REJESTRACJA WIELOSPEKTRALNA

REJESTRACJA WIELOSPEKTRALNA 

zakres wykładów 2, 3, i 4 - promieniowanie odbijane…

SPEKTRUM ELEKTROMAGNETYCZNE 

…ale zakresy wykorzystywane w teledetekcji 

to nie tylko promieniowanie odbite…


I JEGO ZAKRESY WYKORZYSTYWANE W TELEDETEKCJI 

0% 

100% 

100% 0% 

Absorpcja atmosferyczna 

Transmisja promieniowania 

„Okna atmosferyczne”





„Okna atmosferyczne”



ROZPOZNANIE RADIOELEKTRONICZNE 

ROZPOZNANIE OPTYCZNE 



„Okna atmosferyczne” 

tzw. „okno optyczne” 

tzw. „okno mikrofalowe”



Promienie gamma, λ < 0,03 nm 

Ten zakres pochodzący od Słońca nie jest wykorzystywany w teledetekcji, 

gdyż jest całkowicie absorbowany przez górne warstwy atmosfery. 

Promieniowanie gamma, pochodzące od minerałów radioaktywnych jest 

wykrywane z niskich pułapów lotniczych.



Promienie X (Roentgena), λ: 0,03 – 3,0 nm 

Promieniowanie słoneczne tego zakresu podlega całkowitej absorpcji w 

atmosferze ziemskiej



Ultrafiolet



Ultrafiolet (UV), λ: 3,0 nm – 0,4 µm 

Promieniowanie przychodzące o długości fali < 0,3 µm jest całkowicie 

absorbowane przez warstwę ozonu.



Fotograficzny ultrafiolet, λ: 0,3 µm – 0,4 µm 

Transmitowane przez atmosferę. Rejestrowalne na filmie i przez 

fotodetektory, chociaż rozpraszanie jest znaczne. 

-> rozpoznanie optyczne



Widzialne (VIS), λ: 0,4 µm – 0,7 µm 

Transmitowane z niewielkimi stratami przez atmosferę 

(największe straty w promieniowaniu krótkofalowym – niebieskim). 

Rejestrowane technikami fotograficznymi i przez fotodetektory. 




Podczerwień (IR), λ: 0,7 µm – 300 µm 

Interakcja z materią zależna od długości fali. Okna atmosferyczne 

poprzedzielane zakresami absorpcji. 




Odbijalna podczerwień bliska (NIR) i średnia (MIR), λ: 0,7 µm – 3 µm 

Ten zakres ulega przede wszystkim odbiciu i nie zawiera informacji o 

właściwościach termalnych materiałów. Zakres 0,7-0,9 µm wykrywalny 

fotograficznie (podczerwień fotograficzna). 




Termalna podczerwień (TIR), λ: 3 – 5 µm oraz 8 - 14 µm 

Główne okna atmosferyczne w regionie podczerwonym. Zobrazowanie przy 

użyciu kamer termalnych i skanerów termalnych. 




Fale radiowe, λ: 300 µm – ponad 20 km… 

W części wykorzystywane w teledetekcji (w zakresie mikrofal). 

-> rozpoznanie radioelektroniczne



Fale radiowe - mikrofale, λ: 300 µm (0,3mm) – 100 cm 

Dłuższe promieniowanie tego zakresu przechodzi poprzez gęste pokrywy 

chmur, roślinności a także warstwy gleby i rumoszu, zwietrzeliny. 

Mogą być dokonywane zobrazowania systemem aktywnym lub pasywnym. 

Materiałem interpretacyjnym może być obraz 

(obrazy radarowe, interferogramy, obrazy mikrofalowe itd.)




Najczęściej stosowane podpasma: 

- pasmo K: λ = 1,13 – 1,67 cm, f = 26,5 – 18 GHz 

- pasmo X: λ = 2,4 – 3,75 cm, f=12,5 – 8 GHz 

- pasmo L: λ = 15 – 30 cm, f=2 – 1 GHz




Główne korzyści (1): 

- możliwe prowadzenie rozpoznania niezależnie od pory dnia, 

(szczególnie istotne na dużych szerokościach geograficznych); 

- przenikanie przez chmury (niezależność od pogody);



Fale radiowe, inne niż mikrofale, λ: 100 cm – ponad 20 km 

Nie wykorzystywane w teledetekcji. 

