PODSTAWY TELEDETEKCJI 

PODSTAWY TELEDETEKCJI 

 

 

WYKŁAD 1

–

Zagadnienia wstępne

–

Podstawy fizyczne teledetekcji

–

Pozyskiwanie danych 

teledetekcyjnych

Program wykładów

Wykład 1

–

Zagadnienia wstępne

–

Podstawy fizyczne teledetekcji

–

Pozyskiwanie danych teledetekcyjnych

Wykład 2

–

Wstępna obróbka obrazów

–

Wzmacnianie obrazów 

–

Klasyfikacja obrazów satelitarnych 

Wykład 3

–

Satelity i misje badawcze

–

Monitoring zjawisk globalnych

Wykład 4

–

Monitoring zjawisk lokalnych

Tematyka wykładu 1

•

Definicja teledetekcji i jej znaczenie

•

Podział metod teledetekcji

•

Spektrum elektromagnetyczne

•

Wpływ atmosfery na promieniowanie elektromagnetyczne

•

Charakterystyka podstawowych zakresów spektrum stosowanych 

w teledetekcji 

•

Charakterystyka spektralna obiektów

•

Obraz spektralny wybranych rodzajów pokrycia terenu

–

Roślinność

–

Wody

•

Systemy pozyskiwania danych

•

Systemy satelitarne

Co to jest teledetekcja?

(ang. 

Remote  Sensing

,  fr. 

Teledetection

,  niem. 

Fernerkundung

, 

czes. 

Dálkový Průzkum Země

)

gr.  

tele

 – daleko,   

detectio

 – wykrywanie.

Dział nauk technicznych zajmujących się pozyskiwaniem 

wiarygodnych informacji o obiektach fizycznych i ich otoczeniu 

drogą rejestracji, pomiaru i interpretacji obrazów lub ich 

reprezentacji cyfrowych uzyskiwanych dzięki sensorom nie 

będącym w bezpośrednim kontakcie z tymi obiektami. 

(Międzynarodowe Towarzystwo Fotogrametrii i Teledetekcji. 1988)

Jest to najdroższy sposób tworzenia obrazków. 

(A. Bashfield, INTERGRAPH Corporation)

Zalety obrazów teledetekcyjnych

• szybkość wykonania przy rejestrowaniu większej 

liczby szczegółów, niż podczas długotrwałego 

kartowania terenowego

• cykliczność pozyskiwania -  możliwość uchwycenia 

dynamiki zjawisk

• są źródłem informacji o obiektach i procesach 

niedostrzegalnych wzrokiem (np. kondycji zdrowotnej 

roślin, zanieczyszczeniu wód)

• umożliwiają określenie charakterystyk liczbowych 

na wielkich przestrzeniach (temperatura wód 

morskich)

• są źródłem informacji o zjawiskach 

wielkoobszarowych nieuchwytnych innymi 

sposobami (systemy chmur)

Metody teledetekcji

KONWENCJONALNE

fotografia

zdjęcia z balonów, samolotów, 

promów kosmicznych, SSZ

pozyskiwane w wąskim zakresie 

spektrum elektromagnet. 

(promieniowanie widzialne, bliska 

podczerwień, termalne)

postać analogowa jak i cyfrowa 

duża rozdzielczość przestrzenna

zastosowanie: zdjęcia (zwłaszcza 

lotnicze) mogą uchwycić wiele detali 

– opracowanie wielkoskalowych map 

topograf., budowa NMT, sporządzanie 

ortofotomapy

NIEKONWENCJONALNE

obrazy generowane za pomocą 

radiometrów i skanerów 

umieszczonych zwykle na SSZ

pozyskiwane w szerokim zakresie 

spektrum elektromagnetycznego

 

sposób generowania wnosi do tego 

rodzaju obrazów specyficzne 

zniekształcenia i niedokładności, 

różniące się do fotografii

obecnie w większości w postaci 

cyfrowej 

nieduża rozdzielczość przestrzenna 

obrazów (stale rośnie)

zastosowanie: kartowanie 

tematyczne, GIS, monitoring 

środowiska, meteorologia, itp.

Metody teledetekcji

AKTYWNE

źródło promieniowania 

nie 

jest

 pochodzenia 

zewnętrznego. 

