Chapitre 2: interactions lasers-surfaces

Question 1

Partie 1:

Answer 1

video 1

Question 2

Réflectance en lidar VS télédétection passive

Answer 2

en télédétection la réflectance enregistré par le satellite dépend de la position du soleil et du capteur du satellite.

en Lidar la réception va suivre le même trajet que le rayon incident puisque le laser est envoyé à partir du même point.

phénomène de HOT-SPOT, puisque la source “d’illuminations et de réception est au même endroit” la réflectance est plus élevée

**Phénomène de hot spot pas possible ne télédétection, car on causerai de l’ombrage si le récepteur se retrouve au même point de l’illumination (qui est le soleil)

Question 3

c’est l’état des objets à la surface qui influence leur réflectance

Answer 3

ex: humidité ou journée de pluie va affecter retour provenant du sol à 1064nm

Question 4

5min31

Answer 4

video 1 reprendre ici

Question 5

Portée formule

Answer 5

(Temps de parcours/ 2) x vitesse de la lumière

Question 6

facteurs influençant la portée de LIDAR

faire attention, car plusieurs compagnie va définir une portée maximale pour des objets ayant une réflectance de 90%

Answer 6

1. Le niveau de réflectance de la cible
2. Puissance du faisceau émis
3. portée maximale définie par le fabricant pour une cible ayant 10% de réflectance

Question 7

Puissance de laser à émission continue

Answer 7

En watts
1W= 1J/s

Question 8

14m

Answer 8

formules

Question 9

PRF unités

Answer 9

secondes^-1

Question 10

puissance maximale

Answer 10

pour une impulsions laser données, si le temps de l’impulsion est longue, la vague va s’aplatir pesner surf.

peak haut et court
on divise par le temps de chaque impulsion

Question 11

19m03 exemple de calcul

Answer 11

laser de 5W opère à 100kHz une impulsion de 10 ns

Ep= P/PRF = 5W/100 000 Hz (cycles par secondes)
=0.00005 donc 50u J (ou u = 10^-6)

Pmax= 5W/ (100 000 x (10x10^-9))
= 5kW

plus fréquence d’émission est haute et la durée longue, plus l’énergie et puissance max sont faible

Question 12

Quand on joue avec fréquence d’émission

Answer 12

on joue avec puissance de chaque impulsions
l’énergie de chaque impulsions va etre affectée negativement et notre puissance max et portée maxmimale

Question 13

un haut PRF

Answer 13

Diminue la puissance émise, mais augmente la résolution, donc les probabilité que des impulsions passent dans des trouées et atteignent le sol pour un couvert végétal

Question 14

équation lidar

Answer 14

video 1 chapitre 2 22min

le a est la réflectance apparente

Question 15

les surfaces ne sont pas vraiment lambertienne lors des levés lidar

Answer 15

car puisqu’on dirige les ondes à partir d’un point précis, il y a un plus grande retour dans cette direction

Question 16

normalisation de l’intensité

Answer 16

utilité de l’intensité des retours lidar et ce que ça représente.

plus on est haut, plus l’énergie enregistrée va être faible

ex: photographie avec l’intensité avec niveau de gris

Question 17

video partie 2

Answer 17

chapitre 2

Question 18

différence entre deux formes d’enregistrement de la mesure.
à gauche: niveau d’énergie du premier retour capté

à droite: On prend tous les retours jusqu’à celui du sol et on additionne le tout

Gauche (discrete return intensity)

Droite: full wave form sum

Answer 18

Pourquoi voit-on la foret à gauche (premier retour)et un champs gazonné à droite (full wave form, total).

toute l’énergie “disponible” se retrouve uniquement dans 1 seul retour, soit le premier, soit une fraction de l’énergie totale émise, mais à gauche si on prennait tous les retour aussi ça ressemblerait à droite aussi.

