Teledetekcja - technologia zajmująca się pozyskaniem, przetwarzaniem i interpretowaniem danych przestrzennych w postaci informacji obrazowej, otrzymywanej w wyniku rejestracji promieniowania elektromagnetycznego odbitego lub emitowanego przez różnego rodzaju obiekty środowiskowe.
Fotogrametria i fotointerpretacja Wykonane zobrazowania teledetekcyjne mogą być wykorzystywane do celów pomiarowych oraz do celów interpretacyjnych.
Fotogrametria - nauka zajmująca się odtwarzaniem wymiarów obiektów terenowych np. na podstawie zdjęć lotniczych. Fotointerpretacja - dziedzina wiedzy zajmująca się wykrywaniem, rozpoznawaniem i charakterystyką obiektów, procesów i zjawisk na podstawie zdjęć lotniczych i satelitarnych.
Sposoby pozyskiwania teledetekcyjnej informacji obrazowej Zależnie od pułapu wykonywanych zobrazowań:
•systemy teledetekcji z pułapu satelitarnego
•systemy teledetekcji z pułapu samolotowego
•naziemne systemy teledetekcyjne (np. radarowe)
Zależnie od wykorzystywanego sprzętu: aparaty fotograficzne, kamery wideo, skanery, urządzenia radarowe Zależnie od formy zapisu obrazów: •forma analogowa
•forma cyfrowa Zależnie od nośników wykorzystywanych do zapisu: •klisze fotograficzne
•taśmy magnetyczne •nośniki elektroniczne Zależnie od formy barwnej: •obrazy czarno-białe (w odcieniach szarości)
•obrazy w barwach naturalnych •obrazy w barwach umownych
Sposoby pozyskiwania teledetekcyjnej informacji obrazowej W przypadku obrazów teledetekcyjnych zarejestrowanych pierwotnie w postaci analogowej (zdjęcia lotnicze, obrazy wideo zapisane w postaci magnetycznej) w celu integracji z innymi danymi przestrzennymi zachodzi konieczność przetransformowania ich na postać cyfrową poprzez zastosowanie skanerów.
Cyfrową formę obrazu teledetekcyjnego uzyskuje się często bezpośrednio w systemach rejestracji obrazów teledetekcyjnych (w skanerach optycznych i mechanicznych montowanych na satelitach i w samolotach, w urządzeniach radarowych i laserowych, różnych typach kamer cyfrowych).
Formy obrazów teledetekcyjnych Cyfrowe obrazy teledetekcyjne charakteryzują cztery typy rozdzielczości:
•przestrzenna - charakteryzująca terenowy wymiar piksela w obrazie teledetekcyjnym, •spektralna - podająca specyficzny zakres długości fali promieniowania elektromagnetycznego, które może zapisać czujnik promieniowania; •radiometryczna - precyzująca liczbę poziomów, na które jest podzielony zakres sygnału odbieranego przez czujnik; rozdzielczość radiometryczna jest podawana w bitach. •czasowa - określająca, jak często w systemach teledetekcyjnych czujnik może otrzymać informację z tego samego fragmentu terenu.
Przetwarzanie obrazów teledetekcyjnych Przykładami analogowego przetwarzania są procedury:
•otrzymywania produktów pochodnych w formie analogowej z oryginalnych zdjęć lotniczych, •tworzenia modelu stereoskopowego z analogowej formy zdjęć lotniczych i zmiany skali tego modelu, wykorzystujące optykę przyrządów stereoskopowych, •usuwania zniekształceń geometrycznych, występujących na zdjęciach lotniczych z powodu pochylenia osi kamery. Potencjalne zastosowanie teledetekcji w leśnictwie najczęściej będzie dotyczyło następujących typów przetworzeń: •rektyfikacja, mozaikowanie, wzmocnienia, zmiany jasności i kontrastu, filtracje cyfrowe, nakładanie (merging) operacje międzykanałowe, klasyfikacje
Rektyfikacja obrazów Rektyfikacje obrazów zmierzają do przetworzenia geometrycznie i radiometrycznie zniekształconych obrazów oryginalnych, w celu uzyskania najbardziej wiarygodnej geometrycznie i spektralnie sytuacji terenowej. Dla usunięcia zniekształceń geometrycznych obrazów teledetekcyjnych terenów płaskich lub fragmentów obrazów terenu o zróżnicowanej rzeźbie wykorzystywane będą dane SIP.
