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5132018 01 Radiazione EM - slidepdfcom
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Radiazione Elettromagnetica
5132018 01 Radiazione EM - slidepdfcom
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Il telerilevamento cosrsquoegravebull Il telerilevamento egrave la scienza (o lrsquoarte) di ottenere
informazioni riguardanti un oggetto unrsquoarea o un fenomenoutilizzando dati acquisiti da un sistema che non egrave in direttocontatto con la cosa osservata
bull Cosigrave definito il telerilevamento diventa un campo vastissimobull A Pavia tradizionalmente ci si occupa di telerilevamento per
lrsquoosservazione della terra (EO = Earth Observation)
bull Quindi in questo corso il ldquotelerilevamentordquo saragrave trattato inquesto senso come lrsquoinsieme degli strumenti e dei metodi per
osservare senza contatto lrsquoambiente terrestre
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Il TLR come lo intendiamo noi
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La radiazione elettromagneticabull Il telerilevamento sfrutta (generalmente) la possibilitagrave di
rilevare la radiazione elettromagnetica emessa o riflessa da unoggetto
bull La radiazione elettromagnetica (di cui la luce egrave un esempio) egrave
unrsquoonda che si propaga nel vuoto o nei materiali con unavelocitagrave prossima a 3middot105 km al secondo
bull Tale onda egrave costituita da un campo di forza elettrica emagnetica (elettromagnetica) oscillante (= i cui valoricambiano nel tempo)
bull Il tutto egrave descritto da una serie di equazioni matematiche detteldquoEquazioni di Maxwellrdquo
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La radiazione elettromagnetica
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Cosrsquoegrave la radiazione EM bull La definizione di una radiazione EM egrave piuttosto complessa
tanto piugrave se si considera la duplice natura onda-particella
bull Ai nostri scopi puograve essere definita semplicemente come una
coppia costituita da ndash un campo elettrico (E) orientato perpendicolarmente alla direzione di
propagazione che varia sinusoidalmente lungo la direzione dipropagazione
ndash un campo magnetico (M) orientato perpendicolarmente alla direzionedi propagazione e perpendicolarmente al campo elettrico che variasinusoidalmente lungo la direzione di propagazione in fase con ilcampo elettrico
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Radiazione EM in uno schema
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Radiazione EM bull In alcuni casi i fenomeni coinvolti nel telerilevamento possono
essere piugrave facilmente spiegati se si utilizza il modellocorpuscolare della radiazione elettromagnetica
bull In questo caso la radiazione EM si considera costituita daparticelle dette fotoni
bull Ricordiamo che la velocitagrave di propagazione dellrsquoondaelettromagnetica (o dei fotoni hellip) egrave di 299792458 ms nelvuoto e si indica con c
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Caratteristiche della radiazione
elettromagnetica
bull Lunghezza drsquoonda ( λ ) distanza tra due massimi o due minimi di unrsquoonda
bull Frequenza ( ν ) numero di onde complete che passano per un punto
nellrsquounitagrave di tempo
bull Periodo (T) tempo necessario affincheacute unrsquoonda completa passi per un punto
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Relazioni tra i parametri dellrsquoonda EM
bull
Se si considera la natura di particella il fotone ha energia
hellip dove h egrave la costante di Planck Notiamo che piugrave bassa egrave la
frequenza piugrave bassa egrave lrsquoenergia del fotone
f =1
T =
c
λ rArr λ sdot f = c
E = hf h = 6625 sdot10minus34 J sdot s
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La lunghezza drsquoondabull La lunghezza drsquoonda egrave importantissima percheacute determina
lrsquointerazione tra radiazione e corpi colpiti La comprensione diquesto fenomeno egrave fondamentale nel telerilevamento
Differentiinterazionicon il bersaglio
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Il telerilevamento cosrsquoegravebull Il telerilevamento egrave la scienza (o lrsquoarte) di ottenere
informazioni riguardanti un oggetto unrsquoarea o un fenomenoutilizzando dati acquisiti da un sistema che non egrave in direttocontatto con la cosa osservata
bull Cosigrave definito il telerilevamento diventa un campo vastissimobull A Pavia tradizionalmente ci si occupa di telerilevamento per
lrsquoosservazione della terra (EO = Earth Observation)
bull Quindi in questo corso il ldquotelerilevamentordquo saragrave trattato inquesto senso come lrsquoinsieme degli strumenti e dei metodi per
osservare senza contatto lrsquoambiente terrestre
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Il TLR come lo intendiamo noi
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La radiazione elettromagneticabull Il telerilevamento sfrutta (generalmente) la possibilitagrave di
