Introduction au lidar Flashcards
Cours magistral video 1
le laser: principes physique et historique du lidar
représentation de l’OEM (Onde électro magnétique)dans le temps, il est fonction de quoi?
1- Période: T(s), temps pour compléter un cycle (d’un sommet à un deuxième sommet).
2-Fréquence f(Hz)= 1/T. nombre de cycles par secondes.
3-Féruqnce angulaire: w(oméga) rad/s= 2xPixf = 2xpi/T.
c’est le nombre de radians par secondes
4- Longueur d’onde: A (Lambda) (m): distance pour compléter un cycle
5- N’ombre d’onde: K (rad/m)= 2xPi/ A
nombre de cycles par mètres
Principe de mesure
onde avec une fréquence qui voyage à la vitesse de la lumière, connaissant sa vitesse on peut en déduire la distance avec le temps pris pour un enregistrement
Si c’est le même principe qu’un station totale, alors quelle est la différence?
pour une station totale on a un prisme que l’on vise qui permet le retour de toute l’énergie laser envoyée.
avec un LIDAR toute cette énergie part dans toutes les directions, car on vise une surface et non un prisme
Vitesse de phase (v) en m/s
v = delta_x/delta_T
v = A(Lambda)/ T
v = A(lambda) x (1//T)
v = A(Lambda) x f
v = 2 x Pi x f x A(Lambda) / 2 x Pi
v = 2 x Pi x f / (2 x Pi / A (Lambda)))
Quelle est la vitesse de propagation (ou célérité) de la lumière?
définition du mètre est la longueur d’une onde parcourue pendant
1/ 299 792 458 secondes
la célérité (c)= 299 792 458 m/s
OEM
longueur d’onde est inversement proportionnel à leur fréquence
c’est à dire, plus la longueur d’onde est petite plus la fréquence est élévée.
donc:
longueur d’onde petite (bleu), fréquence haute
longueur d’onde grande (rouge)
fréquence basse
ordre de grandeur du spectre électromagnétique
nanomètre, soit 10^-9 m
bleu 400 nm (plus petit)
rouge 700nm (plus grand)
le spectre d’émission va déprendre de quoi?
sa température, cette énergie est fonction de sa température
Émission d’énergie électromagnétique
toute substance émet de l’énergie électromagnétique selont sa température.
Plus les niveaux énergétique des photons sont élevés c’est plus leur température est élevé.
Cours magistral partie 2
Cours magistral partie 2
l’énergie d’un photon est fonction de quoi?
il est fonction de sa fréquence ou inversement proportionnel à sa longueur.
Ce qui veut dire, que plus sa longueur d’onde est petite, plus son énergie est grande
formules
Lambda = longueur d’onde
1- f= c/ A(lambda), ce qui veut dire que plus la longueur d’onde est courte, plus la fréquence est haute
2- f= E/h
3- E= h x c / A(lambda)
h= 6.62606896 (33) x 10^-34
Énergie d’un photon
4^-19 joules
valeur d’un electon volt (eV)
1.6^-19 joules
longueur d’onde du visible
1.8 eV(rouge)
3.1 eV (violet)
Acronyme LASER
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
Stimulated emission of radiation
les Électrons peuvent se déplacer sur différents orbites par ÉMISSION ou ABSORPTION d’un photon avec l’énergie correspondante à une différence de potentiel entre 2 orbites.
donc c’est la capacité d’émettre ou d’absorber de la radiation
la distance entre 2 orbites correspond à quoi?
la distance entre 2 orbites correspond à une certaines quantité d’énergie qui peuvent varier selon les atomes et molécules
Émission Stimulée **
ce phénomène fait du laser
électron autour d’un orbite excité par application de lumière. l’électron dans un état d’excitation va émettre un photon par ÉMISSION SPONTANÉE.
SI UN PHOTON frappe un électron excité avant l’émission spontanée, le photon relâché par la collision sera identique au photon qui a provoqué la collision. c’est une émission STIMULÉE
ÉMISSION STIMULÉE PROPRIÉTÉS
1- meme l’ongueur d’onde que photo ayant provoqué collision.