-> rozpoznanie radioelektroniczne



Fale akustyczne 

To podłużne fale mechaniczne (nie fale elektomagnetyczne!) 

Polegają na rozchodzeniu się zaburzeń gęstości ośrodka. 

Źródłem dźwięków słyszalnych są wszystkie ciała drgające, które mają 

dostateczną energię, aby wywołać w naszym uchu najsłabsze wrażenia 

słuchowe.



Fale akustyczne 

Badanie środowiska wodnego (hydroakustyka): 

Sonary - nawigacja i wyznaczanie odległości za pomocą dźwięku (ang. 

Sound Navigation and Ranging) – wykorzystanie ultradźwięków 

Batymetria - sondowanie zbiornika wodnego falami ultradźwiękowymi w celu 

uzyskania informacji o rozkładzie głębokości zbiornika

PODZIAŁ SYSTEMÓW REJESTRACJI WG POCHODZENIA 

ŹRÓDŁA MIERZONEGO PROMIENIOWANIA 

Systemy pasywne – 

rejestrują promieniowanie 

(odbite lub emitowane) 

Systemy aktywne – 

wysyłają wiązki 

promieniowania 

i rejestrują interakcje 

z nimi obiektów



Systemy pasywne



Systemy aktywne

SYSTEMY PASYWNE 

REJESTRACJA FOTOGRAFICZNA 

Systemy pasywne - przegląd


REJESTRACJA FOTOGRAFICZNA 

Rejestracja fotograficzna 

zdjęcia panchromatyczne, barwne, spektrostrefowe






Obraz wielospektralny składa sie z kilku obrazów, każdy z nich 

zarejestrowany jest w wąskim paśmie spektrum 

(przez odpowiednie filtry). 

Ile obrazów i w jakich zakresach zależy od skanera. 

Zakresy w których rejestrowane są obrazy składowe nazywane 

są kanałami.



60% 

50% 

40% 

30% 

20% 

10% 

0 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 

B G R 

bliska 

podczerwień 

średnia 

podczerwień 

długość fali 

Zakres rejestracji spektralnej uzyskiwanej z różnych systemów obrazowania 

(przykłady dla kilku popularnych źródeł danych nisko i średniorozdzielczych). 

um



WYBRANE SATELITY TELEDETEKCYJNE 

Satelity meteorologiczne: NOAA, METEOSAT... 

Ich główne cechy: 

- wysoka orbita (METEOSAT – 36 000 km) 

- bardzo mała rozdzielczość – (duży piksel 1km do kilku km) 

- oprócz sensorów obrazowych wiele innych 

np. sondy do wykonywania profili atmosfery




Satelity gospodarcze: 

- niska rozdzielczość: np. Landsat MSS … 

- średnia rozdzielczość: np. Landsat TM, Spot, IRS, Aster, JERS ... 

- wysoka rozdzielczość: np. Ikonos, Quick Bird, GeoEye ...




Satelity gospodarcze: 

- niska rozdzielczość: np. Landsat MSS … 

- średnia rozdzielczość: np. Landsat TM, Spot, IRS, Aster, JERS ... 

- wysoka rozdzielczość: np. Ikonos, Quick Bird, GeoEye ... 

Systemy 

pasywne 

Ikonos 2 

USA 

QuickBird 

USA 

SPOT 5 

Francja 

IRS P6 

Indie 

Landsat 7 

USA 

Terra ASTER 

USA 

NOAA 

USA 

Rozdzielczość geometryczna 

(liczba kanałów) 

PAN MS TIR 

[m] [m] [m] 

Szer. 

pasa 

(nadir) 

[km] 

Wysoko 

ść orbity 

[km] 

Powtarzalność 

[dni] 

1 4 (4) _ 11 681 1-3 (3) + 

0.6 2.4 (4) _ 16.5 450 1-3 (4) + 

2.5/5 10 (4) _ 60 832 26 + 

5.8 

5.8 (3) 