rilevare la radiazione elettromagnetica emessa o riflessa da unoggetto
bull La radiazione elettromagnetica (di cui la luce egrave un esempio) egrave
unrsquoonda che si propaga nel vuoto o nei materiali con unavelocitagrave prossima a 3middot105 km al secondo
bull Tale onda egrave costituita da un campo di forza elettrica emagnetica (elettromagnetica) oscillante (= i cui valoricambiano nel tempo)
bull Il tutto egrave descritto da una serie di equazioni matematiche detteldquoEquazioni di Maxwellrdquo
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La radiazione elettromagnetica
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Cosrsquoegrave la radiazione EM bull La definizione di una radiazione EM egrave piuttosto complessa
tanto piugrave se si considera la duplice natura onda-particella
bull Ai nostri scopi puograve essere definita semplicemente come una
coppia costituita da ndash un campo elettrico (E) orientato perpendicolarmente alla direzione di
propagazione che varia sinusoidalmente lungo la direzione dipropagazione
ndash un campo magnetico (M) orientato perpendicolarmente alla direzionedi propagazione e perpendicolarmente al campo elettrico che variasinusoidalmente lungo la direzione di propagazione in fase con ilcampo elettrico
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Radiazione EM in uno schema
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Radiazione EM bull In alcuni casi i fenomeni coinvolti nel telerilevamento possono
essere piugrave facilmente spiegati se si utilizza il modellocorpuscolare della radiazione elettromagnetica
bull In questo caso la radiazione EM si considera costituita daparticelle dette fotoni
bull Ricordiamo che la velocitagrave di propagazione dellrsquoondaelettromagnetica (o dei fotoni hellip) egrave di 299792458 ms nelvuoto e si indica con c
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Caratteristiche della radiazione
elettromagnetica
bull Lunghezza drsquoonda ( λ ) distanza tra due massimi o due minimi di unrsquoonda
bull Frequenza ( ν ) numero di onde complete che passano per un punto
nellrsquounitagrave di tempo
bull Periodo (T) tempo necessario affincheacute unrsquoonda completa passi per un punto
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Relazioni tra i parametri dellrsquoonda EM
bull
Se si considera la natura di particella il fotone ha energia
hellip dove h egrave la costante di Planck Notiamo che piugrave bassa egrave la
frequenza piugrave bassa egrave lrsquoenergia del fotone
f =1
T =
c
λ rArr λ sdot f = c
E = hf h = 6625 sdot10minus34 J sdot s
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La lunghezza drsquoondabull La lunghezza drsquoonda egrave importantissima percheacute determina
lrsquointerazione tra radiazione e corpi colpiti La comprensione diquesto fenomeno egrave fondamentale nel telerilevamento
Differentiinterazionicon il bersaglio
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Il TLR come lo intendiamo noi
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La radiazione elettromagneticabull Il telerilevamento sfrutta (generalmente) la possibilitagrave di
rilevare la radiazione elettromagnetica emessa o riflessa da unoggetto
bull La radiazione elettromagnetica (di cui la luce egrave un esempio) egrave
unrsquoonda che si propaga nel vuoto o nei materiali con unavelocitagrave prossima a 3middot105 km al secondo
bull Tale onda egrave costituita da un campo di forza elettrica emagnetica (elettromagnetica) oscillante (= i cui valoricambiano nel tempo)
bull Il tutto egrave descritto da una serie di equazioni matematiche detteldquoEquazioni di Maxwellrdquo
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La radiazione elettromagnetica
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Cosrsquoegrave la radiazione EM bull La definizione di una radiazione EM egrave piuttosto complessa
tanto piugrave se si considera la duplice natura onda-particella
bull Ai nostri scopi puograve essere definita semplicemente come una
coppia costituita da ndash un campo elettrico (E) orientato perpendicolarmente alla direzione di
propagazione che varia sinusoidalmente lungo la direzione dipropagazione
ndash un campo magnetico (M) orientato perpendicolarmente alla direzionedi propagazione e perpendicolarmente al campo elettrico che variasinusoidalmente lungo la direzione di propagazione in fase con ilcampo elettrico
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Radiazione EM in uno schema
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Radiazione EM bull In alcuni casi i fenomeni coinvolti nel telerilevamento possono
essere piugrave facilmente spiegati se si utilizza il modellocorpuscolare della radiazione elettromagnetica
bull In questo caso la radiazione EM si considera costituita daparticelle dette fotoni
bull Ricordiamo che la velocitagrave di propagazione dellrsquoondaelettromagnetica (o dei fotoni hellip) egrave di 299792458 ms nelvuoto e si indica con c
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Caratteristiche della radiazione
