KUVAN ESIKÄSITTELY ILMAKUVAT 1. Ilmakuvaus o Pituus- ja sivupeitto 2. Ortokuvat o Oikaisu keskusprojektiosta karttaprojektioon

Transkriptio

1 KUVAN ESIKÄSITTELY ILMAKUVAT 1. Ilmakuvaus Pituus- ja sivupeitt 2. Ortkuvat Oikaisu keskusprjektista karttaprjektin KUVAN ESIKÄSITTELY SATELLIITTIKUVAT 1. Satelliittien parametreja 2. Kuvaminaisuudet 3. Kuvatutteet Ortkuvat Sterekuvat 4. Passiiviset satelliittihjelmat Landsat SPOT IKONOS Quickbird 5. Satellittihjelmien vertailu 6. Aktiiviset satelliittihjelmat ERS ILMAKUVAUS Kuvattava alue lennetään siten, että peräkkäiset kuvat peittävät tisiaan väh. 60% lentsuunnassa (= pituuspeitt) ja lentjnjen kuvat peittävät tisensa sivusuunnassa väh. 30% (= sivupeitt). Tällä varmistetaan se, että kk alue tullaan näkemään sterena.

2 Kuva 1. Ilmakuvablkin rakenne. (Knecny) ORTOKUVAUS (Haggrén) Ortkuvaus n valkuvan perspektiivin muuntamista keskusprjektista rtg naaliprjektin. Vaikka rtkuvat useimmiten mielletään ikaistuiksi ilmakuvakartiksi, ikaistuja kuvia tutetaan myös muista, yleensä tasmaisista pinnista, esimerkkinä rakennusten julkisivut. Ortkuvan etuna karttaan verrattuna n sen tulkitsemattmuus ja alkuperäinen yksityiskhtaisuus. Ortkuvaus tehdään ikaisemalla jk rtprjektrilla suraan analgisilta kuvilta, siis filminegatiivilta, tai laskemalla digitidulta kuvalta. Ortprjektrien käyttö n syrjäytymässä digitaalisen ikaisun myötä. Muunns tehdään mahdllisimman pienin kuva-alkiin (differentiaaliikaisu). Alkit vat rtkuvalla karttakrdinaatistssa ja vat jk neliöitä (= pikseleitä) tai erittäin kapeita surakaiteita (= rtprjektrin kaistaleita), jtka sijaitsevat tasavälein kummankin krdinaatin suunnassa. Alkiiden gemetrinen vastaavuus lasketaan kartalta khteen pinnalle ja siitä edelleen ilmakuvalle. Ortkuvan pisteiden karttakrdinaatteja vastaavat kuvan pikseleiden keskipisteet tai rtprjektrin kaistaleiden päätepisteet. Digitinnin pistekkna käytetään yleisesti mm, mikä vastaa ilmakuvan ertuskykyä. Ortkuvan pistekk riippuu sen mittakaavasta ja n yleensä jk 10 cm, 20 cm, 50 tai 1 m. Ortkuvaus edellyttää ilmakuvan ulkisen rientinnin ja maastn krkeusuhteiden eli krkeusmallin tuntemista.

3 Kuva 2. Maastkrdinaatist ja maastvirhe Kuva 3. Maastkrdinaatist rtkuvalla Kuva 4. Ortkuva n valkuva maaststa, jka esitetään karttaprjektissa. Prjekti n yhdensuuntaisprjekti ja se n khtisura vaakadatumiin nähden. Maastn jkainen piste esitetään rtkuvalla samassa mittakaavassa ja pisteet n gereferitu kartan XYkrdinaattijärjestelmässä. Ortkuvaa tulkittaessa päälle tehtävät piirrkset vat myös tässä karttaprjektissa. Maastn tpgrafia jkaisessa pisteessä tunnetaan, Z = f (XY), ja krkeuden vaikutus kmpensidaan rtkuvaa tutettaessa.

4 Kuva 5. Ortkuva ikaistaan pikseli kerrallaan. Ort-ikaisu tapahtuu mittakaavaa muuttamalla nadiirisurien suunnassa (perspektiivinen ikaisu). Jkaisen pisteen riginaalimittakaava (xy) lasketaan tuntien niiden XYZ-krdinaatit. Näiden mittakaavaarvjen perusteella pisteiden nadiirietäisyyttä jk kasvatetaan tai pienennetään.