Promieniowanie sztucznie 

(aktywnie) wysyłane ze 

źródła umieszczonego na 

nośniku 

w kierunku badanego 

obiektu lub ośrodka

systemy radarowe
sonar
noktowizja

PASYWNE

źródło promieniowania 

jest

 

pochodzenia zewnętrznego

BEZPOŚREDNIE:

źródłem informacji jest promieniowanie 

słoneczne odbite od powierzchni Ziemi

fotografia

POŚREDNIE

źródłem informacji jest promieniowanie 

własne obiektów na powierzchni Ziemi 

lub 

w atmosferze

termowizja
techniki mikrofalowe

Fizyczne podstawy teledetekcji

W 

badaniach 

powierzchni 

Ziemi 

najpowszechniej 

wykorzystuje 

się 

zjawisko 

promieniowania 

elektromagnetycznego.

Możliwość  rejestracji  wszystkich  jego  zakresów  ale  w 

badaniach 

środowiska 

geograficznego 

metodami 

bezkontaktowymi wykorzystuje się tylko niektóre.

Wszystkie postacie energii elektromagnetycznej są 

dziedzicznie podobne i można je opisać dwojako: jako 

falę i jako strumień fotonów.

Fala elektromagnetyczna to 

rozchodząca się w przestrzeni i 

czasie spójna zmiana pola 

elektrycznego 

i magnetycznego.

Każdej fali można przyporządkować długość 

λ

 (odległość między 

kolejnymi ekstremami fali) i częstotliwość 

v

 (liczbę cykli, które w 

czasie sekundy przechodzą przez ustalony punkt).

Wielkości te są ze sobą związane zależnością określającą 

prędkość 

c

 rozchodzenia się fal elektromagnetycznych (w próżni 

wielkość stała)

c = λ v

Klasyfikacja 

promieniowania 

elektromagnetyczn

ego

Poszczególnym zakresom 

długości fal przypisano 

pewne nazwy, ale nie ma 

ustalonej wyraźnej granicy 

pomiędzy sąsiednimi 

zakresami spektralnymi.

• fale radiowe i telewizyjne

• promieniowanie mikrofalowe

• podczerwień termalna

• podczerwień bliska

• promieniowanie widzialne 

(0,4 – 0,7 μm) 

• ultrafiolet 

• promieniowanie X
• promieniowanie

 

γ 

(gamma)

• promieniowanie kosmiczne

W teledetekcji wykorzystuje 

się promieniowanie w 

zakresie 

0,1 μm do 1m.

Promieniowanie elektromagnetyczne można także 
traktować jako strumień cząstek (kwantów, fotonów), 
pozbawionych masy spoczynkowej ale niosących określoną 

(w dżulach – J) energię Q  (M. Planck, A. Einstein).

Energię fotonu wyraża związek:

v – częstotliwość
h – stała Planck’a  (h = 6,626x10

-34

 J s)

Związek między teorią falową a kwantową można wyrazić 
wzorem:

Czym większa długość fali, tym promieniowanie ma niższą 
energię – ma to olbrzymie znaczenie dla teledetekcji.

Kwantowa teoria promieniowania 

elektromagnetycznego







c

h

Q

v

h

Q





Wpływ atmosfery na promieniowanie 

elektromagnetyczne

Wpływ atmosfery na charakterystyki prom. 
elektromagnetycznego, zależy od grubości warstwy atmosfery, 
wielkości emitowanego sygnału, warunków atmosferycznych oraz 
długości fali. 

Rozpraszanie

•  molekularne

•  aerozolowe

•  nieselektywne

Części spektrum, w których promieniowanie 

jest minimalnie modyfikowane przez 

atmosferę i niemal w całości dociera na 

powierzchnię Ziemi, to tzw.

 

okna 

atmosferyczne

. 

Pozostałe części spektrum to 

tzw

. 

pasy absorpcyjne gazów (H

2

O, CO

2

. O

3

)

.