elettromagnetica
bull Lunghezza drsquoonda ( λ ) distanza tra due massimi o due minimi di unrsquoonda
bull Frequenza ( ν ) numero di onde complete che passano per un punto
nellrsquounitagrave di tempo
bull Periodo (T) tempo necessario affincheacute unrsquoonda completa passi per un punto
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Relazioni tra i parametri dellrsquoonda EM
bull
Se si considera la natura di particella il fotone ha energia
hellip dove h egrave la costante di Planck Notiamo che piugrave bassa egrave la
frequenza piugrave bassa egrave lrsquoenergia del fotone
f =1
T =
c
λ rArr λ sdot f = c
E = hf h = 6625 sdot10minus34 J sdot s
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La lunghezza drsquoondabull La lunghezza drsquoonda egrave importantissima percheacute determina
lrsquointerazione tra radiazione e corpi colpiti La comprensione diquesto fenomeno egrave fondamentale nel telerilevamento
Differentiinterazionicon il bersaglio
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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La radiazione elettromagneticabull Il telerilevamento sfrutta (generalmente) la possibilitagrave di
rilevare la radiazione elettromagnetica emessa o riflessa da unoggetto
bull La radiazione elettromagnetica (di cui la luce egrave un esempio) egrave
unrsquoonda che si propaga nel vuoto o nei materiali con unavelocitagrave prossima a 3middot105 km al secondo
bull Tale onda egrave costituita da un campo di forza elettrica emagnetica (elettromagnetica) oscillante (= i cui valoricambiano nel tempo)
bull Il tutto egrave descritto da una serie di equazioni matematiche detteldquoEquazioni di Maxwellrdquo
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La radiazione elettromagnetica
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Cosrsquoegrave la radiazione EM bull La definizione di una radiazione EM egrave piuttosto complessa
tanto piugrave se si considera la duplice natura onda-particella
bull Ai nostri scopi puograve essere definita semplicemente come una
coppia costituita da ndash un campo elettrico (E) orientato perpendicolarmente alla direzione di
propagazione che varia sinusoidalmente lungo la direzione dipropagazione
ndash un campo magnetico (M) orientato perpendicolarmente alla direzionedi propagazione e perpendicolarmente al campo elettrico che variasinusoidalmente lungo la direzione di propagazione in fase con ilcampo elettrico
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Radiazione EM in uno schema
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Radiazione EM bull In alcuni casi i fenomeni coinvolti nel telerilevamento possono
essere piugrave facilmente spiegati se si utilizza il modellocorpuscolare della radiazione elettromagnetica
bull In questo caso la radiazione EM si considera costituita daparticelle dette fotoni
bull Ricordiamo che la velocitagrave di propagazione dellrsquoondaelettromagnetica (o dei fotoni hellip) egrave di 299792458 ms nelvuoto e si indica con c
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Caratteristiche della radiazione
elettromagnetica
bull Lunghezza drsquoonda ( λ ) distanza tra due massimi o due minimi di unrsquoonda
bull Frequenza ( ν ) numero di onde complete che passano per un punto
nellrsquounitagrave di tempo
bull Periodo (T) tempo necessario affincheacute unrsquoonda completa passi per un punto
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Relazioni tra i parametri dellrsquoonda EM
bull
Se si considera la natura di particella il fotone ha energia
hellip dove h egrave la costante di Planck Notiamo che piugrave bassa egrave la
frequenza piugrave bassa egrave lrsquoenergia del fotone
f =1
T =
c
λ rArr λ sdot f = c
E = hf h = 6625 sdot10minus34 J sdot s
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La lunghezza drsquoondabull La lunghezza drsquoonda egrave importantissima percheacute determina
lrsquointerazione tra radiazione e corpi colpiti La comprensione diquesto fenomeno egrave fondamentale nel telerilevamento
Differentiinterazionicon il bersaglio
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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La radiazione elettromagnetica
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Cosrsquoegrave la radiazione EM bull La definizione di una radiazione EM egrave piuttosto complessa
tanto piugrave se si considera la duplice natura onda-particella
bull Ai nostri scopi puograve essere definita semplicemente come una
coppia costituita da ndash un campo elettrico (E) orientato perpendicolarmente alla direzione di
propagazione che varia sinusoidalmente lungo la direzione dipropagazione
ndash un campo magnetico (M) orientato perpendicolarmente alla direzionedi propagazione e perpendicolarmente al campo elettrico che variasinusoidalmente lungo la direzione di propagazione in fase con ilcampo elettrico
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Radiazione EM in uno schema
