Lista degli argomenti

Documenti analoghi
Telerilevamento e SIT Prof. Ing. Giuseppe Mussumeci

CORSO DI FISICA TECNICA

DEFINIZIONE DI RADIANZA La radiazione è caratterizzata tramite la Radianza Spettrale, I (λ, θ, φ, T), definita come la densità di potenza per unità di

Trasmissione di calore per radiazione

L irraggiamento termico

Termografia a infrarossi

fenomeno X nm Å UV - visibile legami chimici infrarosso

L energia assorbita dall atomo durante l urto iniziale è la stessa del fotone che sarebbe emesso nel passaggio inverso, e quindi vale: m

INTRODUZIONE ALLA SPETTROMETRIA

Prospettive per il monitoraggio colturale con i droni e imaging multi e iperspettrali

INTRODUZIONE ALLA SPETTROMETRIA

Telerilevamento: una panoramica sui sistemi

I molti volti dell'universo

Corso di Telerilevamento Lezione 2

Spettroscopia. Spettroscopia

Il comportamento termico di oggetti in presenza di radiazione e.m. assorbita ed emessa: Esperimenti didattici

SPETTROFOTOMETRIA. Tutti sinonimi

MATRICE 100 IL DRONE SUPER PERSONALIZZABILE

Proprio il diverso comportamento di una superficie, in relazione alla luce solare che la colpisce, ne determina il colore

La misura della TEMPERATURA. Corso di Misure Termomeccaniche per MENR SAPIENZA Università di Roma A.A

TERMOLOGIA & TERMODINAMICA II

Convezione Conduzione Irraggiamento

Prima misura a larga banda del raffreddamento radiativo della Terra

La conducibilità termica del vetro è poco sensibile alla composizione.

Elaborazione dei dati. pkt /9

Sorgenti di luce Colori Riflettanza

LASER. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Introduzione. Assorbimento, emissione spontanea, emissione stimolata

ANALISI SPETTROFOTOMETRICA IN AMBIENTE CON DISPOSITIVO PURITY DI GEOLAM PER IL MIGLIORAMENTO DELL HABITAT IN GENERALE

Astronomia Lezione 17/10/2011

Introduzione al TELERILEVAMENTO. (Remote Sensing) Docente: Andrea Piemonte

3. (Da Veterinaria 2006) Perché esiste il fenomeno della dispersione della luce bianca quando questa attraversa un prisma di vetro?

Tecniche di enfatizzazione

Fabio Peron. La trasmissione del calore: 3. radiazione termica. Le modalità di scambio del calore. La radiazione termica. Onde e oscillazioni

CAPITOLO 6 ACCENNI DI FISICA ED INGEGNERIA DEI SENSORI. Il fenomeno incendio visto come un corpo nero

Zeno Martini (admin)

Acquisizione e rappresentazione di immagini

TRASMISSIONE DI CALORE PER IRRAGGIAMEMNTO

1. La luce delle stelle

Figura 3.1: spettro elettromagnetico

DEFINIZIONI (D.Lgs. 81/08)

TERMODINAMICA bilancio termico. TERMODINAMICA bilancio termico

SPETTRO ELETTROMAGNETICO. Lunghezza d onda (m)

al top dell atmosfera al livello del mare

Trasmissione del calore: Irraggiamento - I parte

Applicazioni di Telerilevamento per studi agronomici

Stato dell arte nell uso dei sensori per la diagnostica colturale

Introduzione al telerilevamento

LA LUCE A SERVIZIO DEI BENI CULTURALI: IL LASER SCANNER RGB-ITR PRODUZIONE, CALIBRAZIONE E CONDIVISIONE DI MODELLI 3D DI OPERE D ARTE

TESI DI LAUREA in TECNICHE DI RILEVAMENTO PER IL MONITORAGGIO DEL TERRITORIO M. Candidato: Lorenzo Panciroli

Metodi spettroscopici

Le onde elettromagnetiche

Dalle immagini telerilevate. alle mappe

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FERRARA. Facoltà di Scienze MM. FF. NN. Corso di Laurea triennale in Tecnologie per i beni culturali

Onde e oscillazioni. Fabio Peron. Onde e oscillazioni. Le grandezze che caratterizzano le onde

Valorizzazione delle produzioni vitifrutticole valtellinesi mediante metodi innovativi INNOVI

