1.Definiția teledetecțieiPrin teledetecție înțelegem disciplina științifică care se ocupă cu obținerea de informații

asupra existenței,pozițiilor reciproce,naturii,caracteristicilor fizice și chimice a obiectelor și fenomenelor din mediul înconjurător prin prelucrarea,analiza și interpretarea datelor cantitative și calitative preluate de la distanță față de obiectul de studio (nu în contact fizic cu acesta)cu senzori montați pe platforme terestre,aeropurtate sau satelitare.

2.Mărimile caracteristice ale detectorilorRăspunsul spectral-exprimă dependența semnalului de ieșire de la detector în funcție de

lungimea de undă a radiației.Pentru detectorul termic răspunsul spectral este independent de λ.

Răspunsul spectral pentru detectorul fotonic-răspunsul spectral crește liniar cu λ până la λ0-de prag unde scade brusc,dincolo de care detectorul nu mai este sensibil.Pentru detectorii fotovaltaici: λ=hc/Eg (1)Unde: h-constanta lui Planck Eg-lărgimea benzii interzise a semiconductorului c-viteza luminii în vidResponsabilitatea detectorului(R)-este raportul dintre tensiunea sau curentul de ieșire și puterea radiantă incidentă.Se masoară în V/W.R=VS/P=VS/SdI (2)Unde:VS- tensiunea semnalului măsuratP-puterea radiantă incidentăSd-aria detectoruluiI-iluminarea Detectivitatea D*.Este dată de relația:

D*=√Sd∗∆∗νP

-VsVz

(3)

VsVz

-raportul dintre tensiunile semnal/zgomot

∆𝜈-lărgimea benzii de frecvențăTranziția electronilor din banda de conducție EC în banda de valență Ev se face cu emisie de fotoni.Detectorul răspunde când h𝜈≥Eg sau λ≤ Eg λc

Unde:λc definește intervalul de bandă de răspuns al detectorului.3.Stabilirea platformei satelitare

Alegerea unei platforme de teledetecție se face în funcție de caracteristicile sistemului de teledetecție precum: stabilitatea platformei, sarcina utilă, rezoluția spațială, rezoluția radiometrică și temporală. Stabilitatea platformei este măsura capacității navei de a menține constanta poziția senzorului în perioada înregistrării,aceasta se efectuează prin unghiurile K,Φ,Ω.

4.Caracteristici ale imaginilor de teledetecțieImaginile de teledetecție sunt caracterizate de rezoluțiile spatiale, spectrală, radiometrică și

temporală.Pasul de eșantionare la sol este distanța dintre centrele pixelilor adiacenți la sol.Rezoluția spațială. Pentru un detector sau senzor rezoluția spațială reprezintă distanța

minimă între două obiecte pe care senzorul le poate înregistra în mod distinct.Rezoluția spațială se măsoară în metri și se clasifică astfel:-rezoluția spațială slabă cu dimensiunea grundelului mai mică de 300 m. Platforma METEOSTAT este dotată cu senzori cu IFOV de 2.5 km, de 5km/5km sau de 1.1km/1.1km. Acești senzori au o rezoluție spațială slabă.-rezoluția spațială medie cu dimensiunea grundelului cuprinsă între 30m și 300m. Platforma sateliților Landsat are IFOV de 80m/80m pentru senzorul MSS și de 30m/30m pentru senzorul TM, este o rezoluție medie.-rezoluția spațială mare cu dimensiunea grundelului cuprinsă între 3 și 30m. Platformele SPOT sunt dotați cu doi senzori care au IFOV de HRV1-20m/20m și HRV2 -10m/10m. Acești senzori au o rezoluie mare.-rezoluție spațială foarte mare cu dimensiunea grundelului cuprinsă între 0,3m și 3m. Sateliții IKONOS –Space Imaging sau EarthWach au senzori cu rezoluții spațiale foarte mari (de 0.82m sau 1m)

Rezoluția spectrală. Este definită de lățimea de bandă în care lucrează detectorii de teledetecție. O înaltă rezoluție spectrală presupune un mic interval de bandă. Senzorii cu o lățime de bandă mare dau o bună rezoluție radiometrică și spectrală.Rezoluția temporală. Se referă la intervalul de timp care trece între două înregistrări succesive deasupra aceleiași zone. Această perioadă poate fi sezonieră, lunară, săptamânală, de câteva zile sau de câteva ore.

Rezoluția radiometrică. Reprezintă numărul nivelelor de cuantizare a valorilor înregistrate de senzor pentru fiecare pixel (pentru imagini pancromatice). În mod obișnuit se exprimă în biti. Sensibilitatea ochiului omenesc poate distinge între 30 și 60 nivele de gri, stocate de 6 biti. În cazul imaginilor înregistrate pe suport analogic care sunt scanate, nivelele de gri sunt stocate de 6 biti (64 nivele de gri) în timp ce 4 biti (16 nivele de gri sunt suficiente pentru unele aplicații) 2 biti (4 nivele de gri). Imaginile pancromatice de teledetecție comerciale au nivelele de gri stocate pe 8 biti (256 nivele de gri).

Semnătura spectrală înregistrată de senzor este unică pentru fiecare obiect din spațiu dar nu este constantă. Pe baza ei putem diferenția obiectele sau clasele de obiecte din imaginea digitală. Ea depinde în cazul senzorilor reflective de ora din zi, anotimpul, stadiul de vegetație a diverselor culturi, starea atmosferică, unghiul de incidență solară, panta terenului, orientarea ei etc.

