Menu. Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości

Transkrypt

1 Menu Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości

2 Historia Jeszcze kilkadziesiąt lat temu obrazy Błękitnej Planety służyły nam niemal wyłącznie do celów artystycznych. Jednak w ciągu ostatnich 10 lat rozdzielczość zdjęć tak się zwiększyła, że możemy dzięki nim nie tylko podziwiać urodę naszej planety, ale przede wszystkim wyciągać bardzo przydatne wnioski, które służą do badań naukowych, a także przewidywania zjawisk mających wpływ na nasze codzienne życie. Źródło:

3 Historia 24 października 1946 roku, czyli krótko po zakończeniu się Drugiej Wojny Światowej, grupa naukowców i żołnierzy otrzymała pierwsze w historii ludzkości zdjęcie powierzchni ziemi z kosmosu.przełomowe zdjęcie wykonała specjalna kamera umieszczona na rakiecie V-2, która wystartowała tego dnia z amerykańskiej bazy wojskowej White Sands w stanie Nowy Meksyk. Źródło:

4 Historia Chociaż zdjęcie jest bardzo niewyraźne i nie można zobaczyć szczegółów ukształtowania terenu na południowym zachodzie USA, to jednak czarno-białe zdjęcie zdradza, gdzie owego październikowego dnia znajdowały się deszczowe chmury, które są widoczne w postaci białych pasm. Źródło:

5 Historia W 1950 roku testami zainteresowała się organizacja National Geographic, która chciała zdjęcia opublikować na łamach swojego comiesięcznego magazynu. Wówczas już cały świat dowiedział się jak wygląda powierzchnia ziemi z przestrzeni kosmicznej. Źródło:

6 Historia To był pierwszy krok do stworzenia pierwszego satelity meteorologicznego Tiros-1, który 14 lat później wykonał pierwsze w historii zdjęcie satelitarne Ziemi, które również po raz pierwszy znalazło się w codziennej prognozie pogody w amerykańskiej telewizji. Jednak zdjęcie z Tiros-1 nie ukazywało całej naszej planety, a jedynie jej niewielki fragment. Źródło:

7 Historia Dopiero 29 grudnia 1968 roku ludzkość otrzymała zdjęcie całej ćwiartki Ziemi. Wykonali je astronauci z pokładu Apollo-8 w drodze powrotnej z Księżyca z odległości 386 tysięcy kilometrów. Mogliśmy dostrzec część Afryki zatapiającą się w cieniu. Nadal jednak nie zobaczyliśmy Ziemi w pełnej okazałości. Źródło:

8 Historia Ta przełomowa chwila nastąpiła dopiero 12 lipca 1972 roku, gdy całą półkulę naszej planety uwiecznili astronauci z pokładu Apollo- 17. Na zdjęciu widoczny był Bliski Wschód, Afryka, wyspy Oceanu Indyjskiego i Antarktyda wraz z systemami pogodowymi rozciągającymi się nad Oceanem Południowym. Źródło:

9 Historia W ciągu ostatnich lat powstały satelity Aqua i Terra, które są obecnie głównym źródłem niespotykanie szczegółowych zdjęć Ziemi. Nigdy wcześniej z taką dokładnością nie mogliśmy zaobserwować nie tylko chmur, lecz także mgieł, które wcześniej na zdjęciach praktycznie nie można było dostrzec. Źródło:

10 Historia

11 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Wysoka rozdzielczość detektorów optycznych pozwala na szczegółowe obrazowanie powierzchni Ziemi. Na ogół są to obserwacje w modzie nadir z rozdzielczością poziomą od 100 m do 10 m i szerokości pasa obserwacji ok. 100 km. Obecnie technologia pozwala na obserwacje z dokładością od 5 do 1 metra w trzech wymiarach.

12 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Obserwacje są wykonywane na dwa sposoby: panchromatycznie ( jedna barwa) wielo-widmowo (kilka barw jednocześnie) Obserwacje dokonuje się: w zakresie widzialnym lub/i w zakresie podczerwieni

13 Remote Sensing Active emit energy and detect reflections Sonar Radar Lidar Passive - detect emitted/reflected energy from other sources Satellite sensors Air photos Cameras Video recorders

14 Satellite Imagery Digital data is obtained by sensors on satellite platforms.

15 Satellite Imagery Described by five resolutions Spatial resolution: area on ground represented by each pixel Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) 1 km Landsat - 30m SPOT 2.5m - 20m / 2.5m - 10m IKONOS - 1m/4m Temporal resolution: how often a satellite obtains imagery of a particular area Spectral resolution: specific wavelength intervals in the electromagnetic spectrum captured by each sensor Radiometric Resolution: number of possible data values reportable by each sensor (how sensitive the sensor is to changes in brightness of objects that it views) View angle resolution: the number of angles at which the ground objects are recorded by the sensor.

