16:15 PM – 18:05 PM6.10.2010

Notiuni introductive

'Teledetectie' – ca denumire a aparut in secolul XX, deceniul 8 (1971)'remote sensing' (engleza) 1950 – Evelyn Prutt de la US Office of Naval

Definitii:

Lintz si Simonette – achizitia de date fizice asupra unui obiect

Barrett si Curtis – observarea unei tinte, corp material cu un aparat situat la anumita distanta

Shot – achizitia de date si informatii derivate asupra obiectelor localizate la suprafata pamantului sau in atmosfera, prin utilizarea de senzori montati pe platforme situate la distanta de tinte, pentru a face masuratori (multispectrale) ale interactiunii dintre tinta si radiatie Electromagnetica (O sa notez 'EM' de acum radiatia electromagnetica)

Colwell (1983) – achizitii de date despre un obiect sau un grup de obiecte cu ajutorul unui sensor situat la distanta de acestea

Din punct de vedere geografie: Ansamblul de cunostinte si tehnici utilizate pentru determinarea caracterisiticilor fizice si biologice ale unor obiecte sau procese de la nivelul suprafetei terestre prin masuratori efectuate de la distanta, fara a intra in contact material cu acestea

Exista trei forme de teledetectie, i nfunctie de mediul in care evolueaza senzorii:1. teledetectie terestra – cu preluarea informatiilor de la nivelul solului2. teledetectie aeriana – inregistrarea din atmosfera (balon, elicopter, avion)3. teledetectie spatiala – inregistrarea din spatiul cosmic (sateliti, navete si sonde spatiale)

In teledetectie se opereaza cu imagini speciale denumite fotograme. Asociat celor 3 forme de teledetectie, fotogramele sunt de 3 tipuri :

1. fotograma terestra (geofotograma)2. aerofotograma3. cosmofotograma

Avataje:

- posibilitatea observarii unor suprafete intinse de teren in mod sinoptic (dintr-o imagine)– economie de timp, energie, bani– situatii speciale: gropi abisale, desert, mlastini, zone inalte, jungle, regiuni polare, regiuni

vulcanice– prelucrare cartografica mai usoara– unele pot fi doar prin teledetectie observate: uragane– urmarire a evolutiei in timp: alunecari de teren

20.10.2010

Limitele teledetectie

– Costul, complexitatea mijloacelor necesare preluarii si prelucrarii imaginilor– Timpul de citire si interpretare or satelitare depaseste frecvent o luna– Teledetectia aeriana presupune asteptarea conditiilor atmosferice favorabile

Istoricul teledetectiei

1. istoricul modului de inregistrare a informatiilor2. istoricul mijloacelor de transport a senzorilor3. istoricul modului de prelucrare a informatiei (interpretare)

1.

1826 – prima fotografie alb-negru, pe baza tehnicii heliografiei (strat de bitum fotosensibil pe o placa de cositor) – Joseph Nicephore Niepce – poti cauta pe net prima fotografie1850 – posibilitatea utilizarii fotografiei pentru intocmirea hartilor topografie (Aimee Lausedat – parintele fotogrametriei)1857 – stereoscopul cu 4 oglinzi (Helmhaltz)1858 – prima fotografie alb-negru aeriana (din balon – Gerard Felix Tournachon , poreclit Nadar)1909 – prima fotograma din avion1861 – prima fotografie color permanenta (James Clerk Maxwell)1877 – se introduce sistemul color substractiv (Louis Ducos du Hauron)1937 – prima fotografie color din avion

2.

1957 – primul satelit artificial (Sputnik 1)1960 – primele imagini asupra Pamantului (Tiros 1)1972 – primul satelit de teledetectie (ERTS 1 – Earth Resource Technological Satellite = Landsat 1)

Energia in natura – energia EM (electromagnetica)

EM se propaga prin unde (radiatii). Undele EM au fost prezise teoretic de ecuatiile lui Maxwell (1861) si apoi descoperirile experimental de Heinrich Hertz.

