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 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
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 10 9
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
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
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 % 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)
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
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
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