electromagnetico Espectro

Karta předmětu – prezenční studium
Název předmětu:
Dálkový průzkum Země (DPZ)
Číslo předmětu:
548-0004
Garantující institut:
Institut geoinformatiky
Garant předmětu:
Ing. Tomáš Peňáz, Ph.D.
Kredity:
5
Povinnost:
povinný
Úroveň studia:
pregraduální
Jazyk výuky:
čeština
Ročník:
3
Semestr:
zimní
Určeno pro fakulty:
HGF
Určeno pro typ
studia:
bakalářské
Způsob zakončení:
záp. + zk.
Rozsah výuky:
2+2
Prerekvizity:
nemá
Korekvizity:
nemá
Vyskytuje se v
prerekvizitách:
není
Odkaz na web:
Výstupy z učení
-
-
student prokazuje znalosti:
 základních pojmů spojených s metodou dálkového průzkumu Země,
 fyzikálních základů metody dálkového průzkumu Země,
 základů vizuální interpretace obrazových materiálů z DPZ,
 základních postupů pro vizualizaci a digitální zpracování obrazových materiálů z DPZ
student umí:
 používat vybrané programové vybavení pro zkoumání spektrálního chování
materiálů,
 používat vybrané programové vybavení pro vizualizaci a základní metody digitálního
zpracování obrazových materiálů z DPZ,
-
student je schopen:
 popsat základní principy činnosti operačních systémů, používaných pro získávání
obrazových materiálů v DPZ, a vysvětlit vlivy negativně ovlivňující vznik obrazu.
 obrazové materiály, získané metodou DPZ, transformovat podoby potřebné pro další
zpracování (zejména digitalizací a konverzí do požadovaného souborového formátu).
Metody výuky (zastoupení jednotlivých metod je třeba kvantifikovat v %)
přednášky
cvičení
samostatná práce
– 35 %
– 35 %
– 30 %
Anotace
Předmět seznamuje posluchače se základními pojmy a fyzikálními principy, potřebnými pro
pochopení metody dálkového průzkumu Země. Přináší přehled chování materiálů, které se podílejí na
odrazu a emitování elektromagnetického záření nebo na odrazu mechanického vlnění. Důležitou
součástí kurzu je vysvětlení vzniku a vlastností obrazových materiálů získaných metodou DPZ.
Následuje přehled operačních systémů vč. základních principů tradičních fotogrammetrických kamer
a obrazových radiometrů. Klíčovou součástí kurzu je vysvětlení interpretace obrazových materiálů
z DPZ a dále přehled základních metod digitálního zpracování rastrového obrazu. Součástí praktické
výuky je procvičování problematiky interpretace obrazových materiálů a digitálního zpracování dat
v prostředí vhodného programového vybavení.
Povinná literatura
DOBROVOLNÝ P.: Dálkový průzkum Země. Digitální zpracování obrazu. PřF. MU Brno, 1998.
HALOUNOVÁ L., PAVELKA K.: Dálkový průzkum Země. ČVUT Praha, 2005, ISBN 80-01-03124-1.
PAVELKA K.: Dálkový průzkum Země 10. Operační systémy. ČVUT Praha, 2004, ISBN 80-01-03058-X
PAVELKA K.: Zpracování obrazových záznamů DPZ. Skripta ČVUT Praha, 1999.
Doporučená literatura
LILLESAND T., KIEFER R.: Remote sensing and image interpretation. John Wiley & Sons, 2004.
AVERY T.E., BERLIN G.L.: Fundamentals of remote sensing and airphoto interpretation (6th Ed.).
Prentice Hall, 2003
Nároky na zabezpečení výuky
Cvičení probíhá v počítačové učebně. Na počítačích je nainstalováno potřebné programové vybavení.
Metody průběžné kontroly znalostí během semestru
Získané znalosti jsou kontrolovány jednoduchými teoretickými testy, na základě nichž lze rozpoznat
připravenost posluchačů k řešení praktických úkolů na cvičeních. Praktické znalosti a dovednosti jsou
v průběhu semestru na cvičeních prověřovány formou samostatně zpracovávaných praktických
úkolů.
Osnova přednášek
1) Základní vymezení pojmu dálkový průzkum Země
2) Vybrané fyzikální pojmy používané v dálkovém průzkumu Země. Elektromagnetické záření,
mechanické vlnění. Zdroje elektromagnetického záření a mechanického vlnění.
3) Interakce elektromagnetického záření s objekty na povrchu Země. Spektrální chování
krajinných objektů. Obrazová spektrometrie.
4) Základní princip dálkového průzkum Země. Dálkový průzkum Země jako technologie. Nosiče
přístrojové techniky.
5) Vznik analogového obrazu. Systémy pro získávání analogového obrazu. Filmové fotokomory.
6) Vznik digitálního rastrového obrazu. Systémy pro získávání digitálního rastrového obrazu.
Digitální fotokomory, radiometry, spektroradiometry, radiometrické termokamery.