à droite c’est l’addition de toute l’énergie comme dans le cas de la réflectance apparente, une moyenne qui s’avère à être la réflectance totale (vrai) du la végétation.

la réflectance est pareil dans les deux cas 1064nm), juste pas la même quantité d’énergie enregistré, pas le full wave form sum à gauche

Question 19

intensité et réflectance d’objets

Answer 19

si on connait les signatures spectrales des objets, on peut choisir des longueur d’onde propice à ce levé, par exemple à 1500nm, grosse absorption de l’eau et haute transmittance des feuilles, donc distinguent le feuillage du tronc d’arbre. l’eau fait baisser réflectance des feuilles, le tronc et branches paraissaient beaucoup.

Question 20

FWF (full wave form), lidar a forme d’onde complete

et
lidar à retours discrets

Answer 20

le retour discret on enregistre le sommet (pente) de déterminer une distance.ici juste position à un point

FWF enregistre énergie reçue a un temps donnée, ce qui va décrire la forme de l’onde (à chaque nanoseconde) pour chaque impulsion

Question 21

distinguer

Answer 21

retours discret ou multiples

vs
FWF forme d’onde complète ou à retour continus (données bcp plus grande)

Question 22

retour multiples

Answer 22

vid 2 chapitre 2 9m48, on peut voir vrmt par couche ce que ca donne par exemple, premier retour canopé, 2e feuillage, 3e troncs, dernier sol ou presque dépendamment de l’énergie restant ou obstacles.

alors que le FWF va donner la somme de ses retours

Question 23

le FWF ou retours discrets

Answer 23

ne change pas l’information reçue, mais comment on la représente selon nos besoins, façon d’enregistrer et interpréter qui est différent

Question 24

lorsque plusieurs objets se retrouvent proches ils se font tous détecter par une seule onde (dans son diamètre d’impulsion)

Answer 24

l’interprétation de la vague de retour est donc difficile à analyser.

ex: video 2 chapitre 2 15m19

des fois on peut percevoir deux sommets, mais si les objets sont plus rapprochés, on ne distinguera plus qu’un seul sommet moyen.

c’est la résolution verticale

Question 25

réflectance moyen vs resolution verticale

Answer 25

réflectance moyen = réflectance se retrouvant à la moyenne de deux objets frappés par la vague

résolution verticale: distance à la quelle des objets contiguës peuvent être distingués

Question 26

image Riegl

Answer 26

qu’est-ce qui arrive quand on frappe une pente? ça va élargir l’impulsions/la vague

Question 27

types de retours

Answer 27

premier avec un seul retour d’une route, un seul retour mince avec le peak haut.

retour qui frappe bord de muret, deux retour d’amplitude différente un mini peu plus large, distance entre deux retour suffisament grand ce qui distingue les surfaces.

arbres/canopé:
plusieurs retour avec amplitude et largeurs différentes, avec vague confondues à certains points, à d’autres non

Question 28

contacts multiples et réflectance
18m44

Answer 28

fwf points rouge representent ENREGISTREMENT CONSTANT DE L’ÉNERGIE RÉFLÉCHIE.

donne vague avec amplitude variable, certaines vagues proches te d’autre confondues.

Question 29

enregistrement FWF

Answer 29

video 3

Question 30

comparaison du taux d’échantillonnage
3e video 3min30

FWF

Answer 30

même si on a un taux d’échantillonage plus haut, si l’onde est grande/grosse(2m), on va avoir mieux .chantillonée qu’avec un taux 2 fois plus vite avec une mini onde (1m).

la différence alors?

l’onde a 1m va avoir une meilleure résolution verticale, meilleure capacité à distinguer des objets

Question 31

relation entre fréquence d’émission (PRF) et impulsion envoyé

Answer 31

l’onde est plus longue quand on augmente la fréquence d’émission

le maximum de puissance diminue donc

et impact sur la qualité de la données

impulsion plus longue = résolution verticale plus faible

plus on baisse fréquence d’impulsions plus la résolution verticale est meilleure

Question 32

résolution verticale formules

8min41 video 3 de partie 2

le FWHM décrit 2 choses:
1. diametre de l’impulsion
2. la longueur de l’impulsion
dans les 2 cas la forme de l’énergie est une forme gaussienne. donc FWHM peut décrire longueur et diametre

