= maskou 198

199 Kernel: ( ).1/9= NH (nová hodnota) 199

200 Účel filtrace: 1. Potlačit malé rozdíly mezi DH a zvýraznit velké rozdíly vysokofrekvenční filtry zvýraznění hran a linií tj. vyhladit obraz nízkofrekvenční filtry průměrový (všechny hodnoty v kernelu = 1) 200

201 II. Zvýraznění pomocí více pásem Dělení obrazu obrazem pomocí poměru 2 pásem lze např. 1. odstranit vliv ozáření a stínu, rozpoznat zelenou zdravou vegetaci v poměru IR a R pásem 201

202 2) Vegetační indexy charakterizují nárůst odrazivosti mezi R a NIR pásmem (near infra red) nejčastěji používaný NDVI (normovaný rozdílový vegetační index) (nově vypočtený kanál): NDVI = (NIR R)/(NIR + R), kde IR infračervené pásmo, R červené 202

203 3) transformace do jiného barevného systému IHS intenzity-huesaturation 203

204 204

205 Klasifikace Metoda, kdy každému pixelu je přiřazena příslušnost ke třídě (souboru vnitřních parametrů) Je nutno stanovit klasifikační pravidla v závislosti radiačních hodnot na druhových a stavových parametrech Příznak = vlastnost, kterou je možné odlišit danou třídu od ostatních ploch může být obsažena v jednom nebo více pásmech 205

206 Příznakový prostor = složky obrazových dat (= kanály), které slouží pro sestavení klasifikačního pravidla Druhy příznaků: spektrální vyjadřují odrazivé nebo vyzařovací vlastnosti zkoumaného povrchu prostorové jsou dány prostorovou homogenitou objektu, což určuje jeho hranici, nebo texturou objektu časové založeny na změnách třídy v čase 206

207 Druhy klasifikací: Klasifikace: pixel-po-pixelu nebo po segmentech řízená neřízená hybridní neuronové sítě jiné metody texturální klasifikace 207

208 Řízená klasifikace: Metoda, kdy je vybrána část obrazových dat vzorových ploch pro jednotlivé třídy = je připravena trénovací množina Trénovací množina je složena z trénovacích ploch tříd Trénovací množinu je nutno zkontrolovat, aby vyjadřovala příznaky, tj. vlastnosti, jimiž se od sebe třídy odlišují 208

209 Kontrola výběru trénovací množiny: 1) kontrola histogramů histogram každé třídy musí mít přibližně tvar Gaussova rozdělení poloha histogramů by se pro jednotlivá pásma měla lišit 2) kontrola rozptylogramů pro rozpoznání vzájemné oddělitelnosti tříd 209

210 Kontrola histogramů 210

211 Kontrola rozptylogramů 211

212 Druhy klasifikátorů: klasifikátor minimální vzdálenosti pixel zařazen do třídy, k jejímuž těžišti je jeho DH nejblíž rovnoběžnostěnů (parallelpiped) trénovací množina vymezuje prostorové rovnoběžnostěny, pokud pixel má hodnoty takové, že se vyskytuje v jednom je do této třídy zařazen 212

213 Klasifikátor maximální pravděpodobnosti Hodnotí se rozptyl hodnot, korelace a kovariance vypočte se pravděpodobnost, že hodnota pixelu se vyskytuje v rámci rozdělení jednotlivých tříd, předpokládá se, že pixely v trénovacích plochách třídy mají normální rozdělení 213

214 Klasifikátor maximální pravděpodobnosti 214

215 Bayesovský klasifikátor Rozšířený klasifikátor maximální pravděpodobnosti lze vážit příslušnost pixelu k určité třídě podle různých hledisek udáním apriori pravděpodobnosti Tato pravděpodobnost může odpovídat pravděpodobnému výskytu dané třídy v obraze Nebo může brát v úvahu důsledky chyby klasifikace 215

216 Bayesovský klasifikátor Úkolem je zjistit, jaká je pravděpodobnost P1, že daný pixel náleží k určité třídě, má-li určitou DH Z trénovacích dat lze zjistit pouze pravděpodobnost P2, s jakou bude mít pixel tuto DH, za předpokladu, že se jedná o danou třídu Podle Bayesova zákona lze P1 vypočítat, je-li předem stanovena P2 216

217 Neřízená klasifikace Založena na rozdělení obrazu do shluků podle DH v pixelech pomocí shlukové analýzy Výsledkem jsou shluky třídy, kterým je nutno dodat tématický obsah 217

218 Princip shlukové analýzy: Definování přibližného počtu výsledných shluků Vygenerování počátečních hodnot (centroidů = těžišť pro shluky) Přiřazení pixelů do shluků, k niž jsou jejich hodnoty v multispektrálním prostoru nejblíže Výpočet nového těžiště pro shluky Opakování předchozích 2 kroků dokud nejsou zařazeny všechny pixely Určení významu shluků Určení výsledných tříd 218

219 Klasifikátory neřízené klasifikace: K-means (K-průměrový) předem určen počet shluků a počet iterací, může být zadána úvodní poloha těžišť shluků zatřídění pixelu do shluku zjištění nejmenší vzdálenosti pixelu ke shlukům 219

