Teledetekcja w ochronie środowiska. Wykład 4

Transkrypt

1 Teledetekcja w ochronie środowiska Wykład 4

2 Obrazy SAR Obraz bezpośrednio rejestrowany przez system SAR to tzw. hologram mikrofalowy, który po skomplikowanej obróbce i wizualizacji daje obraz radarowy. Każdy piksel obrazu radarowego zawiera informacje zarówno o amplitudzie (A), jak i o fazie ( ) sygnału powracającego do anteny. Informacja ta zapisana jest w postaci liczby zespolonej: Amplituda Dla każdego piksela obrazu radarowego wartość z SAR może zmieniać się podczas kolejnych przelotów satelity, w zależności od : odległości satelity od obiektu, charakteru zmian czasowych obiektu niejednorodności atmosfery Faza

3 Przetwarzanie obrazów SAR (amplituda) Wartość amplitudy rejestrowanej dla każdego piksela obrazu radarowego jest silnie zależna m.in. od: o wilgotności gleby, o chropowatości powierzchni. Analiza amplitudy możne być wykorzystana do badania m.in.: o wilgotności gleb, o monitoringu powodzi, o rozróżniania różnego typu skał, o badania lineamentów, o... JERS-1/SAR - Mount. Morgan(Australia) ( or.jp/e/data/analysis/)

4 Przetwarzanie obrazów SAR (amplituda) W przeciwieństwie do fazy, z jednego obrazu amplitudy można wyciągnąć istotne informacje o obrazowanej powierzchni. Możliwa jest m.in. klasyfikacja typów pokrycia terenów. Analiza amplitudy obrazów dotyczących tego samego obszaru a wykonanych w rożnym czasie pozwala na badanie zmian zachodzących na monitorowanym terenie. Port-au-Prince (Haiti) Źródło:

5 Przetwarzanie obrazów SAR (amplituda) - powódź Obraz wykonany w trakcie powodzi Obraz wykonany miesiąc po powodzi źródło:

6 Przetwarzanie obrazów SAR (amplituda) - lineamenty Lineament - naturalny prostoliniowy lub łukowato wygięty element powierzchni Ziemi, najprawdopodobniej odzwierciedlający zjawiska geologiczne (głównie tektoniczne) w podłożu; w skład lineamentu mogą wchodzić fragmenty rzeźby terenu, granice jednostek geologicznych, uskoki, wystąpienia wód, strefy wegetacji i inne, długości od setek m do tysięcy km. /Encyklopedia PWN/ Prawdopodobny mechanizm powstania lineamantu spowodowanego eksploatacją górniczą (E. Pilecka, A. Piątkowska, K. Stec, Z. Buła, Z. Pilecki, M. Król Związek lineamentów z sejsmicznoscią indukowaną na terenach górniczych Górnośląskiego Zagłębia Węglowego )

7 Przetwarzanie obrazów SAR (amplituda) - lineamenty Topografia terenu jest lepiej widoczna na obrazach radarowych niż na obrazach optycznych. Istnieje wiele metod detekcji lineamentów na obrazach radarowych. Informacja o lokalizacji lineamentów może być wykorzystana do poszukiwania złóż (m.in. gazu ziemnego).

8 Przetwarzanie obrazów SAR Najczęściej wykorzystywane metody przetwarzania obrazów SAR: * Analiza amplitudy InSAR (Interferometry SAR) - tworzenie DEM (Digital Elevation Model) DInSAR (Differential InSAR) - detekcja deformacji terenu PSInSAR (Permanent/Persistent Scatterer InSAR) - detekcja deformacji terenu dla stabilnych rozpraszaczy radarowych POLSAR (Polarymetry SAR) - badanie mechanizmu odbicia