Propagarea undelor EM 1. directia de propagare2. viteza de propagare c = 3*108 m/s (viteza luminii)3. lungimea de unda (lambda λ ) = distanta dintre doua puncte consecutive ale aceleiasi faze a

miscarii ondulatorii4. frecventa ν – numar de oscilatii complete produse intr-o secunda (numar de unde ce trec

printr-un punct oarecare in unitatea de timp) c = λ * ν ; λ = 1/ν5. amplitudinea (a) = distanta dintre maximul si minimul unei oscilatii6. are caracter dual – unda / particula (alcatuita din fotoni)7. o unda EM e alcatuita din suprapunerea undelor componente

Orice corp cu temperatura >0 K (0 grade Kelvin = -273 0 C) emite continuu unde EM

Surse de radiatii EM – naturale – soare – emite uv (ultraviolete) , lumina, caldura- pamant – emite lumina, caldura, radiatii gamma, unde radio

– artificiale

27.10.2010

Interactiunea cu atmosfera

Atmosfera se comporta ca factor perturbator datorita absorbtiei, reflexiei, refractiei, emisiei, difuziei.

Difuzia

– se produce pe baza interactiunii radiatiei EM cu diferite particule sau molecule de gaze existente in atmosfera

– nivelul difuziei depinde de mai multi factori: lungimea de unda, densitatea particulelor si a moleculelor, inaltimea atmosferei

– 3 tipuri de difuzie: difuzie Rayleigh, difuzie Mie, difuzie non-selectiva

Difuzie Rayleigh – se produce datorita interactiunii cu particulele mai mici decat lungimea de unda (molecule de N2, O2 )

– afecteaza paturile inalte ale atmosferei– consecinta : culoarea albastra a cerului (celelalte culori ale spectrului luminii sunt absorbite)

Difuzie Mie – se produce datorita interactiunii aproximativ egale cu lungimea de unda (polen, fum)– afecteaza straturile joase ale atmosferei– se produce cand e cerul innorat

Difuzie non-selectiva– se produce datorita interactiunii cu particule mai mari decat lungimea de unda a radiatiei (particule de praf, vapori de apa)– toate lungimile de unda sunt difuzate– ceata ne apare alba

Absorbtia

Comportamentul radiatiei la traversarea atmosferei depinde de lungimea de unda si de starea atmosferei– ozonul absoarbe in mare parte radiatiile UV (ultraviolete)– CO2 si vaporii de apa absorb complet radiatiile γ (gamma) si X (Roentgen, sau raze X) si o parte a radiatiei IR (infrarosii)– radiatiile cu lungime de unda mai mare de 3 mm traverseaza fara difuzie atmosfera si norii– regiuni din spectru mai putin afectate de absorbtie (transparente) se mai numesc 'ferestre atmosferice' sau 'ferestre de transmisie' (ex 0,1-14 μm) μm = micrometru

Radiatia electromagnetica si suprafata terestra

Se pun in evidenta doi indici:1. indice de reflectanta spectrala – raportul dintre cantitateta de energie reflectata si energia incidenta (albedou), masurat in procente2. indice de absorbtie – raportul dintre cantitatea de energie absorbita si energia incidenta Semnatura spectrala = raspunsul obiectelor si procesele de la suprafata terestra in functie de lungimea de unda si de intensitatea radiatiei

Variatia in timp a semnaturii spectrale se numeste 'semnatura temporala'

Spectrul EM

Utilizare – UV – detectarea resurselor minerale (ex. Diamante)IR – apropiat 0,750 μm – 1,5 μm – vegetatia afectata de daunatori

1,5 – 3 μm – zapada din nori>3 μm – incendii de padure, vulcanism (IR termic)

Unde radio – radio + televiziune

27.10.2010 Seminar

Elementele fotogramei

Doua mari categorii de elemente:– fotografice (curs)– de constructie

Elemente de constructie:

1) forma – patrat, dreptunghi, hexagon;2) marime – 18*18, 23*23, 13*13, 13*18, 18*233) indici marginali (marci fiduciale)– prin unirea lor se ajunge la punctul central