Pochłanianie (absorpcja 
atmosferyczna)

Okna atmosferyczne i pasy absorpcyjne gazów 

atmosferycznych

Charakterystyka podstawowych zakresów 

promieniowania elektromagnetycznego 

stosowanych w teledetekcji

6 podstawowych obszarów spektrum elektromagnetycznego 

znajdujących zastosowanie w teledetekcji:

PROMIENIOWANIE ULTRAFIOLETOWE (UV) (0,1 – 0,4 μm)

w większości pochłaniane przez atmosferę
szkodliwe dla organizmów żywych
zastosowania w geologii poszukiwawczej

PROMIENIOWANIE WIDZIALNE (0,4 – 0,7 μm)

jego źródłem jest Słońce – można je wychwycić tylko w ciągu dnia

jest zdolne do przenikania wody na różną głębokość (zwłaszcza 
niebieska część spektrum – do 30m) – umożliwia badanie 
środowisk wodnych

z historycznego punktu widzenia jest najczęściej stosowanym 
promieniowaniem w teledetekcji – nie zawsze jednak jego 
zastosowanie jest najwłaściwsze

BLISKA PODCZERWIEŃ (0,7 – 1,4 μm)

podobne właściwości jak promieniowanie widzialne, ale mniej od 

niego rozpraszane i pochłaniane przez atmosferę; efekt: obrazy 

ostre o dobrym kontraście

największe zastosowania znajduje w badaniach wegetacji dla 

potrzeb leśnictwa i rolnictwa

woda zachowuje się niemal jak ciało doskonale czarne

ŚREDNIA PODCZERWIEŃ (1,4 – 3 μm)

obejmuje dwa okna atmosferyczne ze środkami około 1,5 i 2,2 μm

okno pierwsze: umożliwia dobre rozróżnienie rodzajów wegetacji, 

nadaje się do rozpoznawania lodu i śniegu, do wyodrębnienia 

zachmurzenia, do badań stanu zdrowotnego wegetacji

PODCZERWIEŃ TERMALNA (3 μm – 1 mm)

wykorzystywane m.in. do określania powierzchniowej temperatury 
oceanów (SST), lokalizowania i określania rozmiarów pożarów 
lasów, kartowania cieplnego zanieczyszczenia rzek, jezior, miejskich 
wysp ciepła

W zakresie 8-12 μm wielkość emitowanego prom. cieplnego 
przewyższa wielkości odbitego promieniowania słonecznego – 
pomiary można wykonywać całą dobę.

PROMIENIOWANIE MIKROFALOWE (1 mm – 1m)

najmniej uzależnione od warunków pogodowych (wyraźne 
osłabienie promieniowania tylko w czasie dużego deszczu)

przy dobrych warunkach te długie fale mogą przenikać także pod 
powierzchnię Ziemi

zastosowania:

   w meteorologii do określania obszarów deszczu, intensywności 
opadów
   w oceanografii do monitorowania zanieczyszczeń ropą, 
rozchodzenia się fal
   morskich, pływającego lodu
   w kartowaniu zjawisk powodziowych

Teoria zachowania spektralnego

Energia elektromagnetyczna  docierająca do Ziemi może 
być odbijana, pochłaniana lub przewodzona.

Wielkość odbijanej energii zależy od:

• rodzaju obiektu i jego właściwości fizycznych i 
chemicznych

• długości fali elektromagnetycznej

Dwa obiekty odbijające podobną wielkość promieniowania 
w jednym interwale spektrum, mogą odbijać różne 
wielkości promieniowania w innym interwale spektrum. Na 
tej podstawie sformułowano

 

teorię

 

zachowania 

spektralnego

.

      

Lillesand, Kiefer 1994

  

Selektywność odbijania energii w odniesieniu do różnych 
zakresów spektrum przejawia się w ramach części 
widzialnej efektem barwy obiektów.

Charakterystyka spektralna obiektów

Wielkość promieniowania odbitego można określać tzw.

 

współczynnikiem odbicia spektralnego

 

ρ(λ),

 który można 

definiować np. jako stosunek intensywności 
promieniowania odbitego

 

(M

r

)

 

do intensywności 

promieniowania docierającego

 

(M 

i

)

 

w określonej 

długości fali – w %.

[%]

100

)

(

M

)

(

M

)

(

i

r













Każdy materiał na Ziemi odznacza się swoją własną 
charakterystyką spektralną. 

To, czy obiekt jest widoczny na określonym obrazie, zależy 
od ilości odbitego promieniowania. Jeśli odbija małe ilości 
promieniowania, będzie widoczny  jako ciemny i vice 
versa.

Dla danego obiektu można zestawić zależność między 

długością fali a jego współcz. odbicia spektralnego, której 

obrazem graficznym jest

 

krzywa odbicia spektralnego

Krzywe te mają zawsze typowy przebieg dla danej grupy 

obiektów (wegetacja, gleba, woda)

Roślinność 
c.d.

Roślinność 
c.d.

