Teledetekcja z elementami fotogrametrii. Wykład 3

Transkrypt

1 Teledetekcja z elementami fotogrametrii Wykład 3

2 GIS GIS (ang. Geographic Information System) to system informacji geograficznej służący do wizualizacji, przetwarzania, analizowania i prezentowania informacji związanych z położeniem obiektu w przestrzeni. W języku polskim pojęcie GIS i SIP (System Informacji Przestrzennej) używa się zamiennie. Wyodrębniamy dwa typy systemów informacji przestrzennej. Różnią się one szczegółowością informacji przechowywanych w systemie. SIP SIG System Informacji Geograficznej (mapy średnio i małoskalowe; skala 1: i mniejsze) SIT Systemy Informacji o Terenie (mapy wielkoskalowe; skala 1: 5000)

3 TELEDETEKCJA Metody aktywne Metody pasywne

4 TELEDETEKCJA metody pasywne Metody pasywne: umożliwiają monitoring Ziemi tylko w ciągu dnia; są bardzo czułe na warunki atmosferyczne;

5 TELEDETEKCJA metody pasywne Kanał spektralny określony (wąski) zakres spektrum elektromagnetycznego rejestrowany jako pojedynczy obraz. Obrazowanie wielospektralne jednoczesna rejestracja wielu zakresów spektralnych (dla każdego zakresu powstaje osobny obraz). Krzywe spektralne - charakterystyka współczynnika odbicia w zależności od długości fali. Zakłada się, że krzywe spektralne poszczególnych badanych obiektów wykazują różnice wystarczające do ich rozróżnienia.

6 TELEDETEKCJA Metody aktywne Metody pasywne

7 RADAR (ang. Radio Detection And Ranging) Radar to urządzenie służące do wykrywania obiektów powietrznych, nawodnych oraz lądowych takich jak: samoloty, śmigłowce, rakiety, statki (również chmury oraz obiekty terenowe), pozwalające na określenie kierunku, odległości a także rozmiarów obiektu, a w radarach dopplerowskich także do pomiarów prędkości wykrywanego obiektu. [Wikipedia]

8 RADAR (ang. Radio Detection And Ranging) Dzięki wykorzystaniu fal elektromagnetycznych radar jest w stanie rozpoznawać różne obiekty i określać dystans między nimi. Gdy fale elektromagnetyczne poruszające się z prędkością światła (300 tys. kilometrów na sekundę) napotykają przeszkodę to odbijają się od niej (zmiana właściwości dielektrycznych i magnetycznych ośrodka). Promieniowanie elektromagnetyczne, które wraca do radaru pozwala określić odległość od przeszkody. Promieniowanie mikrofalowego najmocniej odbijają przewodniki elektryczne, głównie metale. Dzięki temu radary wykorzystywane są przede wszystkim do wykrywania statków, samolotów czy pocisków. 20/air-stealth-technology-and-military-science/

9 RADAR STEALTH TECHNOLOGY Stealth technology ned-how-stealth-technology-works/

10 RADAR (ang. Radio Detection And Ranging) Z klasycznych radarów korzystają m.in. : meteorolodzy, wykrywając chmury burzowe i wyładowania atmosferyczne, policja, określając prędkość pojazdów kontrolerzy lotów, nadzorując ruch lotniczy wojsko do wykrywania wrogich pojazdów Radar meteorologiczny w Wysogotowie (wchodzi w skład krajowej sieci radarów POLRAD do hydrologicznej i meteorologicznej osłony Polski) [WIKIPEDIA] Mobilny radar do pomiaru wysokości obiektów powietrznych, których znany jest azymut i odległość.

11 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) Sentinel-1 TerraSAR-X COSMO-SkyMed RADARSAT-2

12 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) jest to radar z anteną syntetyzowaną, który wysyła w kierunku Ziemi promieniowanie elektromagnetyczne i rejestruje sygnał powracający do anteny. System SAR: jest to system aktywny; wykorzystuje mikrofale; umieszczany jest na pokładach satelitów i samolotów; jest to radar bocznego wybierania (SLAR- Side Looking Airborne Radar) Satelity z systemem SAR są umieszczane na orbitach najczęściej około km nad powierzchnią Ziemi i krążą po orbitach okołobiegunowych.