La candela. La storia della realizzazione della candela

Esperienze di spettrofotometria per la scuola, con arduino

IRRAGGIAMENTO IRRAGGIAMENTO E

Come classificare uno spettro stellare. Francesca Onori

Spettroscopia. 05/06/14 SPET.doc 0

Impiego di droni in agricoltura: opportunità e sfide di oggi

Lo Spettro Elettromagnetico

Meteorologia Sinottica Termodinamica dell Atmosfera

Corso di Laurea in Informatica. Dipartimento di Scienze Fisiche -- Università di Napoli Federico II. Colori. Sistemi Informativi Multimediali

Tecniche multispettrali integrate per lo studio di opere d arte contemporanea

Misurare dallo spazio la produttività di foreste e colture agricole

A Cosa serve l'ottica?

SPETTROSCOPIA UV-VIS LEZIONE 9

TECNICHE SPETTROSCOPICHE

Sicurezza nel Laboratorio: Radiazioni Ottiche Artificiali

Tecniche diagnostiche in infrarosso

ARTICOLO INTRODUTTIVO ALLA TERMOGRAFIA

LA LUCE. Perché vediamo gli oggetti Che cos è la luce La propagazione della luce La riflessione La rifrazione

E noto che la luce, o radiazione elettromagnetica, si propaga sottoforma di onde. Un onda è caratterizzata da due parametri legati fra loro: la

TRASFERIMENTO RADIATIVO IN ATMOSFERA

I PARAMETRI MICROCLIMATICI PER AMBIENTI INTERNI

IL MONITORAGGIO COLTURALE CON SOLUZIONI GROUND SENSING PER SISTEMI INFORMATIVI AZIENDALI DI VITICOLTURA DI PRECISIONE

La termometria ad irraggiamento. Richiami di scambio termico per irraggiamento. Cause di incertezza e problemi di misura

Dispositivi a trasferimento di carica

LE STELLE. LE DISTANZE ASTRONOMICHE Unità astronomica = distanza media Terra-Sole ( km)

Meccanica quantistica Mathesis 2016 Prof. S. Savarino

Il Corpo Nero e la costante di Planck

CIÒ CHE PERCEPIAMO È VERAMENTE LA REALTÀ?

I QUANTI DI PLANCK 1

Laboratorio di Astrofisica

Università degli Studi di Milano. Dipartimento di Fisica Corso di laurea triennale in FISICA. Anno accademico 2013/14. Figure utili da libri di testo

Stelle. - emette un flusso continuo di onde elettromagnetiche, che noi osserviamo in parte sotto forma di luce

Capitolo 4. L Insolazione e la Temperatura.

Introduzione alla spettroscopia NIR Elena Tamburini

Illuminotecnica - Grandezze Fotometriche

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Fisica Tecnica Ambientale TRASMISSIONE DEL CALORE PER IRRAGGIAMENTO

CORSO DI METEOROLOGIA GENERALE E AERONAUTICA 2 - Termodinamica dell Atmosfera

L irraggiamento - Onde elettromagnetiche:

CONVEZIONE, CONDUZIONE E IRRAGGIAMENTO

Precision Farming: il rilevamento aereo multispettrale

CARATTERISTICHE DELLE STELLE

Fenomeni quantistici

LA SCOMPOSIZIONE DELLA LUCE SOLARE USANDO UN PRISMA DI VETRO SI PUÒ SCOMPORRE LA LUCE BIANCA SOLARE NEI VARI COLORI DELL IRIDE

Transcript:

organizzato da

Lista degli argomenti Motivi d interesse del telerilevamento in agricoltura Aspetti di base Lo spettro elettromagnetico Comportamento radiativo dei corpi Classificazione dei sensori Sensori TIR Sensori Vis-NIR RGB Multispettrali Iperspettrali

Aspetti d interesse del telerilevamento in agricoltura Caratteristiche del terreno (S.O., caratteristiche idrologiche) Gestione dell irrigazione e della fertilizzazione Crescita della coltura (AGB, concentrazione di nutrienti) Gestione della fertilizzazione Previsioni di resa e stima danni Stato fitosanitario e d infestazione da malerbe della coltura Gestione della difesa Stato idrico della coltura Gestione dell irrigazione

La radiazione visibile La luce solare è composta da un miscuglio di raggi di diverso colore Experimentum crucis, Isaac Newton, 1672.

