Monitoraggio Geodetico e Telerilevamento RadiationTarget Interactions Prof Carla

Monitoraggio Geodetico e Telerilevamento Radiation-Target Interactions Prof. Carla Braitenberg University of Trieste . .

Electromagnetic wave-target interaction • Integration to Page 16 of the Tutorial. 21. 03. 2018

Riflessione-rifrazione-diffrazione • La rifrazione è la deviazione subita da un'onda che ha luogo quando questa passa da un mezzo ad un altro nel quale la sua velocità di propagazione cambia. La rifrazione della luce è l'esempio più comunemente osservato, ma ogni tipo di onda può essere rifratta, per esempio quando le onde sonore passano da un mezzo ad un altro o quando le onde dell'acqua si spostano a zone con diversa profondità. https: //it. wikipedia. org/wiki/Rifrazione

Riflessione-rifrazione-diffrazione • In fisica la diffrazione è un fenomeno associato alla deviazione della traiettoria di propagazione delle onde (come anche la riflessione, larifrazione, la diffusione o l'interferenza) quando queste incontrano un ostacolo sul loro cammino. È tipica di ogni genere di onda, come ilsuono, le onde sulla superficie dell'acqua o le onde elettromagnetiche come la luce o le onde radio; la diffrazione si verifica anche nelle particolari situazioni in cui la materia mostra proprietà ondulatorie, in accordo con la dualità onda-particella. • Gli effetti di diffrazione sono rilevanti quando la lunghezza d'onda è comparabile con la dimensione dell'ostacolo. In particolare per la luce visibile (lunghezza d'onda attorno a 0, 5 µm) si hanno fenomeni di diffrazione quando essa interagisce con oggetti di dimensione sub-millimetrica. https: //it. wikipedia. org/wiki/Diffrazione

Riflessione-rifrazione-diffrazione • In fisica la riflessione è il fenomeno per cui un'onda, che si propaga lungo l'interfaccia tra differenti mezzi, cambia di direzione a causa di un impatto con un materiale riflettente. • In acustica la riflessione causa gli echi ed è utilizzata nel sonar. In geologia è importante nello studio delle onde sismiche. • Assorbimento, riflessione e trasmissione sono i fenomeni che avvengono quando la luce interagisce con la materia: quando l'energia radiante incide su un corpo, una parte viene assorbita, una parte viene riflessa e una parte trasmessa e per la legge di conservazione dell'energia, la somma delle quantità di energia rispettivamente assorbita, riflessa e trasmessa è uguale alla quantità di energia incidente. https: //it. wikipedia. org/wiki/Riflessione_(fisica)

Energy balance Incident reflected absorbed transmitted Remote sensing applications, reflected energy dominates

Energy balance for incident electromagenetic radiation

Characteristic of different objects to be distinguished: spectral dependence of reflectance Definition reflectance: Spectral reflectance curve: gives insight into spectral characteristics of object. Next examples demonstrate reflectance curves

Maple: acero Pine: pino Si distiguono nella reflettivita’ del Near-Infrared

Immagine pancromatica nel visibile 0. 4 -0. 7 m Il pino non viene distinto dall’acero Immagine nel vicino IR 0. 7 -0. 9 m Il pino e’ piu’ scuro dell’acero

Curve di riflettanza caratteristiche acqua assorbe Clorofilla assorbe

Discussione alcune curve di riflettanza 1 • Esempi della figura precedente: erba verde, erba secca, terreno marrone; sabbia da gesso, asfalto, cemento; neve fine, nuvole, acqua limpida. • Erba verde: caratteristici picchi di assorbimento: 0. 45 m e 0. 67 m. Indicano assorbimento da clorofilla. Forte assorbimento del blu. A maggiori forte incremento della riflettività verso 0. 68 a 0. 75 m. Poi fra 0. 75 e 1. 3 m reflettivita’ al 50% circa. Oltre 1. 3 m due picchi di assorbimento causa acqua. Riflettivita’ inversamente proporzionale a contenuto di acqua: umidita’ e spessore foglia

Discussione alcune curve di riflettanza • Erba secca: riduzione assorbimento clorofilla, aumento riflessione nei colori rosso. Colore complessivo verde+rosso=giallo. Verso IR: assorbimento alle frequenze dell’acqua (0. 75 a 1. 3 m) • Terreno: curva piu’ liscia • Sabbia: nell’esempio sabbia dal Golfo del Mexico. Curva di riflettivita’ segue curva del gesso.

