Onderzoeksopdracht teledetectie

minimumdoelen

MD 09.01	De leerlingen lichten het ontstaan en de evolutie van het heelal, het zonnestelsel en van de aarde in een tijd-ruimtekader toe. (LPD 2, 5, 11)
MD 09.02	De leerlingen lichten de gelaagde opbouw en samenstelling van de aarde en de atmosfeer toe. (LPD 1)
MD 09.03	De leerlingen beschrijven kenmerken en verklaren gevolgen van rotatie en revolutie van aarde en maan. (LPD 3, 4)

1. Wat is teledetectie?

bron: geomobiel

2. Hoe werkt teledetectie?

2.1 Pixelwaarden aflezen

bron: geomobiel

pixelwaarde aflezen

Opdracht 1

In het lagenpaneel is enkel de laag 'brussel_bandenset' geactiveerd. Hou dit zo.

Noteer voor de drie opgegeven bodembedekkingstypes de waarde voor de 3 pixels in de 4 banden. Indien je een waarde groter dan 120 vindt neem je een andere pixel. Elke pixel die je aanklikt stemt overeen met een rij in de tabel.
Bereken vervolgens het gemiddelde van de drie genoteerde waarden voor de 3 bodembedekkingstypes. Rond de waarde voor het gemiddelde af tot een geheel getal.
Noteer vervolgens ook voor één pixel van het dat van het Koning Boudewijnstadion de waarden voor de vier banden. Het stadion ligt in het noorden van Brussel.

Vul deze gegevens in in Bookwidgets op Smartschool.

band1_blauw

band2_groen

band3_rood

band4_NIR

water

gemiddelde (water)

vegetatie (park, bos, weiland)

gemiddelde (vegetatie)

straat

gemiddelde (straat)

Koning Boudewijnstadion

2.2 Spectrale signatuur

Definitie: spectrale signatuur

De hoeveelheden gereflecteerde straling blauw licht, groen licht, rood licht en nabij infrarood zijn min of meer constant per type oppervlak. We noemen die verhoudingen de spectrale signatuur van een oppervlak.

bron: geomobiel

Opdracht 2 (spectrale signatuur)

Zet nu per bodembedekkingstype de gemiddelde waarden uit opdracht 1a voor elke multispectrale band uit aan de hand van een punt op de grafiek in Bookwidgets.

Getallen: wat kan een pixel ons leren?

Eén pixel is één puntje in het beeld. Zo'n puntje is het kleinste detail dat de satelliet nog net kan 'zien'. Ieder blokje heeft maar één tint grijs (of één kleur). Er zijn geen verschillen binnen één blokje te zien, hoe ver je ook inzoomt. De satelliet heeft geen fototoestel aan boord, maar een zogenaamde 'scanner'. Deze scanner (of: aftaster) tast een gebied op aarde af en meet de hoeveel licht (of andere elektromagnetische straling zoals infrarood) dat het gebied terugkaatst naar de ruimte. Deze hoeveelheid licht slaagt hij op als een getal gelegen tussen 0 en 255. Vervolgens stuurt de satelliet met een zender deze gegevens naar een ontvangststation op aarde. Op aarde worden die getallen als een computerbestand opgeslagen en de computer vertaalt de getallenreeks in een beeld. Hiervoor wordt elk getal omgezet in een pixel.

Opdracht 3

Los de vragen op en antwoord in de Bookwidget.

vraag 1: Vul de ontbrekende termen aan en kies daarbij uit 'hoge', 'lage', 'zwarte', 'witte'.

De computer geeft een witte kleur aan pixels met ________ waarden (ongeveer 255) en een ________ kleur aan pixels met lage waarden (ongeveer 0), de lichtwaarden die daar tussenin liggen, krijgen een kleur gaande van lichtgrijs naar donkergrijs en zo wordt een beeld gevormd. De satelliet stuurt dus zelf geen beeld naar de aarde!

vraag 2: Welke zijn de waarden van zwarte (donkere) pixels en wat kunnen we daaruit afleiden?

Lage waarden: dit wijst op de aanwezigheid van een bos
Lage waarden: dit wijst op een oppervlak dat weinig licht terugkaatst
Hoge waarden: dit wijst op een oppervlak dat veel licht terugkaatst
Hoge waarden: dit wijst op de aanwezigheid van grote oppervlakten bos

vraag 3: Kan je makkelijk rivieren en kanalen onderscheiden op het satellietbeeld?

Ja, want water kaatst heel veel zonlicht terug. Water glinstert.
Neen, meestal niet want rivieren en kanalen zijn veel te smal.
Ja, want op satellietbeelden kan je de kleinste details zien.
Neen, want zonlicht verdwijnt in het water. Het wordt 'geabsorbeerd'.

vraag 4: Bekijk de waarden van de pixel van het dak van het Koning Boudewijnstadion. Welke kleur heeft het dak in werkelijkheid, denk je? Leg kort uit waarom! Gebruik volgende sleutelwoorden in je antwoord: groen, vegetatie, reflectie, dak.

