Wondershare EdrawMind
MindMap Gallery Principes de télédétection Chapitre 2 Base physique de la télédétection
- 8
Principes de télédétection Chapitre 2 Base physique de la télédétection
Il s'agit d'une carte mentale sur le chapitre 2 des principes de télédétection, la base physique de la télédétection, y compris le spectre électromagnétique et le rayonnement électromagnétique, la vision de la lumière et des couleurs, les caractéristiques d'émission de rayonnement des objets, l'influence de l'atmosphère sur le rayonnement solaire, etc.
Edited at 2024-03-26 10:55:11
Principes de télédétection Chapitre 2 Base physique de la télédétection
- Recommended to you
- Outline
Principes de télédétection Chapitre 2 Base physique de la télédétection
1. Spectre électromagnétique et rayonnement électromagnétique
ondes électromagnétiques
La notion d'ondes : Les ondes sont la propagation de vibrations dans l'espace.
RS fait référence à la télédétection par ondes électromagnétiques
L'onde électromagnétique est une onde transversale
Peut être diffusé sans média
se propageant à la vitesse de la lumière
Dualité onde-particule : plus la longueur d’onde est courte, plus les caractéristiques des particules sont évidentes, et vice versa.
La raison pour laquelle la télédétection peut évaluer les objets terrestres et les phénomènes naturels sur la base des ondes électromagnétiques collectées est que tous les objets ont des caractéristiques de réflexion ou d'émission d'ondes électromagnétiques complètement différentes en raison de leurs différents types, caractéristiques et conditions environnementales.
spectre électromagnétique
Le graphique réalisé en organisant les longueurs d’onde des ondes électromagnétiques est appelé spectre électromagnétique.
L’ordre est le suivant : rayons γ – rayons X – rayons ultraviolets – lumière visible – rayons infrarouges – micro-ondes – ondes radio.
Mesure du rayonnement électromagnétique
Énergie du rayonnement (W) : L'énergie du rayonnement électromagnétique, unité : J.
Flux de rayonnement (Φ) : énergie de rayonnement traversant une certaine zone par unité de temps, unité : W.
Densité de flux de rayonnement (E) : énergie de rayonnement traversant une unité de surface par unité de temps, unité : W/m2
Irradiance (I) : Flux de rayonnement par unité de surface de la surface de l'objet rayonné, unité : W/m2
Sortie de rayonnement (M) : Flux de rayonnement par unité de surface de la surface de l'objet source de rayonnement, unité : W/m2.
Constante solaire 1367±7 W/m2
Luminosité radiante (L) : flux de rayonnement de la source de rayonnement dans une certaine direction, surface de projection unitaire, angle solide unitaire, unité W/(sr·m2)
vision de la lumière et des couleurs
Objet achromatique : Un objet qui ne présente aucune différence d'absorption ou de réflexion de chaque bande.
Objets colorés Les objets colorés ont la capacité de décomposer la lumière blanche incidente, de l'absorber et de la réfléchir de manière sélective. Par rapport à la lumière incidente, la lumière réfléchie à ce moment non seulement s'affaiblit en intensité, mais change également sa composition spectrale, c'est-à-dire que la lumière réfléchie devient une lumière colorée avec un rapport d'intensité de rayonnement différent dans chaque bande de la lumière incidente, ce qui donne à l'objet une couleur.
Caractéristiques de couleur
couleur
Aussi appelée teinte, elle fait référence à la catégorie de couleur. C'est la caractéristique qui distingue les couleurs les unes des autres.
La teinte d'un objet dépend de la composition spectrale et de l'intensité de la source lumineuse, de la proportion de rayonnement de chaque longueur d'onde réfléchie ou transmise par la surface de l'objet et de la perception de la longueur d'onde dominante par l'œil humain.
saturation
La saturation fait référence à la pureté de la couleur. Elle indique le degré de concentration d'une couleur.
De manière générale, plus la couleur est claire, plus la saturation est forte, sinon la saturation est faible. Les différentes couleurs spectrales du spectre visible sont les couleurs les plus saturées. Le changement de saturation dépend de la proportion de lumière blanche mélangée à la couleur spectrale. Plus la lumière blanche est mélangée à la couleur spectrale, moins elle sera saturée.
luminosité
La luminosité fait référence à la clarté ou à l'obscurité d'une couleur, qui est déterminée par l'intensité du rayonnement du corps lumineux ou la réflectivité lumineuse de la surface de l'objet. Plus la réflectivité est élevée, plus la luminosité est élevée.
Les couleurs achromatiques ne diffèrent que par la luminosité, sans les deux caractéristiques de teinte et de saturation.
