Maa-57.351 Kaukokartoituksen yleiskurssi

1. Maa-57.351 Kaukokartoituksen yleiskurssi Luento 2: • Sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutus kohteen kanssa • Ilmakehän vaikutus

2. Mitä tapahtuu kun auringon säteily kohtaa erilaisia maastokohteita? Säteily joko • heijastuu • (R=reflection) • absorboituu • (A= absorbtion) • läpäisee • (T= transmission)

3. Energian säilymisyhtälö • Tuleva säteily = heijastunut + absorboitunut + läpäissyt • I (l) =R (l) +A (l) +T (l) • Energia ei häviä !!! • Aallonpituudesta (l) riippuvainen

4. Heijastuminen • Heijastuminen: säteily "ponnahtaa" takaisin kohteen pinnasta • Pinta: kerros, jonka paksuus on puolet säteilyn aallonpituudesta • Tulokulma pienenee  heijastuminen pienenee • Sileä pinta  peilimäinen heijastus • Karkea (korkeusvaihtelut ja osasten koko suurempia kuin säteilyn aallonpituus) pinta  diffuusi heijastus

5. Peiliheijastus • Kohde on aivan sileä • Kaikki (lähes) tuleva säteily heijastuu pois saman suuruisessa kulmassa kuin tulokulma • Peilityyni vesi

6. Diffuusi heijastus • Heijastuksen määrä on (lähes) sama kaikkiin suuntiin • Tasaisen karkeilla maastokohteilla

7. Mikä on karkea ja mikä on sileä kohde? • Riippuu tulevan säteilyn aallonpituudesta! • Jos aallonpituus on pienempi kuin pinnan elementin karkeus, tapahtuu enemmän diffuusia heijastusta • Esimerkiksi : • hieno hiekka on sileä kohde, jos aallonpituus on 0.5 cm, mutta varsin karkea näkyvän valon aallonpituusalueella (0.4-0.7 mm)

8. Todellinen maastokohde • Todellisuudessa maastokohteen karkeus ja kallistus vaihtelee joten maastokohteista heijastus lähtee eri suuntiin eri määriä

9. Heijastussuhde eli reflektanssi • Kohteesta heijastuneen (R) ja kohteeseen tulevan säteilyn (I) (auringon valon) suhde on reflektanssi r=R(l)/ I(l) * 100% • Erilaisista maastokohteista saatava heijastussuhde eri aallonpituuksilla on kohteen spektrinen heijastuskäyrä

10. Heijastuskäyrä • Kullakin kohteella on oma tyypillinen heijastuskäyränsä jonka perusteella kohteet voidaan erotella • Kutsutaan myös kohteen ominais-säteilyksi

11. Eri maastokohteet Kasvillisuus • Absorboi voimakkaasti sinistä (B) ja punaista valoa (R ) • Heijastaa vihreää (G) ja lähi-infraa (IR)

12. Kasvillisuus • Kasveissa klorofylli absorboi sinisen ja punaisen valon • Kun klorofyllin tuottaminen vähenee syksyllä tai kasvin kuollessa absorptio vähenee punaisella aallonpituudella  lehti heijastaa myös punaista väriä ja näkyy silloin keltaisena (=punainen+vihreä) tai punaisena

13. Tyypillinen kasvillisuuden heijastusspektri

14. Kasvillisuus • Lähi-infran aallonpituuksilla (0.7-1.3 mm) kasvillisuuden sisäinen rakenne vaikuttaa paljon heijastuksen (R) määrään • Eri kasvilajit ovat sisäiseltä rakenteeltaan erilaisia  lajit voidaan erottaa toisistaan!

15. Kohteen kosteus • Veden absorptio-aallonpituudet: 1.4, 1.9, 2.7 mm • Kasvin / kohteen kosteus saadaan selville: kosteuden määrä / lehden paksuus

16. Kasvillisuus: spektri • Lehtipuu vihreä, havupuu punainen, ruoho sininen, kuiva ruoho syaani Spektrit: Aster spectral library http://speclib.jpl.nasa.gov/

17. Kasvillisuus: spektri • Lehtipuu vihreä, havupuu punainen, ruoho sininen, kuiva ruoho syaani

18. AISA: Puulajit • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto) Pystyakseli: kromaattinen suhde = vakio * kanavan i arvo / summa kaikkien kanavien arvoista

