1Daljinska detekcija

7/25/2019 1Daljinska detekcija

1/45

10/26/2012

1

Daljinska detekcija

Sadraj UVOD U DALJINSKU DETEKCIJU OBJEKAT

ELEKTROMAGNETNA ENERGIJA

ELEKTROMAGNETNI SPEKTAR

RASPODELA SUNEVE ENERGIJE I VETAKI IZVORI

INTERAKCIJA SA ATMOSFEROM INTERAKCIJA SA OBJEKTOM

SPEKTAR REFLEKSIJE

SENZORI

REZOLUCIJA

PRIKUPLJANJE PODATAKA

SATELITSKE MISIJE


2/45

10/26/2012

2

Za odredbu znaenja termina daljinska detekcijamoe se koristi definicija koju je dala Evelin Pruit1960. godine po kojoj Daljinska detekcija predstavljametod prikupljanja verodostojnih informacija putemsistema koji nisu u direktnom, fizikom kontaktu saispitivanom pojavom ili objektom.

U literaturi sreemo jo i definiciju po kojoj je

daljinska detekcija nauka (u irem smislu i umetnost) oprikupljanju podataka o Zemlji bez fizikog kontaktasa njom.

ta je daljinska detekcija?

Razvoj daljinske detekcije Termin daljinske detekcije je napravljen 1960 od

strane geografa u Office of Naval Research ofUSA za informacije dobijene od fotografskih i nefotografskih instrumenata.


3/45

10/26/2012

3

Daljinska detekcija do 1960 Aristotel (pre 2300 godina): camera obscura. 1839 fotografija (Daguerre and Niepce) -

daguerrotype. 1859 prvo znano fotografisanje iz balona

(Tournachon - Nadar, France). Vazduna fotografija za vojne potrebe. Izmeu WW1 i WW2, prvi put se fotografije

koriste u civilne svrhe.

Daljinska detekcija od 1960 1960 - TIROS-I: prvi meteoroloki satelit: niska

rezolucija senzora 1972 - ERTS-1 (promenjeno u Landsat 1975): MSS i

HBV 1981 - NOAA: AVHRR 1982 - Landsat-4: TM 1986 - SPOT-1: PAN i XS Od kasnih 1980-tih: vie zemljanih osmatrakih

satelita, npr. Ruski, Indijski, Japanski, Kineski i drugi


4/45

10/26/2012

4

ta je daljinska detekcija? Postupci prikupljanja informacija o objektu, povrini

ili pojavi, veinom na povrini Zemlje, na temeljuinformacija dobijenih pomou ureaja koji nisu udirektnom kontaktu sa objektom, povrinom ilipojavom od interesa nazivaju se daljinska istraivanja.

Kod nas se jo primenjuju nazivi: daljinska opaanja,daljinska detekcija, teledetekcija.

Na svetskim jezicima koriste se nazivi: RemoteSensing (engleski), Fernerkundung (nemaki),Teledetektion (francuski).

Daljinska detekcija

Daljinska detekcija u uem smislu obuhvata analizu iinterpretaciju razliitih snimaka delova Zemljinepovrine, nainjenih sa povrine terena, iz vazdunogprostora ili iz kosmosa.

Osnovnih sedam elementa koji uestvuju u postupkudaljinske detekcije su dati na sledeoj slici


5/45

10/26/2012

5

Osnovnih sedam elementa

daljinske detekcije

Osnovnih sedam elementadaljinske detekcije

Izvor energije (A),

Prostiranje i atmosfera (B),

Interakcija sa objektom (C),

Snimanje energije (D), Prenos i procesiranje (E),

Interpretacija i analiza (F),

Aplikacije (G)


6/45

10/26/2012

6

Daljinska detekcija kaoistraivaka metoda

ta je daljinska detekcija? Daljinska detekcija je akvizicija podataka

o nekom objektu bez fizikog kontaktasa njim.

Ukljuuje fotografske i digitalne daljinskesenzore. Avioni i sateliti su glavne platforme za

senzore.


