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CAPITOLO 2 Definizioni e leggi di base A. Dermanis, L. Biagi.

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1 CAPITOLO 2 Definizioni e leggi di base A. Dermanis, L. Biagi

2 ΔΑΔΑ ΔΩ Flusso radiante Φ(t) : Exitanza radiante M(t,P) : P Irradianza E(t,P) : (emessa) (incidente) (potenza) I sensori raccolgono lenergia elettromagnetica ΔQ emessa da un elemento di superficie ΔΑ (pixel), durante un intervallo di tempo Δt, e relativa allangolo solido ΔΩ fra pixel e sensore. Per caratterizzare lenergia incidente è necessario rimuovere dallosservazione la dipendenza da ΔΑ, Δt e ΔΩ. Definizioni di base ( Q = energia) Radianza L : A. Dermanis, L. Biagi

3 Rappresentazione di Fourier: I segnali elettromagnetici x(t) consistono di seni e coseni con differenti periodi T, o frequenze angolari ω = 2π/Τ= 2πf, o lunghezze donda λ = cT ( c =velocità luce) A. Dermanis, L. Biagi

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5 Flusso radiante: Exitanza: P (ω) = funzione di densità spettrale di potenza Potenza del segnale: = exitanza spettrale Radianza: = radianza spettrale A. Dermanis, L. Biagi

6 cm mkmA A μ γ λ Χ UV IR VISIBILE MICROONDE RADAR RADIOAUDIOAC Lo spettro elettromagnetico Rosso IR (Infrarosso)UV (Ultravioletto) Violetto A. Dermanis, L. Biagi

7 Le leggi della radiazione elettromagnetica Corpo nero: Un corpo ideale, assorbe completamente la radiazione a tutte le lunghezze donda, emette in base a leggi ideali la radiazione elettromagnetica. Approssimazione fisica: il Sole. Corpo nero: Un corpo ideale, assorbe completamente la radiazione a tutte le lunghezze donda, emette in base a leggi ideali la radiazione elettromagnetica. Approssimazione fisica: il Sole. Un corpo (la superficie di un corpo) può: 1. assorbire la radiazione incidente, 2. riflettere la radiazione incidente, a) specularmente b) con simmetria sferica (lambertiana) 3. trasmettere la radiazione incidente, 4. emettere radiazione. Tali caratteristiche possono essere funzione della specifica lunghezza donda della radiazione. Un corpo (la superficie di un corpo) può: 1. assorbire la radiazione incidente, 2. riflettere la radiazione incidente, a) specularmente b) con simmetria sferica (lambertiana) 3. trasmettere la radiazione incidente, 4. emettere radiazione. Tali caratteristiche possono essere funzione della specifica lunghezza donda della radiazione. A. Dermanis, L. Biagi

8 Legge di Wien: ( λ di massima exitanza spettrale) Legge di Planck: (exitanza spettrale del corpo nero) Legge di Stefan-Boltzmann: (exitanza totale del corpo nero) Corpo nero T = temperatura Corpo nero T = temperatura Le leggi della radiazione elettromagnetica A. Dermanis, L. Biagi

9 La radiazione elettromagnetica solare solar irradiance below atmosphere atmospheric absorption A. Dermanis, L. Biagi

10 Il corpo reale Lexitanza non coincide con quella del corpo nero: si definisce lemissività del corpo Nel caso di energia incidente (irradianza), un corpo reale riflette, assorbe e trasmette riflettività assorbività, trasmissività, Legge di conservazione dellenergia Legge di Kirchhoff A. Dermanis, L. Biagi

11 La firma spettrale di una superficie E così definita la funzione che descrive la riflettività di un determinato tipo di materiale in funzione della lunghezza donda della radiazione incidente. La firma spettrale di un corpo può essere determinata mediante analisi di laboratorio (spettrometri). A fianco, esempi di firma spettrale per alcuni minerali. A. Dermanis, L. Biagi

12 Telerilevamento: il caso ideale Un insieme di sensori registra la radianza riflessa da un pixel della superficie del pianeta, per tutte le lunghezze donda. Si ottiene quindi, per quel pixel, una firma spettrale osservata. Si confronta la firma spettrale osservata con un archivio di firme spettrali note. Si attribuisce il pixel alla classe di superficie corrispondente alla firma spettrale osservata A. Dermanis, L. Biagi

13 V T A ρ λ (μm) V T A Tre tipi di copertura del suolo: A = Acqua, T = Terra spoglia, V = Vegetazione A. Dermanis, L. Biagi

14 Telerilevamento: il caso reale Il comportamento dei sensori Il comportamento delle classi di copertura La trasmissione atmosferica A. Dermanis, L. Biagi

15 Funzioni di risposta dei 4 sensori del Multispectral Scanner (Landsat) Sensore reale: w(λ) = funzione di risposta del sensore I sensori rispondono alla radianza solo entro una banda spettrale λ 1 λ λ 2 : Sensore ideale: A. Dermanis, L. Biagi

16 Bande spettrali del Thematic Mapper (T1, T2, T3, T4, T5) (Landsat) e del HRVIR (S1, S2, S3, S4) (SPOT4) Bande spettrali del Thematic Mapper (T1, T2, T3, T4, T5) (Landsat) e del HRVIR (S1, S2, S3, S4) (SPOT4) 1. water 2. vegetation 3. bare soil 4. snow A. Dermanis, L. Biagi

17 Leterogeneità delle classi La classe foresta: diversi tipi di alberi, diversi stadi di invecchiamento: eterogeneità spaziale; diversi stati di umidità, diversi stati di fogliazione: eterogeneità temporale. La risoluzione al suolo dei sensori dovrebbe essere altissima! Larchivio delle firme spettrali dovrebbe essere sterminato! A. Dermanis, L. Biagi

18 Leffetto atmosferico Latmosfera assorbe e diffonde la radiazione elettromagnetica: 1. lexitanza incidente su un pixel è diversa da quella emessa dal Sole; 2. la radianza osservata nel sensore per una certa banda è diversa dalla radianza riflessa dal pixel. A. Dermanis, L. Biagi


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