19. AISA: Peltokasvi • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto) Kuvausajankohta: 2.9.1999

20. AISA: Mänty, kasvupaikka • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto)

21. AISA: Kuusi, kasvupaikka • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto)

22. AISA: Koivu, kasvupaikka • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto)

23. AISA: Mänty, puu vs. metsä • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto)

24. AISA: Kuusi, puu vs. metsä • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto)

25. AISA: Koivu, puu vs. metsä • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto)

26. AISA: Ruoho, maalaji • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto)

27. AISA: Vehnä, maalaji • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto)

28. AISA: Leikattu vehnäpelto, maalaji • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto)

29. AISA: Kasvilaji vs. maaperän muodostuminen • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto)

30. Kasvillisuus: Spot esimerkki • Spot-kuva Portugal (www.spotimage.com) • R: punainen kanava • G: lähi-infrakanava • B: vihreä kanava • Peltokasvillisuus kirkas vihreä • Metsät tumma vihreä

31. Kasvillisuus: yhteenveto H A L VIS 1 4 1 Pigmentti NIR 3 1 2 Fyysinen rakenne MIR 2 3 1 Vesipitoisuus Alhainen 1 - 4 korkea H: Heijastus A: Absorptio L: Läpäisy

32. Maaperä • Heijastus eri aallonpituuksilla on paljon tasaisempi. • Varsinkin näkyvän valon aallonpituudella • Kuvaajassa kosteuden vaikutus

33. Maaperä • Heijastuksen määrään vaikuttaa: • maaperän kosteus • maaperän tekstuuri (hiekka, hiesu, savipitoisuus) • pinnan karkeus • rautaoksidin määrä • orgaaninen aines

34. Maaperä • Heijastus pienempi • mitä kosteampi kohde • mitä karkeampi • mitä enemmän rautaoksidia (VIS)

35. Maaperä: spektri • Lehtipuu vihreä, hiekka punainen, basaltti musta, kalkkikivi sininen

36. Maaperä: spektri • Lehtipuu vihreä, hiekka punainen, basaltti musta, kalkkikivi sininen

37. AISA: Maaperä, raekoko • Kanavat 1-3 sininen, 4-6 vihreä, 7-11 punainen, 12 - 16 lähi-infra (Juho Lumme / TKK Foto)

38. Rakennusmateriaali: spektri • Teräs punainen, Asfaltti vihreä, Betoni sininen, Tiili magenta, Mäntylauta syaani, Terva musta

39. Rakennusmateriaali: spektri • Teräs punainen, Asfaltti vihreä, Betoni sininen, Tiili magenta, Mäntylauta syaani, Terva musta

40. Maaperä: yhteenveto SIN+VIH PUN IR Kosteus 1 1 1 (kuiva->märkä) Org. Aine 1 1 1 (0->10%) Tekstuuri 4 4 4 (savi->hiekka) Rakenne 2 2 2 (tas.->karkea) Rautaoksidi 2 4 3 (0->10%) Kasvattaa heijastusta 4 - 1 pienentää heijastusta

41. Vesi • Heijastus varsin pientä verrattuna kasvillisuuteen • Varsinkin Suomessa, koska täällä vesialueet ovat tummia

42. Vesi • Sininen (B) ja vihreä (G) aallonpituusalue heijastavat eniten • Absorboi lähi-infralla (IR)

43. Vesi Olennaista on, tuleeko heijastus • 1. pinnasta (tyynellä säällä peiliheijastus) • 2. vedessä olevasta kiinteästä aineesta • 3. pohjasta • Onko klorofylliä? • heijastus pienempi sinisellä aallonpituudella • suurempi vihreällä eli onko levää! • Edessä oleva kiintoaines ja sameus • Ph ja suolaisuus ei erotu

44. Vuoden 1999 sinilevälautat Aug 2.

45. Pinnassa olevat levälautat heinäkuu 2002 Terra MODIS

46. Vesi: Spot esimerkki • Spot kuva Portugalista • Vedet tumman sinisiä • Rannassa näkyy pohjahiekka • Hiekka kirkas

47. Vesi: yhteenveto H A L SIN 2 3 4 VIH 2 2 4 PUN 2 3 3 NIR 1 5 1 MIR 1 5 1 Alhainen 1 - 5 korkea

48. Vesi: yhteenveto SIN VIH PUN NIR MIR ei-orgaaninen sedimentti 3 3 3 3 3 tanniini 1 2 3 2 2 lehtivihreä 1 3 1 2 2 Heijastus pienenee 1 - 3 heijastus kasvaa

49. Lumi ja jää • Heijastus suuri verrattuna muihin maastokohteisiin • Pinnan märkyys laskee heijastusta, • Onko lumi puhdasta vai likaista  uusi lumi/vanha lumi • Kuiva,vastasatanut lumi  lähes täydellinen heijastus

50. Vesi, lumi, jää: spektri • Vesi sininen, Vesi, suolainen sininen katkoviiva, Jää punainen, Lumi musta, karkeus eri viivoina, hienorakeinen yhtenäisellä viivalla