7/45

10/26/2012

7

Uzrok razliitih razmera za avionska i satelitskaosmatranja

Avion

Satelit

Hiljademetara

Stotinekilometara

Pasivna i aktivna daljinska detekcija

Pasivna daljinska detekcija: senzor detektujerefleksiju suneve svetlosti od povrine npr. fotoaparati, multispektralni skeneri

Aktivna daljinska detekcija: senzor detektujerefleksiju signala poslatog od strane sistemadaljinske detekcije npr. RADAR


8/45

10/26/2012

8

Pasivna daljinska detekcija

Aktivna daljinska detekcija


9/45

10/26/2012

9

Daljinska detekcija Panhromatske slikeDobijene od digitalnog senzora koji meri

energiju refleksije u jednom irokom deluelektromagnetnog spektra

Multispektralne slikeMeri se refleksija u velikom broju opsega

Hiperspektralne slikeMeri se refleksija u puno pojedinanih

opsega

Sadraj UVOD U DALJINSKU DETEKCIJU

OBJEKAT ELEKTROMAGNETNA ENERGIJA




SPEKTAR REFLEKSIJE

SENZORI

REZOLUCIJA


SATELITSKE MISIJE


10/45

10/26/2012

10

Objekat Razliite nauke definiu objekat istraivanja prema

svojim zadacima i potrebama.

U geonaukama, najire posmatrano, objekat jeZemljina povrina.

Njenom istraivanju moe se prii sa razliitihaspekata.

Objekat

U umarstvu su istraivanja usmerena navegetacioni pokriva.

U poljoprivredi istraivanja su usmerena na stanjevegetacije

U hidrologiji na sneni pokrivai raspored voda,dok geoloke discipline imaju svoje specifineinterese koji se odnose na utvrivanje geolokegrae odreenog terena.

U daljinskoj detekciji istraivanje je usmereno naprikupljanje svih vrsta prostornih podataka.


11/45

10/26/2012

11


ELEKTROMAGNETNA ENERGIJA ELEKTROMAGNETNI SPEKTAR


INTERAKCIJA SA ATMOSFEROM

INTERAKCIJA SA OBJEKTOM

SPEKTAR REFLEKSIJE

SENZORI

REZOLUCIJA


SATELITSKE MISIJE

Elektromagnetna energija


12/45

10/26/2012

12

Elektromagnetna energija

C = f


OBJEKAT


ELEKTROMAGNETNI SPEKTAR RASPODELA SUNEVE ENERGIJE I VETAKI IZVORI


SPEKTAR REFLEKSIJE

SENZORI

REZOLUCIJA


SATELITSKE MISIJE


13/45

10/26/2012

13

Elektromagnetni spektar


Regioni talasnih duina elektro-magnetnog zraenja imajurazliita imena, rangiranih od najkarih do najduih:

zraka, X zraka, ultarvioletni (ultraviolet-UV), vidljivo svetlo, infracrveni (infrared-IR) termalni zraci mikrotalsi radio talasi


14/45

10/26/2012

14

Podruje i X zraenja

Ultraljubiasto podruje


15/45

10/26/2012

15

Vidljivo podruje

Infracrveno podruje


16/45

10/26/2012

16

Nevidljivi infracrveni spektar se nalaziizmeu vidljive svetlosti i mikrotalasakoji su delovi elektromagnetnogspektra.

Infracrveni spektar pokriva talasnuduinu od 0.7m do 14m.

Infracrveno podruje

Spektralni opseg od near IR i short waveinfrared se ponekad naziva i reflectiveinfrared (0.7-3 m) zbog toga to na ovajopseg vei uticaj ima suneva refleksijanego zraenje sa povrine zemlje.

U termalnom infracrvenom opsegu jesuprotna situacija, zraenje sa povrinezemlje je dominantnije u odnosu nasunevu refleksiju.

