BAND 2

Menu
• Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Historia
• Jeszcze kilkadziesiąt lat temu obrazy Błękitnej
Planety służyły nam niemal wyłącznie do celów
artystycznych.
• Jednak w ciągu ostatnich 10 lat rozdzielczość
zdjęć tak się zwiększyła, że możemy dzięki nim nie
tylko podziwiać urodę naszej planety, ale przede
wszystkim wyciągać bardzo przydatne wnioski,
które służą do badań naukowych, a także
przewidywania zjawisk mających wpływ na nasze
codzienne życie.
Źródło: www.twojapogoda.pl
Historia
24 października 1946 roku, czyli krótko po
zakończeniu się Drugiej Wojny Światowej,
grupa naukowców i żołnierzy otrzymała
pierwsze w historii ludzkości zdjęcie
powierzchni ziemi z kosmosu.Przełomowe
zdjęcie wykonała specjalna kamera
umieszczona na rakiecie V-2, która
wystartowała tego dnia z amerykańskiej
bazy wojskowej White Sands w stanie
Nowy Meksyk.
Źródło: www.twojapogoda.pl
Historia
Chociaż zdjęcie jest bardzo niewyraźne i nie można zobaczyć
szczegółów ukształtowania terenu na południowym zachodzie
USA, to jednak czarno-białe zdjęcie zdradza, gdzie owego
październikowego dnia znajdowały się deszczowe chmury, które
są widoczne w postaci białych pasm.
Źródło: www.twojapogoda.pl
Historia
W 1950 roku testami
zainteresowała się
organizacja National
Geographic, która chciała
zdjęcia opublikować na
łamach swojego
comiesięcznego magazynu.
Wówczas już cały świat
dowiedział się jak wygląda
powierzchnia ziemi z
przestrzeni kosmicznej.
Źródło: www.twojapogoda.pl
Historia
To był pierwszy krok do
stworzenia pierwszego satelity
meteorologicznego Tiros-1,
który 14 lat później wykonał
pierwsze w historii zdjęcie
satelitarne Ziemi, które również
po raz pierwszy znalazło się w
codziennej prognozie pogody w
amerykańskiej telewizji. Jednak
zdjęcie z Tiros-1 nie ukazywało
całej naszej planety, a jedynie jej
niewielki fragment.
Źródło: www.twojapogoda.pl
Historia
Dopiero 29 grudnia 1968 roku ludzkość otrzymała zdjęcie całej
ćwiartki Ziemi. Wykonali je astronauci z pokładu Apollo-8 w
drodze powrotnej z Księżyca z odległości 386 tysięcy kilometrów.
Mogliśmy dostrzec część Afryki zatapiającą się w cieniu. Nadal
jednak nie zobaczyliśmy Ziemi w pełnej okazałości.
Źródło: www.twojapogoda.pl
Historia
Ta przełomowa chwila nastąpiła dopiero 12 lipca 1972 roku, gdy
całą półkulę naszej planety uwiecznili astronauci z pokładu Apollo17. Na zdjęciu widoczny był Bliski Wschód, Afryka, wyspy Oceanu
Indyjskiego i Antarktyda wraz z systemami pogodowymi
rozciągającymi się nad Oceanem Południowym.
Źródło: www.twojapogoda.pl
Historia
W ciągu ostatnich lat powstały satelity Aqua i Terra, które są
obecnie głównym źródłem niespotykanie szczegółowych zdjęć
Ziemi. Nigdy wcześniej z taką dokładnością nie mogliśmy
zaobserwować nie tylko chmur, lecz także mgieł, które wcześniej
na zdjęciach praktycznie nie można było dostrzec.
Źródło: www.twojapogoda.pl
Historia
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Wysoka rozdzielczość detektorów optycznych pozwala na szczegółowe
obrazowanie powierzchni Ziemi.
Na ogół są to obserwacje w modzie nadir z rozdzielczością poziomą
od 100 m do 10 m i szerokości pasa obserwacji ok. 100 km.
Obecnie technologia pozwala na obserwacje z dokładością od 5 do 1 metra
w trzech wymiarach.