5. Calibrarea radiometrica absoluta a detectorilorAceasta calibrare se face pe baza valorilor reflectantei spectrale inregistrate de operator”in situ” concomitent cu preluarea intregistrarii satelitare sau aeropurtate.Senzorii sunt calibrati in laborator inainte de lansare.Pentru imaginile pancromatice si multi-spectrale inregistrate pe 8 biti sau cu 255 nivele de gri utilizăm două etape în calibrarea externă absolută și anume:a) calibrarea valorilor înregistrate de senzor ăn funcție de valorile de la calibrareb) calibrarea valorilor înregistrate de senzor în funcție de valorile reflectantei spectrale înregistrate la solPrima etapă. Presupunem că valorile înregistrate de detectori sunt liniare și se pot exprima printr-o relație de tipul: VC=a VM+B (1)Unde: VC reprezintă valorile înregistrate la calibrarea în laborator a detectorilor VM sunt valorile înregistrate de senzor în imagine (0<VM<255), a și b sunt coeficienții transformării care se determină prin metoda celor mai mici pătrate.După calibrarea în funcție de valorile de la testarea de laborator, valorile înregistrate de detector astfel corectate se transformă în reflectanta spectrală folosind următoarele relații:

ρ=DN max−DNmin

255+DNmin (2) unde: ρ-este reflectanta spectrală

DN-este valoarea înregistrată de senzorDN max și DN min reprezintă valorile maxime respectiv minime înregistrate de senzor în calibrarea de laborator (corespunzător 255 sau 0), aceste valori se pot obține și din fișa de calibrare de laborator a senzorului.Etapa a doua. Aducerea valorilor astfel calculate în sistemul măsurătorilor de reflectanta spectrală înregistrate la sol se utilizează o transformare de tipul (1) aratată mai sus. Valorile a și b se determină prin metoda celor mai mici pătrate.

6.Senzori IKONOS și QuickBird dispunerea segmentelor în planul focal și formarea liniei imagine sinteticePentru senzorii liniari de mari dimensiuni timpul de transfer a sarcinilor de la fiecare detector este insuficient până ce platforma ajunge în poziția de preluare a unei noi linii imagine. Din acest motiv se utilizează senzori liniari compuși din mai multe componente de aceleași caracteristici dar de dimensiuni mai mici. Platforma SPOT platformă IRS-1C/1D precum și platforma IKONOS utilizează senzori liniari cu trei componente în timp ce platforma QuickBird utilizează o combinație senzori liniari cu câte 6 compenente de dimensiuni mai mici, figura de mai jos.

Figura cu integrare și întârziere în timp a răspunsului spectral al senzoruluiTimpul de citire a răspunsului unui detector pentru platforme comerciale de foarte mare rezoluție spațială este foarte scurt raportat la viteza la sol de deplasare a platformei. Pentru platforma IKONOS viteza de deplasare la sol este de 7km/s timpul de integrare pentru un detector de 0.14m/pixel corespunzător unui PES (pas de eșantionare la sol sau GSD-Ground Sampling Distance) la sol de 1m. Pentru creșterea calității imaginii folosind un obiectiv de preluare cu unghi de foarte mare deschidere și un senzor de mare dimensiune pentru obținerea unei imagini de calitate sunt utilizați senzori cu orientare flexibilă a direcției de preluare care sunt prevăzuți cu un timp de întârziere și de integrare (TII), de la TDI pe o suprafață formată din mai mulți detectori. Acest lucru se realizează așa cum s-a arătat prin programare controlată.

Electronii liberi generați de radiația reflectată de spațiul obiect se deplasează cu viteza de deplasare a imaginii (odată cu platforma) către detectorii vecini ai senzorului astfel că sarcina genereată reprezintă suma electronilor liberi și a celor generați de radiația care cade pe acest detector și așa mai departe. Pentru platformele IKONOS și QuickBird se integrează sarcinile pe 15 detectori vecini.Senzori liniari supraeșantionare și subeșantionare

Pasul de eșantionare la sol este distanța la sol dintre centrele a două elemente teren adiacente. Rezoluția spațială reprezintă mărimea la sol a pixelului imagine. Rezoluția spațială este diferită de pasul de eșantionare la sol întrucat la înregistrare putem avea o supra-eșantionare sau sub-eșantionare.

În cazul senzorului de baleiaj cu oglinda de rotație MSS al platformei Landsat pasul de eșantionare la sol este de 80 m timp ce rezoluția spațială a senzorului este de 79/56, în acest caz avem o supra-

eșantionare a spațiului obiect. Translatarea senzorului în planul focal creează o nouă direcție de preluare. Racordarea segmentelor vecine pentru formarea unei linii imagine sintetice se face cu ușurintă pentru cazul terenurilor plane. Diferențele de nivel din spațiul obiect creează deformații mari imaginii preluate inducând deplasări atunci când la preluare se utilizează acelasi centru de proiecție (aceeași constantă a obiectivului pentru montajul decalat a componentelor unui senzor în cazul platformei IRS-1C/1D în planul focal.

7) Corecția erorilor reziduale obținute în urma determinării parametrilor transformării, la calculul punctelor noi;

La calculul coordonatelor de teren se poate ține seama de erorile reziduale în punctele de sprijin cele mai apropiate punctului nou care se determină, în funcție de scara imaginii de prelucrat, de mărimea erorilor reziduale în punctele de sprijin și de numărul și distribuția punctelor de sprijin utilizate la calculul modelului transformării, folosind una din urmatoarele metode:

XP=X> P+ΔXP unde, X> p=∑i=1

N

∑j=1

M

aij X(i−1)Y ( j−1 )

YP=Y> P+ΔYP Y> p=∑n=1

i

∑m=1

J

bij X(n−1)Y (m−1)

Iar, ΔXP și ΔYP se pot determina prin interpolare folosind media aritmetică, media glisantă sau predicția liniară

1) Calculul corecțiilor datorate erorilor reziduale în punctele de sprijin folosind metoda aritmetică ponderată:

ΔXP=∑i=1

N

p i δxi

∑i=1

N

p i

respectiv ΔYP=∑i=1

N

p i δyi

∑i=1

N

pi

p-ponderea în funcție de distanță : pi=1

0.1+d iK , k=1/2 sau k=2

2) Calculul corecțiilor ΔXP și ΔYP datorită erorilor reziduale în punctele de srpijin cu ajutorul mediei glisante

Metoda presupune calcularea cu polinoame de ordinal 1, astfel:a) Selectarea punctelor de sprijin (minim 4 și maxim 10 puncte) prin adoptarea unui cerc de raza

ri=√ 7 AπN

, A-latura hexagonului în interiorul cercului, N- nr mediu de pcte de sprijin pe suprafață

b) Reducerea coordonatelor punctelor găsite la punctul nou

c) Calculul ponderei pi=1

0.1+d iK , k=1/2 sau k=2

d) Calculul termenilor transformăriie) Calculul corecțiilor ΔXP și ΔYP în funcție de δx și δy.3) Calculul corecțiilor ΔXP și ΔYP prin predicție liniarăMărimile ΔXP și ΔYP se determină pe baza funcțiilor de corelație.C(d)=C0/(1+dC1)c0=C2 unde d este distanța de corelație8) Configurația unui sistem ideal de teledetecție