Infracrveno podruje


17/45

10/26/2012

17

Infracrveni deo spektra blii vidljivomdelu ima dva manja spektra nazvaninear infrared koji se protee od0.7m do 1.1m i short-wave infraredkoji se kree od 1.1m do 3.0m.

Ovi infracrveni spektri imaju veinuslinih karakteristika kao i vidljivispektar.

Infracrveno podruje

Drugi infracrveni deo spektra sa duomtalasnom duinom od 3.0m do 14.0m sesastoji od dva manja podspektra koji se zovu

infracrveni srednji talasi od 3.0m do 5.0m iinfracrveni dugi talasi od 5.0m do 14.0m. Objekti koji generiu i emituju ove talasne

duine mogu se detektovati nou, poto nezavise od infracrvenog zraenja sunca.

Infracrveno podruje


18/45

10/26/2012

18

Kratki infracrveni talasi se koriste zageoloku klasifikaciju tipova stena.

Termalni infracrveni se primarno koristeza merenje temperatura objekata nazemlji ili same zemlje.

Mikro talasi se koriste za radiometriju.

Infracrveno podruje

Mikrotalasno podruje


19/45

10/26/2012

19

Podruje radio talasa

Tabela prikazuje primer koji se generalno koristi u daljinskoj detekciji.



20/45

10/26/2012

20

Tipovi Daljinske Detekcije u

zavisnosti od opsega Podela je izvrena na tri dela u zavisnosti

od opsega talasnih duina.Vidljiva i reflektovana infracrvena

daljinska detekcija

Termalna infracrvena daljinska

detekcija

Mikrotalasna daljinska detekcija


OBJEKAT



RASPODELA SUNEVE ENERGIJE I

VETAKI IZVORI INTERAKCIJA SA ATMOSFEROM


SPEKTAR REFLEKSIJE

SENZORI

REZOLUCIJA


SATELITSKE MISIJE


21/45

10/26/2012

21

Raspodela Suneve energijeDeo spektra (m) % od energije

i X zraci


22/45

10/26/2012

22






SPEKTAR REFLEKSIJE

SENZORI

REZOLUCIJA


SATELITSKE MISIJE

Interakcija sa atmosferom


23/45

10/26/2012

23




24/45

10/26/2012

24




25/45

10/26/2012

25

Interakcija sa atmosferomProzor (u m) Vrsta zraka

0.3 - 1.1UV, vidljivi, reflektovani

IC

1.5 - 1.8 reflektovani IC

2.0 - 2.4 reflektovani IC

3.0 - 5.0 termalni IC

8.0 - 14.0 termalni IC


OBJEKAT





INTERAKCIJA SA OBJEKTOM SPEKTAR REFLEKSIJE

SENZORI

REZOLUCIJA


SATELITSKE MISIJE


26/45

10/26/2012

26

Interakcija sa objektom



27/45

10/26/2012

27




28/45

10/26/2012

28




29/45

10/26/2012

29



OBJEKAT






SPEKTAR REFLEKSIJE SENZORI

REZOLUCIJA


SATELITSKE MISIJE


30/45

10/26/2012

30

Spektar refleksije

Spektar refleksije


31/45

10/26/2012

31

Spektar refleksije


OBJEKAT






SPEKTAR REFLEKSIJE

SENZORI REZOLUCIJA


SATELITSKE MISIJE


32/45

10/26/2012

32

Senzori Ureaji za otkrivanje, registraciju i merenje zraenja

eletromagnetne energije, sopstvene (emitovane) ili saoptene(reflektovane) nazivaju se zajednikim imenom senzori.

Prema konstrukciji, podruju spektra elektromagnetnogzraenja koji registruju, nainu otkrivanja, registracije imerenja, prikazu utvrene energije i slino, postojemnogobrojni tipovi razliitih senzora koji se meusobno veomarazlikuju.

Ljudsko oko, koje registruje samo vidljive zrake, predstavljasenzor.

U senzore se svrstavaju fotokamera, TV i video kamera,skeneri, radari, itd.