9 Przetwarzanie obrazów SAR metoda InSAR Metoda InSAR (Interferometry SAR) służy do tworzenia cyfrowego modelu terenu na podstawie dwóch obrazów radarowych. Obrazy muszą być pozyskane przez tego samego satelitę w tym samym trybie zobrazowania. Obrazy SAR są nakładane na siebie i dla każdego piksela wyznaczana jest różnica faz. Master image SAR 1 (t 1 ) t 1 ~ t 2 deformacje = 0 Slave image SAR 2 (t 2 ) Różnica faz = składowa odpowiedzialna za deformacje + składowa odpowiedzialna za topografię +błędy DEM W metodzie InSAR wykorzystuje się zobrazowania SAR, które wykonano w niedługim odstępie czasu. Pozwala to wyeliminować składnik związany z deformacjami terenu. Różnica faz zależna jest wtedy w głównej mierze od topografii. perpendicular baseline

10 Przetwarzanie obrazów SAR metoda InSAR Tandem-X Tandem-X

11 Metoda InSAR Różnica faz przedstawiona jest za pomocą prążków interferencyjnych. Na ich podstawie wyznacza się topografię. Wartość różnicy fazy zmienia się w zakresie od 0 do 2 (jeden zakres kolorów) INTERFEROGRAM R - wysokość orbity; B odległość pomiędzy satelitami; - kąt patrzenia satelity - długość fali

12 Przetwarzanie obrazów SAR Najczęściej wykorzystywane metody przetwarzania obrazów SAR: InSAR (Interferometry SAR) - tworzenie DEM (Digital Elevation Model) DInSAR (Differential InSAR) - detekcja deformacji terenu PSInSAR (Permanent/Persistent Scatterer InSAR) - detekcja deformacji terenu dla stabilnych rozpraszaczy radarowych POLSAR (Polarymetry SAR) - badanie mechanizmu odbicia

13 Metoda DInSAR (Differential Interferometry SAR) Metoda DInSAR służy do detekcji deformacji terenu, które wystąpiły w czasie pomiędzy wykonaniem dwóch wykorzystanych zobrazowań radarowych. Podobnie jak w metodzie InSAR wykorzystuje się dwa obrazy radarowe. Obrazy nakłada się na siebie i dla każdego piksela wyznacza się różnicę faz. Różnica faz = składowa odpowiedzialna za deformacje + składowa odpowiedzialna za topografię +błędy W metodzie DInSAR wykorzystuje się DEM w celu wyeliminowania składowej odpowiedzialnej za topografię. DEM zamieniany jest na interferogram (tzw. interferogram syntetyzowany) i odejmowany jest od głównego interferogramu.

14 Interferogram różnicowy Po odjęciu od głównego interferogramu interferogramu syntetyzowanego otrzymujemy interferogram różnicowy. Interferogram różnicowy składa się z prążków interferencyjnych. Przyjęty zakres kolorów (najczęściej od czerwonego do niebieskiego) reprezentuje deformacje terenu odpowiadające połowie długości fali wykorzystywanej przez system SAR.

15 Właściwości metody DInSAR Bardzo dobra rozdzielczość przestrzenna wyników. Bardzo dobra rozdzielczość czasowa wyników. Możliwość monitoringu deformacji terenu na obszarach o powierzchni kilkuset km 2. Możliwość detekcji deformacji z centymetrową (milimetrową) dokładnością. Możliwość detekcji deformacji terenu nie większych niż połowa długości fali wykorzystywanych przez system SAR. Względny pomiar deformacji. Mniejsze możliwości zastosowania metody DInSAR dla obszarów zielonych (spadek koherencji sygnału radarowego).

16

17 Wyniki analizy DInSAR Tarnowskie Góry Area size: ~2000 km 2 TerraSAR-X images Studied time period: July 2011 March

18 Wyniki analizy DInSAR Ornontowice I

19 Wyniki analizy DInSAR Stara Ligota I

20 Obszar testowy Lędziny (05/07/ /07/2011)

21 Obszar testowy Lędziny (05/07/ /07/2011)

22 Obszar testowy Lędziny Interferogram 05/07/ /07/2011 Interferogram 05/07/ /08/2011

23 Obszar testowy Ligota (05/07/ /07/2011)