7) Geometrické zkreslení při získávání obrazu.
8) Přenosová funkce atmosféry. Rozptyl, pohlcování a odraz záření v atmosféře. Degradace
obrazu vlivem atmosféry.
9) Vlastnosti obrazových materiálů získaných technologií dálkového průzkum Země. Snímek a
obrazový záznam.
10) Přehled vybraných operačních systémů pro technologii dálkového průzkum Země.
11) Principy zpracování obrazových dat získaných technologií dálkového průzkum Země.
12) Interpretace obrazových materiálů získaných technologií dálkového průzkum Země.
13) Základy digitálního zpracování dat získaných technologií dálkového průzkum Země.
Předzpracování, zvýraznění, klasifikace a geometrická transformace.
14) Dálkový průzkum Země v tepelném oboru elektromagnetického spektra.
15) Systémy pro radarové a laserové měření výšek.
16) Dálkový průzkum Země v mikrovlnném oboru elektromagnetického spektra.
17) Získávání dat o povrchu Země leteckým laserovým skenováním.
18) Využití mechanického vlnění při získávání dat v prostředí pod vodní hladinou, využití sonaru.
Osnova cvičení
1) Úvodní cvičení
2) Zkoumání spektrálního chování krajinných objektů. Spektrální chování látek tvořících krajinné
objekty.
3) Zkoumání vlivu atmosféry na průchod elektromagnetického záření
4) Vizualizace digitálního obrazu. Metadata a vlastnosti obrazových dat. Soubor, pásmo, pixel.
Číselné kódy, datové typy. Profilové charakteristiky. Výpočet velikosti souboru obsahujícího
digitální rastrový obraz z DPZ.
5) Základy digitálního zpracování obrazu – vizualizace digitálního obrazu, techniky radiometrického
zvýraznění.
6) Základy zpracování digitálního obrazu – konverze souborových formátů, získání podobrazu,
manipulace s vícerozměrným digitálním obrazem, pyramidové hladiny, komprese obrazových dat.
7) Základy zpracování digitálního obrazu – rekonstrukce digitálního obrazu, odstranění
systematického šumu.
8) Základy zpracování digitálního obrazu – eliminace vlivu atmosféry.
9) Základy zpracování digitálního obrazu – řízená klasifikace.
10) Základy zpracování digitálního obrazu – neřízená klasifikace.
Otázky ke zkoušce
1) Základní vymezení pojmu dálkový průzkum Země
2) Vybrané fyzikální pojmy používané v dálkovém průzkumu Země.
3) Porovnání elektromagnetického záření a mechanického vlnění. Zdroje elektromagnetického
záření a mechanického vlnění.
4) Interakce elektromagnetického záření s objekty na povrchu Země.
5) Spektrální chování základních typů krajinných objektů (materiálů).
6) Obrazová spektrometrie.
7) Základní princip dálkového průzkum Země. Dálkový průzkum Země jako technologie.
8) Nosiče přístrojové techniky.
9) Analogový obraz. Systémy pro získávání analogového obrazu. Filmové fotokomory.
10) Digitální rastrový obraz. Systémy pro získávání digitálního rastrového obrazu. Digitální
fotokomory, radiometry, spektroradiometry, radiometrické termokamery.
11) Geometrické zkreslení při získávání obrazu.
12) Radiometrické zkreslení při získávání obrazu.
13) Rozptyl záření v atmosféře.
14) Pohlcování záření v atmosféře.
15) Odraz záření v atmosféře.
16) Vlastnosti obrazových materiálů získaných technologií dálkového průzkum Země.
17) Porovnání snímku a digitálního obrazového záznamu.
18) Operační systémy pro technologii dálkového průzkum Země.
19) Principy zpracování obrazových dat získaných technologií dálkového průzkum Země.
20) Interpretace obrazových materiálů získaných technologií dálkového průzkum Země.
21) Základy digitálního zpracování dat získaných technologií dálkového průzkum Země.
Předzpracování, zvýraznění, klasifikace a geometrická transformace.
22) DPZ v tepelném oboru elektromagnetického spektra – princip a technické prostředky.
23) DPZ v tepelném oboru elektromagnetického spektra - aplikace
24) Systémy pro radarové a laserové měření výšek.
25) DPZ v mikrovlnném oboru elektromagnetického spektra - SAR.
26) DPZ v mikrovlnném oboru elektromagnetického spektra - SLAR.
27) Získávání dat o povrchu Země leteckým laserovým skenováním.
28) Princip sonaru.