1) O sursă ideală de energie care permite în toate lungimile de unda (λ) energie de intensitate constantă;2) Mediul de transmisie prin care energia se propagă (fără pierderi în cazul ideal)3) Are loc interacțiunea cu materia. Energia de diferite lungimi de undă interacționează în mod diferit cu materia în funcție de lungimea de undă de proprietațile fizice și chimice ale acesteia.4) Senzorul primește semnalul propagat prin mediul de transimie, iar răspunsul este liniar în raport cu radiația incidentă pt toate lungimile de undă5) Răspunsul senzorului este înregistrat în timp real prelucrat și vizualizat într-o formă interpretabilă și analizat în scopul recunoașterii caracteristicilor fizico-chimice ale obiectului.

9) Influența perturbatoare asupra mișcărilor sateliților.Mișcarea unui corp cosmic numai sub influența unei forțe centrale poartă denumirea de mișcare neperturbată. În realitate această mișcare este perturbată de:

Rezistența provocată de atmosfera terestră Necentricitatea câmpului forțelor de atracție a Pământului; Existența câmpurilor de atracție ale celorlalte corpuri cosmice ( Soarele și Luna); Presiunea radiației solare

Ca urmare a acțiunei conjugate a acestor factori, energia totală a satelitului se micsorează, ceea ce duce la modificarea parametrilor orbitei, devenind circulară.Satelitul pătrunde în straturile dense ale atmosferei unde, datorită frecării, este distrus prin ardere.

10. Detectori bazați pe dispozitive cuplate prin sarcina CCD (CHARGE-COUPLED DEVICE) sau DCS.

Sunt sisteme de baleiere în planul imagine și reprezintă cea mai recenta realizare în formarea imaginii. Sarcina acumulată ca urmare a conversiei radiației incidente pe suprafața detectorului poate fi deplasată prin transfer de sarcină de la un electron adiacent la altul. Sarcinile generate de fotonii incidenți sunt transformate într-un semnal de intrare apoi sunt transferate în seria elementelor de ieșire datorită unui ceas multi-fază. DCS pot fi senzori liniari sau de suprafață bidimensionali . DCS efectuează trei operații de bază-captează informația, o stochează și o transferă într-o structură constructivă simplă. Un senzor liniar este alcătuit dintr-un singur șir de elemente fotosensibile.

Impulsurile sunt oprite pe durata de integrare optică necesară și apoi informația este transferată spre ieșire secvențial. Un senzor liniar trebuie să aibă toate celulele foto sensoare coliniare și coplanare.Senzori bidimensionali. Sunt alcătuitți dintr-o matrice bidimensională de detectori de mari dimensiuni. Senzorul e montat în planul focal al sistemului optic de preluare. Eficiența coantică ( η ) exprimă randamentul conversiei lumină-sarcină electrică, dependentă acestui randament de λ radiației incidente descrie sensibilitatea spectrală a dispozitivului videocaptor. η(λ)=nr electroni colectati per fotoelementnr electroni incidenti per fotoelement

Ansamblul sistemului optic și DCS este caracterizat de randamentul acestui ansamblu precum și de raportul semnal/zgomot.

11. Spectrometrul cu prismă.

Acest aparat capabil să masoare radiația în anumite intervale de bandă Δλ dotat cu sursă

proprie de calibrare, ce funcționează independent de condițiile de mediu, pentru radiația măsurată trebuie să aibă un set de subsisteme capabile să înregistreze o serie de date relevante asupra condițiilor de mediu pentru imaginea de analizat (umiditate, temperatură, condiții meteo).

Semnalul rezultat de la detector trebuie prelucrat, formatat și integrat în prelucrarea datelor.Instrumentul trebuie să îndeplinească următorele condiții:1.Să permită o baleiere rapidă a spațiului obiect 2.Sensibilitatea instrumentului trebuie să fie compatibilă cu nivelul semnalului produs de

radiația incidentă (măsurată) 3.Instrumentul trebuie să fie solid pentru a rezista condițiilor de teren4.Instrumentul să aibă o sursă proprie de calibrare internă pentru calibrarea datelor

Dispersia spațială în instrumentele cu prismă este mai mică decât în cele cu rețea și este mult mai complicată aranjarea detectorilor în instrumentele cu prismă. Instrumentele cu prismă sunt solide, rapide și simple, domeniul lor de utilizare fiind limitat de materialul din care este confecționată prisma.

12. Transformările biliniare și polinomiale utilizate în georeferențierea indirectă.Transformările biliniare

Aceste transformări includ pe langă deformațiile specifice transformării afine și o torsiune a deformațiilor plane ale imaginii. Modelul transformării este:

Pentru utilizarea acestei transformări sunt necesare patru puncte de sprijin, în practică se utilizează mai multe. Transformări polinomiale de ordin superior

Sunt utilizate când nu se cunoaște sau se ignoră modelul fizic de formare al imaginii. Pentru corectarea deformațiilor se utilizează puncte de sprijin și control identificate în planul imagine și în spațiul obiect sau de pe hartă fără a considera MDA cu polinoape 2D sau pe baza MDA cu polinoame 3D.

Coeficienții polinoamelor se determină prin metoda celor mai mici pătrate. Polinoamele corespunzătoare celor două sau trei coordonate (X,Y,Z) pot fi independente, corespunzător unei transformări afine sau corelate, corespunzator unei transformări conforme. Modelul matematic, bazat pe polinoame 2D sunt de forma:

Unde X,Y,Z reprezintă coordonatele teren i,j,n și m sunt numere întregi reprezentând incrementul , iar I,J,N, M reprezintă valori întregi cuprinse între 0 și 3 care dau gradul polinomului.

