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Técnicas de adquisición de imágenes

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Vídeo 1

Hola a todos y bienvenidos a un nuevo tema que es diferentes técnicas de adquisición de imágenes de este curso de sensores remotos esenciales. Así que, en esta discusión en particular y estaremos considerando diferentes técnicas de adquisición de imágenes cómo se requieren imágenes, qué es lo que sabes, sabes poco dentro, no en realidad parte electrónica sino diferentes tipos de sensores, y que vamos a estar discutiendo.
Y conoces las imágenes digitales más familiares básicamente instantáneas tomadas por una cámara digital o un móvil de mano, cámara de mano y que genera imagen digital que se puede almacenar en tu ordenador, mostrada en una pantalla e imprimirla. Y esta es la forma más familiar que conocemos y las imágenes digitales. También hay algunos satélites. Como te doy el ejemplo indio la serie INSAT de satélites actualmente INSAT espacio 3D. Se trata de satélites geoestacionarios. Ya hemos discutido diferentes tipos de órbitas. Así que no voy a entrar en detalles sobre la órbita. Así que los satélites geoestacionarios y este INSAT y que están teniendo una cámara digital, que puede proporcionar cada media hora una imagen de la India y los países circundantes y se llama disco de la India. Porque su cubre un área circular.
Hay varios de estos satélites es básicamente el propósito de los satélites son la comunicación y para la comunicación también la comunicación de televisión, pero el mismo tiempo, ya que están todo el tiempo mirando hacia la India, que son geoestacionarios. Por lo tanto, estas cámaras digitales también no son el portátil que usamos como réflex o réflex digital. Pero se han instalado cámaras más sofisticadas y se han programado. Por lo tanto, pueden enviar imágenes cada media hora, esta frecuencia también se puede aumentar si es necesario. Especialmente para el monitoreo o ciclones y otras cosas pero normalmente y generalmente proporcionan los datos a cada media hora. Pero son unas instantáneas. No están tomando línea por línea o no hacen el escaneo como vemos en el caso de un escáner plano en una máquina de fotocopias también. Estos son los dispositivos de escaneo, mientras que estas cámaras digitales son sensores digitales que se encuentran a bordo que toma una instantánea no son claramente los dispositivos de exploración que van en sólo uno. Y mientras que, las imágenes de satélite son también imágenes digitales como sus instantáneas, pero se toman línea por línea. A medida que el satélite se mueve en la órbita y línea por línea se registran los datos y el mismo tiempo que puede enviar hacia la tierra también a través de un método de transmisión directa, que vamos a tocar más adelante en esta discusión. Por lo tanto, estos dispositivos de detección en órbita que están a bordo de los satélites y que van a escanear línea por línea y construir una imagen. En el control de esto en su cámara digital es la instantánea de su sólo uno ir en unos segundos una división segundo una imagen es capturado. Por lo tanto, la sensibilidad y otras cosas son diferentes todo el mecanismo también es diferente. Aunque ahora los sensores que discutimos en sensores de imágenes de detección remota, que no son más que un dispositivo electrónico que produce una salida eléctrica que es proporcional a la intensidad de la luz. Por lo tanto, estos son sensores sensibles a la luz. Y más alto la luz o una reflexión o emisión más la salida que va a generar y más el valorado registrará como un valor de pixel. Por lo tanto, se trata de dispositivos electrónicos. Hay principalmente 3 tipos de sensor están allí. Uno es el sensor de imagen individual. Otro el sensor de línea, que es muy común. Los sensores de matriz que se ven se encuentran en la mayoría de estas instantáneas en cámaras de instantáneas que están utilizando estos sensores de matriz. Ya que también están en muchos satélites por lo que se ha incluido bajo esta categoría. Tan solo sensor de imagen, un sensor de línea, un sensor de matriz. En el caso de un solo sensor de imagen, sólo hay una sola célula