23.5 (4) 

stereo 

_ 70 817 5/24 + 

15 30 (6) 60 180 705 16 _ 

_ 

15 (3) 

30 (6) 

90 (5) _ 

_ 1100 (4) 1100 (2) 2400 833 1 _ 

popularne źródła danych – początek XXIw (wybrane misje satelitarne)

SYSTEMY PASYWNE - REJESTRACJA WIELOSPEKTRALNA 


Do końca 

lat 90-tych 

dostępnych było 

zaledwie kilka 

źródeł danych, 

i to danych co 

najwyżej o średniej 

rozdzielczości 

przestrzennej…



Na przełomie XX i XXI w. 

pojawiły się 

- po raz pierwszy dostępne 

dla zastosowań cywilnych - 

satelity wysokorozdzielcze…







satelity wysokorozdzielcze… 

…kontynuacje misji 

o średniej rozdzielczości…







satelity wysokorozdzielcze… 

…kontynuacje misji 

o średniej rozdzielczości… 

… oraz 

satelity hiperspektralne



Dziś rejestruje powierzchnię 

Ziemi ponad 30 satelitów 

średniorozdzielczych 

oraz około 10 satelitów 

wysokorozdzielczych. 

W najbliższych latach 

planowane jest podwojenie 

platform rejestrujących dane 

z zakresu optycznego. 

I dekada XXI wieku


WYBRANE SATELITY TELEDETEKCYJNE



Porównanie zakresów rejestracji danych 

średniorozdzielczych i wysokorozdzielczych



Kanały spektralne 

zakresy [µm] 

IKONOS LANDSAT 7 

PAN 0.45-0.90 0.52 - 0.90 PAN 

1 0.45-0.53 0.45 - .051 1 (B) 

2 0.52-0.61 0.52 - 0.60 2 (G) 

3 0.64-0.72 0.63 - 0.69 3 (R) 

4 0.77-0.88 0.75 - 0.90 4 (NIR) 

1.55 - 1.75 5 

10.40 - 12.5 6 (TIR) 

2.09 - 2.35 7


TERMOGRAFIA 



TERMOGRAFIA 

Zdalne określanie rozkładu temperatury na powierzchni obiektu 

przez pomiar natężenia promieniowania 

(w podczerwieni dalekiej: 2.5 - 12 µm tzw. TIR) 

emitowanego przez obiekt. 

Kamery i skanery: 

stosowane są naziemnie oraz z pułapu lotniczego i satelitarnego 

(np. kanał Landsat TM6)


TERMOGRAFIA - PRZYKŁADY 

Zrzut gorącej wody przez elektrownię – port w Rotterdamie


TERMOGRAFIA NAZIEMNA - PRZYKŁADY 

Widok na balon, z którego wykonane zostały pomiary - termogram


TERMOGRAFIA NAZIEMNA - PRZYKŁADY 

Instalacje przesyłu ciepłej wody - termogram


TERMOGRAFIA – PUŁAP SATELITARNY 

Landsat TM – TIR, kanał 6, piksel 120m (Landsat +ETM – piksel 60m)


TERMOGRAFIA – PUŁAP SATELITARNY 

Aktualnie brak na pułapie satelitarnym misji 

gospodarczej rejestrującej w paśmie 

termalnym (TIR). 

Satelita Landsat 7 jest uszkodzony i brak 

informacji o dostępności kanałów 6 i 9. 

Satelita Terra (sensor Aster) ma charakter 

naukowy i trudno planować wykorzystanie 

jego danych na skalę masową. 

Planuje się umieszczenie w najbliższych 

latach sensorów o rejestracji termalnej 

(np. CBERS 3,4 – pasmo TIR o rozdzielczości 

piksela 80m).


RADIOMETRIA MIKROFALOWA 



RADIOMETRIA MIKROFALOWA* 

Podstawowe zasady fizyczne: 

- sygnał bardzo słaby (większe długości fal, mniejsza częstotliwość 

to mniejsza ilość energii), ale niezakłócony przez chmury i aerozole; 

- emisja promieniowania w zakresie mikrofalowym zależy od kształtu 

i właściwości dielektrycznych powierzchni; 

- wielkość emisji opisuje prawo Plancka. 