Punctele de sprijin trebuie sa aibă o distribuție uniformă, dispuse în general la capetele liniilor de baleiaj, iar numărul lor trebuie să permită, determinarea tuturor coeficienților polinomului. Punctele greșit identificate, în imagine sau pe hartă, pot fi eliminate prin introducerea unei ponderi dată de relația:

Transformările polinomiale utilizate datorită simplității lor prezintă următoarele dezavantaje:a)deformatiile foarte complexe nu pot fi descrise pe cale polinomialăb)distribuția punctelor de sprijin trebuie să fie uniformăc)distribuția proastă a punctelor (grupărilor) de sprijin pot conduce la crearea unor matrice A rău condițioanate

13. Clasificarea sistemelor de teledetecție din punct de vedere al sursei de energiea) Sisteme passive - sunt platforme dotate cu senzori reflectivi care înregistrează radiația solară reflectată de spațiul obiect sau radiația emisă de către acesta. Ex camera fotografică (fără bliț), sistemele radar pasive care lucrează în domeniul hiperfrecvențelor etc.

b) Sisteme active – sunt platforme dotate cu senzori care au propria sursă de energie. Senzorul trimite un fascicol de radiație către spațiul obiect pe care îl iluminează. În urma interacțiunii cu spațiul obiect (radiația incidentă este absorbită, transmisă, dispersată) iar o parte din radiația incidentă este retroreflectată și ajunge la senzorul aeropurtat sau satelitar dotat cu un sistem de detectori. Detectorul transformă radiația incidentă într-un curent electric, proporțional cu radiația incidentă, semnal care este înregistrat, amplificat, prelucrat în scopul formării imaginii reflectivității spațiului obiect fotografiat. Ex. Sistemele LIDAR, RADAR sau SONAR.

14. Elementele ce definesc parametrii orbitei

Elementele ce caracterizează parametri orbitei sunt următoarele:a) Elementele ce definesc poziția orbitei în spațiu (longitudinea nodului ascendent Ω și

înclinarea orbitei notată cu i )b) Elemente ce definesc orientarea orbitei în planul sau (argumentul latitudinii perigeului se notează

cu ω )c) Dimensiunile și forma orbitei (pi sau semiaxa mare a, semiaxa mică b, turtirea α , și

excentricitatea e )d) Poziția satelitului pe orbita sa (momentul trecerii la perigeu σ )

În teoria mișcării sateliților artificiali ai Pământului se adoptă drept plan fundamental planul ecuatorial iar drept punct de origine punctul vernal γ.Considerăm sistemul unde : O-este centrul de masă al corpului central (Pamantul). Axele X și Y înțeapă sfera cerească în punctele γ și Y . Adoptăm planul cercului mare γ, Y (planul ecuatorului, drept plan fundamental) și punctul γ drept origine pe acces cerc. Raza vectoare a pericentrului înțeapă sfera cerească în P’.Dreapta NON’ după care planul fundamental taie planul orbitei se numește linia nodurilor. N se numește nod ascendent iar N’ nod descendent.Arcul γN este notat cu Ω se numește longitudinea nodului ascendent.Unghiul PNY definit prin I sub care orbita taie planul fundamental se numește înclinarea orbitei. Arcul NP definit prin ω se numește argumentul latitudinii perigeului.15. Conversia analog-digitală a semnalului detectorilor.

Semnalul este eșantionat astfel încât reprezentarea sa numerică să reproducă informația conținută cu suficientă precizie în semnalul original. Pentru teledetecție s-au adaptat 256 nivele de cuantizare. Pasul de eșantionare depinde de altitudinea platformei și de I.F.O.V. Pasul de eșantionare la sol este distanța dintre centrele pixelilor adiacenți la sol.16. Principiul “pushbroom” de preluare.

Sistemul „pushbroom” conține o serie de detectori aranjați perpendicular pe direcția de deplasare. Fiecare detector colectează o zonă din imagine. Detectorii pushbroom sunt de regulă mai ușori și mai ieftini și pot prelua mai multă lumină. Dezavantajul acestor sisteme este variația senzitivității între detectori.17. Transformările proiective și polinoamele fracționale utilizate în georeferențierea indirectă.Transformările proiective

Transformarea proiectivă 2D sau 3D poate fi aplicată fie pentru aproximarea modelului fizic de formare a imaginii fie pentru inserția imaginilor într-un SIT.Transformările 2D:

Xi = a 11 xi+a 12 yi+a 13

a 31 xi+a 32 yi+1 respectiv Yi =

a 21 xi+a22 yi+a 23a 31 xi+a 32 yi+1

;

Transformările 3D:

Xi = a 11 xi+a 12 yi+a13 zi+a14

a 31 xi+a32 yi+a33 zi+1 respectiv Yi =

a 21 xi+a22 yi+a23 zi+a 24a31 xi+a 32 yi+a33 z i+1

;

Utilizarea transformării proiective 3D presupune utilizarea MDA și a cel putin 11 puncte de sprijin.

Transformările admit și o transformare inversă ai cărei coeficienți pot fi derivați din coeficienții transformării directe. Elementele modelului fizic ale imaginii se pot calcula în funcție de coeficienții transformărilor directe.Polinoamele fracționale

Acest tip de polinoame a cunoscut o largă utilizare după lansarea sateliților comerciali dotați cu senzori de foarte mare rezoluție spațială respectiv a senzorului IKONOS.

Acest tip de polinoame pot fi utilizate pentru:-aproximarea modelului fizic de formare a imaginii,-transformarea imaginii într-un sistem de referință pe baza punctelor de sprijin.18. Ecuația de coliniaritate, cazul general, (sistemul senzorului, sistemul camerei, sistemul platformei, sistemul teren).

19. Clasificarea sistemelor de teledetecție din punct de vedere al utilizatorului.Sistemele de teledetecție pot fi:

a) Sisteme satelitare pentru monitorizarea suprafeței terestre: platformele LANDSAT, SPOT, RADARSAT.b) Sisteme satelitare pentru monitorizarea atmosferei: METEOSAT.c) Sisteme satelitare pentru monitorizarea suprafeței mărilor și oceanelor: SEASAT.d) Sisteme satelitare pentru scopuri militare.