5 Kuva 6. Orthpht f 500 x 500 pixels with 0,5 m pixel size, frm the center f the riginal image, and frm the crner. Orthpht has been prduced accrding t the terrain surface. The basements f the buildings will prject crrectly, whereas the rfs are prjected still with t large a scale. The use f the rthpht n the right side will be trublesme. In case the interir and exterir rientatin data are available, the buildings can be further rectified. Hwever, the the terrain f the ccluded parts cannt be recvered. ( MIT Digital Orthpht Brwser) SATELLIITTIEN PARAMETREJA SATELLIITTI Kstuu hyötykurmasta (paylad) ja alijärjestelmistä (bus, subsystem) Hyötykurma: Instrumentit Alijärjestelmät vastaavat satelliitin ikeasta kiertradasta, asennn säädöstä, sähkön tuttamisesta, lämmön kntrllimisesta, mekaanisesta tukirakenteesta ja kmmunikinnista maa-aseman kanssa MAA-ASEMA Tarkkailee ja hjaa instrumenttien timintaa

6 Satelliitissa levien instrumenttien mittaukset lähetetään satelliitista maa-asemalle 1) reaaliajassa suraan maa-asemalle 2) tiednvälityssatelliittien kautta 3) talletetaan satelliitin 'kvalevylle' ja lähetetään maa-asemalle saavuttaessa sen lähelle Ottaa vastaan ja tallettaa satelliitin lähettämän datan Antennisysteemi seuraa satelliitin kulkua Pistetaan tiednsiirrn khina Tehdään mahdllisesti datan radimetrinen ja gemetrinen krjaus MITÄ KAUKOKARTOITUSSATELLIITIN TOIMINNALTA HALUTAAN: Dataa mistä vaan (lähes maapallnlaajuinen peitt) Sama mittakaava (mittausetäisyys khteeseen vaki) Kuvien tistuvuus ja samankaltaisuus (saman alueen ylitys tietyin aikajaksin aina samaan aikaan, jtta valisuusert min) SATELLIITIN RATA Satelliitit kiertävät planeettaa ympyrä- tai ellipsiradalla Keplerin lait: 1) Planeettaa kiertävän satelliitin rata n ellipsi, jnka tisessa plttpisteessä n planeetta 2) Satelliitin paikkavektri pyyhkii yhtä suurina aikaväleinä yhtä suuret pinta-alat 3) Satelliittien kiertaikjen neliöt suhtautuvat tisiinsa kuten isakselien pulikkaiden kuutit Tärkeimmät rataparametrit: a: isakseli, ellipsin pääakselin pulikas b: pikkuakseli i: inklinaatikulma eli kulma, jssa rata leikkaa päiväntasaajan tasn

7 Gesynkrninen rata: ympyrärata satelliitti kiertää maata maan pyörimisliikkeen npeudella satelliitti pysyy kapealla pituuspiirialueella kahdeksikn mutinen rata leveyspiirialue 2*i Etäisyys maanpinnalta km Gestatinäärinen rata: Kaukkartituksessa käytetään ympyräratja, jllin isakseli a = pikkuakseli b Gesynkrnisen radan erikistapaus i=0 Satelliitti pysyy samalla paikalla maahan nähden Tietliikenne- ja sääsatelliitit Aurinksynkrninen rata: Satelliitin ratatasn pyörimisnpeus auringn suhteen nlla Satelliitti ylittää saman alueen aina samaan vurkauden aikaan Käytetään ympyränmutista aurinksynkrnista rataa, jlla n suuri inklinaati Ratakrkeus km KUVAOMINAISUUDET Tärkeimmät satelliittikuvan ja hjelman minaisuudet vat: mittakaava lentkrkeus tistväli spektraalinen ertuskyky laajuus kanavien lukumäärä ja herkkyysalueet keilaintyyppi ilmaisimen kk spatiaalinen ertuskyky

8 kuvattavan alueen kk maastssa kuvanertuskyky sterekuvamahdllisuus KUVATUOTTEET ORTOKUVAT Ort-ikaisu REF:Satimagingcrp.cm/rthrectificatin What is Orthrectificatin? The tpgraphical variatins in the surface f the earth and the tilt f the satellite r aerial sensr affect the distance with which features n the satellite r aerial image are displayed. The mre tpgraphically diverse the landscape, the mre distrtin inherent in the phtgraph. Kuva 7. Satelliittikuvan rt-ikaisu Image data acquired by Satellite and Airbrne Image sensrs are affected by systematic sensr, platfrminduced gemetry errrs, thereby intrducing terrain distrtins when the Image sensr is nt pinting directly at the Nadir lcatin f the sensr.

