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

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 Prel plan. Vad vill ni ska ingå? Inga bilder idag

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

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 VI som NDVI, EVI -> FAPAR, NPP odyl

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)

”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. Finns även hela matriser vilka registrerar en hel scen åt gången.

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 Dvs minsta avståndet mellan två objekt då sensorn fortfarande urskiljer två objekt

QB Abu Dhabi huvudstad i Förenade Arabemiraten.

Hur ofta man får data för en punkt 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 Vid samma tidpunkt varje dag Hur ofta satelliten passerar

över Afrika (-1 < NDVI < 1) NDVI = (NIR+R)/(NIR-R) NDVI-studier möjliga med NOAA AVHRR AVHRR-genererat NDVI över Afrika (-1 < NDVI < 1)

VI beräknat varje dag – högsta värde under 16 dagar – ändå brusigt VI beräknat varje dag – högsta värde under 16 dagar – ändå brusigt. Allstå viktigt temp. uppl. Pontus Olofsson, Department of Physical Geography and Ecosystems Analysis, Faculty of Science, Lund University

Satellitdata ofta vida överlägset flybildsdata 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 Atmos fönster: våglängdsområden med minimal atmos. påverkan.

Hur stort område som täcks in av en scen 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

Atmos fönster: våglängdsområden med minimal atmos. påverkan. Pontus Olofsson, Department of Physical Geography and Ecosystems Analysis, Faculty of Science, Lund University Meteosat-8 09 May 2003, 1215 UTC

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

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

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

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

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/

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

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.

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

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

Tiltning Tiltar sensorn Bild: DigitalGlobe

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 

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

IMAGE-TO-MAP TRANSFOR- MATION LANDSAT SCENE IMAGE-TO-MAP TRANSFOR- MATION o o o o o o o o o Ground Control Point o o Image position of ground control point o o o Scale, x o o Scale, y Orbital track + MAP SHEET LANDSAT SCENE Rotation o + + o o + Map position of ground control point o + o + o + + o

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

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

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