20. Camerele multispectrale multiobiectiv.Camerele multibandă Hasselblod, un montaj de 4 camere cu 4 filtre diferite de format 9/9

cm au fost folosite pe nava Apollo-9.Camera multibandă S190 A – Skiylob – un montaj de 6 camere, dotate cu retea pentru

calibrarea internă (eliminarea distorsiunii).Camera multispectrală MNF – 6M, un montaj de 6 camere de f = 125 mm format 56/80

mm dotată cu 6 filtre între 0.1 și 0.85μ fiecare cameră putând prelua aprox. 1250 imagini.Camera multispectrală Mark 1, un montaj de 4 obiectivi ce înregistrează imagini de format

9/9 cm. Au o distanță focală f = 100 mm sau f = 150 mm și filtre între 0.44 – 0.8μ înregistrarea făcându-se pe filtru alb-negru infraroșu.

21. Transformarea liniară plană conformă și afină utilizate în georeferențierea indirectăTransformarea conformă liniară plană

Acest tip de transformare presupune că axele de coordonate din cele două imagini sunt ortogonale. Dacă în imaginea de referință avem sistemul XOZ iar în imaginea de prelucrat sistemul xoy, modelul matematic al transformării este dat de relațiile:

Aceste relații nu sunt liniare, ele trebuie liniarizate pentru a putea fi utilizate în modelul transformării.Forma liniară este de tipul :

Teoretic sunt necesare minim 2 puncte pentru determinarea celor 4 parametrii. În practică se utilizează cel puțin 4 puncte uniform distribuite în planul imagine. Ecuațiile de corecții derivate din relațiile (2) se scriu pentru cele N puncte de coordonate cunoscute și se obține un sistem al ecuațiilor de corecții de forma:I=AUT (3)Unde: A-matricea coeficienților , iar U-(a,b,tx,ty)-vectorul necunoscutelorMatricea A , nu poate fi inversată, este rectangulară. Normalizăm sistemul (3) și se obține:ATPl=ATPAUT (4) UT=(ATPA)-1ATPl (5)Erorile reziduale în punctele de sprijin sunt: v=AUT-l (6)Iar eroarea medie pătratică: mo

2=VTV/r (r-numărul pctelor de sprijin) (7)Transformarea afinăÎn acest caz avem deformații diferite în cele două direcții, precum și coeficienții de scară și

unghiuri de rotație diferite. Modelul transformării este de forma:

Parametrii transformării se determină în mod similar fiind necesare cel puțin 3 puncte de sprijin, în practică se utilizează patru puncte de sprijin.

22)Particularizarea ecuației generale de coliniaritate la cazul fotogramei aeriene

Pentru fotogramele nadirale putem considera sistemul detectorului care este filmul fotografic la camerele aerofotogrametrice și platformei ca sisteme identice.vDeci B=C=1 este matricea unitate ΔXa , ΔYa , ΔZa = 0, iar matricea de rotație R=f (K, Φ , Ω)

Din condiția de coliniaritate se deduce:

X0=X03; Y0=Y03; Z0=Z03;

[u,v,w]p=[x,y,-ck] λ

unde λ=Hp/Ck

Ținând seamă de cele de mai sus, obținem

23) Elemente ce definesc poziția satelitului pe orbită

Poziția este definită de σ = momentul trecerii la pericentru (perigeu)

Elementele: p, e, i, Ω, ῳ, σ - sunt așa-zisele elemente Kepleriene. În literatura de specialitate se gasește de obicei pentru orbita eliptică dat de ‘a’ în loc de ‘p’ și în loc de σ - data anomalia mijlocie: M=n (t- σ) în momentul trecerii la pericentrul, excentricitatea ‘e’ este înlocuită prin unghiul de excentricitate astfel e = sin φ

Sateliții cu mișcare directă se mișcă în același sens cu mișcarea de revoluție a Pământului spre deosebire de cei cu mișcarea retrogradată care se rotesc în sens invers.

24) Calibrarea radiometrică internă a detectorilor

În cadrul sistemelor de baleiaj optico-mecanice procedeul uzual de calibrare internă cu surse de referință pot fi plăci calde, reci; Pentru detectorii termali precum și lămpi incandeșcente sau surse de referință cu lumină solară pentru detector reflective. Sursele solare presupun dirijarea radiației solare din exteriorul platformei senzorului astfel încât aceasta radiație să poată fi baleiată la fiecare rotație a oglinzii de baleiaj. Calibrarea are loc în mod continuu pe parcursul preluării datelor. Plăcile reci și calde au temperaturi dedesubt și deasupra celor mai mici respectiv celor mai mari de așteptat în spațiul obiect.

25. Particularizarea ecuatiei generale de coliniaritate pentru camera banda

-Camera are un obiectiv fix si o fanta de expunere de latime variabila perpendicular pe directia de zbor. In timpul expunerii filmul avanseaza in directia de zbor functie de viteza de zbor a platformei. Timpul de expunere (t0) este in functie de viteza filmului (VF) si latimea fantei de baleiere (wp).-Stabilitatea camerei de preluare prin unghiurile K, ɸ, Ω precum si a platformei.

Imaginea inregistrandu-se linie cu linie XΞ0, rezulta ca [u,v,w]=[0,y,-f]ʎ si B=I

Coordonata x se det in functie de timpul de expunere a punctului respectiv. Timpul se utilizeaza pentru calculul marimilor X0, Y0, Z0 si K, ɸ, Ω pentru momentul expunerii fiecarei linii imagine.

tP=t0+Δt , unde tP –timpul de inregistrare a unei linii p, t0-timpul pt expunerea liniei de origineΔt- diferenta de timp fata de origineAstfel: X0=VP Δt ; Y0=0 si Z0=Hte=VF/WFanta [mm/sec]/[mm] , WF variaza intre 0.21-0.51 mmObtinerea unei imagini continue depinde de sincronizarea intre viteza filmului si a

avionului.Valorile unghiurilor K, ɸ, Ω sunt diferite pentru fiecare linie imagine. Conditia de

coliniaritate devine: 0= -ck R 1 XR 3 X si Y=-cK

R 2 XR 3 X

26. Principiul “wishbroom” de preluareSistemul whishbroom scanează de-a lungul direcției satelitului, iar lumina se refrectă într-un

singur detector, deci se colectează câte un pixel la un moment dat.Sistemul pushbrom conține o serie de detectori aranjați perpendiculari pe direcția de deplasare.

