Teledetectia

Definitie

Teledetectia este o tehnologie de obtinere a informatiilor de la distanta (fara a intra in contact cu obiectul).

Teledetectia este stiinta si tehnologia de obtinere a informatiei privind suprafata terestra de la distanta (fara a intra in contact cu aceasta) prin utilizarea radiatiei electromagnetice.

Radiatie electromagnetica (REM).Spectrul electromagnetic - zonele in care lucreaza senzorii de teledetectie

Radiatia electromagnetica (REM) este vehicolul informational pe care se bazeaza teledetectia. Este un fenomen oscilatoriu de campuri electrice si magnetice; cele 2 campuri oscileaza in contratimp.

Spectrul electromagnetic reprezinta gama de frecvente in care REM poate exista. Zonele in care lucreaza senzorii satelitari sunt: portiunea vizibila a spectrului, infrarosu apropiat, infrarosu mediu, infrarosu termal(pentru senzorii pasivi) si domeniul microundelor (pentru senzorii activi).

Caracteristica spectrala a Soarelui (maximum de energie). Absorbtia atmosferica.

Soarele emite REM in toate benzile spectrale, de la lungimi de unda foarte mici (radiatii gamma si raze X) pana la lungimi de unda de ordinul km(unde radio), lumina vizibila atat de importanta oamenilor reprezentand doar o mica parte din acest spectru (0.4-0.7μm). Atmosfera Pamantului modifica proprietatile anumitor tipuri de radiatie si chiar absoarbe o parte din acestea - stratul de ozon absoarbe o mare parte din radiatiile daunatoare (printre care si o parte din cele UV) care ar face viata imposibila pe pamant.

Fenomene la interactia REM cu materia utile in teledetectie

Exista 4 tipuri de fenomene care prezinta interes in teledetectie si anume: refractia(dintr-un mediu in altul si cu alt unghi); reflexia totala (unghiul de incidenta= cu unghiul de reflexie); difractia(reflexie in mai multe unghiuri simultan); absorbtia(totala sau a anumitor lungimi de unda).

Caracteristici spectrale. Caracteristica spectrala a vegetatiei.

Clorofila absoarbe energie in partea vizibila a spectrului electromagnetic dar o reflecta pe cea din infrarosu apropiat. Lumina albastra si rosie este mai mult absorbita decat cea verde, de aceea vegetatia este verde pentru ochiul uman. Reflectanta in partea vizibila a spectrului (0,5-0,75 mm) este in principal controlata de pigmentii de absorbtie, in special de clorofila. Reflectanta in infrarosu apropiat (0,75-1,35 mm) este o expresie a reflectarilor multiple de-a lungul suprafetelor de separatie perete celular-apa-aer in interiorul frunzelor si este controlata partial de structura frunzelor si partial de cantitatea de tesut sanatos prezent. Orice cauza care afecteaza pigmentatia frunzelor sau foliatia conduce la reducerea absorbtiei radiatiei incidente si in consecinta la cresterea reflectantei. De asemenea, daca vegetatia este supusa factorilor de stres (boli, seceta) va fi produsa mai putina clorofila si de aceea va fi reflectata mai multa lumina in portiunea rosie a spectrului.

'Limita rosie' corespunde schimbarii abrupte a reflectantei spectrale care apare intre zona de absorbtie puternica a clorofilei si zona infrarosu apropiat unde plantele verzi reflecta puternic radiatia incidenta. Atunci cand continutul de clorofila se diminueaza (in general cand vegetatia este in declin) pozitia pantei maxime a 'limitei rosii' migreaza catre lungimile de unda mai scurte.

Senzori. Clasificare

Dupa sursa de energie:

- senzori pasivi - care utilizeaza energia obiectului (provenita in principal de la soare) cum ar fi: radiometre, sisteme fotografice, scannere, spectrometre;

- senzori activi - care emit energie ce este reflectata de obiectul tinta si captata de sensor cum ar fi; radarele, sistemele lidar ( pe baza de laser).

Dupa fenomenul fizic prin care energia este retrimisa spre senzor:

- reflexie: camere foto, scannere, lidar, radar;

- emisie: radiometre, scannere;

- dispersie: radar, lidar;

- fluorescenta: radar, lidar;

Dupa lungimile de unda ale radiatiei electromagnetice:

- in spectru vizibil: camere foto, camere TV, scannere, radiometre, ` spectrometre, lidar;

- in infrarosu apropiat: camere foto, camere TV, scannere, radiometre, spectrometre, lidar;

- in infrarosu mediu: scannere, radiometre, spectrometre;

- in infrarosu termal: scannere, radiometre, spectrometre, camere termoviziune;

- in microunde; radar, radiometru cu microunde.