Senzori

Spektar elektromagnetnog zraenja pokazuje izuzetno velikidijapazon razliitih talasnih duina.

Nijedan postojei instrument ne moe odjednom obuhvatitiovakav raspon.

Senzori se konstruiu tako da registruju ire ili ue spektralnopodruje, odnosno zrake viih talasnih duina u celini,pojedinane spektralne linije, tj. zrake jedne talasne duine, iliodjednom vie razdvojenih spektralnih linija koje obuhvataju

jedno spektralno podruje.

Osnovna podela senzora zasniva se na poreklu registrovaneenergije.


33/45

10/26/2012

33

Senzori Po ovom kriterijumu senzori se dele u dve

kategorije. Pasivni senzori registruju energiju koja dolazi od

samog objekta, bez obzira da li je sam objekatposeduje i emituje, ili pak reflektuje energijusaoptenu od nekog prirodnog izvora. Pasivni senzori,dakle, samo primaju energiju.

Aktivni senzori proizvode sopstvenu, vetakuenergiju, alju je ka objektu i registruju odbijenozraenje. Za razliku od pasivnih, oni i alju i primajuenergiju.

Senzori

Pored ove, postoji i podela na osnovu broja iirine spektralnih opsega na: panhromatske (koji mere energiju refleksije u jednom

irokom delu elektromagnetnog spektra),multispektralne (meri se refleksija u velikom broju

opsega - desetine do stotine kanala) i hiperspektralne senzore (meri se refleksija u puno

pojedinanih opsega - stotine i hiljade kanala). ultraspektralni senzori su jo u razvoju.


34/45

10/26/2012

34

Senzori Prema konstruktivnim karakteristikama i nainu rada senzori se

mogu svrstati u tri osnovne grupe: foto-optiki, elektro-optiki imikrotalasni senzori.

Foto-optiki sistemi (poznatiji kao foto-kamere), su najstariji aliiroko upotrebljavani za prikupljane informacija o objektima naZemlji. Osetljivost crno-belog filma je opseg od oko 0.4 0.7 m.

Ureaji koji registruju i pretvaraju elektromagnetnu energiju(emitovanu i reflektovanu) u elektrini impuls nazivaju se

elektrooptiki senzori (elektroopti

ki sistemi). Impulsi daljestvaraju prepoznatljivu sliku iz prirode.

Meu elektrooptikim senzorima razlikuju se video i televizijskekamere, vidikon kamere i skeneri.

Senzori

Elektrooptiki sistem koji posebno registruje elektromagnetnuenergiju razliitih talasnih duina, tj. zraenja razliitihspektralnih podruja, naziva se multispektralni skener.

Multispektralni skeneri novijih konstrukcija mogu da registruju

i preko 10 kanala. Svaki registrovani snimak u odreenom kanalu predstavlja

zasebnu crno-belu sliku snimljenog podruja i naknadnimkombinovanjem mogu nastati kolor kompoziti.

Raspon talasnih duina koje registruju multispektralni skenerikree se od 0.3 do 14 m.


35/45

10/26/2012

35

Senzori Senzori iz grupe mikrotalasnih mogu samo da belee

energiju objekta posmatranja (pasivni) i mogu daproizvode, alju i registruju elektroenergiju (aktivni).

Elektromagnetna energija koja se emituje moe bitiprirodna emituje je objekat, ili vetaka emitovanasa nekog vetakog izvora, poslata objektu ireflektovana od njega.

Osnovni aktivni senzor iz grupe mikrotalasnih sistemaje radar (akronim rei RAdio Detection And Ranging).

Senzori

Radar se u daljinskoj detekciji moe koristiti i danju inou, jer kod njega proces detekcije zraenja ne zavisiod Suneve energije.

On proizvodi mikrotalasno zraenje, emituje to zraenje

prema objektu i registruje odbijenu energiju kao signalnazvan eho.

Intenzitet eha za jedan tip radara zavisi od osobinaobjekta.