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Radiazione EM bull In alcuni casi i fenomeni coinvolti nel telerilevamento possono
essere piugrave facilmente spiegati se si utilizza il modellocorpuscolare della radiazione elettromagnetica
bull In questo caso la radiazione EM si considera costituita daparticelle dette fotoni
bull Ricordiamo che la velocitagrave di propagazione dellrsquoondaelettromagnetica (o dei fotoni hellip) egrave di 299792458 ms nelvuoto e si indica con c
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Caratteristiche della radiazione
elettromagnetica
bull Lunghezza drsquoonda ( λ ) distanza tra due massimi o due minimi di unrsquoonda
bull Frequenza ( ν ) numero di onde complete che passano per un punto
nellrsquounitagrave di tempo
bull Periodo (T) tempo necessario affincheacute unrsquoonda completa passi per un punto
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Relazioni tra i parametri dellrsquoonda EM
bull
Se si considera la natura di particella il fotone ha energia
hellip dove h egrave la costante di Planck Notiamo che piugrave bassa egrave la
frequenza piugrave bassa egrave lrsquoenergia del fotone
f =1
T =
c
λ rArr λ sdot f = c
E = hf h = 6625 sdot10minus34 J sdot s
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La lunghezza drsquoondabull La lunghezza drsquoonda egrave importantissima percheacute determina
lrsquointerazione tra radiazione e corpi colpiti La comprensione diquesto fenomeno egrave fondamentale nel telerilevamento
Differentiinterazionicon il bersaglio
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Cosrsquoegrave la radiazione EM bull La definizione di una radiazione EM egrave piuttosto complessa
tanto piugrave se si considera la duplice natura onda-particella
bull Ai nostri scopi puograve essere definita semplicemente come una
coppia costituita da ndash un campo elettrico (E) orientato perpendicolarmente alla direzione di
propagazione che varia sinusoidalmente lungo la direzione dipropagazione
ndash un campo magnetico (M) orientato perpendicolarmente alla direzionedi propagazione e perpendicolarmente al campo elettrico che variasinusoidalmente lungo la direzione di propagazione in fase con ilcampo elettrico
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Radiazione EM in uno schema
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Radiazione EM bull In alcuni casi i fenomeni coinvolti nel telerilevamento possono
essere piugrave facilmente spiegati se si utilizza il modellocorpuscolare della radiazione elettromagnetica
bull In questo caso la radiazione EM si considera costituita daparticelle dette fotoni
bull Ricordiamo che la velocitagrave di propagazione dellrsquoondaelettromagnetica (o dei fotoni hellip) egrave di 299792458 ms nelvuoto e si indica con c
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Caratteristiche della radiazione
elettromagnetica
bull Lunghezza drsquoonda ( λ ) distanza tra due massimi o due minimi di unrsquoonda
bull Frequenza ( ν ) numero di onde complete che passano per un punto
nellrsquounitagrave di tempo
bull Periodo (T) tempo necessario affincheacute unrsquoonda completa passi per un punto
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Relazioni tra i parametri dellrsquoonda EM
bull
Se si considera la natura di particella il fotone ha energia
hellip dove h egrave la costante di Planck Notiamo che piugrave bassa egrave la
frequenza piugrave bassa egrave lrsquoenergia del fotone
f =1
T =
c
λ rArr λ sdot f = c
E = hf h = 6625 sdot10minus34 J sdot s
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La lunghezza drsquoondabull La lunghezza drsquoonda egrave importantissima percheacute determina
lrsquointerazione tra radiazione e corpi colpiti La comprensione diquesto fenomeno egrave fondamentale nel telerilevamento
Differentiinterazionicon il bersaglio
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Radiazione EM in uno schema
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Radiazione EM bull In alcuni casi i fenomeni coinvolti nel telerilevamento possono
essere piugrave facilmente spiegati se si utilizza il modellocorpuscolare della radiazione elettromagnetica
bull In questo caso la radiazione EM si considera costituita daparticelle dette fotoni
bull Ricordiamo che la velocitagrave di propagazione dellrsquoondaelettromagnetica (o dei fotoni hellip) egrave di 299792458 ms nelvuoto e si indica con c
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Caratteristiche della radiazione
elettromagnetica
bull Lunghezza drsquoonda ( λ ) distanza tra due massimi o due minimi di unrsquoonda
bull Frequenza ( ν ) numero di onde complete che passano per un punto
nellrsquounitagrave di tempo
bull Periodo (T) tempo necessario affincheacute unrsquoonda completa passi per un punto
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Relazioni tra i parametri dellrsquoonda EM
bull
Se si considera la natura di particella il fotone ha energia
hellip dove h egrave la costante di Planck Notiamo che piugrave bassa egrave la