Fiecare detector colectează o zonă din imagine. Detectorii pushbroom sunt de regulă mai ușori și mai ieftini și pot prelua mai multa lumina. Dezavantajul acestor sisteme este variația senzitivității între detectori.

27. Elemente ce definesc forma și dimensiunea orbitei

Pentru orbite eliptice se folosesc:

ρ1 sau Semiaxa mare „a”;

Semiaxa mică „b”,

Turtirea „α” α=(a-b)/a;

Excentricitatea „e” e²=(a²-b²)/a² , dacă e<1 orbita eliptică, e=1 orbita e parabolică, e>1 orbita e hiperbolică.

28. Calibrarea externă, metoda adaptării mediei și abaterii standardPrincipiul acestei metode cere ca media m si abaterea standard σ să fie aceeași pentru toți

detectorii. Presupunem valorile măsurate de senzorul n caracterizate de media mm și σn. Aceste valori trebuie să coincidă cu media M și abaterea standard Г calculate pentru întreg segmentul imagine de analizat, sau se impun în funcție de calibrarea internă.

Funcția de adaptare: VNn = anVMn+bn

Nn - valoarea corectată a răspunsului înregistrat de senzor, VMn e valoarea măsurată a răspunsului înregistrat se senzor, iar an și bn sunt coeficienții transformării care trebuie determinați. Aceste valori se calculează astfel:

29. Spectrometru cu rețea de refracțieSpectrometru permite măsurarea radiației spectrale în diferite Δʎ. Spectrometrele utilizează un sistem de modulație optică pentru convertirea semnalului optic în semnal alternativ mult mai convenabil pentru prelucrarea pe cale electrică, în același timp sistemul serveste drept sursă de calibrare pentru instrument. În spectrometrul cu rețea, radiația incidentă este reflectată de către rețeaua mobilă și dispersată în diferitele componente spectrale. Fascicolul reflectat e orientat într-o direcție anume și se impune utilizarea unor filtre de selecție în fața detectorilor pentru a separa diferitele componente spectrale. Instrumentele cu rețea sunt mai precise deoarece spectrul rezultat e dispersat pe o suprafață mai mare, sunt mai delicate și nu sunt utilizate pentru o baleiere rapidă (față de cele cu prisma), pentru că mecanismul ce acționează rețeaua e greoi și complex pentru a poziționa rețeaua în zona diferitelor spectre.

30. Elementele de baleiaj utilizate în sistemele optico-mecaniceSisteme de baleiaj optico-mecanice – elementele de baleiaj utilizate în sistemele optico-mecanice de baleiere în spațiul obiect orientează fascicolul incident prin reflexie către sistemul optic de focusare (au suprafete de reflexie foarte reflectante) după care fascicolul incident este dirijat către sistemul optic de dispersie și detectori. Fig. Componentele unui sistem de baleiaj

31. Clasificarea sistemelor de teledetecție în funcție de modul de distribuție a imaginilor către utilizator.Din acest punct de vedere, sistemele de teledetecție pot fi:

a) Sisteme centralizate - în care imaginile sunt recepționate la o stație de la sol (în cazul sateliților Landsat pentru o rază de 2700km; pentru zona europeană sunt stații la Kiruna-Suedia și Fucino-Italia) sunt prelucrate, după care sunt distribuite eventualilor utilizatori.

b) Sisteme descentralizate - în cadrul carora imaginile, după ce sunt primite de la stațiile de recepție de la sol, sunt retransmise unor sateliți releu și distribuite utilizatorilor. Ex: sistemul METEOSAT.

32. Calibrarea externă a detectorilor – metoda adăptării histogramei cumulative.

LUT se creeaza prin calculul corecțiilor pe care trebuie să le primească un nivel de gri din imaginea de prelucrat, pentru a adapta histogramele cumulative ale detectorului decalibrat cu histograma cumulativă de referință.

NV(k) =∑l=1

k

NRV (l)

NTCalculul corecției se face plecând de la valoarea pe care trebuie să o aibă nivelul de gri în histograma cumulativă de referință și reprezintă diferență între cele două histrograme.

33. Particularizarea ecuației generale de coliniaritate pentru camera panoramică.

În timpul expunerii, viteza filmului este mică. După o baleiere completă a semicilindrului pe care este montat filmul, acesta avansează pentru următoarea expunere. O imagine continuă se obține prin calculul timpului de expunere. Suprafața filmului este cilindrică, IFOV este de fapt o linie. Imaginea obținută este afectată de surse de erori interne: distorsiunea obiectivului de determinare a constantei camerei calibrate, vibrații ale brațului de baleiere și ale altor elemente, iregularități ale funcționării sistemului de compensare a trenarii.Particularizarea ecuației de coliniaritate pentru prelucrarea acestei imagini se face astfel:Imaginea se expune linie cu linie sub un unghi Θ între direcția nadirală și cea de baleiere.

Aceasta revine la o rotație a senzorului în raport cu camera, iar matricea C de rotație devine:

C=| 1 0 00 cosΘ−si nΘ0 sinΘcosΘ | unde Θ=

yck

pentru o linie de baleiaj

Pentru toate punctele situate pe o linie avem y=0; [U,V,W]p= λ[x, 0, -Ck]; B=I; [ΔX , ΔY , ΔZ]=0Cu aceste adăptări, ecuația de observații devine:

|XYZ|

p

= |XYZ|

O3

+ λRC| x0

−ck| sau x’=x secΘp = -ck∗R1 X /R3X

Trebuie remarcat că în timpul baleiajului avionul se deplasează, ceea ce antrenează pentru fiecare linie de baleiaj unghiuri K, Φ, Ω diferite ale intrumentului, ce provoacă o deplasare a liniilor în direcția X. Acest lucru se poate compensa printr-o deplasare sincronă a filmului de-a lungul axei X

cu viteza V=V fH

cosΘ , undeV este viteza platformei .