Discussione alcune curve di riflettanza 2 • Cemento Portland e asfalto: • Asfalto: minore reflettivita’ del cemento. Ambedue curve piu’ lisce. • Neve: Riflettore del visibile e NIR, assorbe a IR medio. Dipende da granulosita’ della neve, e da contenuto di acqua dal disgelo. Anche alterazione da polvere: riduzione di riflessione. • Distinzione nuvole da neve: nuvole hanno riflessione maggiore per maggiori 1. 4 m.

Assorbimento da parte dell’acqua • Assorbimento nel NIR e lunghezze d’onda maggiori • Riflettanza nel visibile: dipende dalla condizione della superficie: puo’ agire da riflettente speculare. • Materiale in sospensione: puo’ riflettere. • Riflessione dalla base del bacino e’ possibile

Curve di riflettivita’ per acqua da lago

Laser Fluorosensor Many objects absorb light and re-emit a fraction of it as fluorescent light (see page 19 of Tutorial) The spectral analysis of the fluorescent light makes it possible to characterize the substances of which the object is composed. LIDAR: Light detection and ranging. Monochromatic light is emitted and the reflection is observed. Range: measure time lapse between emission and reflection. Lidar instruments which measure fluorescence are called fluorescence lidar or laser fluorosensor. They can be operated aboard an aircraft to analyze physical and biological parameters of waters such as the turbidity and the algae content, or to detect marine pollutants. http: //lms. seos-project. eu/learning_modules/marinepollution-c 02 -s 19 p 01. html

Laser Fluorosensor http: //lms. seos-project. eu/learning_modules/marinepollution-c 02 -s 19 p 01. html

Oil spill on water detection with Laser fluorosense thin films of lubricating oil on a water surface are illuminated with UV laser radiation at 355 nm wavelength and emit blue fluorescence. The laser radiation is invisible to the eye and to the photocamera. The oil-free water does not fluoresce and remains dark on the image.

Fluorescence emission spectra of different kind of oils Fluorescence spectra of different oil types upon irradiation with UV light at 308 nm wavelength. The curves show the intensity of the fluorescence versus the wavelength between 320 nm (UV) and 685 nm (far red). The curves are normalized to the same total (i. e. , integrated over-all wavelengths) fluorescence intensity in order to highlight the shape of the spectra. The absolute fluorescence intensity of heavy oils is much weaker than that of light oils and could not be visualized on the graph without normalization.

Recent application for geological mapping from ESA website 1/2 Real color image False color image with data analysis Topography Geological mapping ESA has recently supported a pan-African initiative to collect, interpret and disseminate satellite information on geology and mineral resources such as metallic ores. This ESA-funded effort has paved the way for the German geo-information company GAF to help the African Mineral Geoscience Initiative. The aim of initiative, which is led by the African Union Commission and supported by the World Bank Group, is to catalogue Africa’s geology and mineral resources. This task is made somewhat easier thanks to freely available data from the Copernicus Sentinel-1 and Sentinel-2 missions http: //www. esa. int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Sentinels_helping_to_map_minerals

Recent application for geological mapping from ESA website 2/2 Sentinel multispectr al images are freely available and we shall use them with Earth Engine

Source-target-receiver geometries

Transition from specular reflector to diffuse reflector. Category depends on roughness of surface with respect to wavelength of energy being sensed. Condition for diffuse reflector: Wavelength of incident wave is much smaller than the surface height variations.

Geometry of sun-target and receiver. The recorded image Can change depending on the observer-sun-target constellation

Effect of: Shadowing scattering along path reflection

Reflectance patterns Lambertian surface Intermediate reflectant surface Specular reflectant surface Direction of illumination

Reflectance patterns Differences in apparent reflectance depending on direction of camera relative to sun. Illumination from south Image taken from north. Field in white square shows texture Image taken from south. Field in square is dominated by reflections from sunlit side of terrain.

Digital image at different enlargements

Multispectral image with 6 bands