Mikrotalasi prodiru kroz oblake i maglu, koji drugimsenzorima predstavljaju velike smetnje pri detekciji.


36/45

10/26/2012

36







SPEKTAR REFLEKSIJE

SENZORI

REZOLUCIJA PRIKUPLJANJE PODATAKA SATELITSKE MISIJE

Rezolucija

Rezolucija je irok termin koji se koristi za opis brojapiksela koji se mogu prikazati na ureaju, ili podrujana Zemlji koje reprezentuje piksel na snimku.

Ove iroke definicije nisu adekvatne kada su u pitanju

snimci nastali daljinskom detekcijom. U ovom sluajuse mora voditi rauna o etiri razliita tipa rezolucije: spektralna; prostorna; radiometrijska i temporalna.

Ova etiri domena sadre odvojene informacije koje semogu dobiti iz sirovih podataka.


37/45

10/26/2012

37

Rezolucija Spektralna rezolucija se odnosi na specifine intervale

talasne duine u elektromagnetnom spektru koje senzormoe da snimi.

Na primer, opseg 1 Landsat TM senzora snima energijuizmeu 0.45 i 0.52 m u vidljivom delu spektra.

iroki intervali u elektromagnetnom spektru se odnosena grubu spektralnu rezoluciju, a uski intervali se

odnose na finu spektralnu rezoluciju..

Rezolucija

Na primer, za SPOT-ov panhromatski senzor se smatrada ima grubu spektalnu rezoluciju, jer snima EMRizmeu 0.51 i 0.73 m.

S druge strane, opseg 3 Landsat TM-ovog senzora ima

finu spektralnu rezoluciju, jer snima EMR izmeu 0.63i 0.69 m.

Spektralna rezolucija ne pokazuje u koliko nivoa sesignal razbio.

Multispektralni snimci imaju nisku spektralnurezoluciju, a hiperspektralni snimci imaju visokuspektralnu rezoluciju.


38/45

10/26/2012

38

Rezolucija Prostorna rezolucija je mera najmanjeg objekta koji

senzor moe da detektuje, ili oblasti na Zemlji kojupredstavlja svaki piksel.

to je rezolucija finija, broj je manji.

Na primer, prostorna rezolucija od 79 metara je grubljaod prostorne rezolucije od 10 metara.

Za prostornu rezoluciju od 1 metra kaemo da jevisoka, a za prostornu rezoluciju od 90 metara da jeniska.

Rezolucija

Postoji bitna razlika izmeu piksela i prostornerezolucije.

Ako je prostorna rezolucija nekog sistema jedan metar,to znai da je veliina piksela na snimku 11 metar.

U veini sluajeva su isti, ali je mogue prikazatisnimak sa razliitom veliinom piksela u odnosu naprostornu rezoluciju.

U tabeli su date vrednosti prostorne rezolucije nekihsatelitskih misija.


39/45

10/26/2012

39

RezolucijaMisija Panhromatski [m] Multispektralni[m]Landsat7 ETM 15 30 i 60Spot 4 10 20Spot 5 2.5; 5 i 10 20IKONOS 1 4Radarsat II 12.5 i 1000 -

Alos 2.5 2.5IRS-P5

IRS-LISS IV2.5

-

5.8

Rezolucija esto se koriste pojmovi loa i dobra rezolucija snimka.

Pod loom rezolucijom podrazumeva se takva prostornarezolucija pomou koje nije mogue videti sitnije detaljepostojane u prirodi.

Dobra rezolucija je takva pomou koje se na snimku mogu videtii sitnije pojave i oblici.


40/45

10/26/2012

40

Rezolucija Radiometrijska rezolucija se odnosi da dinamiki

opseg, ili broj moguih vrednosti u svakom opsegu.

Ovo se odnosi na broj bita u koji je podeljena snimljenaenergija.

Na primer, u 8-bitnom snimku, vrednosti se kreu od 0do 255 za svaki piksel, ali u 7-bitnom podatku,vrednosti za svaki piksel se kreu o 0 do 128.