* część informacji i ilustracji oparto na wykładzie prof. Adama Krężela (Instytut Oceanografii, Uniwersytet Gdański)



Przykład wykorzystania – pomiar prędkości wiatru przywodnego 

V [s] = 147.90 +1.0969 (16V) -0.4555 (22V) -1.7600 (37V) +0.7860 (37H)



Przykład wykorzystania – pomiar kriosfery 

(pokrywa śnieżna i lodowa)



dokładność pomiaru 

zakres pomiaru

SYSTEMY AKTYWNE 

REJESTRACJA RADAROWA 

Systemy aktywne - przegląd



Satelity gospodarcze radarowe: 

ERS, JERS, ENVISAT, RADARSAT, TERRA-SAR X, COSMO SKY-MED 

-> istotna cecha – promieniowanie mikrofalowe dociera 

do powierzchni Ziemi nawet poprzez chmury, a promieniowanie 

o niektórych długościach fali nawet częściowo poprzez drzewa



Satelity gospodarcze radarowe: 

ERS, JERS, ENVISAT, RADARSAT, TERRA-SAR X, COSMO SKY-MED 

-> istotna cecha – promieniowanie mikrofalowe dociera 

do powierzchni Ziemi nawet poprzez chmury, a promieniowanie 

o niektórych długościach fali nawet częściowo poprzez drzewa 

Systemy 

aktywne 

Envisat 

Europa 

Radarsat 

Kanada 

ERS 

(Europejska 

Agencja Kosm.) 

Rozdzielczość 

przestrzenna 

[m] 

Zakres 

mikrofal 

Szer. pasa 

[km] 

Wysokość 

orbity 

[km] 

Powtarzalność 

[dni] 

30 C 60-100 800 3 

3/28/100 C 20/100/500 798 3 

30/100 C 100 785 35 

przykładowe misje cywilne rejestrujące obrazy radarowe 

K : 1.1 – 1.67 cm X : 2.4 – 3.75 cm 

C : 3.75 – 7.5 cm L : 15 – 30 cm 

P : 30 – 100 cm



ERS



Interferometria radarowa InSAR 

metoda aktywna, polegająca na wysyłaniu względnie długiej fali elektromagnetycznej 

i rejestrowaniu powrotnego echa. 

rejestracja z satelity - stabilna 

rejestracja z samolotu – niestabilna ale pomaga DGPS i INS 

InSAR stosuje „podwójny” radar , urządzenie o dwóch antenach 

INSAR, InSAR lub IfSAR [ INterferometric SAR ] rejestruje informacje o amplitudzie i 

fazie echa fali radarowej.



Anteny A1 i A2 są odległe od siebie o B 

(mają taką samą wysokość nad terenem); 

Powstają dwa obrazy : jeden odpowiada odległości p a drugi p+δp. Ich złożenie 

(ściślej odjęcie) tworzy obraz interferencyjny, tzw. interferogram (złożony z prążków). 

Znając kąt α pomiędzy antenami oraz kąt wybierania θ można precyzyjnie wyznaczyć 

wysokość terenu.


REJESTRACJA LIDAROWA 

Systemy aktywne - przegląd



Skanowanie laserowe (skaning laserowy) – LIDAR (Light Detection And Ranging) 

Zasada działania 

Pomiar odległości od samolotu (głowica lasera) do punktów powierzchni terenu przy 

zastosowaniu dalmierza laserowego (odległość jest funkcją czasu od chwili wysłania 

impulsu do chwili powrotu sygnału). 

Ideowo LIDAR jest super szybkim tachimetrem elektronicznym., wykonującym 

pomiary z bardzo dużą częstotliwością. 

Pomiar odbywa się w płaszczyźnie poprzecznej (>prostopadłej) do kierunku lotu. 

Gęstość pomiaru jest bardzo duża (nawet kilkanaście pkt na m 2 – przy małej 

wysokości lotu). Wydajność pomiaru - ok. 2-3 milionów punktów na godzinę. 

R 

t 

= c ⋅ 

c – prędkość światła 

2



W celu określenia położenia i orientacji platformy wykorzystywany jest system 

pozycyjny i nawigacyjny oparty na Globalnym Systemie Pozycyjnym – GPS i 

Inercyjnym Systemie Nawigacyjnym – INS. 