9 A= Nadir B= Nadir Line Kuva 8. Terrain displacement can be hundreds f meters. Fr example, if the IKONOS Satellite sensr acquires Image data ver an area with a kilmeter f vertical relief with the sensr having an elevatin angle f 60 (30 frm Nadir) the Image prduct will have nearly 600 meters f terrain displacement. Additinal terrain displacement can result frm errrs in setting the reference elevatin. Lw elevatin angles f images, imperfect terrain mdels, and variability f sensr azimuth and elevatin angles within an image limit accuracy ptential if Image rthrectificatin is attempted. Fr this reasn, when new high reslutin Satellite Image data is acquired ver rugh terrain, high elevatin angles f the sensr is required. Kuva 9. Ort-ikaistu satelliittikuva Digital Elevatin Mdel (DEM) T accurately remve the Image distrtins, a Digital Elevatin Mdel (DEM) is used t perfrm the Image rthrectificatin. The required DEM is generated by semi-autmatic DEM extractin sftware frm stere satellite scenes acquired by the QuickBird, IKONOS, r SPOT-5 satellite sensrs and stere aerial phtgraphy.

10 Fr many Internatinal prjects were DEM s are nt available with psting interval f 90m, Satellite Imaging Crpratin (SIC) utilizes the Shuttle Radar Tpgraphy Missin (SRTM) 90m DEM data set fr the rthrectificatin prcess f satellite image data. When higher Mapping Accuracy Standards (MAS) are required the DEM is extracted frm existing tpgraphic maps at an acceptable scale r acquired by stere satellite image data prviding a DEM psting and accuracies standard at the 5-6m level acquired with high reslutin stere satellite sensrs. At this accuracy standard, sufficient GPS derived Grund Cntrl Pints (GCP s) are required. Other remte sensing techniques are als utilized such as, radar interfermetry r LiDAR. When Vectr data is t be extracted frm Satellite r Aerial Image data by Raster-t-Vectr translatin, SIC perfrms the rthrectificatin f the Remtely Sensed Image data and rectifies all digital Images f tpgraphic, gelgical, envirnmental r any type f surce maps t be included int the GIS mapping envirnment. STEREOKUVAT Kuvauskulma radan suunnassa mahdllistaa sterekuvien ttamisen ja se pikkeaa vain QuickBird-satelliitin khdalla (+/- 30 ). Humattavaa n, että IKONOS-sterekuvia radan suunnassa timitetaan vain valtin laitksille eikä yksityisille yrityksille lainkaan. Esimerkki EROS-A1 kuvausmahdllisuuksista. Kuva 9. EROS-A1 satelliitin kuvausmahdllisuudet ajan ja radan suunnassa /Petrie/

11 Kuva 10. Sterekuvien mahdllisuus a) radan suunnassa b) rataa vastaan khtisurassa. /Petrie/. PASSIIVISET SATELLIITTIOHJELMAT LANDSAT Landsat-7 Kuva 11. Landsat-7 satelliitin rakenne Laukaisu 15 huhtikuuta 1999 Aurinksynkrninen ympyrärata Ratakrkeus 705 km Inklinaati 98.2 astetta Tistjaks 16 päivää Ylittää ekvaattrin nin kl Keilausalueen leveys 185 km Liikkuvan ptisen järjestelmän keilain(whiskbrm) Enhanced Thematic Mapper Plus

12 Kuva 12. ETM+ Kanava Spektr.herkkyys µm Pan: Sveltuvuus Maastertuskyky (sin) vesi, maaperä/kasvillisuus, metsätyypit 30m (vihr) kasvillisuuden kartitus 30m (pun) kasvilajien erttelu (lähi-infra) bimassa, kasvilajit, maa/vesi, maaperäksteus (infra) lumi/pilvi, kasvillisuuden ja maaperän ksteus 30m (lämpö) lämpötila, maaperäksteus, kasvillisuuden kunt 60m (infra) gelginen kartitus, kasvillisuuden ksteus (pan) yleisimmät svellukset 15m 30m 30m 30m Kuva 13. Landsat-7 satellittikuvia a) ertuskyky 15 m Philadelphia, US ja b) ertuskyky 30m Oman (Sat.imagingcrp.cm/gallery.html)

13 SPOT-5 kts. SPOT-5 sivut, SPOT-5 esite1 ja SPOT-5 esite2 Aurinksynkrninen ympyrärata Ratakrkeus 822 km Inklinaati 98.7 astetta Kiertaika min Tistjaks 26 päivää Instrumentit vidaan suunnata 27 astetta nadiirista peilin avulla -> sama alue vidaan kuvata muutaman päivän välein Kuva 14. a) SPOT-sateliitin kuvaustavat ja b) sterekuvien ttaminen High Reslutin Visible (HRV) Pushbrm-keilaus Keilausalueen leveys 60 km

