Grundlagen Fernerkundung - 2

Transkript

1 Grundlagen Fernerkundung - 2 GEO123.1, FS Michael Schaepman, Hendrik Wulf 2/19/15 Page 1

2 Department of Geography 2/19/15 Page 2

3 Department of Geography 2/19/15 Page 3

4 Department of Geography 2/19/15 M. Kneubühler, 2014 Page 4

5 M. Schaepman, 2012 Department of Geography

6 Learning targets! Solar and Terrestrial Radiation!! How does radiation interact with the atmosphere?!! Which radiation components are measured at the sensor?! Geometry of Reflections (Anisotropy and BRDF)!! Which types of reflectance exist?!! How do directional effects influence what we see and measure?

7 In der Fernerkundung verwendete Radarbänder

8 Solare und terrrestrische Strahlungskurven

9 Total Solar Irradiance

10 Globaler Strahlungshaushalt

11 Solar Radiation Spectrum

12 Komplexe Strahlungsvorgänge zwischen Sonne, Atmosphäre, Boden und Sensor

13 Temperature Anomalies!"#"$%&##'$()*+$

14 Temperature Anomalies

15 Strahlungsvorgang Extraterrestrische Strahlung: Auf der Erde empfangene Strahlungsleistung der Sonne. 35% der extraterrestrischen Strahlung wird beim Eindringen in die Atmosphäre in den Weltraum zurückgestrahlt. Atmosphärische Extinktion: Weitere Abschwächung der restlichen 65% der Strahlung infolge von Streuung und Absorption. Remission (Albedo): Mittlere diffuse Rückstrahlung der Erdoberfläche. Aerosol: Gesamtheit aller (über-)molekularen Schwebeteilchen wie Rauch, Staub, Wassertropfen, Kristalle, Pollen usw. Luftlicht: Der an der Oberfläche reflektierten Strahlung wird in der Atmosphäre gestreutes und abgelenktes Licht beigemischt. Beleuchtungsstärke der Erdoberfläche: Sie ist abhängig von der extraterrestrischen Strahlung, der Sonnenhöhe, der Höhe über Meer, der bestrahlten Fläche, dem Trübungsgrad der Atmosphäre, der Bewölkung und der Beschaffenheit der Geländeoberfläche. Die Beleuchtungsstärke einer Fläche, deren Normale gegen die Richtung der einfallenden Strahlen um einen Winkel a geneigt ist, nimmt mit cos a ab.

16 Die atmosphärische Interaktion 4 Typen der Streuung der Strahlung in der Atmosphäre - Rayleigh Streuung - Raman Streuung - Mie Streuung - unselektive Streuung

17 Arten der atmosphärischen Streuung

18 Quellen des Strahlungsantriebes in der Atmosphäre! IPCC AR4, 2007" IPCC AR5, September 2013"

19 Komponenten des Strahlengangs

20 Generalisierte Darstellung des Energieflusses eines passiven Sensorsystemes

21 Overview of radiometric quantities Radiometric quantities (left) and corresponding units (right) as used in remote sensing, namely radiant intensity I, radiance L, irradiance E, and radiant flux (or power)!.

22 Strahlungskomponenten an einem Sensor L s E 0 L atm L gnd " d " u L g,adj L g,dir E dif E gnd!

23 Die Strahlung am Sensor, # $-$,.'/01 $2$,.'3/4 $2$, 356

24 !"#$%&'()*+,-.,(/("/( Department of Geography

25 Strahlungskomponenten iii/iv

26 Strahlungskomponenten iv/iv 0.15 Total Radiance at Sensor (MODTRAN 4) Imaging Spectrometer (10 nm FWHM) 0.10 L s [W/(m 2 sr nm)] Landsat SPOT Wavelength [nm]

27 Definition des räumlichen Referenzsystems

28 Definition des Raumwinkels

29 Geometrie der Reflexion

30 First remote spectral measurements Kol cov, V.V., Primenenie Spektrovizora dlja izuchenija spektral, noj otrazhatel, noj sposobnosti nebol, Shikh Nazemnykh Ob, Ektov S Samoleta, Trudy Lab. Aeromet., Akad. Nauk. SSSR, Moscow/Leningrad, 7, 58 69, 1959 (engl.: The application of the Spectrovisor to the investigation of small objects from an aircraft) Steiner, D., and Gutermann, T., Russian Data on Spectral Reflectance of Vegetation, Soil and Rock Types, Final Technical Report, Dept. of Geography, University of Zurich, Juris Druck + Verlag, Zürich, 232 p.,1966 Lyon, R.J.P., Evaluation of infrared spectroscopy for compositional analysis of lunar and planetary oils, Stanford. Res. Inst. Final Rep. Contract NASA, 49(04), 1962 Lyon, R.J.P., Evaluation of infrared spectrophotometry for compositional analysis of lunar and planetary soils. II: Rough and powdered surfaces., Stanford Research Institute, Palo Alto, CA., NTIS, NASA Contractor Report CR-100, 1964 Source: M. Schaepman

31 Spekulare und diffuse Reflektanz

32 Direktionales Rückstreuverhalten

33 Geometrische Effekte, die eine Veränderung der Reflektanz zur Folge haben

34 Department of Geography Hotspot in panchromatischen Bildern

35

36 Spectrodirectional Measurements using a Goniometer! 9:56" 13:56" FIGOS - Field Goniometer System of RSL! 17:10"

37 Direktionale Effekte!"!"!"!" 09:58 Specular Surface Reflection Sunglint 13:40 17:12 Volume Scattering Shadow geometrical-optical anisotropy

38 Direktionale Effekte 09:58 13:40 17:12

39 Spectrodirectional Measurements from Space: CHRIS/PROBA!! Compact High Resolution Imager "! Launched 22nd October 2001, managed by ESA since 2004"!! Spectro-directional data acquisition, 5 images within 3 min" VIS/NIR ( nm)"! Programmable number of bands (up to 62) and "! Programmable spatial resolution (17 m, 34 m)"

40 Summary Radiation components -> L s E 0 L atm L gnd " d " u L g,adj L g,dir <- Atmospheric interaction & scatter types E dif E gnd Reflectance types -> & directional effects!!"!" Sunglint

41 Thank you for your attention!