que hay CCD, se puede decir que se carga el dispositivo acoplado y que toma lo que la energía que se viene encima de la reflexión o una misión o lo que sea y este registro esto se convierte en corrientes eléctricas y energías superiores significa valores más altos y así sucesivamente. Este es el esquema en el lado izquierdo, mientras que en la vista frontal del sensor iluminado con el tamaño de pixel de 5.3 micrómetro. Así que muy diminuto dispositivo electrónico eléctrico es un solo sensor. Mientras que en el caso de los sensores de línea que están teniendo un conjunto de sensores únicos o dispositivos de carga CCD acoplados dispuestos en una línea y como aquí, esta es la fotografía real que tiene sólo 36 milímetros de largo, la longitud total aquí y que está teniendo a 2048 CCDs dispuestos en un lineal. Por lo tanto, si se pone en un sensor de satélite, entonces un ancho de imagen sería de 2048 píxeles de ancho. Y usted sabe que cubriría una zona bastante grande de esa distancia que está a 940 a 50 kilómetros de distancia. Así, es un estado sólido y sensor lineal el más común hoy en día en la cámara o los sensores a bordo de diferentes satélites. Ahora, para dispositivos de zapataje, o cámaras digitales que están a bordo de satélites, utilizan el sensor de matriz dimensional 2D de matriz 2, que está en 2 dimensiones filas y columnas están allí y estos CCDs están dispuestos en una matriz de 2 dimensiones. El ejemplo real se muestra aquí, que los sensores de área de matriz 16 por 10 filas en columnas que es de 80 milímetros y 50 milímetros y se multiplican por 50 milímetros que es el área de detección activa que es tanto. Ahora, en comparación con el área lineal que vimos allí se escuchará y continuará 2048 CCDs, pero aquí estamos teniendo sólo unos pocos CCDs dispuestos y usted les dice como y esto es sólo un ejemplo de eso. En caso de un solo sensor cuando se utiliza y ya sea sólo de película sensible o de dispositivos sensibles electrónicos cuando es usted está teniendo un sensor que gira, esta rotación está allí y sigue registrando las cosas. Por lo tanto, puede haber una película o algún otro material sensible. Por lo tanto, se trata de una línea de imagen por rotación de incremento y desplazamiento lineal completo de sensor de izquierda a derecha. Y tales sensores ya no están ahora en los satélites. Así que la mayor parte del común que estamos teniendo son los sensores lineales. Utilizando sensores únicos y la adquisición de imágenes, el sensor más común de este tipo es el fotodiodo, que está construido de materiales de silicio y cuya forma de onda de voltaje de salida es proporcional a la luz. Por lo tanto, se utilizan para fines diferentes, pero no realmente una detección remota seria y los sensores únicos no se utilizan. Mientras que en el caso de este sensor lineal 2D en caso de sensores lineales, hay un escenario diferente. Por lo tanto, incluso si uno está teniendo un solo sensor la imagen 2D puede ser generada por tener este tipo de arreglo de un tambor giratorio y línea por línea y que es el único sensor registra la energía en la película o cualquier material que esté teniendo. Y el único sensor está montado en un tornillo de plomo que se ha mostrado aquí en el lado derecho y proporciona movimiento en dirección perpendicular y esta cosa mecánica está allí y están teniendo dificultades teirown. Pero la oficina comercial es de bajo costo y uno puede adquirir imágenes de alta resolución también usando incluso un solo. Por lo tanto, los dispositivos de bajo costo son posibles. Ahora, este es el más común que es la matriz de sensores lineales. Por lo tanto, usted está teniendo sólo una magra y ya le dije y que uno 2048 CCDs que hemos arreglado en una línea y se mueve esta es la dirección del movimiento, entonces el sensor es tiras puede adquirir los datos de área entera como esta tira se mueve y que está en los satélites. Por lo tanto, esta matriz lineal proporciona elementos de imagen sólo en una dirección. El movimiento perpendicular a la matriz proporciona imágenes en otras direcciones también y este tipo de arreglo utilizado en la mayoría de los escáneres planos como la versión y