Principes de base de la synthèse des couleurs
La condition de sélection des trois couleurs primaires est qu'aucune des trois couleurs primaires ne peut être mélangée par l'ajout des deux autres ; la méthode de leur utilisation pour synthétiser les couleurs est simple et stable, et davantage de couleurs peuvent être synthétisées. Rouge (R)——0,7um Vert (G)——0,5461um Bleu (B)——0,4358um
Propriétés du rayonnement émis par un objet
rayonnement du corps noir
corps noir absolu
Les objets absorbent tout rayonnement électromagnétique de n'importe quelle longueur d'onde à n'importe quelle température (c'est-à-dire que le coefficient d'absorption est toujours égal à 1).
Loi sur le rayonnement du corps noir - Formule de Planck
Le rayonnement des objets est une fonction continue de la longueur d'onde et de la température.
Loi sur le rayonnement du corps noir - Loi de Stefan-Boltzmann
Plus la température d’un objet est élevée, plus sa capacité de rayonnement est forte.
Loi sur le rayonnement du corps noir - Loi de déplacement de Wien
Plus la température du corps noir est élevée, la longueur d’onde maximale correspondant au maximum de rayonnement se déplace vers la direction des ondes courtes. La longueur d'onde (max) de la partie la plus intense de son rayonnement est plus courte.
inférence
Plus la température de l'objet est élevée, plus la longueur d'onde de l'énergie de rayonnement maximale est courte. À mesure que la température de l'objet continue d'augmenter, la longueur d'onde maximale du rayonnement passe de longue à courte.
Le rayonnement solaire est un rayonnement à ondes courtes, tandis que le rayonnement provenant des personnes, du sol et de l’atmosphère est un rayonnement à ondes longues.
La densité de flux radiant varie continuellement avec la longueur d'onde et chaque courbe n'a qu'une seule valeur maximale.
Plus la température est élevée, plus la densité de flux de rayonnement est élevée et les courbes à différentes températures sont différentes.
À mesure que la température augmente, la longueur d’onde correspondant au rayonnement maximum se déplace vers les ondes courtes.
Rayonnement émis par des objets réels
Rayonnement solaire
Le spectre solaire est le plus proche du rayonnement du corps noir de 5 777 K (6 000 K).
L'énergie du rayonnement solaire est principalement concentrée dans la lumière visible, dont l'énergie lumineuse visible entre 0,38 et 0,76 µm représente 46 % de l'énergie totale du rayonnement solaire, et l'intensité maximale du rayonnement se situe à une longueur d'onde d'environ 0,47 µm ;
Le rayonnement solaire atteignant le sol est principalement concentré dans la bande de 0,3 à 3,0 µm, y compris le proche ultraviolet, la lumière visible, le proche infrarouge et le moyen infrarouge ;
L'atténuation de chaque bande est inégale.
Le rayonnement solaire traversant l’atmosphère est fortement atténué ;
rayonnement terrestre
Le rayonnement terrestre est équivalent au rayonnement du corps noir proche de 300K
source de rayonnement artificiel
Effets atmosphériques sur le rayonnement solaire
Effets atmosphériques
Niveaux et composition de l'atmosphère
Troposphère : 7 à 12 km La température diminue avec l'altitude et le temps change fréquemment. La télédétection aérienne se situe principalement dans cette couche.
Stratosphère : 12 à 50 km. Le fond est la stratosphère (couche active de télédétection aéronautique). Au-dessus de la stratosphère, la température augmente progressivement en raison de la forte absorption des rayons ultraviolets par la couche d'ozone.
Ionosphère : 50 à 1 000 km d'O2 et de N2 dans l'atmosphère sont ionisés par l'irradiation ultraviolette et sont transparents à la bande de télédétection. C'est l'espace actif des satellites terrestres.
Couche externe de l'atmosphère : 800 ~ 35 000 km. L'air est extrêmement mince et n'a pratiquement aucun impact sur les satellites.
composition atmosphérique
Gaz : N2, O2, H2O, CO2, CO, CH4, O3 composants constants (N2, O2, CO2), composants variables (vapeur d'eau, aérosol)
Absorption atmosphérique
L'effet de l'oxygène sur les ondes électromagnétiques se situe dans une plage autre que celle de la lumière ultraviolette (<0,2 um).
L'ozone a une forte capacité à absorber les ondes électromagnétiques inférieures à 0,3 um (<0,3 um)
Dioxyde de carbone : bandes d'absorption fortes de 2,8, 4,3, 14,5 um
Vapeur d'eau : principalement concentrée dans les bandes infrarouges et micro-ondes
diffusion atmosphérique
Le concept de diffusion : phénomène dans lequel les ondes électromagnétiques s'écartent de leur direction de propagation d'origine après l'interaction entre les ondes électromagnétiques et la matière.
