Telerilevamento e Modellistica Forestale

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1 Telerilevamento e Modellistica Forestale Lezione 2 Curve di riflettanza Dario Papale Contributi: Vern Vanderbilt, TA- Quinn Hart, CCRS

2 La riflessione La radiazione incidente su di una determinata superficie può essere assorbita, riflessa o trasmessa e per il principio della conservazione dell energia si avrà che: R i = R a + R r + R t Dato un intervallo dello spettro infinitesimale dl, si definiscono assorbanza (α), riflettanza (ρ) e trasmittanza (τ) spettrale i rapporti: dφ α = a d Φ 0 dφ τ = t d Φ 0 dφ ρ = r d Φ 0 dove Φ 0 è il flusso di energia radiante incidente relativo all intervallo dλ e Φ a, Φ r ed Φ t sono rispettivamente il flusso assorbito, riflesso e trasmesso nello stesso intervallo

3 Radiazione riflessa Diverse superfici riflettono parte della radiazione elettromagnetica incidente in modo differente in funzione delle loro proprietà chimico fisiche e della lunghezza d onda

4 Le curve di riflettanza Curva di riflettanza: descrive l andamento della riflettanza per una data superficie nell intervallo spettrale mm. Chiaramente la curva di riflettanza di una superficie varia molto in funzione delle condizioni ambientali (periodo dell anno, condizione fisica e chimica della superficie) e di ripresa (geometria Sole superficie sensore). E possibile disegnare delle curve di riflettanza media che, pur avendo valore indicativo in quanto soggette alle variazioni appena descritte, possono dare delle informazioni importanti sul comportamento delle superfici in esame.

5 Fattori che influenzano le curve di riflettanza Geometria Sole-Sensore 2. Esposizione 3. Pendenza 4. Atmosfera 5. Caratteristiche oggetto 6. Substrato 3 6

6 Bidirezionalità della riflettanza Superficie Lambertiana Superficie non-lambertiana

7 BRDF Funzione Distribuzione Riflettanza Bidirezionale Sole dietro l osservatore Sole davanti all osservatore

8 BRDF Sole dietro l osservatore Sole davanti all osservatore

9 BRDF Sole dietro l osservatore Sole davanti all osservatore

10 θ v =-75º θ v =-45º nadir θ v =+45º θ v =+75º Images: SpectroLab, Remote Sensing Laboratories, University of Zurich BRDF = L r (θ i,φ i ;θ r,φ r )/ E i (θ i,φ i )

11 x Anisotropia della riflettanza del pixel in funzione dell angolo di osservazione Anisotropia della riflettanza del pixel in funzione dell angolo di illuminazione Widlowski, RAMI-JRC

12 Misura della BRDF in campo

13 BRDF hot spot Forward scatter direction Backscatter direction

14 Modalità per la costruzione della curva di riflettanza Multispettrale Iperspettrale

15 La curva di assorbanza dell acqua

16

17 La curva di riflettanza dell acqua

18 Riflettanza dell acqua limpida e con diversi livelli di concentrazione di sedimenti Percent Reflectance Clayey soil clear water ,000 mg/l 300 Percent Reflectance Silty soil ,000 mg/l clear water a Wavelength (nm) b Wavelength (nm) Han, 1997; Jensen, 2000

19 Riflettanza dell acqua limpida e con diversi livelli di concentrazione di alghe Algae-Laden Water with Various Suspended Sediment Concentrations Percent Reflectance clear water algae-laden water Percent Reflectance mg/l 0.5 a Wavelength (nm) b. 0 mg/l Wavelength (nm) Han, 1997; Jensen, 2000

20 Global Chlorophyll a (g/m3) Derived from SeaWiFS Imagery Obtained from September 3, 1997 through December 31, 1997 Jensen, 2000

21 Temperatura dei mari

22 La curva di riflettanza della neve

23 Differenze nella riflettanza di neve e nuvole Jensen, 2000

24 La curva di riflettanza di diversi suoli nudi a differente contenuto di umidità specular reflectance incident energy a. interstitial air space dry soil specular reflectance volume reflectance specular reflectance incident energy b. soil water wet soil

25 La curva di riflettanza del suolo con differente contenuto di Sostanza organica

26 La curva di riflettanza della vegetazione

27 Fattori che influenzano la riflettanza della vegetazione A livello di singola foglia: 1. Contenuto di clorofilla 2. Struttura cellulare 3. Contenuto d acqua A livello di canopy: 1. Gradi di copertura 2. Quantità di biomassa verde 3. Architettura delle chiome 4. Presenza e tipologia di sottobosco 5. Fenologia 6. Stato di salute 7. Fattori esterni (morfologia, geometria sorgente-oggetto-sensore, atmosfera )

28 Confronto tra curva di riflettanza della vegetazione e curva di assorbanza dell acqua

29 Riflettanza della vegetazione e acqua

30 Riflettanza della vegetazione e contenuto di clorofilla Chlorophyll b Chlorophyll a Absorption Spectra of Chlorophyll a and b Absorption Efficiency a v iolet b lue g reen y ellow red Wavelength, µ m

31 Assorbimento della radiazione elettromagnetica da parte delle foglie e concentrazione dei pigmenti Very high absorption Very low absorption Assorbimeto della luce diminuisce con la riduzione dei pigmenti Very low chlorophyll concentration, very low light absorption Very high light absorption, very high chlorophyll concentration

32 Riflettanza di conifere e latifoglie

33 Riflettanza di conifere e latifoglie

34 Riflettanza della vegetazione e LAI

35 Riflettanza della vegetazione e LAI

36 Foto aerea a colori

37 Foto aerea con pellicola sensibile al NIR