16 Spatial resolution AVHRR English Channel

17 Spatial resolution Landsat Thematic Mapper Greenville, NC

18 Spatial resolution SPOT Palm Springs, CA

19 Spatial resolution IKONOS Sydney Olympic Park

20 Temporal Resolution Number of days between overhead passes at the same location Landsat - 16 days AVHRR - daily IKONOS - 1 to 3 days

21 Spectral Resolution Number, spacing and width of sampled wavelength bands Higher resolution results in more precision in representation of spectral signatures

22 Review: Electromagnetic Spectrum A continuum of all possible energies that radiate through space In remote sensing, we mainly focus on visible, infrared and microwave

23 Landsat spectral resolution Landsat TM: Wavelength (in micrometers) Description Blue-green Green Red Near-IR IR Thermal Mid-IR

24 Spectral Regions Landsat MSS BAND 1 (Visible Blue) PANCHROMATIC BLUE GREEN RED NEAR IR SHORT WAVE IR MID- WAVE IR LONGWAVE IR mm Illuminates Materials in Shadows Water Penetration for Bathymetry Soil / Vegetation Differentiation Deciduous / Coniferous Differentiation

25 Band 1

26 Spectral Regions Landsat MSS BAND 2 (Visible Green) PANCHROMATIC BLUE GREEN RED NEAR IR SHORT WAVE IR MID- WAVE IR LONGWAVE IR mm Water Penetration for Bathymetry Clear and Turbid Water Contrast Discrimination of Oil on Water Green Reflectance Peak of Healthy Vegetation

27 Band 2

28 Spectral Regions Landsat MSS BAND 3 (Visible Red) PANCHROMATIC BLUE GREEN RED NEAR IR SHORT WAVE IR MID- WAVE IR LONGWAVE IR mm Vegetation Differentiation Chlorophyll Absorption Limited Water Penetration for Bathymetry

29 Band 3

30 Spectral Regions Landsat MSS BAND 4 (Near Infrared) PANCHROMATIC BLUE GREEN RED NEAR IR SHORT WAVE IR MID- WAVE IR LONGWAVE IR mm Vegetation Analysis Shoreline Mapping Landcover Discrimination

31 Band 4

32 Spectral Regions Landsat MSS BAND 5 (Short-wave Infrared) PANCHROMATIC BLUE GREEN RED NEAR IR SHORT WAVE IR MID- WAVE IR LONGWAVE IR mm Fire Mapping Discrimination of Oil on Water Moisture Content of Soil and Vegetation Snow / Cloud Differentiation Vegetation Analysis

33 Band 5

34 Spectral Regions Landsat MSS BAND 7 (Mid-wave Infrared) PANCHROMATIC BLUE GREEN RED NEAR IR SHORT WAVE IR MID- WAVE IR LONGWAVE IR mm Solar Reflectance From Specular Metal Roofs Smoke Penetration Daytime Reflectance Mixed With Emitted EM Radiation Nighttime Emitted EM Radiation

35 Band 7

36 Spectral Regions Landsat MSS BAND 6 (Long-wave Infrared) PANCHROMATIC BLUE GREEN RED NEAR IR SHORT WAVE IR MID- WAVE IR LONGWAVE IR mm Thermal Analysis Vegetation Density Urban Heat Islands

37 Band 6

38 Landsat Bands BLUE GREEN RED Band 1 Band 2 Band 3 NEAR IR Band 4 SHORT WAVE IR MID- WAVE IR LONGWAVE IR Band 5 Band 7 Band 6

39 Spectral Resolution of Landsat TM These bands provide a coarse summary of spectral signatures. TM Band:

40 Radiometric Resolution Number of possible data values reported by the sensor Range is expressed as a power (2 n ) 8-bit resolution has 2 8 values, or 256 values Range is bit resolution has 2 16 values, or 65,536 values Range is The value in each pixel is called the Digital Number (DN) Brightness Value (BV)

41 Image Display Graphics display devices use three color guns Red, Green, Blue All colors can be formed from various combinations of these 3 colors (which is why they re used in computer/tv screens) The brightness values (BV) to be displayed will often have an 8-bit range 0 to 255 In remote sensing, we assign one band to each color gun to give color to the image

42 Image Display For a single band, the resultant color will be grayscale Band 1 Band 1 Band 1 Red color gun Green color gun Blue color gun All three colors display the same value, so the colors are shades of gray

43 Landsat Image of Idaho Band 1 Band 2 Band 3 Band 4

44 Landsat Image of Idaho Band 5 Band 6 Band 7

45 Image Display For a multi-band image, the resultant color will depend on which bands are assigned to which color guns True Color Composite (321) Red (3) Green (2) Blue (1) Red color gun Green color gun Blue color gun False Color Composite (432) Near Infrared (4) Red (3) Green (2) Red color gun Green color gun Blue color gun

46 Multispectral Imagery Display Band Composite Output = Color Guns = Band Combination = BLUE GREEN RED NEAR IR SHORT WAVE IR MID- WAVE IR LONGWAVE IR Landsat TM Band =

47 Color Composite Image Color composite image Band A Band B Band C Blue color gun Green color gun Red color gun

48 Landsat TM Image of Idaho

49 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Dokładność obserwacji zależy od stanu atmosfery Ziemskiej, dlatego wykorzystuje się dobrą pogodę do wykonywania zdjęć o najlepszej rozdzielczości

50 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Dodatkowe informacje można wydobyć wykorzystując obserwacje stereoskopowe.

51 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Instrumenty o wysokiej rozdzielczości optycznej są najczęściej stosowanym narzędziem wśród instrumentów satelitarnych. Znajdują zastosowanie w : Rolnictwo, określenie rodzaju upraw i okolicy, spis roślin, prognozowanie plonów i identyfikacja stref upraw, Oceny szkód związanych z zagrożeniami naturalnymi Mapy geologicznej Urbanistyki, tworzenie cyfrowych modeli terenu Środowisko planowania i monitorowania

52 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Instrumenty

53 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)

54 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)

55 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)

56 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)

57 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)

58 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)

59 Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)