los sensores de satélite también. Por lo tanto, los dispositivos de detección con 4000 o más en sensores de línea son posibles 2048 ejemplo real También te muestro. Las tiras de sensores de imágenes unidimensionales y estas que conocen áreas y responden a varias bandas de espectro electromagnético están montadas perpendiculares a la dirección del vuelo. Por lo tanto, son dispositivos fijos, no hay cosas mecánicas y su vida es muy buena y muy baja y el rendimiento sabio, también son muy buenos. Y cuando vamos por su adquisición de datos, así es como hará un solo sensor. Por lo tanto, cuando se están teniendo múltiples sensores, la misma cosa se repite para 2048 veces o 4000 veces dependiendo de. Así que, cuando usted está teniendo un solo sensor, esta es la fuente de iluminación y esa es la fuente de energía y entonces cualquiera que sea la energía que se está reflejando aquí, que pasa a través de este sistema de sensores de imagen que es una parte de esta parte C y luego se proyecta y luego se registra y se obtiene la imagen de salida de imagen digital como esta. Por lo tanto, también estas imágenes son creadas. Y luego este tipo de arreglo generalmente se encuentra en cámaras digitales o sensores de satélite. Un ejemplo es INSAT 3D, porque están tomando sólo una instantánea. Pero cuando vamos por una línea lineal, entonces es usted sabe que esta matriz lineal está dispuesta de la manera que está a través del movimiento del sensor o satélite y por lo tanto, es posible adquirir imágenes. El único problema con una matriz tan lineal es la calibración de cada CCDs. Estos tienen que ser calibrados a la perfección que significa que el rendimiento individual de rendimiento debe coincidir con otros. De lo contrario, en una imagen de salida de imagen es posible que esté viendo algún efecto de separación y que es muy difícil de eliminar. Por lo tanto, esa es una de las desventajas en esa, porque si una matriz lineal de matriz está teniendo 4000 CCDs, entonces todos los 4000 CCDs deben tener las mismas respuestas contra un único objeto, el mismo tipo de objeto. Por lo tanto, esta es la respuesta de cada sensor es proporcional a la integral de la energía de luz proyectada sobre la superficie del sensor y la función de todos estos debe ser muy perfeccionada. Y está la parte de calibración es más importante en la matriz lineal o cualquiera de estos sensores o dispositivos, los dispositivos de detección que se ponen en las imágenes de satélite. 

Vídeo 2

Por lo tanto, como usted sabe que la imagen es una matriz de 2 dimensiones, que es tener es definir función f, x e y y el valor o amplitud de F en la resolución espacial x e y, x e y fila y columna que podemos decir aquí es la cantidad escalar positiva que es valor entero positivo. Por lo tanto, f esto se convierte básicamente en un valor de píxel que no es otra cosa que la amplitud de la energía reflejada o emitida que se está registrando. Y cuando la imagen se genera a partir de un proceso físico es el valor es proporcional a la energía irradiada por la fuente física. Esto es lo que se hace exactamente en el caso de la detección por satélite. Así que como consecuencia este f x e y debe ser no cero y finito. Y esto no es número infinito, recuerde que esto es finito. Los valores de esta resolución radiométrica o número de bits son fijos. Y antes del lanzamiento de tales sensores, por lo que si es un 6 bits, 8 bits, 11 bits, 20 bits es según el diseño y el requisito. Entonces, esto es 0 menos que función x e y y que hay entonces un infinito está aquí, pero tiene que ser finito por eso es menos que infinito. Por lo tanto, esta función f x e y puede ser caracterizada por 2 componentes, la primera es la cantidad de incidente de iluminación fuente en la escena que se está viendo y por supuesto, la segunda es la cantidad de iluminación reflejada por el objeto en la escena. Por lo tanto, lo que nosotros somos llamados componentes de iluminación y reflexión, los notados I y R de X e Y. Así que de todos los píxeles individuales, estos x e y estarían allí. Así que yo es la iluminación y R para la reflectancia respectivamente. Ahora, estas 2 funciones combinadas como un