220 ISODATA vylepšený předchozí klasifikátor Může dojít k rozdělení shluku, je-li překročena heterogenita shluku (vyjádřená směrodatnou odchylkou, která je porovnána s násobkem počáteční hodnoty směr. odchylky) Může dojít ke sloučení dvou shluků, je-li vzdálenost těžišť menší než předem zadaná hodnota Může dojít ke zrušení jednoho shluku a zatřídění pixelů do ostatních shluků, je-li jeho počet pixelů menší než zadaná hodnota 220

221 Hybridní klasifikace Využívají výsledek neřízené klasifikace jako trénovací plochy do řízené Někdy jsou výsledky řízené klasifikace použity pro neřízenou klasifikaci 221

222 Po vytvoření klasifikace je nutno posoudit přesnost klasifikace: - pro celý obrazový soubor nereálné výjimečně pro experimentální měření - pro testovací plochy plochy, které nebyly použity pro trénovací plochy 222

223 postklasifikační úpravy Úprava výsledného obrazového souboru většinou odstranění neklasifikovaných pixelů pomocí filtrace pozor na použité filtry: filtr majoritní neklasifikovaný pixel získá novou hodnotu jako hodnotu pixelu,který se vyskytuje v kernelu nejčastěji 223

224 1.část 224

225 Meteorologické družice nejstarší již zač. 60. let na geostacionárních drahách km na polárních drahách výšky cca 900 km Družice pro DPZ speciální pro DPZ pilotované kosmické lety meteorologické družice 225

226 Pasivní měření odraženého nebo emitovaného záření: analogové, fotografické fototelevizní televizní skenující radiometry, digitální komory 226

227 Aktivní systémy s vlastními zdroji elektromagnetického záření vysílaného k zemskému povrchu radarové zobrazující systémy lidary altimetry skaterometry 227

228 Analogová, fotografická zařízení Vysoká prostorová rozlišovací schopnost Problémem radiometrická kvalita závisející na kvalitě filmu Panchromatické, barevné a IR snímky kamery LFC, RMK A (USA), MSK-4, MK-4, KATE, KVR 1000, KFA 1000 Využíváno při špionáži družice s označením Kosmos (Rusko ) a orbitální stanice Corona (USA) 228

229 Televizní systémy analogové Hned na začátku v 60. letech nízká RS (3 km) - RBV (Return Beam Vidicon) kamery i na družicích Landsat 1,2 3 pásma území 185 x 185 km, RS 79 m 4 rámové značky a 9x9 mřížkových bodů Na Landsatu 3 2 RBV kamery Pan každá 183 x 98 km s 13 km překrytem 229

230 Televizní systémy digitální Systémy obsahující CCD (Coupled Charged Device) záznamy převáděny na analogový videosignál a nahrávají se na videomagnetofon nebo přímo vysílají Pokud jsou zaznamenány přímo v digitální podobě, jsou to elektronické skenery 230

231 Fototelevizní systémy využívány jen krátkodobě snímky byly okamžitě vyvolány a pomocí televizní kamery a přenosové techniky data dopravena na Zem 231

232 232

233 Příklady družic: USA GOES, GOES West, GOES East, G.Next ESA METEOSAT, MOP Rusko GOMS, Meteor and sea-surface temperatures, humidity, radiation, sea ice conditions, snow-cover, and clouds Japonsko- GMS (1977), INSAT, Multi-Functional Transport Satellite-1R (MTSAT-1R) vypuštěn 26. února

234 Skenující radiometry geostacionární družice jeden oběh Země na kruhové rovníkové dráze = 1 den Meteosat 3 pásma V+IR, tepelné a pásmo absorpce vodních par Ú (5000x5000 pixelů u jednoho pásma, 2500x2500 pixelů u dvou pásem) Data měřena pomocí otáčení družice kolem své osy (100ot/min) 1 pixel se odečte za 6 µs/12 µs 234

235 Rozměry: Průměr družice 2.1m, výška 3.2 m, hmotnost 320 kg Pásma µm - V a NIR, RS = 2.5 km µm - stř. IR, RS = 5.0 km pásmo vodních par µm - TIR, RS = 5 km RS=rozlišovací schopnost 235

236 Produkty z dat Meteosatu: Pole větru CMW (Cloud motion winds) mapa průměrné rychlosti větru za uplynulých 60 minut vytvářen ze 3 snímků 4 x denně Teplota oceánu SST (Sea Surface Temperature) radiace emitovaná z povrchu na vlnové délce 11 µm je po atmosférické korekci úměrná teplotě daného povrchu 2 x denně Tady je konec

237 Vlhkost v horní troposféře UTH (Upper Tropospheric Humidity) Index konvektivních srážek PI (Precipitation index) je odhadem sumy srážek pro periodu 5 dní čím chladnější je horní vrstva oblačnosti, tím pravděpodobnější je výskyt srážek z této oblačnosti Analýza oblačnosti CA (Cloud Analysis) sestavována 4 x denně až pro 3 druhy oblačnosti 237