2.3 Ruimtelijke resolutie van een satellietbeeld

Definitie: ruimtelijke resolutie van een satellietbeeld

Een satellietbeeld is opgebouwd uit blokjes (pixels). Eén pixel is één puntje in het beeld. Zo'n pixel is het kleinste detail dat de satelliet nog net kan 'zien'. De werkelijke afmetingen van die pixel noemen we de resolutie van het satellietbeeld. De resolutie hangt af van het type satelliet. In sommige gevallen kan éénzelfde satelliet zelfs verschillende meetinstrumenten of sensoren dragen die met een verschillende resolutie meten.

bron: geomobiel

vraag 5: Vergelijk het multispectrale beeld met het panchromatisch beeld. Welk beeld is het scherpst? Met andere woorden, op welk beeld kan je de meeste objecten het best onderscheiden?

vraag 6: De ruimtelijke resolutie van een satellietbeeld is de afmeting van een pixelzijde op het aardoppervlak. Noteer deze afmeting (een geheel getal) met de juiste eenheid voor:

een multispectrale band (naar keuze)

de panchromatische band

vraag 7: Verklaar waarom je op het ene beeld beter objecten kan onderscheiden dan op het andere beeld. Gebruik volgende sleutelwoorden in je antwoord: panchromatisch beeld, resolutie, zijde, pixels.

2.4 Ware en valse kleuren

Definitie: ware en valse kleuren

Naast het zichtbare licht dat we met onze ogen kunnen zien, zie je dat er in dit elektromagnetisch spectrum ook nog zonlicht aanwezig is dat we niet met onze ogen kunnen waarnemen. Zo bestaat er naast het zichtbare rode licht ook infrarood zonlicht, meestal afgekort met de letters 'IR'. Een klein deel van dit 'licht' kun je wel voelen: het is de zonnewarmte! Met een klassieke camera of film kan je IR-licht niet fotograferen. Met speciale films en sensoren lukt dat wel.

In de teledetectie-wereld maakt men handig gebruik van dit zichtbare en onzichtbare licht. Een satelliet kan namelijk metingen verrichten in bepaalde gedeelten van dit elektromagnetisch spectrum, afhankelijk van de sensoren die ze aan boord heeft. Zo kan men sensoren maken die enkel gevoelig zijn voor het rode, het blauwe, het groene of zelfs het IR en UV-licht. Wanneer bijvoorbeeld een sensor gevoelig is voor het blauwe licht dan meet deze sensor enkel het blauwe licht dat door de voorwerpen op aarde weerkaatst wordt. Is de sensor gevoelig voor IR-licht dan meet de sensor voor elke pixel de hoeveelheid IR-straling. Deze waarnemingen worden afzonderlijk weggeschreven. Zo spreekt men van een blauwe spectrale band, een rode spectrale band of een IR spectrale band.

In één band komen dus de reflectiewaarden voor van één kleur. De reflectiewaarden in dit beeld kunnen, liggen tussen 0 en 255. De getallen zijn weergegeven in zogenaamde grijswaarden waardoor je grijstinten ziet. Hoe lager het getal, hoe donkerder grijs. Hoe donkerder het grijs, hoe minder blauw licht er gemeten werd.

Wanneer we de rode kleur toekennen aan de rode band, de blauwe kleur aan de blauwe band en de groene kleur aan de groene band en deze banden combineren, zien we de ‘ware’ kleuren verschijnen. Om die reden worden dergelijke combinaties ‘ware’ kleurenbeelden genoemd. Naast ware kleurenbeelden bestaan er ook nog kleurenbeelden die andere kleuren gebruiken. Meestal zijn de kleuren op dergelijke composieten ‘vals’ of ‘artificieel’. Anders gezegd, het zijn niet dezelfde kleuren als die je ogen waarnemen. Het gebruik van infrarood licht laat ons toe bepaalde elementen zichtbaar te maken die dat normaal niet zijn, zoals bijvoorbeeld de warmte, of bepaalde elementen duidelijker te onderscheiden. Met behulp van beeldbewerkingssoftware kan men makkelijk een vals kleurenbeeld maken waarin de metingen van de infrarode band worden gebruikt.

links: waar kleurenbeeld (321) / rechts: vals kleurenbeeld (432) - opname Landsat 5, oostelijk Turkije

vraag 8: Maak een waar kleurenbeeld aan. Plak een screenshot ervan in Bookwidgets.

vraag 9: Kijk vervolgens na welke kleur het dak van het Koning Boudewijnstadion (zie kaart voor de ligging) heeft op het waar kleurenbeeld en bespreek kort wat je op de afbeelding kan zien.

vraag 10: Maak een vals kleurenbeeld (432) aan. Plak een screenshot ervan in Bookwidgets.

vraag 11: Wat kleurt er rood in het vals kleurenbeeld dat je zonet hebt gemaakt? Waarom kleurt dit zo fel rood? Denk hierbij goed na welke satellietband je hebt toegewezen aan de rode kleur.

bron voor deze les: Geomobiel en BEO basis, oefeningen ter inleiding tot de teledetectie, EODesk en Belspo (2000)