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Obserwacje są wykonywane na dwa sposoby:
• panchromatycznie ( jedna barwa)
• wielo-widmowo (kilka barw jednocześnie)
Obserwacje dokonuje się:
w zakresie widzialnym
lub/i
w zakresie podczerwieni
Remote Sensing
• Active – emit energy and detect reflections
– Sonar
– Radar
– Lidar
• Passive - detect emitted/reflected energy from other
sources
–
–
–
–
Satellite sensors
Air photos
Cameras
Video recorders
Satellite Imagery
• Digital data is obtained by sensors on satellite platforms.
Satellite Imagery
• Described by five resolutions
– Spatial resolution: area on ground represented by each pixel
•
•
•
•
Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) – 1 km
Landsat - 30m
SPOT – 2.5m - 20m / 2.5m - 10m
IKONOS - 1m/4m
– Temporal resolution: how often a satellite obtains imagery of a particular
area
– Spectral resolution: specific wavelength intervals in the electromagnetic
spectrum captured by each sensor
– Radiometric Resolution: number of possible data values reportable by
each sensor (how sensitive the sensor is to changes in brightness of
objects that it views)
– View angle resolution: the number of angles at which the ground objects
are recorded by the sensor.
Spatial resolution
AVHRR
English Channel
Spatial resolution
Landsat Thematic Mapper
Greenville, NC
Spatial resolution
SPOT
Palm Springs, CA
Spatial resolution
IKONOS
Sydney Olympic Park
Temporal Resolution
• Number of days between overhead passes at the same
location
– Landsat - 16 days
– AVHRR - daily
– IKONOS - 1 to 3 days
Spectral Resolution
•
•
Number, spacing and width of sampled wavelength bands
Higher resolution results in more precision in representation of spectral
signatures
Review: Electromagnetic Spectrum
• A continuum of all possible energies that radiate through
space
• In remote sensing, we mainly focus on visible, infrared and
microwave
Landsat spectral resolution
Landsat TM:
Wavelength (in
micrometers)
1
2
3
4
5
6
7
0.45 - 0.52
0.52 - 0.60
0.63 - 0.69
0.76 - 0.90
1.55 - 1.75
10.4 - 12.5
2.08 - 2.35
Description
Blue-green
Green
Red
Near-IR
IR
Thermal
Mid-IR
Spectral Regions – Landsat MSS
BAND 1 (Visible Blue)
PANCHROMATIC
BLUE
0.4
0.5
GREEN
0.6
NEAR IR
RED
0.7
SHORT
WAVE IR
1.1
3.0
MIDWAVE IR
LONGWAVE IR
5.0
0.4 - 0.5 mm
• Illuminates Materials in Shadows
• Water Penetration for Bathymetry
• Soil / Vegetation Differentiation
• Deciduous / Coniferous Differentiation
14.0
Band 1
Spectral Regions – Landsat MSS
BAND 2 (Visible Green)
PANCHROMATIC
BLUE
0.4
0.5
GREEN
0.6
NEAR IR
RED
0.7
SHORT
WAVE IR
1.1
3.0
MIDWAVE IR
LONGWAVE IR
5.0
0.5 - 0.6 mm
• Water Penetration for Bathymetry
• Clear and Turbid Water Contrast
• Discrimination of Oil on Water
• Green Reflectance Peak of
Healthy Vegetation
14.0
Band 2
Spectral Regions – Landsat MSS
BAND 3 (Visible Red)
PANCHROMATIC
BLUE
0.4
0.5
GREEN
0.6
NEAR IR
RED
0.7
SHORT
WAVE IR
1.1
3.0
MIDWAVE IR
5.0
0.6 - 0.7mm
• Vegetation Differentiation
• Chlorophyll Absorption
• Limited Water Penetration for
Bathymetry
LONGWAVE IR
14.0
Band 3
Spectral Regions – Landsat MSS
BAND 4 (Near Infrared)
PANCHROMATIC
BLUE
0.4
0.5
GREEN
NEAR IR
RED
0.6
0.7
SHORT
WAVE IR
1.1
3.0
MIDWAVE IR
5.0
0.7 - 1.1mm
• Vegetation Analysis
• Shoreline Mapping
• Landcover Discrimination
LONGWAVE IR
14.0
Band 4
Spectral Regions – Landsat MSS
BAND 5 (Short-wave Infrared)
PANCHROMATIC
BLUE
0.4
0.5
GREEN
0.6
NEAR IR
RED
0.7
SHORT
WAVE IR
1.1
3.0
MIDWAVE IR
5.0
1.1 - 3.0mm
• Fire Mapping
• Discrimination of Oil on Water
• Moisture Content of Soil and
Vegetation
• Snow / Cloud Differentiation
