De sensoren

U bent hier

Samenvatting

Dataverwerving

 

De sensoren

Radiometers

...een doordringende blik

Om alle details van een elektromagnetisch spectrum te analyseren gebruikt men de spectroradiometer. Hiermee kan men alle frequenties van het spectrum analyseren. Andere toestellen meten slechts de stralingsintensiteit van enkele frequenties (vensters).

Gewoonlijk werken deze toestellen met behulp van een gevoelig element (of sensor) dat een hoeveelheid elektrische stroom doorlaat in functie van de opgevangen elektromagnetische energie. Voor verschillende golflengten worden verschillende instrumenten gebruikt. Over het algemeen zijn deze instrumenten uitgerust met één enkele sensor en meten ze in een bepaald golflengte-interval. Het resultaat is een grafiek met de spectrale signatuur van dat voorwerp.

Door verschillende gevoelige elementen naast elkaar te zetten, kan men een sensormatrijs vormen. Elke individuele sensor reageert nog steeds als een spectroradiometer, maar als men de (digitale) resultaten van elke sensor beschouwt als de digitale waarden van een pixel, heeft men een beeldvormende spectroradiometer.
Zo zal een spectroradiometer met cellen gevoelig voor thermisch infrarood hogere waarden registreren in de warmste zones. Als "0 = zwart, 255 = wit" de conventie is voor het coderen van de pixels, komen deze warme zones overeen met de lichtere delen van het beeld.

Camera's

...of de grenzen van het menselijk oog

De golflengten die het menselijk oog kan onderscheiden (0,4 - 0,7 µm) komen overeen met een betrekkelijk smal deel van het elektromagnetische spectrum. Een beeldvormende radiometer die in dit deel van het spectrum werkt, bezit dus bijzondere eigenschappen, omdat het geregistreerde signaal (de lichtintensiteit) op het beeldsysteem aangegeven wordt met proportionele lichtintensiteiten. Deze eigenschap komt overeen met de werkingswijze van camera's.

Een kleurencamera is eigenlijk samengesteld uit 3 beeldvormende radiometers, die respectievelijk de frequenties van rood, groen en blauw filteren en registreren. Drie basisbeelden worden opgevangen en individueel verwerkt alvorens samengebracht te worden in een beeldverwerkingssysteem gebaseerd op additieve synthese van rood, groen, blauw.

Er bestaan twee types beeldvormende sensoren die in het zichtbare gebied werken: de videocamera's gebaseerd op kathodestraalbuizen ("vidicon") die een gevoelige zone aftasten en alle nieuwe modellen die gevoelige rasterelementen gebruiken die men CCD noemt ("Charge Coupled Device").

Gedurende lange tijd kon men digitale beelden van hoge kwaliteit slechts voortbrengen door ze vast te leggen op een fotografische drager, en vervolgens de films met behulp van scanners te digitaliseren.

 

In de teledetectie

Korte geschiedenis van de luchtfotografie

De geschiedenis van de luchtvaart begint nagenoeg gelijk met die van de fotografie, en de twee werden spoedig verenigd in de luchtfotografie, de voorouder van de huidige teledetectie.

Jarenlang was teledetectie gebaseerd op luchtfoto's en men had het nog niet over digitale beelden. Een vliegtuig uitgerust met speciale camera’s kreeg een foto-opdracht, en de films werden ontwikkeld en geanalyseerd na het einde van de vlucht. Door speciale films en filters te gebruiken, was het zelfs mogelijk een waaier van frequenties die normaal onzichtbaar zijn voor het blote oog (infraroodfotografie) vast te leggen. Alle na 1940 geproduceerde topografische kaarten van België zijn gebaseerd op luchtfoto's.

En dan zijn er de satellieten

Vanaf de eerste stappen van de mens in de ruimte heeft men geprobeerd het uitzonderlijke uitkijkpunt van een satelliet in een baan om de aarde te gebruiken om foto's van de aarde te maken, en het idee om continu satellieten in een baan rond de aarde te laten draaien werd al kort nadien verwezenlijkt.

De fototechniek was wel bevredigend, maar al gauw rees er een praktisch probleem: hoe kreeg men de opnamen die in de ruimte gemaakt werden snel op aarde? Sommige van de eerste spionagesatellieten in de koude oorlog maakten fotografische opnamen en als de film op was werd hij uit de satelliet geschoten en viel hij naar de aarde met een parachute. Het "pakje" werd gewoonlijk door een vliegtuig opgevangen voordat het op de grond terechtkwam. Deze procedure was niet echt praktisch en een groot aantal films is nooit onderschept.

Het grote voordeel van de digitale beelden is dat ze per radio naar de aarde gezonden kunnen worden (in de vorm van een reeks binaire gegevens), waar men ze opnieuw in beeldvorm omzet. 
Met de digitale sensoren kunnen ook delen van het elektromagnetische spectrum geanalyseerd worden die niet op fotofilms vast te leggen zijn. Door meer sensoren te plaatsen kan men het geanalyseerde spectrum vergroten. (Kleuren)fotografie daarentegen is beperkt tot de analyse van 3 spectrale banden.
Om de resolutie van de receptoren (het aantal pixels per beeld) te verhogen, gebruiken de ingenieurs die de sensoren van de teledetectiesatellieten gebouwd hebben het feit dat deze satellieten zich gelijkmatig verplaatsen. In plaats van om de paar seconden een volledig (vierkant) beeld te maken, zoals men met een vliegtuig doet bij het nemen van luchtfoto's, registreert de sensor van sommige satellieten loodrecht op zijn verplaatsingsas slechts één enkele lijn pixels (meestal met behulp van een aantal CCD-sensoren op één lijn). Het systeem is zodanig afgesteld dat de satelliet de nodige afstand afgelegd heeft in de enkele microseconden dat hij de lijn pixels verwerkt en registreert. In enkele seconden heeft de sensor van de satelliet zo de hele zone "afgetast" die hij moet dekken en wordt er lijn per lijn een beeld gevormd.