La radiazione infrarossa Sir William Herschel, 1800 Experiments on the refrangibility of the invisible rays of sun. I raggi calorici che provengono dal Sole sono invisibili all'occhio e si trovano appena al di la del rosso dello spettro visibile. IR: Near, 700-2500 nm; Mid, 2500-4000 nm; Far, 4000-60000 nm

Lo spettro elettromagnetico Circa il 98% dell energia solare è compresa nell intervallo 200-1500 nm La PAR (Photosintetically Active Radiation) è compresa tra 400 e 700 um.

Comportamento radiativo di un corpo Comportamento attivo Riguarda l emissione di radiazione da parte di un corpo Comportamento passivo Riguarda l interazione con la radiazione quando un corpo ne viene investito

Comportamento attivo: legge fondamentale dell irraggiamento, Planck 1898 E( λ,t ) = Dove: c 1 λ 5 c2 1+ exp λ T c 1 = 3.7 10-12 W µm 4 cm -2 c 2 =14385 K µm T in K Descrive la potenza di emissione di un corpo nero lungo lo spettro elettromagnetico in funzione della sua temperatura assoluta

Emissione di un corpo reale Ogni corpo, a qualunque temperatura maggiore di 0 K, emette radiazione elettromagnetica. L emissione è funzione della sua temperatura ed emissività. E (W m -2 ) = εσt 4 (legge di Stefan-Boltzman, 1884) ε = emissività del corpo (0 1) σ = costante di Stefan-Boltzmann = 5.67 10-8 W m -2 K -4 T = temperatura assoluta (K) Il sole, circa 6000 K, emette 73 MW m -2 La canopy, circa 288 K, emette 370 W m -2

Picco di emissione di sole e canopy Lo spettro di emissione di un corpo nero ha un picco a: λ max = 2897 / T (µm) (Legge di Wien, 1893) T = temperatura assoluta (K) λ max del sole, circa 6000 K, = 0,45 µm (450 nm) λ max della canopy, circa 300 K, = 9,65 µm (9650 nm)

Range delle radiazioni solare e terrestre Corpo Intervallo spettrale (nm) Tipo di radiazione Sole 100-3000 UV (7%); Vis (45); NIR (48) Canopy 4000-25000 MIR e lontano IR

Comportamento passivo Un corpo investito dalla radiazione può: Assorbirla Rifletterla Trasmetterla La risposta dipende dalla composizione molecolare e dalla struttura fisica del corpo Dunque, gli spettri di riflettanza, assorbimento e trasmittanza contengono informazioni sulla natura del corpo

Spettro di assorbimento dei carotenoidi

Spettro di riflettanza della canopy Reflectance (%) 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Reflectance (%) 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Coltura N carente N sufficiente Terreno 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000 400 415 430 445 460 475 490 505 520 535 550 565 580 595 610 625 640 655 670 685 700 715 730 745 760 775 790 805 820 835 850 865 880 895 910 925 940 955 970 985 1000 nm nm UV B G Y R RE NIR

Hamlyn G. Jones and Robin A. Vaughan, 2011. Remote Sensing of Vegetation. Principles, Techniques, and Applications Relazioni tra proprietà elettromagnetiche e stress

Cos è un sensore? E un dispositivo che acquisisce in ingresso una grandezza e fornisce in uscita un segnale legato alla grandezza da una precisa legge. Nel rilevamento della canopy, la grandezza in ingresso è l energia della radiazione elettromagnetica e in uscita si ha un segnale elettrico proporzionale all energia della radiazione.

Classificazione dei sensori Lunghezza d onda in cui operano Ottici (Vis, NIR, MIR) Termici (TIR) Microonde Tipo di funzionamento Attivo (proiettano sulla superficie un fascio di radiazione) Passivo (sfruttano la radiazione naturale) Imaging vs non-imaging non imaging: rilievi puntuali lungo una traiettoria Multispettrale vs iperspettrale

Classificazione dei sensori Sensori multispettrali Rilevano riflettanze in bande larghe e di numero ridotto, spesso non vicine (es. nel verde nel rosso e nel vicino infrarosso) Sensori iperspettrali Rilevano riflettanze in molte bande strette, spesso molto vicine (es. ogni 10 nm) producendo uno spettro più dettagliato