producto para formar f x y, y lo que podemos aquí mismo que f x y = i X e Y se multiplican por I x y. Por lo tanto, depende de si lo que estamos teniendo iluminación y reflexión. Así, la formación de imagen simple y puede ser que 0 menos que i, f x e y menos que en el infinito y 0 menos que R x e y menos de 1. Por lo tanto, r x e y = 0 significa que la absorción total es r x y = 1 significa reflexión total. Por lo tanto, hay 2 medios de absorción total cuando es r x e y = 0 y cuando r x e y = 1 que es la reflexión total. Por lo tanto, los valores totales son básicamente en caso de ejemplo binario, allí en entre 0y 1. Así que podemos llamar a la intensidad de una imagen monocroma de imagen en blanco y negro o una imagen binaria en las coordenadas x e y la escala de grises, gris nivel L para una imagen de ese punto. Así que ahora podemos avanzar en lugar de sólo una imagen binaria. Así que L, podemos decir L igual a la función f y x en el intervalo de esta L oscila entre 0, L-1. Así que cuando L = 0 indica un negro y cuando L = 1 indica el blanco, por ejemplo, el ejemplo binario también está aquí. Todos los valores intermedios son tonos de gris que varían de negro a blanco. Así que 2 extremos 0 y 1 restantes valores en el medio y puede tener, pero ya que hablamos en términos de números enteros, por lo que, estos valores pueden depender de la resolución paramétrica o número de bits, estos L igual a puede ser 255 e igual a la 0. Por lo tanto, el resto de los valores pueden variar entre 0 y 1. Así, así es como se construye la imagen. Por lo tanto, el muestreo y la cuantificación son los 2 procesos importantes utilizados para convertir una superficie continua en una imagen digital y esta cuantificación significa asignar el número de bits por píxel y el muestreo es básicamente indirectamente que está controlando su resolución espacial. Así que, como aquí si tomo un pequeño ejemplo diferente, si esta es una imagen continua que se muestra aquí, si tomo una sección transversal y la trama aquí, entonces esta es la línea es puede entre el punto A y B y la parte blanca está teniendo, por supuesto, valores muy altos o la reflexión. Luego cae de repente y luego estás teniendo curva como esta y otra vez la parte blanca está teniendo entonces que llegas a la V. Así, dicen que el muestreo de imágenes básicamente se refiere a la discretización en lugar de un continuo ahora que estamos tomando el perfil o la sección transversal de una coordenadas espaciales, las coordenadas son en términos de filas y columnas a lo largo del eje x, donde como cuantificación se refiere a la discretización de valores de nivel gris amplitud a lo largo de eje y. Así que, aquí cuando nos movemos aquí, esto es lo que estamos obteniendo las coordenadas espaciales comenzando de la primera columna a la última columna para este ejemplo en particular. Y el eje y aquí se refiere a la amplitud o los valores de pixel que se están trazando aquí. Así que, por amplitud solo ese eje y aquí. Así que, dada una imagen continua, que es f x e y digitalizando los valores de coordenadas se llama toma de muestras, que es exactamente lo que hemos hecho aquí y la amplitud digitalizadora, la intensidad, el valor básicamente tramando en la y usando a lo largo del eje y se llama la cuantificación. Por lo tanto, aquí el muestreo y la cuantificación es lo que vemos, que después de esta diferente ubicación estos valores son recogidos y se muestran así. Así que, aquí se obtiene de partir de aquí y luego venir aquí y luego así. Por lo tanto, se trata de una línea de exploración digital típica, se muestran diferentes valores de píxeles. Y aquí ambos procesos sobre el muestreo y la cuantificación también se muestran que no continuos pero a ciertos intervalos, los datos se han recogido, por lo que es el muestreo. Así que si vuelvas de nuevo a esta línea, que dice una dada una imagen continua f x e y y digitalizando el valor de las coordenadas se llama la toma de muestras y la digitalización de la amplitud aquí esta es la cuantificación y el valor de la intensidad de la amplitud se llama cuantificación. Entonces, así es como una imagen es básicamente construida y entendida.

