Semaine_3_Chapitre 2: Interactions laser-surfaces Flashcards
vidéo partie 1
vidéo partie 1
Réflectance: La quantité d’énergie qui est retournée vers le lidar.
Télédetection vs lidar
en Télédetection la géométrie d’observation (angle par rapport au objet) ainsi que des facteurs comme le soleil et le capteur peuvent influencer la réflectance.
Lidar: l’illumination et la réception suivent le
même trajet, autrement dit le point on on émet l’énergie va être la même point ou on va recevoir cette énergie.
cela signifie qu’on est toujours au “hot-spot” la réflectance de la cible est plus élevé puisque la source de l’illumination et l’observateur est au même endroit. la réflectance est plus haute que par exemple les observation avec le soleil et un observateur à un autre endroit (si on se place dans la même direction que le soleil avec un spectromètre on va créer de l’ombrage ce qui va influencer nos données en télédétection ).
récepteur au même endroit que l’émetteur = bonne réflectance
Avoir une meilleure réflectance est bénéfique pour le lidar pcq
Ce qu’on veut c’est recevoir le plus d’énergie en retour pour détecter tous les retours possible qu’on retrouve à la surface
Réflexion spéculaire: Situation problématique
les situation ou l’énergie réfléchie est dans une direction autre que celle de l’impulsion transmise (pas de retours)
Autre facteurs diminuant la réflectance
Notez que l’état des objets à la surface peut
influencer leur réflectance, p.ex., l’humidité
du sol après une pluie peut grandement
diminuer sa réflectance à 1064 nm. Ceci peut
résulter en moins de retours provenant du sol
si sol humide, à 1064 nanomètre, l’eau absorbe beaucoup ces rayons la
c’est souvent l’énergie du rayon
Portée des RETOURS:
portée en fonction du temps
qques définitions
la portée maximale dépend grandement de la réflectance de la surface
-La distance entre le capteur et la surface ayant
provoqué un retour (ou correspondant à un échantillon
d’amplitude) est appelée « portée ».
- Elle est calculée d’après le temps de parcours (aller-retour), lui-même mesuré à l’aide d’un oscilloscope àhaute fréquence (Time Interval Meter : TIM).
- Portée = temps de parcours / 2 * vitesse de la lumière
- Une portée est mesurée pour chacun des retours.
- L’erreur de mesure de portée se situe à moins de 15
cm (souvent beaucoup moins) pour une distance de
1000 m, avec une résolution de 1 mm.
Rappel: Résolution = distance le long du cercle verticale à laquelle un point va être mesuré
Portée d’un lidar
elle se définie comme la distance maximale à laquelle une cible peut être perçue par le lidar.
-Au-delà de la portée, l’intensité du faisceau laser réfléchie par la cible est trop faible pour être perçue par le capteur lidar.
Portée d’un lidar (suite)
les facteurs qui influencent
- La distance maximale pour percevoir une cible variera selon le niveau de réflectance de la cible.
-La puissance à laquelle le faisceau laser est émis fera
également varier la portée du lidar. (on peut faire varier cela)
- La portée est généralement définie par les fabricants de lidar comme la distance maximale à laquelle une cible avec une réflectance de 10% peut être captée.
** certain fabriquant vont parler de mètres au lieu de parler de pourcentage de réflectance**
tableau de la portée maximale en fonction de la réflectance de différents matériaux
la réflectance de l’objet est clé pour la porté, plus la réflectance est grande plus la distance de portée peut être grande.
** la portée est aussi dépendante de la puissance du laser, pas que de sa portée**
DNRO
et
DNRO étendue:
1- (distance nominale de risque oculaire):
Distance à laquelle l’exposition devient moindre
que l’exposition maximale permise.
2- Distance à laquelle l’exposition devient moindre
que l’exposition maximale permise, incluant l’utilisation de binoculaire, télescope, etc puisque l’utilisation de ces objets peuvent focusser les rayons vers notre œil causant des dommage beaucoup plus important.
Puissance émise et durée de l’émission (puissance d’un laser)
- Peut être exprimé en watt ou en joules 1W=1J/s
- Pour les laser à émissions continues souvent en CW, Watt
- Pour les lasers à pulses souvent en Joules (J)
-Joule= travail nécessaire pour passer un courant de
1ampère (A) avec une résistance de 1 ohm (Ω) pour une
seconde (1s)
- 1 ampère (A): intensité d’un courant constant qui a une force linéaire égale à 2×10E-7 newton par mètre
- Newton: force qui faut donner à une masse de 1 kilogramme pour lui donner une accélération de 1 m/s2
- Faro: 20-40 mW (10^-3)
- ALS: 1-2kW (10^3):Si la durée de l’impulsion (t) est de 10 ns (10^-9), l’énergie générée (E) est 20 µJ (10^-6)
{2x(10^3) x 10x(10^-9)= 0,00002= 20 (10^-6)}
-La puissance moyenne pour une fréquence d’émission (F)de 50 kHz sera E*F, soit 1W.