Quali radiazioni giungono dalla canopy verso l alto? Radiazione solare riflessa (Vis, NIR) Spettro di trasmittanza dell atmosfera (da: Connor et al. 2011) Radiazione emessa dalla canopy (TIR) Radiazione di rimando (laser, microonde)

Camere TIR (Thermal Infrared Radiation) Contengono elementi sensibili alla radiazione IR; l energia della radiazione viene convertita in un segnale elettrico proporzionalmente Siccome l emissione di radiazione IR è in relazione con la temperatura del corpo e della sua emissività, rilevando la radiazione IR si stima la temperatura del corpo. I più utilizzati sono i bolometri: resistori che scaldandosi per azione della radiazione variano la loro resistenza e di conseguenza generano un segnale elettrico Sensibilità intorno a 50-100 mk Dimensione del sensore: per esempio, 382 x 288 pixels in optris PI 450

Elementi di una camera TIR convertitore A/D memoria lente sensore microprocessore Vengono utilizzate lenti in germanio, AMTIR, seleniuro di Zn Transmissivity of typical infrared materials (1 mm thick). 1 Glass, 2 Germanium, 3 Silicon, 4 KRS5

Cause di variabilità della temperatura di una canopy Colore (effetti sull assorbimento della radiazione solare) Tasso di evapotraspirazione (l ET determina raffrescamento) Carenza di elementi nutritivi Attacchi di patogeni Functional Plant Biology, 2009, 36, 978 989

Elementi di una camera multispettrale Filtro convertitore A/D memoria lente sensore microprocessore I filtri possono essere applicati anche sui singoli fotodiodi

Selezione delle bande spettrali Filtri https://www.thorlabs.com/navigation.cfm?guide_id=2329

Sensori Matrici di fotodiodi I fotodiodi sono elementi fotosensibili che convertono l energia della radiazione in un segnale elettrico Numero di fotositi per sensore (risoluzione) da 3-4 milioni a 1-3 decine di milioni CCD image sensor / full-color 24 Mpix, 6000 x 3988 pix, 1.8 fps http://www.directindustry.com/prod/dalsa/product-25439-1173223.html

Camere multispettrali RGB Filtri usati: Filtro passa-alto (esclude UV) Filtro passa-basso (esclude NIR > 700nm) Filtri passa-banda nel rosso (R), nel verde (G) e nel blue (B) a livello dei fotositi Schema di Bayer per la disposizione dei filtri sui fotodiodi del sensore https://www.dxomark.com/reviews/canon- 500D-T1i-vs.-Nikon-D5000/Color-blindnesssensor-quality

Camere RGB modificate per diagnostica colturale Modifiche del sistema di filtrazione della luce Rimozione del filtro passa-basso (esclude NIR > 700nm) Posizionamento di un nuovo filtro Filtro DIY NGB usato per la modifica di normali camere RGB Nella camera dedicata Tetracam ADC Lite il canale sostituito è il blu http://publiclab.org/wiki/near-infrared-camera Bande B, G, NIR http://www.tetracam.com/products-adc_lite.htm Bande G, R, NIR

Bande spettrali di una camere RGB modificata Filtro DIY NGB

Camere RGB modificate per diagnostica colturale Blu 3 canali Formato RAW o JPEG Estrazione canali Verde NIR Calcolo indici vegetazionali e mappatura

Camere multispettrali per diagnostica colturale Tetracam - Multi-Camera Array (Micro-MCA) Da 4 a 12 corpi con filtri personalizzabili. Una banda per corpo. MicaSense RedEdge 5 bande fisse: R, G, B, RE, NIR RE=Red edge

Camere multispettrali per diagnostica colturale Bande spettrali della MicaSense RedEdge 5 CANALI Formato TIFF http://www.micasense.com/ VERDE NIR File di output della camera: 1 immagine per ogni banda spettrale

Correzione radiometrica Tramite pannelli a riflettanza nota (in immagini del pannello prima del volo ed al suo termine http://www.pro-lite.co.uk/file/spectralon_targets.php Tramite sensori che misurano la radiazione che proviene dall alto (Down-welling light sensors) http://www.tetracam.com/products_incident%20light%20sensor.htm

Scanner iperspettrali

Immagine iperspettrale Alto contenuto informativo File di grandi dimensioni (nell ordine di Gbyte) Necessità di elaborazione chemiometrica

Immagine iperspettrale Ipercubo Riflettanza Regioni spettrali

Grazie per l attenzione