Dupa lungimile de unda pe care le capteaza simultan:

- pancromatici ( capteaza o portiune larga din spectrul vizibil):camere foto, camere TV, scannere, radiometre.

- spectrozonal (capteaza o zona ingusta a spectrului): camere foto, camere TV, scannere, radiometre, radar, lidar

- multispectral (capteaza mai multe zone inguste, separate sau nu, din spectrul electromagnetic): camere foto, camere TV, scannere, radar.

Dupa modul de prezentare a datelor:

- cu formare de imagine: camere foto, scannere, radar, lidar;

- fara formare de imagine: radiometre, spectrometre.

Imaginea digitala. Imaginea digitala color. Culori de baza in sistemul aditiv si substractiv.

Imaginea digitala reprezinta cuantificarea unei imagini si depozitarea valorilor numerice obtinute pe un suport de pe care sa poata fi introdus in computer. Procesul de digitizare presupune doua aspecte ale cuantificarii si anume: primul reprezinta impartirea imaginii intr-o retea de elemente numite pixeli (abrevierea de la 'picture element'). Cu cat acesti pixeli vor avea dimensiuni mai mici cu atat rezolutia geometrica va fi mai buna (detaliile vor fi mai fine), dar va creste volumul de date ce vor trebui stocate si prelucrate. Al doilea aspect il reprezinta cuantificarea gradului de innegrire al unui astfel de element de imagine.

Imaginile digitale color sunt alcatuite analizand separat partile spectrului electromagnetic corespunzatoare culorilor rosu, verde si albastru(Red Green Blue), considerate culori primare. Astfel prin combinarea acestora in diferite proportii se pot obtine toate culorile spectrului electromagnetic. Acest sistem de creare a culorilor folosind RGB ca baza se numeste sistemul aditiv. Contrar imaginilor digitale create pe monitoare, ecrane TV etc, imaginile create de catre imprimante, pe hartie folosesc diferite cerneluri ale caror proprietatii sunt sa absoarba anumite lungimi de unda. Acestea utilizeaza sistemul substractiv care are la baza culorile Cyan Magenta si Yellow (sistemul se numeste CMYK, unde K reprezinta culoarea neagra utilizata pt cresterea intensitatii culorilor).

Caracteristicile imaginilor digitale (rezolutii). Exemple

Rezolutia unei imagini digitale reprezinta nr de pixeli pe mm, dar in cazul senzorilor utilizati in teledetectie exista mai multe tipuri de rezolutii:

Rezolutie spatiala - este suprafata terestra acoperita de un pixel. Aceasta determina dimensiunile celui mai mic obiect decelabil pe o imagine. Cu cat rezolutia spatiala este mai mare cu atat sunt mai mici obiectele vizibile pe imagine. Rezolutia imaginii SPOT HRV este de 20 m pentru multispectral si 10 m pentru pancromatic.

Rezolutie radiometrica - se refera la domeniul dinamic de masurare a radiatiei provenite de la tinta. De exemplu pentru 16 nivele de gri (de la 0-negru la 15-alb) sunt numai 4 biti pentru fiecare pixel. Pentru 256 nivele de gri (0-negru, 255-alb) sunt 8 biti, iar in cazul utilizarii cu pixeli pe 16 biti vor fi obtinute 65536 nivele de gri.

Rezolutie spectrala - se refera la intervalul specific de lungimi de unda (latimea benzii spectrale) pe care un senzor poate sa o inregistreze (masoare). De exemplu banda 1 a senzorului TM (Landsat) inregistreaza energia electromagnetica intre 0,45 si 0,52 mmm. Cu cat benzile spectrale sunt mai inguste si mai multe cu atat rezolutia spectrala e mai mare.

Rezolutia temporala - se refera la numarul de treceri ale satelitului peste aceeasi zona. De exemplu satelitul Landsat 5 trece peste aceeasi zona o data la 16 zile, in timp ce satelitul SPOT la 26 zile.

Combinatii fals color compozit. Care sunt cele mai utilizate

Imaginea digitala multispectrala poate fi redata vizual prin alegerea a trei benzi spectrale si atribuirea cate unei culori conventionale dintre cele trei culori fundamentale (rosu, verde, albastru). Se obtine astfel o combinatie fals color compozit. Se pot obtine o multitudine de astfel de combinatii, numarul acestora fiind: , unde m= nr de benzi spectrale.