Rezolucija

Na slici su prikazani 8-bitni i 7-bitni podaci.

Senzor meri EMR u svom opsegu.

Ukupni intenzitet energije od 0 do maksimalne koliinekoju meri senzor je podeljena u 256 vrednosti osvetljenjaza 8-bitni podatak i 128 vrednosti osvetljenja za 7-bitnipodatak.


41/45

10/26/2012

41

Rezolucija Temporalna rezolucija se odnosi na to koliko esto

senzor prikuplja snimak jednog odreenog podruja.

Na primer, Landsat-ov satelit moe da vidi isto podrujeZemlje svakih 16 dana (jednom u 16 dana).

SPOT, s druge strane, poseti isto podruje svaka 3 dana.

Temporalna rezolucija je vaan faktor kod prouavanjadetekcije promena.

Rezolucija


42/45

10/26/2012

42

Odnos spektralne i prostorne rezolucije


OBJEKAT






SPEKTAR REFLEKSIJE

SENZORI

REZOLUCIJA

PRIKUPLJANJE PODATAKA SATELITSKE MISIJE


43/45

10/26/2012

43

Prikupljanje podataka Analiza snimka je postupak utvrivanja razlika u svojstvima i

izdvajanje podruja po pojedinim svojstvima.

Ta svojstva mogu biti npr. karakteristike reljefa, razlike u razvojuvegetacije, intenzitet tona na crno-belim snimcima, odnosnorazliite boje na kolor, lanim kolor snimcima i kolor kompozitima,i sl.

Analiza snimka se u principu moe obaviti na dva sutinski razliitanaina.

Prvi nain predstavlja vizuelna ili logika, a drugi instrumentalna,ili formalna analiza.

Svaki od njih ima odreene prednosti i ogranienja.

Najbolji rezultati dobijaju se kombinovanjem oba postupka.

Prikupljanje podataka

Vizuelna ili logika analiza obavlja se osmatranjem snimaka,uoavanjem razlika i izdvajanjem anomalnih podruja, koja se popojedinim svojstvima jako razlikuju od okoline.

Prednost ovakvog postupka je mogunost logike selekcije

podataka. ovek koji obavlja analizu izdvojie npr. kao anomalno podruje

naglo zatamnjenje na crnobelom snimku, zasnivajui svojkriterijum na injenici da stene razliitog sastava imaju i razliituboju, odnosno intenzitet sivog tona na crno-belom snimku.

U drugom sluaju, zanemarie podruje izrazito tamnog tonauoeno na kanjonskoj strani, s obzirom da je ono oigledno nastalokao posledica senke.


44/45

10/26/2012

44

Prikupljanje podataka Formalna analiza se obavlja instrumentalnim

raunarski podranim putem.

Pri tome se koriste iskljuivo snimci u digitalnomobliku, te je i ceo postupak poznat i pod imenomdigitalna analiza.

Sutinsku prednost formalne analize nad logikom inedaleko vei spektar razlika u svojstvima, koje se mogu

registrovati, i objektivnost postupka. Digitalni nain analize omoguava izdvajanje daleko

veeg broja tonskih razlika nego prosto vizuelnoosmatranje.


Pojam interpretacije u daljinskoj detekciji podrazumevatumaenje fenomena izdvojenih u postupku analize.

Analiza i interpretacija predstavljaju jasno odvojene postupke ifaze rada u procesu daljinske detekcije samo u sluaju kada se

obavljaju instrumentalno raunarski podrano.

Vizuelna, odnosno logika analiza snimaka je direktno povezanasa interpretacijom i meu njima se granica ne povlai.

Interpretacija se obavlja iskljuivo logikim putem i iza nje morastajati ovek sa svojim znanjem i sposobnou selekcijepodataka.


45/45

10/26/2012



OBJEKAT






SPEKTAR REFLEKSIJE

SENZORI

REZOLUCIJA


SATELITSKE MISIJE

Documents

1Daljinska detekcija