14 Kuva 15. SPOT-sateliitin kuvausleveys maassa Kaksi timintatapaa: 1. Pankrmaattinen 2. Mnikanava Multispectral Aallnpituudet (µm) resluuti 10 m 10 m 10 m 20 m Panchrmatic Aallnpituudet (µm) Laukaisu huhti-tukkuussa v viistkatselumahdllisuus sterekuvat mahdllisia resluuti 5 m tai 2.5 m

15 Kuva 16. a) SPOT-5 kuva Pusan, Etelä-Krea 250m, b)tripli, Libya, ertuskyky 2,5 cm IKONOS kts. IKONOS-sivut Kuva 17. IKONOS-kuva Bra Bralta ja Singapresta IKONOS lähettiin radalleen syyskuun Lentkrkeus 681 km Kiertaika 98 min, tist 1 metrin tarkkuudella 2.9 pv aurinksynkrninen rata, inklinaati 98.1 Multispectral Aallnpituudet (µm) Resluuti Kuvaleveys (nadir) m 11 km Panchrmatic m 11 km

16 QUICKBIRD, kts. Quickbird sivut QuickBird Satellite Sensr Satellite Imaging Crpratin (SIC) acquires QuickBird Satellite Imagery wrldwide. Abut QuickBird: QuickBird is a high reslutin satellite wned and perated by DigitalGlbe. Using a state-f-the-art BGIS 2000 sensr, QuickBird uses remte sensing t a 0.61m pixel reslutin degree f detail. This satellite is an excellent surce f envirnmental data useful fr analyses f changes in land usage, agricultural and frest climates. QuickBird's imaging capabilities can be applied t a hst f industries, including Oil and Gas Explratin & Prductin (E&P), Engineering and Cnstructin and envirnmental studies. QuickBird Satellite Sensr Characteristics Launch Date Octber 18, 2001 Launch Vehicle Being Delta II Launch Lcatin Vandenberg Air Frce Base, Califrnia, USA Orbit Altitude 450 Km Orbit Inclinatin 97.2º, sun-synchrnus Speed 7.1 Km/secnd - 25,560 Km/hur Equatr Crssing Time 10:30 a.m. (descending nde) Orbit Time 93.5 minutes Revisit Time days depending n Latitude (30º ff-nadir) Swath Width 16.5 Km x 16.5 Km at nadir Metric Accuracy 23-meter hrizntal (CE90%) Digitizatin 11 bits Reslutin Pan: 61 cm (nadir) t 72 cm (25º ff-nadir) MS: 2.44 m (nadir) t 2.88 m (25º ff-nadir) Image Bands Pan: nm Blue: nm Green: nm Red: nm Near IR nm

17 Kuva 18. Ouickbird-kuvat Guam-saarelta ja Pireuksen satamasta SATELLIITTIOHJELMIEN VERTAILUA Satelliittijärjestelmä SPOT-5 Landsat-7 Sensrityyppi Lineaarinen whiskbrm Lineaarinen Lineaarinen Lineaarinen Ratakrkeus (km) /- 30 +/- 45 mahdllinen +/- 30 +/- 30 +/- 45 +/ muuttuva 98 muuttuva 98.1 muuttuva 98 muuttuva Kuvan leveys 60 maastssa (km) Ilmaisimen kk /6.000/3.000 (pikseleinä) Maastpikselin kk (m) 2.5/5 10/20 Kuvauskulman muuts +/- 27 radan suunnassa Kuvauskulman muuts rataa khtisuraan +/- 30 suuntaan Rataiklinaatikulma 98 Kantasuhde muuttuva 15/30 QuickBird IKONOS EROS-A1 /Petrie/ Kuten tauluksta humataan IKONOS-satelliitin ratakrkeus n suurempi kuin muilla satelliiteilla (680 km vrt km) ja kuitenkin maastpikselin kk IKONOS-kuvilla 1 m. Tämä jhtuu IKONOKSEN erilaisesta ptiikasta, jssa käytetään 10 m:n plttväliä viiden peilin avulla.