Impuls laserowy poprzez optyczny układ skanujący kierowany jest w płaszczyźnie 

poprzecznej do trajektorii lotu. W wyniku ruchu samolotu uzyskuje się w jednym 

przelocie obraz prostokątnego pasa terenu. 

Połączenie danych pozyskanych z dalmierza laserowego oraz GPS i INS pozwala na 

wygenerowanie trójwymiarowej, gęstej chmury punktów o znanych współrzędnych 

terenowych – X,Y,Z.



GPS + INS 

Stacja 

referencyjna GPS 

Pomiar kierunku 

i odległości

Współczynnik przenikania, czyli stosunek 

liczby punktów odbitych od powierzchni 

terenu, do liczby wszystkich punktów 

pomierzonych w terenie zalesionym, zmienia 

się w zależności od pory roku. 

W lecie, z powodu gęstego listowia, 

współczynnik przenikania wynosi około 25% 

dla lasu liściastego i 30 % dla lasu iglastego. 

W okresie zimowym współczynnik penetracji 

wzrasta do 70%. 



Bardzo ważną cechą technologii skaningu laserowego jest możliwość rejestracji kilku 

odbić pojedynczego impulsu. Zazwyczaj systemy laserowe posiadają zdolność rejestracji 

pierwszego i ostatniego odbicia, ale istnieją już komercyjne systemy rejestrujące do 7 

odbić. 

Pierwszy impuls = Roślinność 

Ostatni impuls = Powierzchnia ziemi


REJESTRACJA LIDAROWA


NAPOWIETRZNY SKANING LASEROWY - PRZYKŁADY 

ZAKRES 

OPRACOWANIA: 

WAWEL i RONDO GRUNWALDZKIE



Podczas zbierania danych Lidar, skaner rejestruje również informacje o intensywności 

odbicia impulsów. Taki zbiór danych tworzy obraz porównywalny z czarno – białą fotografią. 

Impuls lasera ulega również rozproszeniu i odbiciu na powierzchni terenu. 

Wielkość rozproszenia jest zależna od właściwości badanej powierzchni. 

Zdolność odbicia wynosi: 

10 – 20 % dla piasku 

30 – 50 % dla roślinności 

50 – 80 % dla śniegu i lodu

REJESTRACJA RADAROWA, LIDAROWA ORAZ OBRAZOWA 

DLA POZYSKANIA NUMERYCZNEGO MODELU TERENU 

koszt 

1000 

Techniki pozyskiwania danych dla potrzeb NMT 

Pomiar bezpośredni 

100 

pułap 

lotniczy 

zdjęcia 

LIDAR 

10 

pułap 

satelitarny 

SPOT 

InSAR 

1 

RADARSAT 

100 10 1 0.1

POTRZEBY GOSPODARCZE A TELEDETEKCJA 

Oczekiwana rozdzielczość geometryczna i radiometryczna głównych branżowych sektorów 

zastosowań zdjęć i obrazów na tle technicznych środków obrazowania powierzchni Ziemi (za Kurczyński, 2007).


WYKORZYSTANIE W TELEDETEKCJI - PODSUMOWANIE 

Możliwość rejestracji przy użyciu sensorów umieszczonych 

na różnych platformach i pułapach pozwala na dobór zasięgu 

obszarowego i charakteru obrazowania o różnym stopniu 

generalizacji - od ujęcia regionalnego po szczegóły dotyczące 

pojedynczych obiektów. 

Kamery i skanery umieszczane na poszczególnych 

platformach teledetekcyjnych umożliwiają dokumentowanie 

powierzchni Ziemi w różnych zakresach spektrum 

elektromagnetycznego - od ultrafioletu, poprzez region 

widzialny, bliską i środkową podczerwień, długofalową 

podczerwień termalną aż do pasma mikrofal, które 

wykorzystywane jest w aktywnych systemach radarowych. 

Wielospektralny charakter obrazów teledetekcyjnych stanowi 

jedną z głównych zalet tego sposobu rejestracji.

REJESTRACJA WIELOSPEKTRALNA

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?