34.Radiometrul

Radiometrul măsoară REM din domeniul vizibil și IR. Radiația incidentă și radiația sursei de calibrare în mod alternativ cu ajutorul modulatorului rotativ pătrund prin filtrul de selecție a Δλ sau printr-o combinație de filltre, după care fascicolul trece prin diafragma la sistemul optic de dispersie ce focusează radiația pe toată suprafața detectorului. Detectorul furnizează un semnal electric a cărui amplitudine este corelată cu radiația incidentă. Calibrarea spectometrelor și radiometrelor se poate efectua:

- în laborator, cu aparatură specializată- în teren efectuând măsurători comparative cu alte instrumente calibrate sau folosind mire

pentru care radianta standard este cunoscută.Pentru a fi utile, datele de teren trebuie corelate cu observațiile făcute concomitent, temperatura, stare atmosferică, umiditate, presiune si formate în benzi CCT.

35. Sisteme optice de focusare utilizate în sistemele optico-mecanice. Sistemele optice de focusare

focusează radiația și o orientează spre sistemul optic de dispersie. Sistemul de focusare pentru prisme este mai complicat decât cel pentru oglinzi sau pene optice de baleiaj. Optica de focusare poate fi reflectivă sau refractivă (sau o combinație între cele 2).

36. Senzorul TDM - caracteristici. A fost îmbarcat pe platforma Landsat 4 în 1982. Față de senzorul MSS prezintă unele îmbunătățiri precum: creșterea numărului de benzi spectrale în care se face înregistrarea, o îmbunătățire a rezoluției spațiale 30m/30m, precum și o creștere a unghiului instantaneu de câmp: de la 11,56 n la 14,92 n . Față de senzorul MSS care baleia spațiul obiect într-o singură direcție, senzorul TM înregistrează prin baleiere spațiul obiect în ambele sensuri (dus-întors). La fiecare basculare a oglinzii, cei 16 detectori colectează date pentru cele 6 benzi spectrale și pentru banda 7, iar 4 detectori sunt utilizați pentru colectarea datelor termale. Un sistem de corectare a liniilor de scanare este montat în planul focal și compensează mișcarea satelitului pentru a asigura o continuitate a baleiajului în spațiul obiect.

37. Senzorii TDI ( Timp Delay Integration), cu integrare și întârziere în timp a răspunsului spectral al senzorului. Pentru senzorii liniari de mari dimensiuni timpul de transfer a sarcinilor de la fiecare detector este insuficient pană ce platforma ajunge în poziție de preluare a unei noi lini imagine. Din acest motiv se utilizează senzori liniari compuși din mai multe componente de aceleași caracteristici dar de dimensiuni mai mici. Platforma SPOT, Platforma IRS-1C/1D precum și platforma IKPNOS utilizează senzori liniari cu trei component, în timp ce platforma QuickBird utilizează o combinație a senzorilor liniari cu câte 6 componente de dimensiuni mai mici.

Timpul de citire a răspunsului unui detector pentru platformele comerciale de foarte mare rezoluție spatială este foarte scurt raportat la viteza la sol de deplasare a platformei. Pentru platforma IKONOS viteza de deplasare la sol este de 7km/s, timpul de integrare pentru un detector de 0,14m/pixel, corespunzător unui PES ( pas de eșantionare la sol) sau GSD ( Ground Sampling Distance) la sol de 1 m. Pentru creșterea calității imaginii folosind un obiectiv de preluare cu unghi de foarte mare deschidere și un senzor de mare dimensiune, pentru obținerea unei imagini de calitate sunt utilizați senzori cu orientare flexibilă a direcției de preluare, care sunt prevăzuți cu un timp de integrare și de întârziere (TII). Acest lucru se realizează așa cum s-a arătat prin programare controlată.

Figura 12. Preluarea stereoscopica cu senzorul de suprafata

38. Elementele ce definesc poziția orbitei în spațiu și orientarea în planul său.În cazul planetelor se adoptă drept plan fundamental planul eliptic (este cercul mare al sferei cerești după care are loc deplasarea aparentă anuală a Soarelui și în care găsește orbita Pământului), și drept punct origine este punctul vernal (punctul de pe sfera cerească unde se intersectează ecuatorul ceresc cu planul elipticii atunci când Soarele în mișcare sa aparentă anuală trece din emisfera de sud în cea de nord: la 20 sau 21 martie (după ani)).

Fig 1 Elementele ce defines pozitia orbitei in spatiu. În teoria mișcării sateliților artificiali ai Pământului se adoptă drept plan fundamental planul ecuatorial iar drept punct de origine punctul vernal (γ). Considerăm sistemul unde: O este centrul

de masă al corpului ceresc (Pământul), axele X și Y înțeapă sfera cerească în punctele γ și Y. Adoptăm planul ceresc mare γ;Y ( plan ecuatorial drept plan fundamental) și punctul γ drept origine pe acest cerc. Raza vectoare a pericentrului (punctul de pe orbita care este cel mai aproape de corpul central înțeapă sfera cerească în punctul P’ Dreapta NON’ după care planul fundamental taie planul orbitei se numește linia nodurilor. N se numește nod ascendant iar N’ nod descendent. Arcul γN este notat cu Ω și se numește longitudinea nodului ascendant. Unghiul PNY definit prin “i” sub care orbita taie planul fundamental se numește înclinarea orbitei. Arcul NP definit prin “ω” se numește argumentul latitudinii perigeului.

a) Mărimile “Ω” și “i” definesc poziția planului orbitei în spațiu, Ω poate lua valori între [00;3600].

b) Mărimea “ω” definește orientarea orbitei în planul său, ω poate lua valori între [00;3600].c) În acest sistem “i” variază între 00 și 1800 din acest punct de vedere deosebim:

- l=00 orbite ecuatoriale- 00< I > 900 orbite înclinate- i≈900 orbite polare

39. Clasificarea sistemelor de teledetecție în funcție de mediu de transmisie.Clasificarea în funcție de mediul de transmisie.Pentru sistemele de teledetecție mediile de transmisie pot fi apa în cazul sistemelor care utilizează energie acustică și atmosfera pentru sistemele care utilizează radiația electromagnetică drept purtător de informative.

a) Atmosfera mediul de transmisie pentru radiația electromagnetică. În teledetecția aeropurtată și satelitară care utilizează radiația electromagnetică drept purtător de informație mediul de transmisie este atmosfera.