13 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) Rozdzielczość obrazów: czasowa (repetition time): od 1 dnia (TANDEM-X) do kilkudziesięciu dni (46 dni dla ALOS) przestrzenna: od kilku metrów do przeszło 100 m

14 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) Długości fal najczęściej wykorzystywane przez system SAR: pasmo X (2,5 3,8 cm) Pasmo C (3,8 8 cm) Pasmo L (15 30 cm)

15 WYKORZYSTYWANE CZĘSTOTLIWOŚCI Pasmo Zakres częstotliwości Przykłady wykorzystania VHF P L C X Ku 300 KHz 300 MHz ( cm) 300 MHz 1 GHz ( cm ) 1 GHz 2 GHz (15-30 cm) 4 GHz 8 GHz (3,75 7,5 cm) 8 GHz 12 GHz (2,5 3,75) 12 GHz 18 GHz (1,67 2,5 cm) Analiza biomasy, penetracja przez warstwę liści / grunt Analiza biomasy, wilgotności gleby, penetracja przez warstwę liści / grunt Rolnictwo, leśnictwo, penetracja przez warstwę liści / grunt Oceanografia, rolnictwo Rolnictwo, oceanografia, radary o wysokich rozdzielczościach Badania lodowców Ka 26,5 GHz 40 GHz (0,75 1,1 cm) Radary o wysokich rozdzielczościach

16 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) 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

17 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) Najczęściej wykorzystywane metody przetwarzania obrazów SAR: * Analiza amplitudy InSAR (Interferometry SAR) - tworzenie DEM (Digital Elevation Model) DInSAR (Differential InSAR) - detekcja deformacji terenu PSI (Permanent/Persistent Scatterer InSAR) - detekcja deformacji terenu dla stabilnych rozpraszaczy radarowych POLSAR (Polarymetry SAR) - badanie mechanizmu odbicia

18 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) A. Misra, B. Kartikeyan, S. Garg Towards Identifying Optimal Quality Indicators for Evaluating De-Noising Algorithm Performance in SAR System SAR zapisuje Amplitudę (A) fazę ( ) powracającego sygnału.

19 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) - Antena emituje pulsy z określoną częstotliwością (PRF, ang. Pulse Repetition Frequency) - Transmitowany sygnał to długotrwający puls o liniowo zmodulowanej częstotliwości, tzw. chirp Ważne parametry: - Długość pulsu ( ) - Ilość wykorzystanych częstotliwości (B) - PRF Rozdzielczość obrazu w kierunku zasięgu zależy od długości [sec] wysyłanego pulsu: Range resolution = C cos C prędkość światła (3x10 8 m/sec) depression angle

20 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) Rozdzielczość obrazu w kierunku AZYMUTU zależy od szerokości pasa terenu oświetlanego przez radar. Szerokość ta zależy od długości anteny: Azimuth resolution = (H )/(Lcos ) H - wysokość anteny L długość anteny - długość fali - Kat padania wiązki radarowej.

21 SAR (ang. Synthetic Aperture Radar) RAR (ang. Real Aperture Radar) wykorzystuje maksymalną, fizyczną długość anteny do osiągnięcia maksymalnej rozdzielczości w kierunku azymutu. SAR wykorzystuje stosunkowo krótką antenę do syntetyzowania anteny długiej. W tym celu wykorzystywana jest informacja o zmianie fazy wynikająca z efektu Dopplera.

22 FOCUSING

23 FOCUSING Surowy obraz SAR Obraz SAR po kompresji w kierunku zasięgu (range) Obraz SAR po kompresji w azymucie i w kierunku zasięgu i (range)

24 MULTILOOKING

25 Zasada działania radaru SAR Różnice w wykorzystanych pasmach

26 Zasada działania radaru SAR Lotniczy obraz SAR o rozdzielczości 3 x 3 m

27 Rodzaje sensorów teledetekcyjnych

28 Rodzaje sensorów teledetekcyjnych

29 FORESHORTENING

30 LAYOVER

31 LAYOVER

32 SHADOWING

33 MOUSTACHE EFFECT Charakterystyczne wąsy, które pojawiają się na obrazach radarowych są efektem podwójnego odbicia od zaokrąglonego obiektu i podłoża. H. Hammer, S. Kuny, K. Schulz, 2014, Amazing SAR Imaging Effects Explained by SAR Simulation, EUSAR 2014, pp

34 SPECKLE