• Vegetation Analysis
LONGWAVE IR
14.0
Band 5
Spectral Regions – Landsat MSS
BAND 7 (Mid-wave Infrared)
PANCHROMATIC
BLUE
0.4
0.5
GREEN
0.6
NEAR IR
RED
0.7
SHORT
WAVE IR
1.1
3.0
MIDWAVE IR
5.0
3.0 - 5.0mm
• Solar Reflectance From Specular
Metal Roofs
• Smoke Penetration
• Daytime Reflectance Mixed With
Emitted EM Radiation
• Nighttime Emitted EM Radiation
LONGWAVE IR
14.0
Band 7
Spectral Regions – Landsat MSS
BAND 6 (Long-wave Infrared)
PANCHROMATIC
BLUE
0.4
0.5
GREEN
0.6
NEAR IR
RED
0.7
SHORT
WAVE IR
1.1
MIDWAVE IR
3.0
5.0 - 14.0mm
• Thermal Analysis
• Vegetation Density
• Urban Heat Islands
5.0
LONGWAVE IR
14.0
Band 6
Landsat Bands
BLUE
GREEN
RED
Band 1
Band 2
Band 3
NEAR IR
Band 4
SHORT
WAVE IR
MIDWAVE IR
Band 5
Band 7
LONGWAVE IR
Band 6
Spectral Resolution of Landsat TM
These bands provide a coarse summary of spectral signatures.
TM Band:
1
2
3
4
5
7
Radiometric Resolution
• Number of possible data values reported by the sensor
• Range is expressed as a power (2n )
– 8-bit resolution has 28 values, or 256 values
Range is 0-255
– 12-bit resolution has 216 values, or 65,536 values
Range is 0-65535
• The value in each pixel is called the
– Digital Number (DN)
– Brightness Value (BV)
Image Display
• Graphics display devices use three color guns
– Red, Green, Blue
– All colors can be formed from various combinations of these 3
colors (which is why they’re used in computer/TV screens)
• The brightness values (BV) to be displayed will often have
an 8-bit range
– 0 to 255
• In remote sensing, we assign one band to each color gun
to give color to the image
Image Display
• For a single band, the resultant color will be
grayscale
Band 1
Red color gun
Band 1
Band 1
Green color gun
Blue color gun
• All three colors display the same value, so the
colors are shades of gray
Landsat Image of Idaho
Band 1
Band 2
Band 3
Band 4
Landsat Image of Idaho
Band 5
Band 7
Band 6
Image Display
• For a multi-band image, the resultant color will depend on
which bands are assigned to which color guns
Red (3)
True Color
Composite
Red color gun
Green (2)
Green color gun
Blue (1)
Blue color gun
(321)
Near Infrared (4)
False Color
Composite
(432)
Red color gun
Red (3)
Green color gun
Green (2)
Blue color gun
Multispectral Imagery Display
Band Composite Output =
Color Guns =
Landsat TM Band =
2
4
7
Band Combination =
BLUE
GREEN
RED
1
2
3
NEAR IR
4
SHORT
WAVE IR
5
MIDWAVE IR
7
LONGWAVE IR
6
Color Composite Image
Color composite image
Band A
Blue color gun
Band B
Green color gun
Band C
Red color gun
Landsat TM Image of Idaho
321
432
543
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Dokładność obserwacji zależy od stanu atmosfery Ziemskiej,
dlatego wykorzystuje się dobrą pogodę do wykonywania
zdjęć o najlepszej rozdzielczości
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Dodatkowe informacje można wydobyć wykorzystując obserwacje stereoskopowe.
http://www.3dphoto.net/
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Instrumenty o wysokiej rozdzielczości optycznej są najczęściej
stosowanym narzędziem wśród instrumentów satelitarnych.
Znajdują zastosowanie w :
• Rolnictwo, określenie rodzaju upraw i okolicy, spis roślin,
prognozowanie plonów i identyfikacja stref upraw,
• Oceny szkód związanych z zagrożeniami naturalnymi
• Mapy geologicznej
• Urbanistyki, tworzenie cyfrowych modeli terenu
• Środowisko planowania i monitorowania
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Instrumenty
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)
Obserwacje optyczne wysokiej rozdzielczości
Multi-Spectral imaging Instrument (MSI)