b) Interacțiunea cu atmosfera Fomele de interacțiune ale radiației electromagnetice (r e m) cu material sunt:- Emisia. Toate corpurile cu o temperatură mai mare ca 00K emit radiație electromagnetică. Radiația emisă se măsoară cu emitatia ε(λ) este raportul dintre puterea emisă de corpul considerat și de puterea emisă de corpul negru în suprafața echivalentă.-Absorbția. Orice corp poate absorbi o parte din aceasta (modificarea energie interne a corpului). Se măsoară cu absorbtanta α(λ).Absorbtanța α(λ) este raportul dintre energia absorbită și energia incidentă. Reflectanța ρ(λ) este raportul dintre energia reflectată și energia incidentă, este suprafața terestră reflectantă se numește albedo.-Transmisia. Este definită de transmitanta σ(λ) este raportul dintre energia transmisă și energia incidentă.Au loc și alte femomene în procesul de interacțiune dintre radiația electromagnetică și atmosfera precum: Intermerenta , Difracția , Difuzia.

40.Filtre de interferență.Spectometrul cu filtre de interferență Filtrul de interferență este format din straturi multiple de structură dielectrică, permițând radiației să străbată structura sa. Fenomenul de interferență este rezultat datorat multiplelor reflexii și transmisii.Numai o bandă spectrală care este de o anumită lungime de undă interferă constructiv și trec prin filtru fară atenuări substanțiale.

Această metodă particulară de dispersie este echivalentă cu cea obținută cu rețeaua de refracție. O undă care este multiplu al undei primare va trece și ea prin filtru și interfața se va produce de asemenea pentru componentele multiple ale λ.Undele se elimină cu ajutorul unui filtru, iar λ care trebuie să treacă prin filtru este dat de grosimea straturilor de dielectric. O dispersie selectivă se obține cu ajutorul unui filtru pană

O formă convenabilă a filtrului de interferență este filtrul F.C.V. (filtrul circular de grosime variabilă) în care grosimea elementelor dielectrice variază cu poziția unghiulară a elementului. Filtrul circular se rotește pentru a asigura și produce dispersia spectrală în câmpul instrumentului. Modulatorul optic rotativ produce un semnal alternativ și în același timp constituie o sursă internă de calibrare. Detectorul 2 primește alternative radiația incidentă sau pe cea de la lampa de control (reflectată) și invers detectorul 1.

41.Camera multispectrală cu obiectiv unic.

Aceasta cameră înregistrează un număr de imagini prin intermediul unui sistem de dispersie a radiației incidente și a mai multor filtre de bandă. Camerele fotogrametrice convenționale sunt cele mai utilizate în lucrările de cartare de precizie, datorită rezoluției înalte de aproximativ 80 linii/mm. Camerele au cadru, camera bandă, camera panoramică și sunt utilizate în lucrări de fotointerpretare-teledetecție.

Camerele aerofotogrametrice sunt echipate cu diferite filtre și emulsii fotosensibile pentru diferite Δλ ale zonei vizibile și infraroșu apropiat. Radiația incidentă captată de sistemul optic primar este focusată pe suprafața prismei de refracție care dispersează radiația policromă în componentele sale spectrale. Prima separare are loc la nivelul feței (1), unde radiația verde albastră este separată de radiația roșie infraroșie. Fiecare din componente este separată astfel încât cele patru pelicule sensibile primesc radiația corespunzătoare. Înainte de expunere se inserează un filtru pentru fiecare Δλ. Imaginile rezultate sunt perfect registrate.

42.Particularizarea ecuației generale de coliniaritate, pentru dispozitive optico-mecanice de baleiaj.

Acest gen de sensor poate fi considerat ca o camera cu condiția că x=0.Avem deci:

[U,V,W]p=λ[0,0,-Ck] (1)

Ecuația devine : x’=0=- Ck

R1 X

R3 X y’= Ck

R2 X

R3 X (2)

Dacă în ecuația (1) x=0,y=0; deci pentru fiecare pixel avem o noua poziție a platformei X 03, Y03, Z03 și k ;Ф, diferite. Pentru fiecare pixel coordonatele imagine se pot determina astfel:

Xj= Ck/V(t-t0) ,Yj= Ckθ= Ckθ(tj-t0) (3) unde t0-momentul baleirii centrului imaginii, tj-momentul baleierii pixelului; θ-viteza unghiulară medie de baleiaj

ă

43) Spectrometru fără formare de imagineDatele se culeg în anumite zone de terestre a algoritmulor de prelucrare, controlate în alte zone omogene și reprezentative de control, cu anumită aparatură specializată, sunt prelucrate preliminar și apoi utilizate pentru analiza întregii imagini.Un astfel de instrument fără formare de imagini are următoarele componente: Componentele generale ale unui sistem de senzori electro-optic. Aparatul este capabil să măsoare radiația în anumite intervale de bandă Δλ dotat cu sursa proprie de calibrare, ce funcționează independent de condițiile de mediu.Instrumentul poate fi utilizat în teren dacă indeplinește condițiile:- să permită o baleiere rapidă a spațiului obiect- sensibilitatea instrumentului trebuie să fie compatibilă cu nivelul semnalului produs de radiația incidentă- instrumentul să fie solid și să aibă o sursă proprie de calibrare internă pentru calibrarea datelor

Interferometrul este în instrument utilizat în spectrografia de înaltă precizie și nu formează imaginea spațiului obiect ci franjuri de interferență a caror strălucire medie este proportională cu intensitatea fascicolului incident.

44. Particularizarea ecuației generale de coliniaritate pentru senzorul linia DTS (Dispozitive cu transfer de sarcină)

Imaginea se formează în mod similar ca și în camera bandă. Detectorii înregistrează

simultan o linie imagine . Relațiile de coliniaritate au forma: 0= -ck R 1XR 3 X si Y=-cK

R 2XR 3 X , iar

matricea C este în acest caz:

Coordonatele imagine reduse la cazul fotogramei clasice vor fi: x`=(x)=0

Y`=(y)=-ckycosΩ ₀+cksinΩ₀

−ckcosΩ ₀+ ysinΩ₀

0= -ck R 1 XR 3 X si (y`)=-cK

R 2 XR 3 X