Différent de l’absorption, elle change uniquement la direction de propagation et ne peut pas être convertie en énergie interne.
La diffusion atmosphérique est la principale cause de l’atténuation du rayonnement solaire.
Pour les images de télédétection, cela réduit la qualité des données reçues par le capteur, ce qui rend l'image floue.
La diffusion se produit principalement dans la région de la lumière visible.
Diffusion Rayleigh (diffusion moléculaire) : d << λ
Diffusion Rayleigh : diffusion qui se produit lorsque la taille des molécules de gaz est beaucoup plus petite que la longueur d'onde de l'onde lumineuse, il s'agit d'une diffusion de petites particules.
Caractéristiques typiques de la diffusion Rayleigh : l'intensité lumineuse diffusée est inversement proportionnelle à la puissance quatrième de la longueur d'onde.
Diffusion Mie (diffusion des aérosols) : d ≈ λ
Diffusion Mie : diffusion qui se produit lorsque le diamètre des particules d'aérosol, des gouttelettes de nuages, des gouttelettes de nuages de pluie, etc. dans l'atmosphère est comparable ou supérieur à la longueur d'onde de la lumière incidente.
Caractéristiques de la diffusion Mie
Les ondes électromagnétiques peuvent pénétrer à la surface du milieu et pénétrer profondément à l’intérieur des particules diffusantes.
Principalement causé par des particules présentes dans l’air, telles que la fumée, la poussière, les petites gouttelettes d’eau et les aérosols.
La diffusion Mie a un impact plus important sur les ondes électromagnétiques de longueurs d’onde plus longues que la diffusion Rayleigh.
pourquoi le ciel est bleu
La lumière du soleil est composée de sept couleurs : rouge, orange, jaune, vert, cyan, indigo et violet. Les longueurs d'onde de la lumière de ces sept couleurs sont différentes. La poussière et les autres particules présentes dans l’atmosphère diffusent davantage la lumière bleue que les autres photons ayant des longueurs d’onde plus longues.
La plage de longueurs d'onde de la lumière visible est de 380 nm (lumière bleu-violet) à 760 nm (lumière rouge). La longueur d'onde de l'extrémité rouge est 1,75 fois la longueur d'onde de la lumière bleu-violet. Par conséquent, l'intensité de diffusion de la lumière bleu-violet est proche. à 10 fois l'intensité de diffusion de la lumière rouge, et parce que l'œil humain n'est pas sensible à la lumière violette, trop sensible, le ciel que nous voyons est bleu.
Pourquoi la lueur du matin et celle du coucher du soleil sont-elles rouges ?
Caractéristiques de la diffusion atmosphérique
L'intensité de diffusion de la population est la somme linéaire des intensités de diffusion individuelles.
La relation entre le coefficient de diffusion atmosphérique et l'altitude
Le coefficient de diffusion atmosphérique se compose de deux parties : la diffusion moléculaire et la diffusion par aérosol.
La densité des particules d'aérosol diminue de façon exponentielle avec la hauteur.
En termes de conditions moyennes, la diffusion Mie des aérosols en dessous de 4 km est dominante et la diffusion moléculaire au-dessus de 4 km est relativement dominante.
fenêtre atmosphérique
Concept : Lorsque le rayonnement solaire est transmis à travers l'atmosphère, la réflexion, l'absorption et la diffusion atténuent conjointement l'intensité du rayonnement, et la partie restante est la partie transmise.
Chaque bande de rayonnement solaire est affectée par une atténuation à des degrés différents, de sorte que la transmission de chaque bande est également différente.
Lorsque les ondes électromagnétiques traversent l’atmosphère, elles sont moins réfléchies, absorbées et diffusées, et la bande avec la transmission la plus élevée est appelée fenêtre atmosphérique. (Pièce utilisée pour la télédétection terrestre)
Analyse quantitative de la transmission atmosphérique
Dans les bandes du visible et du proche infrarouge, 30 % du rayonnement solaire est réfléchi par les nuages ou d’autres particules, 22 % est diffusé, 17 % est absorbé et 31 % de l’énergie atteint le sol.
Propriétés du rayonnement réfléchi des objets
Réflectivité
L'interaction entre le rayonnement solaire atteignant le sol et la surface P0 Réflexion Pρ Absorption Pa Transmission Pt P0= Pρ Pa Pt
Réflectivité ρ= Pρ/ P0×100 %
Spectre de réflexion
Propriétés de diffusion des micro-ondes