frequenza piugrave bassa egrave lrsquoenergia del fotone
f =1
T =
c
λ rArr λ sdot f = c
E = hf h = 6625 sdot10minus34 J sdot s
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La lunghezza drsquoondabull La lunghezza drsquoonda egrave importantissima percheacute determina
lrsquointerazione tra radiazione e corpi colpiti La comprensione diquesto fenomeno egrave fondamentale nel telerilevamento
Differentiinterazionicon il bersaglio
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Radiazione EM bull In alcuni casi i fenomeni coinvolti nel telerilevamento possono
essere piugrave facilmente spiegati se si utilizza il modellocorpuscolare della radiazione elettromagnetica
bull In questo caso la radiazione EM si considera costituita daparticelle dette fotoni
bull Ricordiamo che la velocitagrave di propagazione dellrsquoondaelettromagnetica (o dei fotoni hellip) egrave di 299792458 ms nelvuoto e si indica con c
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Caratteristiche della radiazione
elettromagnetica
bull Lunghezza drsquoonda ( λ ) distanza tra due massimi o due minimi di unrsquoonda
bull Frequenza ( ν ) numero di onde complete che passano per un punto
nellrsquounitagrave di tempo
bull Periodo (T) tempo necessario affincheacute unrsquoonda completa passi per un punto
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Relazioni tra i parametri dellrsquoonda EM
bull
Se si considera la natura di particella il fotone ha energia
hellip dove h egrave la costante di Planck Notiamo che piugrave bassa egrave la
frequenza piugrave bassa egrave lrsquoenergia del fotone
f =1
T =
c
λ rArr λ sdot f = c
E = hf h = 6625 sdot10minus34 J sdot s
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La lunghezza drsquoondabull La lunghezza drsquoonda egrave importantissima percheacute determina
lrsquointerazione tra radiazione e corpi colpiti La comprensione diquesto fenomeno egrave fondamentale nel telerilevamento
Differentiinterazionicon il bersaglio
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Caratteristiche della radiazione
elettromagnetica
bull Lunghezza drsquoonda ( λ ) distanza tra due massimi o due minimi di unrsquoonda
bull Frequenza ( ν ) numero di onde complete che passano per un punto
nellrsquounitagrave di tempo
bull Periodo (T) tempo necessario affincheacute unrsquoonda completa passi per un punto
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Relazioni tra i parametri dellrsquoonda EM
bull
Se si considera la natura di particella il fotone ha energia
hellip dove h egrave la costante di Planck Notiamo che piugrave bassa egrave la
frequenza piugrave bassa egrave lrsquoenergia del fotone
f =1
T =
c
λ rArr λ sdot f = c
E = hf h = 6625 sdot10minus34 J sdot s
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La lunghezza drsquoondabull La lunghezza drsquoonda egrave importantissima percheacute determina
lrsquointerazione tra radiazione e corpi colpiti La comprensione diquesto fenomeno egrave fondamentale nel telerilevamento
Differentiinterazionicon il bersaglio
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Relazioni tra i parametri dellrsquoonda EM
bull
Se si considera la natura di particella il fotone ha energia
hellip dove h egrave la costante di Planck Notiamo che piugrave bassa egrave la
frequenza piugrave bassa egrave lrsquoenergia del fotone
f =1
T =
c
λ rArr λ sdot f = c
E = hf h = 6625 sdot10minus34 J sdot s
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La lunghezza drsquoondabull La lunghezza drsquoonda egrave importantissima percheacute determina
lrsquointerazione tra radiazione e corpi colpiti La comprensione diquesto fenomeno egrave fondamentale nel telerilevamento
Differentiinterazionicon il bersaglio
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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La lunghezza drsquoondabull La lunghezza drsquoonda egrave importantissima percheacute determina
lrsquointerazione tra radiazione e corpi colpiti La comprensione diquesto fenomeno egrave fondamentale nel telerilevamento
Differentiinterazionicon il bersaglio
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Lo spettro elettromagneticobull Lrsquoinsieme di tutte le possibili lunghezze drsquoonda costituisce lo
spettro elettromagnetico del quale di solito si consideranosottoinsiemi limitati a seconda dellrsquoapplicazione
bull La parte di spettro elettromagnetico piugrave comunementeutilizzata per il telerilevamento egrave divisa in piugrave parti ndash Ultravioletto o UV λ lt 04 microm
ndash Visibile o VIS 04 microm lt λ lt 07 microm
ndash Infrarosso o IR λ gt 07 microm e fino a qualche unitagrave di microm
ndash Microonde o MW λ dalle frazioni di mm a salire
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Radiazione elettromagneticaTerminologia
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Dai termini piugrave ovvii ai piugrave complessi bull Energia capacitagrave di compiere lavoro Si misura in Joule (J)