In practica nu sunt folosite toate combinatiile posibile ci numai cateva. In principal sunt folosite combinatii ca de exemplu 4,3,2(infrarosu color) sau 4,5,3.

Histograma. Functia de imagine. Imbunatatirea contrastului.

Majoritatea imaginilor digitale permit descompunerea fiecarei culori de baza in 256 de grade de intensitate (8 biti), astfel o imagine care utilizeaza intreaga scara de intensitate (valori codificate de la 0 la 255) are un contrast foarte bun avand scara cromatica de la alb la negru si culori bine reprezentate. Valorile numerice ale intensitatii fiecarei culori de baza (RGB) pot fi reprezentate grafic printr-o histograma. Cu cat aceasta este mai restransa (nr de valori specifice intensitatii fiecarei culori este mai mic) cu atat este mai scazut contrastul imaginii; si cu cat contrastul este mai bun cu atat se pot distinge mai multe detalii. Imbunatatirea contrastului se aplica aproape intotdeauna imaginilor din teledetectie deorece senzorii satelitari sunt calibrati sa inregistreze conditii de iluminare foarte diferite.

Fotointerpretare. Principii. Utilitate.

Este folosita pt a extrage informatii din imaginile satelitare sau fotografiile aeriene. Initial era facuta manual    cu prin suprapunerea fotografiilor cu harti existente si sublinierea detaliilor cu ajutorul creioanelor colorate. Odata cu aparitia imaginilor digitale s-au dezvoltat 2 metode de interpretare: analog si digital. Diferenta este ca in cazul interpretariilor digitale calculatoarele atribuie cate un strat acoperitor(vegetatie, apa, asfalt etc) fiecarui pixel din imagine in conformitate cu semnatura sa spectrala. In cazul anlizei vizuale analistul ia in considerare mai multe aspecte cum ar fi: forma obiectelor, contextul in care se gasesc, scara, culoarea(combinatii color, lungimi de unda, contrast, nr de benzi), textura si structura (ambele tin de calitatea rezolutiei spatiale), iar in cazul imaginilor de inalta rezolutie se ia in considerare si umbra obiectelor. Indiferent de calitatea imaginii in fotointerpretare este esentiala experienta si cunoasterea zonei fotografiate cat si a datei in care aceasta a fost facuta.

Prelucrarea imaginilor de teledetectie: Filtrare

Este o operatie al carei scop este de imbunatatire a calitatii imaginii sau de a scoate in evidenta anumite detalii. Exista mai multe tipuri de filtre dar principiul de baza pt toate este modificarea valorii numerice a unui pixel din imagine in functie de valoarea celorlalti pixeli din imediata apropiere folosind diferite formule matematice. Utilizarea mediei aritmetice este specifica filtrelor de tip "smooth", care reduc detaliile legate de separarea suprafetelor(imainea apare incetosata), filtrele de tip "edge detection" au ca scop exact opusul precedentului intarind limitele dintre suprafete.

Prelucrarea imaginilor de teledetectie: Indici de vegetatie

Utilizarea indicilor de vegetatie (VI - vegetation index) a fost sugerata de caracterisica spectrala a vegetatiei. Vegetatia sanatoasa are o puternica reflectanta in infrarosu apropiat (IR) si mult mai scazuta din spectrul vizibil unde are un maxim in zona verde (care determina culoarea verde a vegetatiei).

Georeferentierea (ortorectificarea) imaginilor. Necesitate. Principii.

Georeferentierea reprezinta punerea fiecarui element din imagine in coordonatele corespunzatoare sistemului de proiectie utilizat. Este necesara datorita efectelor reliefului, a faptului ca Pamantul se roteste in urul axei sale cand sunt luate fotografiile si datorita distorsiunilor    cauzate de pozitionarea gresita a satelitilor pe orbita sau a unghiului camerei. Presupune superimpunerea unei harti peste imagine astfel incat imaginea sa reflecte cu acuratete detaliile de la sol. Pentru imbunatatirea corectiilor se utilizaza puncte de control la sol de coordonate cunoscute (determinate topografic sau prin GPS).

Ortorectificarea corecteaza deformarile de relief in cazul proiectiilor centrale (cazul camerelor foto si a scannerelor). Aceste corectii sunt necesare deorece satelitii (si camerele acestora) sunt in pozitii oblice fata de sol si in cazul zonelor cu relief foarte inalt deoarece apar distorsiuni datorita diferentelor de altitudine, fiind astfel necesara cunoasterea altitudinii fiecarui pixel din imagine.