Podmínky absolvování předmětu
Název úlohy
Zápočet a zkouška
Zápočet
Projekt
Písemka
Účast
Zkouška
Písemná zkouška
Ústní zkouška
Typ úlohy
Zápočet a zkouška
Zápočet
Projekt
Písemka
Účast
Zkouška
Písemná zkouška
Ústní zkouška
Max. počet bodů
(akt. za podúlohy)
100 (100)
33 (33)
13
13
7
67 (67)
40
27
Min. počet bodů
51
17
6
6
5
34
21
0
Údaje o předmětu v cizím jazyce
Annotation
The course introduces the basic concepts and physical principles required for understanding of the
method of remote sensing. It provides an overview of behaviour of materials that contribute to the
reflection and emitting electromagnetic radiation or reflections of mechanical waves. An important
part of the course is to explain the formation and properties of visual material obtained by DPZ
methodology. See below the overview of operating systems including basic principles of traditional
photogrammetric cameras and visual radiometers. A key part of the course is to explain the
interpretation of visual materials from DPZ and the survey of the basic methods of digital raster
image processing. The practical teaching includes practicing the issue of interpretations of visual
materials and digital data processing in an environment of appropriate software.
Outline of lectures
1) The definition of remote sensing
2) Selected physical concepts used in remote sensing. Electromagnetic radiation, mechanical
waves. A source of electromagnetic radiation and mechanical waves.
3) The interaction of electromagnetic radiation with objects on the Earth's surface. The spectral
behavior of landscape objects. Visual spectrometry.
4) The basic principle of remote sensing. Remote sensing as a technology. Carriers of
instrumentation.
5) The emergence of analog image. Systems for obtaining analog image. Film darkrooms.
6) The emergence of digital raster image. Systems for acquiring digital raster image. Digital
darkrooms, radiometers, spectro-radiometers, radiometric thermal imagers.
7) Geometric distortion during image acquisition.
8) The transfer function of the atmosphere. Scattering, absorption and reflection of radiation in
the atmosphere. Image degradation due to the atmosphere.
9) Properties of visual materials obtained through the remote sensing technology. Image and
video recording.
10)
11)
12)
13)
14)
15)
16)
17)
18)
Overview of selected operating systems for remote sensing technology.
Principles of image data obtained by remote sensing technology.
Interpretation of visual materials obtained through the remote sensing technology.
Basics of digital data processing obtaining through the remote sensing technology.
Preprocessing, enhancement, classification and geometric transformations.
Remote sensing in the thermal field of the electromagnetic spectrum.
Systems for radar and laser altimetry.
Remote sensing in the microwave field of the electromagnetic spectrum.
Obtaining data on the Earth's surface through the air laser scanning.
Use of mechanical waves in obtaining data in the environment beneath the water surface,
use of sonar.
Outline of exercises
1) Introductory Exercise
2) Investigation of spectral behaviour of landscape objects. The spectral behavior of substances
forming the landscape objects.
3) Investigating the influence of the atmosphere on the passage of electromagnetic radiation
4) Visualization of digital images. Metadata and properties of visual data. File, band, pixel.
Numerical codes, data types. Profile characteristics. Calculating the size of the file containing
digital raster image from DPZ.
5) Basics of digital image processing - digital image visualization, radiometric enhancement
techniques.
6) Fundamentals of digital image processing - file format conversion, acquisition of sub-picture,
handling multidimensional digital image, pyramid levels, image data compression.
7) Basics of digital image processing - digital image reconstruction, removal of systematic noise.
8) Fundamentals of digital image processing - eliminating the influence of the atmosphere.
9) Fundamentals of digital image processing - supervised classification.
10) Fundamentals of digital image processing - unsupervised classification
Exam question topics
1) The basic definition of the concept of remote sensing
2) Selected physical concepts used in remote sensing.
3) Comparison of electromagnetic radiation and mechanical waves. Sources of electromagnetic
radiation and mechanical waves.
4) The interaction of electromagnetic radiation with objects on the Earth's surface.
5) Spectral behaviour of basic types of landscape objects (materials).
6) Image spectrometry.
7) Basic principles of remote sensing. Remote sensing as a technology.
8) Instrumentation carriers.
9) Analogue image. Systems for analogue image acquisition. Film darkroom.
10) Digital raster image. Systems for obtaining digital raster image. Digital darkrooms,
radiometers, spectro-radiometers, radiometric thermal imagers.
11) Geometric distortion at obtaining image.
12) Radiometric distortion during image obtaining.
13) The scattering of radiation in the atmosphere.
14) The absorption of radiation in the atmosphere.
15) The reflection of radiation in the atmosphere.
16) Properties of visual materials obtained through the remote sensing technology.
17) A comparison of image and digital image recording.
18) Operating systems for remote sensing technology.
19) Principles of processing image data obtained by remote sensing technology.
20) Interpretation of visual materials obtained through the remote sensing technology.
21) Introduction of digital processing of data obtained through the remote sensing technology.
Pre-processing, enhancement, classification and geometric transformations.
22) DPZ in the thermal field of electromagnetic spectrum - the principle and technical resources.
23) DPZ in the thermal field of electromagnetic spectrum - applications
24) Systems for radar and laser altimetry.
25) DPZ in the microwave field of the electromagnetic spectrum - SAR.
26) DPZ in the microwave field of the electromagnetic spectrum - SLAR.
27) Obtaining data on the Earth's surface via air laser scanning.
28) The principle of sonar.