bull Energia radiante energia associata ad unrsquoonda
elettromagnetica
bull Flusso di energia radiante energia trasportata da unrsquoondaelettromagnetica nellrsquounitagrave di tempo Non egrave altro che lapotenza associata allrsquoonda EM quindi si misura in Watt (W)
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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hellip continua hellipQuando lrsquoemissione di energia elettromagnetica non egrave omogenea
sulla superficie conviene definire la
bull Densitagrave di flusso radiante flusso radiante emesso odassorbito per unitagrave di superficie Si misura ovviamente in Watt
al metro quadro (Wm2) essendo una densitagrave di potenza
bull Notare ndash Quando il flusso radiante egrave incidente si usa denominare la densitagrave di
flusso radiante con il termine irradianza
ndash Quando il flusso egrave uscente si usa invece il termine emittanza ndash Dal punto di vista fisico sono grandezze equivalentihellip
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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E gli angolibull La densitagrave di flusso radiante emessa da una unitagrave di superficie
vista attraverso un angolo solido unitario si chiama radianza
L egrave la radianza (watt middot m-2 middot sr-1)
Wegrave il flusso radiante (watt)
θ egravelrsquo angolo formato dalla normale alla superficie
e dalla direzione della radianza L (rad)A egrave lrsquo area della superficie emettente (metri quadri)
egrave lrsquo angolo solido (sr)
L ϑ ϕ ( ) =d 2W
dAapp d Ω=
d 2W
cosϑ dAd Ω
Ω
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Ancora sugli angoli bull Il rapporto fra potenza (o flusso radiante) ed angolo prende il
nome di intensitagrave radiante I che si misura in Wsr
hellip dove W egrave il flusso radiante Ω lrsquoangolo solido sulla quale essoegrave misurato
I =dW
d Ω
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Riflettanzabull Il rapporto adimensionale tra
ndash la emittanza (o densitagrave di flusso radiante uscente) e
ndash la irradianza (o densitagrave di flusso radiante incidente)
prende il nome di riflettanzabull Importante gli strumenti per telerilevamento misurano la
radianza incidente lrsquoelaborazione successiva cerca diricavarne la riflettanza del bersaglio (e non egrave sempre facile)
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Le sorgenti di radiazione elettromagneticabull Tutti i corpi con temperatura superiore a 0degK a causa
dellrsquoagitazione termica dei loro atomi o molecole emettonospontaneamente radiazione EM
bull Si puograve considerare lrsquoemittanza associata a questo fenomenoche qui prende il nome di eccitanza e che naturalmente simisura in Wmiddotm-2
bull Si puograve affinare lrsquoanalisi considerando lrsquoemissione alle diverse
lunghezze drsquoonda e quindi lrsquoeccitanza spettrale che si misurainvece in W middotm-2middotmicrom-1
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
5132018 01 Radiazione EM - slidepdfcom
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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La legge di Planck bull Se si considera un corpo nero (assorbe tutta la radiazione
incidente) egrave possibile calcolare la sua emittanza spettraletramite la cosigrave detta
Mλ
= emittanza spettrale [W m-3 ]
λ= lunghezza drsquoonda [m]
Legge di Planck
T = temperatura [degK]h = 6626068 times 10-34 [m2 kg middot s-1 ]
M λ
λ T ( ) = 2hc2
λ 5
sdot 1e
hcλ kT minus1
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
bull
Allrsquoaumentare della temperatura aumenta la potenza totaleemessa mentre diminuisce la lunghezza drsquoondarelativa al picco di massima emittanza
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Potenza totale emessabull Lrsquoemittanza totale (o emittanza) egrave descritta dallrsquoequazione di
Stefan-Boltzmann ottenuta integrando su tutto lo spettrolrsquoequazione di Planck
σ = costante di Stefan-Boltzmann (567 times 10-8 W m-2 K -4 )
T = temperatura in degK
ATTENZIONE vale per il corpo nero
M tot =σ sdotT 4
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Lunghezza drsquoonda di piccobull La posizione del picco di emittanza spettrale egrave determinata
dalla cosidetta legge di Wien
λ = lunghezza drsquoonda [m]
T = temperatura [degK]
h = 6626068 times 10-34 m2 kg s-1
λ picco=
hc
4965 sdot kT
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Le sorgenti di radiazione elettromagnetica
Curve dellrsquoemittanza spettrale di due corpi neri con temperature simili a
quelle del Sole e della Terra
3microm
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Diversi infrarossi
Lrsquoinfrarosso vicino (NIR) si comporta come la radiazione
visibile viene riflesso dalla superficie terrestre e puograveessere rilevato da speciali pellicole fotografiche Viene
chiamato anche infrarosso riflesso
Lrsquoinfrarosso medio e termico viene emesso anche dalla
superficie terrestre e per questo viene detto ancheinfrarosso emesso
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole
Sulla superficie terrestre arriva solo una parte dellrsquoenergia emessa dalSole lrsquoatmosfera svolge una funzione di filtratura
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Dallrsquooggetto al sensorebull Cosa succede alla radiazione riflessa dallrsquooggetto mentre
viaggia dallrsquooggetto al sensore
bull Diffusionebull Assorbimentobull Trasmissionebull Riflessione
Subisce quattrofenomeni
Lrsquoentitagrave di tali fenomeni dipende generalmente da λ
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Diffusione atmosfericabull La presenza di particelle e di disomogeneitagrave nellrsquoatmosfera fa
sigrave che i raggi di luce che lrsquoattraversano vengano diffusi
bull A seconda delle caratteristiche delle disomogeneitagrave la
diffusione puograve anche essere selettiva rispetto alla lunghezzadrsquoonda
bull Ai fini del telerilevamento lrsquoeffetto della diffusioneatmosferica egrave principalmente una riduzione del contrasto
(perdita drsquoinformazione) ed una filtrazione indesiderata dellaradiazione utilizzata per il rilevamento
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Principali fenomeni di diffusionebull Diffusione di Mie
ndash Dovuta alle particelle piugrave grandi (dim confrontabile con λ)
ndash Non selettiva in frequenza (lunghezza drsquoonda)
ndash Responsabile dellrsquoopacitagrave delle nuvole
ndash
Riduce il contrasto su tutte le bande
bull Diffusione di Raileigh ndash Dovuta alle particelle piugrave piccole (dim ltlt λ)
ndash Selettiva in frequenza (piugrave diffusione per λ piugrave piccole)
ndash Responsabile del colore del cielo e del tramonto ndash Riduce il contrasto prevalentemente sulla banda del blu
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Assorbimentobull Nel caso in cui il la radiazione venga assorbita (ed
eventualmente riemessa ad unrsquoaltra lunghezza drsquoonda) si parladi assorbimento
bull Dal punto di vista pratico la diffusione atmosferica puograve esserevista come assorbimento percheacute il risultato che produce egrave unadiminuzione della radiazione trasmessa in direzione delbersaglio e poi del sensore
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
5132018 01 Radiazione EM - slidepdfcom
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
5132018 01 Radiazione EM - slidepdfcom
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Assorbimento atmosferico
Assorbimento da parte dellrsquoatmosfera terrestre
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Riflessionebull Quando una parte della radiazione incidente viene rimandata
nello stesso lato dellrsquointerfaccia dal quale proveniva si parla diriflessione
bull
La radiazione che riemerge ha caratteristiche dipendenti daquelle dellrsquooggetto con la quale ha interagito
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Trasmissionebull La radiazione che non egrave diffusa neacute riflessa neacute assorbita egrave
trasmessa
bull Si noti che spesso materiali trasparenti ad una frequenza sonoopachi ad altre (lrsquoacqua non egrave trasparente allrsquoinfrarosso ad
esempio)
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
5132018 01 Radiazione EM - slidepdfcom
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
5132018 01 Radiazione EM - slidepdfcom
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Bilancio di energiebull Lrsquoenergia della radiazione incidente su di una determinata
superficie puograve solo essere assorbita riflessa o trasmessa
Ri = Ra + Rr + Rt
bull I rapporti tra ciascuna delle tre componenti e lrsquoenergiaincidente si definiscono assorbanza riflettanza (ρ) etrasmittanza rispettivamente
bull Analoga definizione si dagrave per le potenze istantanee dividendo
tutti i termini per dt
bull Si tratta ovviamente di grandezze adimensionali (numeri)
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Bilancio spettrale delle energiebull Se si assume che nellrsquointerazione radiazione-materia non
avvengono fenomeni non lineari si puograve specializzare ilbilancio a ciascun intervallo elementare di frequenze o dilunghezze drsquoonda
bull In questo caso i rapporti prendono rispettivamente i nomi di ndash Assorbanza spettrale
ndash riflettanza spettrale e
ndash trasmittanza spettrale
bull La loro dimensione egrave Hz-1 (= s ) o m-1 a seconda se si lavora in
frequenza o in lunghezza drsquoonda
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Catena di propagazionebull Quindi la radiazione
ndash Egrave emessa dalla sorgente
ndash Attraversa lrsquoatmosfera dove viene in parte assorbita (anche perdiffusione) in parte trasmessa
ndash La parte trasmessa colpisce lrsquooggetto da osservare e viene in parte
assorbita in parte trasmessa ed in parte riflessa Qui avviene la raccoltadrsquoinformazione infatti la modalitagrave di interazione dipende dallecaratteristiche dellrsquooggetto
ndash La parte riflessa riattraversa lrsquoatmosfera dove di nuovo viene in parteassorbita ed in parte trasmessa
ndash
La parte trasmessa raggiunge il sensore convogliando a destinazionelrsquoinformazione raccolta