{20x(10^-6) x 50x(10^3)= 1W comme puissance moyenne pour chaque impulsion}
Relation puissance - fréquence
d’émission
Puissance (P)= laser opérant à ?W
PRF (fréquence d’émission), le nombre d’impulsion émis par secondes= ?Hz par secondes
tp = temps d’impulsion
Énergie d’impulsion (Ep)= J (unités)= P/PRF (puisque PRF c’est des hz et cela c’est des cycles par secondes alors on divise par s^-1)
Puissance maximale (Pmax)(joules/secondes)= P/ tp x PRF
• Plus la fréquence d’émission est élevée et que
la durée est longue, plus l’énergie et la
puissance maximale sont faibles
Par exemple: un laser de 5W operant a 100 kHz avec une impulsion de 10 ns:
Energie d’impulsion (Ep qui est en joules par secondes)= 50 uJ (10^-6)
et la puissance maximale (P_max)(joules/ secondes) = 5 Kw .
Equation:
1- (E_p) = 5W / 100(10^3)Hz = 50 (10^-6)W/s = 50uJ/s pcq 1W= 1J
2- Pmax = 5W/ 10x(10^-9) x 100 000Hz= 5kW/s
Conclusion:
plus fréquence d’émissions et durée d’impulsion est longue (PRF et tp) plus énergie d’impulsion est puissance maximale sont faible (Ep et Pmax)
Comme pour le surf on veut un pique qui est haut, donc il faut réduire le temps d’impulsions, on veut pas un pique bas et long
** Donc pour une même puissance on peut réduire la durée pour avoir un peak plus haut**
PRF et puissance
-Le PRF (fréquence d’émission) est limité par la capacité de recharger le
laser (temps de pompage), on fait donc un compromis entre un PRF élevé et une puissance élevée, si diminue la puissance de chaque impulsion ON AFFECTE LA PORTÉE MAXIMALE.
- normalement si on augmente la fréquence d’impulsion la puissance de celle-ci va etre affectée (moins grande) c’est un compromis.
- Pour le couvert végétal il y a qques options, il faut une grande puissance pour que ça passe à travers le couvert végétal et que ça touche le sol.
d’une autre coté une plus grande fréquence d’impulsion augmente la résolution (distance entre chaque point mesuré sur le cercle vertical), ce qui donne une plus gros nuage de points et qui peut etre bien pour la quantité de données, donc quantité vs qualité?
Normalisation de l’intensité
on utilise l’intensité du retour en lidar, c’est une information importante
-L’intensité du retour lidar est fonction de la
distance, de la réflectance de la cible, et de la
fraction d’énergie de l’impulsion qui frappe la
cible
- Distance
- réflectance de la surface
- fraction d’énergie d’impulsion qui frappe la cible (ex: 50% de l’impulsion frappe la cible qui a une réflectance de 50% il reçoit donc 50% de 50% de l’impulsion)
Normalisation de l’intensité (suite)
- Pour interpréter la réflectance, on doit donc
tenir compte des retours multiples et
normaliser pour éliminer l’effet de la distance
Figure de page 21
on dirait une image mais c’est des retours d’INTENSITÉ lesquels sont affiché selon une valeur de ton de gris selon leur intensité
FIN PARTIE 1
FIN PARTIE 1
PARTIE 2
PARTIE 2
Par quoi peuvent être causées les différences
d’intensité entre les arbres et le gazon?
Photo de gauche: premier retour d’intensité, on affiche son niveau d’intensité
Photo À droite (full wave form): addition des tous les retours à droite
sur la photo on apperçoit un champ gazonée dans la partie de droite et une forêt dans la partie de gache, mais pk y-a-t’il une si grosse différence? sur les deux photos?
sur la partie gazonnée il y a un seul retour, toute l’énergie est concentré sur ce retour la.
En foret puisque le temps s’élargie entre le cime de l’arbre et le sol l’énergie devient distribué entre les différents retours et souvent le retour du top de l’arbre et son énergie va être basse en raison du phénomène de la “RÉFLECTANCE APPARENTE” c’est ce qui arrive sur la photo de GAUCHE dans la partie de la foret.
Mais sur la partie de droite avec l’addition de tous les retour, dans la partie de foret si on addition toute l’énergie des impulsions elle va être comme le gazon puisque c’est de la végétation
à 1064, l’intensité du retour de réflectance du gazon ou d’une branche est sensiblement pareil
Intensité et réflectance des objets
à proche de 1500 nm l’eau a une grosse absorbance et descend la réflectance des feuilles (l’eau contenu dans les feuilles).
c’est entre autre la raison pour laquelle les feuilles ont une réflectance différentes du bois, une partie se fait absorber par l’eau dans les feuilles.
différents objets ont différentes propriété spectrales différentes provenant de l’énergie laser réfléchie.