4) imaginea unui altimetru (pentru determinarea inaltimii de zbor - h)5) imaginea unui ststoscop (determinarea abaterii de la inaltime)

– 6) imaginea unui ceas (indicarea orei)7) nomenclatura foii de harta

– 8) imaginea unei nivele cu bule de aerax ul de fotografie poate fi vertical sau inclinat

– 9) distanta focala a obiectivului– 10) anul fotografiei– 11) numarul si seria fotogramelor

ex: pentru fotograma cu numarul 2145: 21 – reprezinta nr randului; iar 45 seria (coloana)– 12) scara fotogramei– pentru teritoriii orizontale:

– O – centrul de fotografiereF – distanta focala a aparatuluiH – altitudinea aparatului (avionului)d – distanta pe imagineD – distanta reala, din teren

1/N=d/D=F/H, unde N e scara fotogramei

1) 1/N=F/H => N=H/F2) 1/N=d/D => N=D/d

3) cu o hartaNf = ( dh * Nh )/ df, unde Nf=scara fotogramei; Nh = scara hartii; dh = distanta pe harta; df =distanta pe fotograma

- pe suprafete cu denivelari:

Cand regiunea fotografiata se afla deasupra nivelului marii, scara fotogramei e determinata de formula: N=(H-h1)/F, iar cand regiunea fotografiata se afla sub nivelul marii, scara fotogramei e determinata cu formula N=(H+h2)/F

3.11.2010

Fotografia conventionala si nonconventionala

Foto conventionala – foto clasica alb-negru/color pe materiale fotosensibile pe baza domeniului spectral conventional (vizibil)

Fotografia color se bazeaza pe doua sisteme:1. sistem aditiv

2. sistem substractiv

din spectrul luminii (spectrul luminii e compus din mai multe culori) se extrage CYAN + Galben => verde

Foto neconvetionala – imagini obtinute prin mijloace speciale (filtre) pe baza domeniului spectral UV apropiat sau IR apropiat

Tipuri:a) foto spetrozonala – un singur domeniu al spectrului EMb) foto multispectrala – mai multe domenii/ subdomenii ale spectrului EM

c) foto fals color – se substituie culorile din relitate cu altele (ex. Verde din natura pt vegetatie e redat cu rosu pe imagine)

d) foto color compus (se obtine din combinarea fotografiilor multispectrale)

Captorii

– instrumente imbarcate la bordul platformelor (sateliti), utilizati pentru efectuarea de observatii si masuratori

Clasificare:a) dupa domeniul spectrului in care opereaza:

– sensori electro-optici (UV apropiat, vizibil, IR apropiat)– scanere IR termal (IR termic, IR indepartat)– radar pentru microunde

b) dupa modul de captare si inregistrare:– captori analogici – restituie imediat sub forma de fotografii energia primita– captori digitali (numerici) – furnizeaza o informatie numerica in limbaj binar

c) dupa sistemul tehnologic de achizitie a informatiilor– captori pasivi – inregistrarea si naaliza radiatiilor emise sau remise de catre suprafata terestra

sau a diferitelor obiecte; nu opereaza decat ziua si pe cer senin– captori activi – au particularitatea de a emite fluxuri artificiale de unde si de a le reprimii dupa

reflexia de la suprafata terestra sau diverse obiecte; sunt utilizati atat ziua cat si noaptea, in orice conditii meteo

Captorii se diferentiaza si prin rezolutie: – spectrala– spatiala– camp global

a) rezolutie spectrala – caracterizata prin largimea benzi spectraleb) rezolutia spatiala (la sol) – cea mai mica suprafata terestra, de forma patrata, capabila de a fi inregistrata si de a da nastere unui semnal utilizabil (ex. 10*10 m)

– elementele corespunzatoare rezolutiei spatiale pe o imagine satelitara e Pixelul

c) camp global – marimea totala a teritoriului observat instantaneu (ex. 185*185km)

