FA för FPO 0 26, föresläsning 1

2. FA för FPO 026, föresläsning 1 Pontus Olofsson, Department of Physical Geography and Ecosystems Analysis, Faculty of Science, Lund University

3. Upplägg • Tre undervisningstillfälle med 1h F och 2h Ö: • 7/4 F: Grunder, tillgång och förprocessering • Ö: Geometrisk korrektion (radiometrisk om tid) • 14/4 Tolkning och analys • 21/4 Tillämpningar och exempel

4. Spektral reflektans • Reflektans = solstrålning ”studsar” • på ett objekt (förenklat) • Sensor registrerar reflektansen • Olika objekt reflekterar olika • Medför: urskilja objekt då • spektral reflektans skiljer sig.

5. Reflektansen varierar över • våglängderna • T ex, grön vegetation: refl.- • min. i R och -max i NIR • Vatten: ingen refl i NIR (i • teorin) • Index som t ex SR = NIR/R lättare att urskilja vegetation • från icke-vegetation

6. Hur registrera reflektans? • Två viktiga typer av satellitsensorer • ”Rotating Scanning Mirror” (Whiskbroom scanner) • - Scannar jordytan pixel för pixel vinkelrätt mot färdriktningen • - Äldre teknik (används i t ex LANDSAT-sensorerna)

7. ”Linear Array Sensor” (Pushbroom scanner) • - Scannar jordytan linje för linje vinkelrätt mot färdriktningen • - I satelllit sedan 1986 med SPOT 1, Frankrike • - Består av en rad ”Charge Coupled Devices” (”CCD:s”), vilka simultant • registrerar reflekterad strålning.

8. Upplösning (”resolution”) • Fem ”sorters upplösningar”: • 1. Geometrisk (spatiell, ”spatial”) • Minsta avståndet mellan två objekt sett från sensorn • T ex, 30 m för LANDSAT TM och ETM+, och 1 km för • SPOT-VEGETATION • På bekostnad av areell och temporal upplösning • QuickBird: 0.6 m

11. 2. Temporal • Hur ofta man får data för en punkt • T ex, 16 dygn för LANDSAT-7, 1 dygn för Terra, och var 15:e minut för Meteosat • Hög temporal upplösning  kontinuerliga tidsserier • Ofta viktig egenskap • Svårt (omöjligt) att kombinera med geometrisk upplösning • Terra/MODIS 1 dygn och 250 m

12. AVHRR-genererat NDVI över Afrika (-1 < NDVI < 1)

13. Pontus Olofsson, Department of Physical Geography and Ecosystems Analysis, Faculty of Science, Lund University

14. 3. Spektral • I hur många våglängdsband sensorn registrerar reflektans (benämns ofta ”kanaler” el. ”spektrala band”) • Satellitdata ofta vida överlägset flybildsdata • ETM+ 8 kanaler, MODIS 36 och Hyperion 220 • Utnyttjar atmosfäriska fönster – bandbredden viktig

15. 4. Areell • Hur stort område som täcks in av en scen • Bestäms av svepvidden (”swath width”) • T ex, QuickBird 16.5 km, ETM+ 180 km, MODIS 1200 km, Meteosat ¼ av jorden Två MODIS-scener Meteosat, morgonbild

16. Pontus Olofsson, Department of Physical Geography and Ecosystems Analysis, Faculty of Science, Lund University Meteosat-8 09 May 2003, 1215 UTC

17. 5. Radiometrisk • Med vilken precision lagras data • Ofta 8 bitar, dvs värden mellan 0 och 255 • Kallas DN-värden (digital number) eller ”brightness values” • MSS: 6 bitar

18. Orbitalbanor Två viktiga typer: (1) geostationära och (2) polarorbitala

19. 1. Geostationära • Satellitens position relativ jorden är fix • Krävs mer än plattform för att täcka in jorden • GOES och Meteosat två exempel • Ofta meteorologiska tillämpningar

20. 2. Polarorbitala • Passerar polerna varje varv runt jorden • Solsynkrona polarorbitala banor passerar latituderna vid samma lokala tidpunkt varje överflygning

21. Tillgång • Geometriskt ”grovupplösande” (> 250 m) data gratis (från t ex NASA, NOAA och ESA). • Geometriskt ”mellanupplösande” (~ 15-30 m) data ej gratis, dock rel. billiga (från t ex Metria, USGS). Från $75. • Geometriskt ”högupplösande” (< 5 m) data dyrt: t ex $7-56/km2 och $18-48/km2 (ofta kommersiellt). • Se t ex http://www.eurimage.com/

22. Digital bildbehandling • Input (få tag i och bestämma vilka data som ska behandlas) • Förprocessering: geometrisk och radiometrisk korrektion • Förstärkning: t ex kontraststräckning, filtrering, bilda index • Fotogrammetri: flygbildstolking (ej digitalt) • Klassificering: supervised eller unsupervised • Output och display: t ex kartor och GIS

25. Geometrisk korrektion • Transformation av fjärranalysdata till en ”karta” kallas geometrisk korrektion. • ”Image registration” är en passning av en bilds koordinat-system till det av en annan bild. • Definition på karta: grafisk representation av jordytan som visar dess geografiska objekt. Objekten georefererade.

26. Geom. korrektion för att... • Transforma en bild till en kartprojektion • Lokalisera objekt • Registrera närliggande bilder • Overlay bildsekvenser • Overlay bilder och kartor i ett GIS • Eliminera geometriska fel

27. Geometriska fel • Jordens kurvatur • Påverkar ej flygbilder • Mellanupplösande liten påverkan • Grovupplösande data påverkas (t ex pixelstorlek 4.94 än vid nadir) • Påverkar högupplösande vid tiltning

28. Tiltning Bild: DigitalGlobe

29. Geometriska fel • Jordens rotation • Jorden roterar från väst till öst under registrering  sned bild • Varierar med latitud • Övrigt • “Platform instability” • Whiskbroom scanner Satellite motion  Earth motion 

30. Geometriska fel • Korrektion • Matematisk modellering (sensorberoende) • Ground control points – GCP’s (sensoroberoende)

31. LANDSATSCENE IMAGE-TO-MAPTRANSFOR- MATION o o o o o o o o o GroundControlPoint o o o o o Image positionof ground control point Scale, x o o Scale, y Orbital track + MAPSHEET Rotation LANDSATSCENE o + + o o + Map positionof groundcontrol point o + o + o o + +

32. Radiometrisk korrektion • En sensor registrerar ”brightness” (0-255) • ”Brightness” ingen fysikalisk storhet • Påverkas av atmosfärsförhållanden • Påverkas av solens och sensorns position • Måste korrigeras och räknas om – radiometrisk korrektion

33. Radiometri – terminolgi • Reflektans, : kvot infallande till reflekterad strålning (0-1) • Radians, L: energiflöde från en yta i en viss riktning • Irradians, E: infallande energiflöde per ytenhet • Solzenithvinkel,  = 90º - solvinkel Zenithvinkel  Solvinkel Jordytan

34. Radiometriska korrektioner • Transformationer av storheter • Beräkna radians från ”brightness” • Beräkna reflektans från radians • Beräkna ? från reflektans • Atmosfärskorrektioner • Fysikalisk modellering • ”Dark target subtraction”