238 Výška horní hranice oblačnosti CTH (Cloud Top Height) je vytvářen z TIR pro krok 1500 m ve vrstvě 3 12 km Podpůrná data CDS (Climate Data Set) obsahuje data z analýz histogramu, uvádí hodnoty korekcí IR pásma generován 8 x denně 238

239 Výpočet albeda A= V/cos α, kde V hodnota pixelu ve viditelném pásmu A albedo α - zenitový úhel Slunce Výpočet radiační teploty R = (IR IRSPC). IRCAL R je radiační teplota IR hodnota pixelu v IR pásmu IRSPC, IRCAL kalibrační konstanty (internet) 239

240 Použití krátkodobé předpovědi počasí (synoptická meteorologie) teplota povrchu oceánu, - obsah vodních par, množství srážek, parametry oblačnosti varovné systémy pro extrémní meteorologické a hydrologické jevy - 240

241 Data přijímána ve stále stejné geometrické podobě azimutální projekce v normální poloze ve vzdálenosti geostacionární dráhy jediný nezkreslený pixel v nadiru 241

242 Čína : Perigeum: km Apogeum: km Inclinace: 3 doba obletu: min vypuštěna: Source: People's Republic of China (PRC) Comments: Skenující radiometr, a sledování oblačnosti, vodní výpar pro sledování počasí viditelné a IR vlnové délky obrazová data každou hodinu 242

243 243

244 délka mise 5 let, minimum rozměry: Ú hlavní část 2 metrová krychle (7 foot) Užitná délka 27 metrů (88 feet) hmotnost 2100 kg (4600 lb) výška geosynchronní dráhy 36,000 km (22,000 mi) poloha zeměpisná délka 75W a 135W zeměpisná šířka rovníková s

245 IMAGER CHANNELS AND PRODUCTS CHANNEL 1 2* WAVELENGTH (um) PRODUCT Clouds x x Water Vapor* Surface Temp. o Winds x Albedo + IR Flux x Fires + Smoke x x 3* 6.7 x x x x o 4 11 x x o x x o 5* 12 x x o o x primární pásmo o sekundární pásmo 245

246 Sea Surface Temperature (SST) 246

247 GOES-East (12) GOES-West (11) 247

248 248

249 249

250 250

251 Družice NOAA Výška 833 km, doba obletu 102 minut, 14 obletů za den Multispektrální radiometr AVHRR mechano-optický šířka záběru 2400 km jedno území měřeno 2 x za 24 hod týmž skenerem 251

252 252

253 Pásma AVHRR (advanced very high resolution radiometer) rozlišovací schopnost (RS) 1.1 km V IR TIR TIR TIR µm µm µm µm µm 253

254 Použití: pro meteorologické aplikace - určení oblačnosti V a IR pro aplikace v životním prostředí určení NDVI množství zelené vegetace vytváří se za 10 dní (bere se maximum, předpoklad, že alespoň jednou za dní nebyla oblačnost) 254

255 Pásma 3 5: zjišťování teploty horní vrstvy oblačnosti, teplota povrchu oceánu, mapování vulkánů a jejich aktivity 255

256 Další zařízení = TOVS (Tiros Operational Vertical Sounder) tvořený 3 přístroji : HIRS/2 High Resolution IR Sounder 20 kanálů mechanický skener RS 17.4 km šířka záběru 2240 km 1.-5.: µm - teplotní profily, absorpce CO : µm - oblačnost 8.: µm teplota povrchu 9.: 9.71 µm ozón : µm obsah vodních par, mraků typu cirrus : µm teplota, absorpce CO : µm - oblačnost 256

257 SSU (Stratospheric Sounding Unit) krokový skenující IR spektrometr v pásmu absorpce CO (15 µm ) pro určování teploty ve výškách km, RS km MSU (Microwave Sounding Unit) 4 pásma měření teploty v absorpčním pásmu O2 (5.5 mm), RS 109 km Ú Data přenášena digitálně přenosem HRPT (High Resolution Picture Transmission) Data přenášena APT přenosem pouze 2 pásma s RS 4 km 257

258 Data kódována do10 bitů Data v podobě LAC (Local Area Coverage), GAC (Global Area Coverage - méně podrobná než LAC) Z družic NOAA sledování globálních změn 258

259 Původní název ERTS (Earth Resource Technology Satellite) Slunečně synchronní dráha _ výška 915 km u Landsat 1, 2, 3 periodicita stejného přeletu 16 dní, výška 705 km Landsat 4 periodicita 18 dní 259

260 MSS (Multispectral Scanner) 4 spektrální pásma, šířka záběru 185 km, radiometrické rozlišení 6 bitů, RS 80 m 1. 4.pásmo: µm - zelené pro vodní objekty, tvary dna, rozsah sněhové pokrývky 5.pásmo: µm - červené vodní objekty, půda, komunikace, vegetace (spolu s IR) 6.pásmo: µm - blízké IR odlišení vody, aplikace s vegetací a geologii 7. pásmo: µm - blízké IR aplikace jako 6. pásmo