Answer 32

r : impulsion

r= c x (FWHM/2)

ici le FWHM peut être décrit en temps ou en distance
réponse

(299 792 458 m/s x (8x10^-9s))2= 1,19m

ici le 8ns décrit le FWHM en terme soit de distance ou de temps on passe d’un à l’autre avec la vitesse de la lumiere et bam resolution verticale.

donc distance minimale pour distinguer 2 objets.

plus la vague est étroite/courte plus la résolution verticale va augmenter et va moins se fondre et avoir des peak distincts

Question 33

changement de la divergence des rayons laser

Answer 33

la circonférence du laser formé, s’il atteint une cible dans la périphérie, ce point va quand même être enregistré au centre du cercle.

taille de l’impulsion à un impact sur la précisions des points enregistré.

on peut s’assurer de prendre des coins de toit en voyant les retours multiples.

Question 34

raisons pour ajuster divergence du laser

Answer 34

divergence petite (faible), résultat plus précis (incertitude horizontale réduite), augmente énergie réfléchie

divergence haute, permet de voler plus bas, détection de petits objets comme fils électriques et sommet des arbres

Question 35

recap dews retours 18m video 3 chap 3

Answer 35

gauche, retour discret avec plusieurs retours
UNE SUITE DE VAGUE. on enregistre la position des sommets

FWF on est EN CONTINUE (UNE SUITE DE POINTS)

Question 36

FWF- retour multiples et divergence

Answer 36

dans le FWF on préfère une grande divergence plus grande élevée pour avoir des empreintes au qui se superposent, pour avoir une forme d’onde représentative.

en mode discret une divergence petite concentre l’énergie et permet de diminuer la durée de l’impulsion, meilleure résolution verticale

Question 37

Processus d’analyse de l’énergie retournée pour identifier les retours

Answer 37

ce qui se passe quand, pour une impulsion donnée, on enregistre une vague:
1.on détermine le nombre d’objets distincts
2. On détermine leur distance du scanneur
3. on utilise des fonctions continues pour décrire la forme de l’onde
4. calculs des paramètres additionnels comme la réfléctance

Question 38

Photon counting

Answer 38

Impulsions vrmt vrmt courtes (1ns) avec peu d’énergie.

but: description de la structure verticale de la surface.

on peut envoyer pleins au même endroit pour décrire ce qu’il y à la surface. ex : composition de l’atmosphère verticalement. impulsions courte= résolution verticale vrmt bonne, distinction des objets

Question 39

video 4

Answer 39

video4

Question 40

Photon counting

Answer 40

peu de puissance envoyé par impulsions et interpretation plus simple, au lieu d’une vague, on compte des photons

Question 41

a gauche vs a droite

Answer 41

Une seule impulsion qui mesure qques photons sur la même ligne (gauche), le capteur mesure plusieurs photons dans la même impulsion

à droite, plusieurs impulsions dans la meme direction, le capteur va mesurer un seul photon par impulsion

Question 42

incertitude relié aux pentes

Answer 42

les pentes augmentes l’incertitude horizontale et verticale.

cette incertitude peut aussi avoir lieu lors des visés latérales puisqu’il y a déformation du cercle en ellipse

Question 43

lorsque ellipse il y a discordance entre le centre géométrique de la forme et le centre du “peak” de l’énergie

Answer 43

il y a concordance lorsque cercle parfait.

la discordance va créer un enregistrement du peak de l’énergie non centré et va le centrer au centre geométrique, ce qui est faux

Question 44

À savoir

Answer 44

répondre aux questions

retour dicret: enregistre un peak

un FWF: enregistre un signal continu (toute la vague)

les deux système reçoivent la meme chose, c’est juste la façon dont c’est enregistré, le fwf enregistre aussi le retour discret.

en fait le retour discret est une interpretation du FWF ou on identifie le peak.