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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La riflessionebull La riflessione sul bersaglio (oggetto osservato) egrave quindi un
fenomeno molto importante percheacute egrave qui che avvienefisicamente la raccolta di informazioni sullrsquooggetto stesso
bull Esistono diversi tipi di riflessione possibili
bull Nel determinare il tipo o i tipi di riflessione che avranno luogoegrave rilevante non solo il materiale ma anche la rugositagravesuperficiale dello stesso
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Che tipo di riflessionebull Un materiale egrave un riflettore perfetto se egrave perfettamente liscio
(alla lunghezza drsquoonda dellrsquoonda incidente)
bull Un materiale si dice un diffusore isotropo se la radianzadellrsquoonda ri-diffusa non dipende dallrsquoangolo di osservazione
ndash Il tipico (teorico) diffusore anisotropo ha una ldquosuperficie Lambertianardquodalla quale cioegrave la radianza diffusa varia colla legge Lambertiana(intensitagrave prop coseno dellrsquoangolo dalla direzione di riflessione)
bull I materiali reali sono ovviamente una combinazione dei duecasi esposti sopra e solitamente presentano altre anisotropieaggiuntive
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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di diversi suoli nudi a
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La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Riflettore lisciobull Il riflettore liscio si comporta come uno specchio i raggi che
riemergono sono coplanari con quelli incidenti hanno lostesso angolo rispetto alla normale ma verso opposto
bull Egrave un tipo di riflessione che rende difficile il rilevamento adistanza percheacute a paritagrave di coefficiente di riflessione si hannoradianze molto diverse allo strumento a seconda di dove sitrova la direzione di osservazione rispetto alla direzione diilluminazione
bull Tipico esempio nellrsquoosservazione della terra acque calme
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Riflettore lambertianobull Una sorgente si dice Lambertiana se presenta unrsquointensitagrave
radiante direttamente proporzionale al coseno dellrsquoangolo dalquale egrave vista questo significa che la radianza misurataosservando la superficie egrave indipendente dallrsquoangolo di vista
bull In Osservazione della Terra questo modello descrive inmaniera soddisfacente molte specie di copertura del suoloPerciograve egrave uno dei piugrave utilizzati quando si elaborano datitelerilevati
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
di diversi suoli nudi a
differente contenuto diumiditagrave
La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Riflettore Lambertianobull In generale
bull Emettitore Lambertiano elementare
bull Radianza percepita osservando un riflettore lambertianoelementare
I =dW
d Ω
I =dW sdot cosϑ
d Ω
L = I
dAapparente
=
dW sdotcosϑ
d Ω
dA sdot cosϑ
=
dW
dA sdot d Ω
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
riflettanzardquo Generalmente nel telerilevamento ci si limitaallrsquointervallo 04 ndash 25 microm
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La curva di riflettanza della vegetazione
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La curva di riflettanza
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La curva di riflettanza del suolo
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La curva di riflettanza dellrsquoacqua
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Confronto tra curva di riflettanza della
vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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Le ldquocurve di riflettanzardquo bull La riflessione essendo dovuta a interazioni microscopiche tra
lrsquoonda incidente ed il materiale illuminato in generale avverragravecon modalitagrave diverse a seconda della lunghezza dellrsquoondastessa
bull
La riflettanza quindi dipenderagrave dalla lunghezza drsquoonda dellaradiazione incidente
bull Avendo a disposizione un numero sufficiente di rilevazioni egravepossibile tracciare lrsquoandamento della riflettanza in funzionedella lunghezza drsquoonda ottenendo cosigrave le ldquocurve di
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
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vegetazione e curva di assorbanza dellrsquoacqua
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
bull Purtroppo in generale non egrave immediato risalire alla curva diriflettanza dal dato telerilevato a causa dei numerosi fattori didisturbo
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possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
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Conclusionebull Le curve di riflettanza sono caratteristiche di ogni materiale e
possono permetterne lrsquoidentificazione attraverso iltelerilevamento (classificazione)
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