Ponieważ oko ludzkie nie jest wrażliwe na promieniowanie podczerwone roślinność 
jawi nam się jako zielona.

Na c-b obrazach podczerwonych będzie o wiele jaśniejsza w porównaniu z widzialną 
częścią spektrum, gdyż odbija o wiele więcej promieniowania w podczerwieni.

Charakterystyka spektralna drzew liściastych
i iglastych w widzialnej części spektrum jest 
niemal identyczna, ale w podczerwieni drzewa 
iglaste odbijają mniej promieniowania niż 
liściaste.
 
interpretacja występowania drzew liściastych i 
iglastych – 
– zdjęcia wykonane w podczerwieni –
– drzewa liściaste jaśniejsze od iglastych

Wielki wpływ na krzywą odbicia spektralnego 
roślin ma ich stan zdrowotny.

uszkodzona roślina – obniżenie aktywności 
chlorofilu

efekt: większe odbijanie promieniowania w 
niebieskiej 
i czerwonej części spektrum widzialnego oraz 
wyraźny spadek odbijania w podczerwieni

zwiększone odbijanie w części czerwonej 
spektrum widzialnego skutkuje żółknięciem liści 

(czerwony  + zielony = żółty)

– w przeciwieństwie do innych materiałów czy typów powierzchni 

wody są materiałem względnie homogenicznym

– na obrazach może występować w różnych stanach skupienia, 

których właściwości odbijania różnią się między sobą

– modyfikuje charakterystyki spektralne wszystkich materiałów w 

których występuje 

– odznacza się b. niskim wsp. odbicia spektralnego we wszystkich 

długościach fal max – widzialna część spektrum, min – w 

podczerwieni 

(niemal jak c.d.cz.)

Woda

wsp. odbicia spektralnego rośnie w miarę zwiększającej się ilości 
zanieczyszczeń czy planktonu: więcej chlorofilu – zmniejszenie 
odbicia w niebieskiej a zwiększenie w zielonej części spektrum

Zmiany koncentracji O

2

, zmiany pH czy zasolenia nie objawiają się 

wprost zmianami charakterystyki spektralnej wody, ale często są 
skorelowane z innymi zjawiskami mającymi wpływ na wielkość 
odbijanego czy emitowanego promieniowania.

Systemy satelitarne

• 1960 pierwszy satelita meteorologiczny TIROS-1 

• 1972 – uruchomienie pierwszego satelity Earth Resources 

Technology Satellite (ERTS-1) –przemianowanego na 
Landsat-1

• większość satelitów tworzy tzw. systemy satelitarne – 

grupy satelitów o podobnych parametrach technicznych, 
porównywalnych pozyskiwanych danych obrazowych, 
zbliżonych parametrach urządzeń rejestrujących, 
np. system LANDSAT, SPOT, METEOSAT

Orbita równikowa

• satelita okrąża Ziemię 

w płaszczyźnie równika

• odległość od Ziemi tak 

dobrana, aby czas obiegu 
Satelity był równy czasowi 
obrotu Ziemi (~36 000 km)

• dla obserwatora na Ziemi – 

satelita w stałym punkcie

 

– satelita  geostacjonarny

•  

mała rozdzielczość przestrzenna

•  duża częstotliwość pozyskiwania obrazów

•  monitorowanie procesów synoptycznych

•  satelity: METEOSAT (ESA), GOES (NASA), GMS (jap),
   GOMS (ros)

Orbita skośna

• płaszczyzna orbity nachylona do płaszczyzny równika 

pod kątem 30 - 65° (α – kąt inklinacji)

• orbity statków kosmicznych z załogą ludzką 

(wahadłowce)

• orbity satelitów GPS, 
     GALILEO, GLONASS

• wysokość orbity – 

kilkaset km

• dane teledetekcyjne nie są pozyskiwane regularnie

Orbita subpolarna

• synchroniczna ze Słońcem – satelita 

jest zawsze w tym samym położeniu 
względem Słońca, a nad danym 
miejscem znajduje się zawsze o tej 
samej godzinie czasu miejscowego

• NOAA, LANDSAT, SPOT, IKONOS

•  

satelity poruszają się w przybliżeniu

   wzdłuż południków

•  kąt inklinacji 80 – 100°

•  wysokość orbity 700 – 1000 km

• 12 -15 okrążeń na dobę

•  na stronie oświetlonej obiega Ziemię 

   w kierunku N-S