2- les photons sont en phase ()
3- Ils voyagent dans la même direction
4- Ils ont la même polarisation
RÉSULTAT:
lumière laser est:
1- monochromatique (une seule même longueur d’onde)
2-directionnelle
3-cohérente (en phase), regroupé en faisceau
Interaction d’une onde avec une surface.
Lorsqu’un faisceau atteint une surface (Incident I) il y a 3 possibilités
1- (R) réfléchie, renvoi dans le milieu incident sans modification de la longueur d’onde.
2- (A) absorbée, absorption de l’énergie par la cible
3-(T) Transmise, transmission du faisceau à travers la cible, provoque changement de la direction, propagation et longueur d’onde lorsque célérité change (quand n change)
CES INTERACTIONS DÉPENDENT DES PROPRIÉTÉS SPECTRALES DES ÉLÉMENTS EN SURFACES ET DE PROBABILITÉ ET PROPRIÉTÉ DES ATOMES IMPLIQUÉES.
LE CAPTEUR ENREGISTRE QUOI?
LA RÉFLECTANCE
la réflections, donc les rayons refléchies des différentes surfaces et leur propriétés spectrales
longueur d’onde populaire pour aéroportée normale
1064nm, soit du proche infrarouge
car cette longueur d’onde perçoit un plus grand pourcentage de réflectance pour un plus grand nombre de cible.
NE CAPTE PAS L’EAU
longueur d’onde pour bathymétrie?
532 nm (1064/2), ce retrouve dans la longueur d’onde du vert qui pénètre bien dans l’eau
Propriété spectrales
E_I_Lambda= E_R_Lambda + E_T_Lambda + E_A_Lambda
I= R + T+ A
transmittance de la végétation graphique 18m51
proche du infrarouge (1000 nm) on remarque grosse réflectance et transmittance et donc une petite absorptance.
donc bonne chance d’etre transmis à une autre surface
Type de réflexion
- réflexion diffuse, sur des surface lambertienne. photon réfléchie de façon aléatoire
2.Réflexion spéculaire, sur de type spéculaire, eau calme, miroir, donc moins de chance d’avoir un retour
absorption par l’atmosphère
certaines région du spectre OEM sont presque entièrement absorbé par l’atmosphère
Chapitre 1 video 3 partie 3
Amplitude modulated continuous wave
Pour le phase shift
1. La plus basse fréquence (longueur d’onde la plus grande) détermine la portée théorique maximale.
- La plus haute fréquence (longueur d’onde courte, détermine précision)
précision 1m27 ***
Données de base du Lidar terrestre
données enregistrées: une nuage de points qui comprend
1.points en xyz
2. Intensité du signal
3. intensité du RGB enregistré par camera (si présente)
certains instrument pour les enregistrement: à voir plus tard
1. retours multiples
2. FWF (full wave form)
3.déviation standard de l’impulsion reçu
27m59
alignement des scan
3 façons d’aligner les scans terrestre
scan à gps et compas pour azimuth pour se placer plus ou moins
- Direct: se mettre en station et faire back sight sur point connu, à l’aide de d’autres instruments
- Indirect #1 utilisation de cibles, des boules ou target ou ruban reflechissante (retour du signal vrmt fort), un minimum de 3 cibles visibles, cette cible est. Les cibles doivent etre reparti avec un Z différents, donc pas tous au même niveau, avoir une solutions soilde
Inidrect#2: image de points à nuage de points, avec des algorithme avec scans relativement proche et place le scan avec un autre pour que le plus de points correspondent le plus possible (scan à scan)
positionnement de scanneurs
- couverture maximale de la zone
relever - angle d’incidence et distance des objets à scanner.
points fantômes**
7m52 video 4
exemple lidar aéroporté: les longueur de l’onde en aéroporté sont plus grande, approximativement 2m, s’il y a par exemple 2 points frappés à une distance inférieure à ce 2 m, l’enregistrement va se retrouver entre ces deux points puisque les 2 objets sont trop proche et sont alors fondu ensemble.