17.11.2010 Curs

Captori pasivi

Camere fotograficeCamere de televiziune

– functioneaza ca o camera foto, dar materialul fotosensibil e inlocuit cu un sistem de fotocelule– camera TV exploreaza suprafata terestra punct cu punct si linie cu linie, iar cu ajutorul

sensorilor (fotocelulelor) se obtine cate un semnal (impuls) electric pentru fiecare punct; intensitatea semnalului depinde de luminozitatea punctului respectiv

– semnal electric -> semnal audio -> emitere de la distanta -> captare si introducere in aparat de receptie -> transfer in fasccicule de electroni -> vizualizare pe ecranul cinescopului

Pe sateliti se utilizeaza doua tipuri de televiziune:1) cu camere prevazute cu obiectiv avand deschiderea foarte mica – ce receptioneaza radiatiile pe

o portiune restransa de teren2) cu camere prevazute cu obiectiv avand deschiderea foarte mare – permitand obtinerea

imaginii unei portiuni din suprafata terestra pe intregul cadru al materialelor fotosensibile1994 – a aparut televiziunea directa prin satelit

Scanere multispectrale

– captori care teledetecteaza suprafata terestra prin baleiere (maturare); radiatiile captate fiin descompuse in diverse benzi spectrale

ex: satelitul Landsat 5, scaner Thematic Mapper cu 7 benziLandsat 7 Enhanced Thematic Mapper cu 8 benzi

Radiometre

– masoara intensitatea radiatiilor receptuonate de la sol prin compararea cu radiatiile de la o sursa de referinta, ai carei parametrii sunt determinati cu precizie

Termografe

Teledetectia pasiva, cu ajutorul carora se obtin imagini prin captarea radiatiilor termale– emisia termala depinde de : - temperatura obiectelor

– natura suprafetei sale– detectarea radiatiilor IR se face cu ajutorul unor cristale metalice ce creeaza o diferenta de

potential (semnal electric) ce se imprima pe banda magnetica sau se poate vizualiza pe un monitor si fotografia (imagine termica)

– se pot surprinde diferente de temeperatura de ordinul zecimilor sau sutimilor de grad; se pot surprinde: categorii de roci, soluri, formatiuni vegetale, culturi agricole, ape poluate termic sau cu petrol

– termografele se pot realiza si noaptea

Captori activi

Radar (radio Detection & Ranging)– sistem de detectare si localizare cu ajutorul undelor radio– principiul radiolocatiei – emitere intermitenta a unui fascicul de microunde si receptionarea cu

reflexie– undele receptate se transforma in impulsuri electrice ce dau puncte luminoase pe ecranul unui

cinescop– detectare:

- distanta aparat – obiect– viteza de deplasare a diverselor obiecte

Lidar (Light Detection and Ranging)– emite unde laser– sistem de detectare si localizare cu ajutorul luminii– utilitate

- urmarirea unor fenomene meteo- realizarea unor sectiuni prin atmosfera care releva starea acesteia– detectarea turbiditatii (tulburarii) apelor– detectarea continutului in clorofila a vegetatiei– razele laser patrund in ape limpezi pana la 25-30 m adancime => se pot realiza profile

si harti batimetrice pentru lacuri si bazine marine putin adanci

Sonar (Sound Navigation & Ranging)– generator de US (ultra-sunete) lansat in apa la mica adancime– dupa reflexie se intorc spre suprafata unde sunt captate de geofoane (microfoane speciale)

Aici urmeaza cursurile din datele 24.11, 8.12, in care am prezentat fiecare cate un proiect legat de o tema, temele au fost:

1. Istoricul satelitilor2. Clasificarea satelitilor3. Satelitii meteorologici4. Sateliti geodezici5. Sateliti oceanografici6. Satelitii de mediu7. Satelitii de telecomunicatii8. Satelitii de teledetectie9. Prelucrarea imaginilor – mod de prelucrare

Unele din informatiile prezentate ne vor fi necesare, insa a zis domnul profesor ca o sa ne faca si el o prezentare cu cele mai importante elemente.