Vídeo 3

Ahora, hemos hablado de diferentes sensores, también hemos discutido sobre la cuantificación y el muestreo, porque si un sensor está a bordo de un satélite y tener unos 4000 CCDs en una matriz lineal, entonces está recopilando los datos de manera continua y está transmitiendo los datos. Ahora una vez que los datos han sido adquiridos vía satélite o siendo adquiridos vía satélite, entonces qué pasa después, cómo obtenemos los datos de un satélite hacia la tierra, eso también es importante discutir. Esta parte es menos discutida en la literatura de teledetección o en otros lugares. Porque esto lo decimos que ha sido provisto por una agencia. Como tal vez la agencia podría ser la agencia de la NASA podría ser ESA o en nuestro caso en la agencia de la India podría ser una agencia nacional de detección remota de NRSA. Así que proporcionan pero cómo realmente adquieren los datos de un satélite después de que esta imagen ha sido adquirida a través de un sensor que también es importante entender. Así que, en las próximas diapositivas voy a tener la adquisición de imágenes básicamente de satélite a la tierra y para lo que se requiere una estación de satélite. Y este es un ejemplo de la estación de tierra satélite de la serie NOAA de satélites que en IIT Roorkee estamos teniendo y funcionando desde octubre de 2002. Está teniendo 2 componentes principales, uno es el componente externo como se está viendo la antena aquí y otro es componente interno y que está dentro del laboratorio y que es sólo sistema basado en PC y el principal aquí es el receptor. Ahora, la antena que se está viendo en este caso NOAA caso es de 1,2 metros de diámetro antena parabólica disco y hay un motor aquí que es un motor de rotación de 2 ejes que significa, que puede girar la antena en si digo en plano horizontal en 360 grados casi en 360 grados y en plano vertical 180 grados. Por lo tanto, este disco tiene capacidades de seguimiento de cualquiera de estos satélites NOAA que están en el espacio. Y donde está el componente interno está teniendo receptor, muchos cables están todos conectados con este y entonces un USB está en el sistema y entonces allí usted está teniendo un software que generalmente se llama el grabador. Una cosa más importante es otra antena que se puede ver aquí es la antena GPS. Así que, 2 antenas afuera y resto de las cosas que están adentro. Por qué esta antena GPS o antena GNSS está ahí para 2 propósitos. Uno es determinar la ubicación de esta antena en el globo terráqueo y segundo es proporcionar el tiempo exacto a esta tasa de recepción de PC o computadora. Porque como usted sabe que estos ordenadores que están teniendo para la copia de seguridad que están teniendo una batería que puede deteriorarse con el tiempo y el reloj del sistema puede ser retrasado por pocos segundos o minutos. Mientras que para la adquisición de datos de un satélite que el reloj del sistema tiene que ser muy preciso, exacto como los relojes atómicos y que sólo es posible si obtenemos los datos de los satélites GNSS o receptor GNSS. Por lo tanto, ese es el propósito de instalar. Así que esta antena GNSS antena, mantener la vigilancia en el reloj del ordenador y siempre que hay un retraso o cualquier cambio en el reloj del sistema, proceder y corregir el reloj del sistema. Así que, casi cada minuto este ejercicio se está haciendo para que el sistema permanezca completamente coordinado con los satélites sobrepasses para que no nos perdamos, de lo contrario lo que sería si hay un retraso en nuestro reloj del sistema, entonces la antena estaría localizando el satélite según el programa de predicción en algún otro lugar del espacio que es 940 kilometro de 850 kilometros y mientras que, el satélite podría ser una ubicación diferente. Por lo tanto, si el tiempo es perfecto entonces funciona. Así que, así es como un PC basado automático a vía automática que no es necesariamente que siempre que hay una serie NOAA de sobrepasada de satélite uno tiene que ser sistema actual está siempre encendido, la fuente de