18 Kuva 19. IKONOS- ja QuickBird-satellittien ratakrkeuksien vertailu. /Petrie/ Kuva 20. IKONOS-satelliitin kuvausjärjestelmä, jssa ptikkan 10 m:n plttväli n tteutettu peilien avulla. Kuvatas ja itse ilmaisimet sijaitsevat teleskpin vasemmassa alanurkassa (9). /Petrie/ Satelliittikuvien leveys/peittävyys maastssa vaihtelee suuresti. QuickBird-satelliittikuvan peittävyys n 16.5 km verrattuna muiden km:iin. Tämä n tteutettu useamman ilmaisimen avulla.

19 Kuva 21. Eräiden satelliittikeilainten ja satellittikameriden (KFA-3000 ja KVR-1000) kuvien peittävyys maastssa /Petrie/ AKTIIVISET SATELLIITTIOHJELMAT ERS kts. ERS sivut ERS-1 & 2 Eurpan avaruusjärjestön ensimmäinen kaukkartitussatelliitti ERS-1 radalle ERS-2 huhtikuussa 1995 Aurinksynkrninen melkein ympyrärata Ratakrkeus km Kiertaika 100 min

20 Kuva 22. ERS-satelliitin kuvaavan SAR-tutkan AMI kuvausgemetria Active Micrwave Instrument (AMI): ERS-1 ja -2 Taajuus 5.3 GHz VV-plarisaati Klme mittaustapaa: Image: SAR-tutka, maanpinnan ertuskyky 30m, keilausalueen leveys 100 km, mittauskulma 23 astetta Wave: Merenpinnan aaltjen spektri (suunta ja aallnpituus) Wind: Merenpinnan tuulennpeus ja suunta Altimetri (RA): ERS-1 ja -2 Etäisyys maahan Taajuus 13.8 GHz Maanpinnan ertuskyky 7 km Alng-Track Scanning Radimeter and Micrwave Sunder (ATSR): ERS-1: infrapunakanavat 1.6, 3.7, 11 ja 12 mikrm, mikraaltkanavat 23.8 ja 36.5 GHz ERS-2: näkyvän valn ja infrapunakanavat 0.65, 0.85, 1.27, 1.6, 3.7, 11.0 ja 12.0 mikrm, mikraaltkanavat 23.8 ja 36.5 GHz Keilausalueen leveys 500 km

21 Maanpinnan ertuskyky: IR 1 km, MW 20 km Glbal Ozne Mnitring Experiment (GOME): ERS-2 Otsnin seuranta SAR Image Mde In image mde the SAR prvides high reslutin tw-dimensinal images with a spatial reslutin f 26 m in range (acrss track) and between 6 and 30 m in azimuth (alng track). Image data is acquired fr a maximum duratin f apprximately ten minutes per rbit. As the data rate is t high fr n-bard strage it is nly acquired within the receptin zne f a suitably equipped grund receiving statin. The main characteristics f the AMI are: Gemetric specificatins Spatial reslutin: Swath width: Swath standff: Lcalisatin accuracy: Incidence angle: Incidence angle tlerance: alng track <=30 m acrss-track <=26.3 m km (telemetered) 80.4 km (full perfrmance) 250 km t the right f the satellite track alng track <=1 km; acrss-track <=0.9 km near swath 20.1deg. mid swath 23deg. far swath 25.9deg <=0.5 deg. Radimetric specificatins: Frequency: Wave length: Bandwidth: Plarizatin: 5.3 GHz (C-band) 5.6 cm MHz VV The rectangular antenna f the SAR is aligned alng the satellite's line f flight t direct a narrw beam sideways and dwnwards nt the Earth's surface (see the figure) t btain strips f high reslutin imagery f abut 100 km in width. Imagery is built up frm the time delay and strength f the return signals, which depend primarily n the rughness and dielectric prperties f the surface and its range frm the satellite. The SAR's high reslutin in the range directin is achieved by phase cding the transmit pulse with a linear chirp and cmpressing the ech by matched filtering; range

22 reslutin being determined by means f the pulse travel time; and the azimuth eslutin is achieved by recrding the phase as well as the amplitude f the eches alng the flight path. Referenssiluettel [Petrie] Petrie, G.: Optical Imagery frm Airbrne & Spacebrne Platfrms. Geinfrmatics, January/February, (Haggren) Haggrén, H.: Ftgrammetrian perusteet luentmniste (Knecny) Knecny, G.: Geinfrmatin Remte Sensing, Phtgrammetry and Gegraphic Infrmatin Systems. Taylr&Francis,2003. WWW-sivuja: mcelhanney.cm/prducts/prd_satimagery.html satimagingcrp.cm/gallery.html html://ers.usgs.gv/prducts/satellite/landsat7.html html://ers.usgs.gv/prducts/satellite/ee earth.esa.int/ers/instruments/index.html