alimentación está siempre en y siempre que hay sobrepaso basado en el programa de predicción, va en esa dirección desde donde el satélite vendrá alineado con el movimiento del satélite y comienzan a obtener la línea de datos por línea. Es un dispositivo de escaneo en un satélite NOAA. Así, este sensor AVHRR, escanea línea por línea y los datos se transmiten directamente hacia la tierra y a través de estas estaciones terrestres podemos grabar los datos. Puesto que la resolución espacial está más cerca en caso de NOAA AVHRR y por lo tanto, la franja es bastante mordida. También voy a mostrar una imagen. Pero el propósito de mostrar este mapa es que está mostrando la ubicación de este punto rojo está mostrando esta estación de tierra satélite IIT Roorkee y un círculo es allí de 3000 kilómetros de radio esto no es más que la huella de un cono, base de un cono y cuyo ápice está en la suponen 850 kilómetros con el satélite. Así, si en cualquier lugar si proyectas este círculo de 3000 kilómetros de radio en un espacio de 840 50 kilómetros. Entonces dentro de ese círculo si dentro de ese círculo si alguna serie de NOAA de satélite están llegando entonces nuestra estación de tierra puede adquirir los datos. Así, esta base de cono uno tiene que imaginar en un espacio a 840 kilómetros y el ápice de ese cono es una ubicación IIT R. Así que, en cualquier lugar dentro de este círculo si el satélite está pasando. Así que, si lo proyecto todo en 2D y si un satélite está aquí y entonces nuestra estación de tierra puede adquirir datos inclinando la antena hacia esa dirección desde donde el satélite estaría llegando y seguirá el seguimiento hasta que el satélite desaparece en el otro lado del origen y esto se hace todo automáticamente. Por eso no es así, ver algún tiempo se puede obtener una imagen algo así, que ha sido adquirida por nuestra propia estación de tierra satélite, que ha cubierto todo el Himalaya porque la resolución espacial está más cerca y por lo tanto el ancho de la franja es muy ancho 2800 kilómetro y en una sola se ha adquirido el Himalaya casi entero. Pero si supongamos que hubiera sido una resolución de 1 metro en lugar de 1100 metros de resolución. Entonces sólo una parte muy pequeña de la tierra habría sido cubierta una tira muy pequeña aunque mayor resolución espacial. Por lo tanto, siempre hay un comercio entre el espacio de resolución y la franja. Ahora, ya que los sensores NOAA AVHRR están teniendo 2 canales térmicos y por lo tanto, es posible adquirir datos incluso en la noche. Esto no es común con muchos satélites, porque si no tienen el canal térmico, entonces los datos no se pueden adquirir en la noche. Pero NOAA está teniendo canales térmicos y este cercano infrarrojo y 2 canales térmicos 3 canales de datos también se pueden adquirir en la noche. Mientras que en el día 5 datos de canal 2 visibles 1 cerca de infrarrojos y 2 datos de canal térmico pueden ser. Así que este es un ejemplo en el día las 1432 horas y esto es 23 horas en la noche 11pm. Y este es uno de la imagen térmica que se ve y es igual que x rayo parece ser aceptado, pero es una imagen térmica de la misma parte de la tierra como se ve en el día. Por lo tanto, eso hace una gran ventaja si un sensor está teniendo canales térmicos también. Los satélites NOAA también están teniendo su Landsat esta serie OLI también teniendo pero normalmente no adquieren datos en la noche sólo los datos térmicos diurnos se adquieren, pero en el caso de NOAA AVHRR datos nocturnos es adquirida porque cubre una amplia franja y a veces es muy, muy útil. Hemos estado utilizando estos datos térmicos para diversos fines, especialmente en caso de detección de anomalías térmicas y de terremotos anteriores. Por lo tanto, esto trae al final de la discusión acerca de cómo los diferentes sensores están allí desde el punto de vista de la pequeña electrónica, no en mucho detalle, y luego cómo los datos de satélite a la tierra cómo viene a la estación de la tierra de satélite esa parte que hemos discutido. Así que, muchas gracias.