Najtrudniejsze do usunięcia są zniekształcenia geometryczne, powstałe w wyniku odwzorowania przez system teledetekcyjny zróżnicowania wysokościowego terenu. Te sposoby przetwarzania obejmują m.in. technologię ortofoto i wykorzystują do usuwania zniekształceń geometrycznych obrazów cyfrowy model wysokościowy terenu, uzyskiwany odrębną technologią geomatyki.
Mozaikowanie obrazów Mozaikowanie obrazów cyfrowych jest procedurą zmierzającą do utworzenia jednego obrazu ze zbioru kilkunastu lub nawet kilkudziesięciu obrazów składowych. Jest wykorzystywane do sporządzania map obrazowych obejmujących obszar większy niż pojedyncze zdjęcie lotnicze czy obraz satelitarny. Charakterystyczną cechą mozaikowania jest nałożenie cyfrowe zachodzących częściowo na siebie obrazów, które mogą pochodzić z różnych systemów teledetekcyjnych. W mozaikowaniu obraz górny pokrywa obraz dolny w sposób, który w obrazie |
wynikowym umożliwia obserwację tylko obrazu górnego.
Zdjęcia lotnicze O wyborze typu samolotu (śmigłowca) decydują określone warunki techniczne:
•prędkość lotu, •prędkość wznoszenia, •stateczność lotu, •długość drogi startu i lądowania, •możliwość osiągnięcia określonego pułapu, •możliwość umieszczenia kamery w pobliżu środka ciężkości samolotu
Zdjęcia lotnicze - rodzaje W zależności od położenia osi optycznej kamery, zdjęcia lotnicze dzielą się na:
pionowe , ukośne , ukośne perspektywiczne
Utrzymanie w pionie osi kamery w trakcie fotografowania z pokładu samolotu (śmigłowca) jest niemożliwe.
Jako zdjęcia pionowe traktuje się obrazy uzyskane przy odchyleniu osi kamery od pionu w granicach do 3o.Najczęściej odchylenie to wynosi około 1o - 1o5'.Stosując stabilizację żyroskopową, można uzyskać odchylenie osi od pionu nie przekraczające 3' - 5'.
Zespół zdjęć - wszystkie zdjęcia lotnicze wykonane dla danego fragmentu terenu. Szereg zdjęć - kolejne zdjęcia wykonane w określonych odstępach czasu, w czasie jednego przelotu nad fotografowanym terenem. W zależności od wielkości fotografowanego obszaru i rodzaju użytego sprzętu fotograficznego (ogniskowa obiektywu) zespół zdjęć może się składać z jednego lub kilku szeregów. Pokrycie podłużne - „nakładanie” się zdjęć krawędzią prostopadłą do kierunku nalotu (dotyczy nakładania się zdjęć w ramach danego szeregu). Pokrycie poprzeczne - „nakładanie” się zdjęć krawędzią równoległą do kierunku nalotu (dotyczy nakładania się szeregów). Pokrycie podłużne, zwane pokryciem w szeregu (p) - dla celów prawidłowego odwzorowania fotografowanego terenu wymaga nakładania około 60% powierzchni. Dla opracowywania modelu stereoskopowego pokrycie w szeregu nie powinno być mniejsze niż 50%.
Pokrycie poprzeczne, zwane nakładaniem się szeregów (q) - dla celów prawidłowego odwzorowania fotografowanego terenu wymaga nakładania około 30% powierzchni.
Skala zdjęć lotniczych Skala zdjęcia lotniczego - stosunek długości odcinka na zdjęciu do długości odpowiadającego mu odcinka w terenie. Wynik zapisywany jest w postaci ułamka 1/m lub 1 : m. Jeżeli oś kamery jest prostopadła do fotografowanego terenu, a teren jest płaski i poziomy, a ogniskowa kamery (f) jest stała, to skala zdjęcia jest odwrotnie proporcjonalna do wysokości na jakiej znajduje się kamera (H).
Zdjęcia lotnicze - wybór emulsji i terminu Właściwości informacyjne zdjęć lotniczych można podwyższyć, jeżeli wykonuje się je w takich porach roku lub w takich zakresach spektrum, w których gatunki drzewiaste posiadają największe różnice w jasności spektralnej.
•w okresie letnim najlepsze rezultaty uzyskuje się na materiałach spektrostrefowych; ułatwiają one: -ustalenie granic wyłączeń drzewostanowych, -określenie składu gatunkowego drzewostanów, -oddzielenie gatunków iglastych i liściastych, -wyodrębnienie drzew porażonych i chorych, •materiałów spektrostrefowych nie powinno się stosować wiosną oraz jesienią.
•w okresie letnim dobre rezultaty uzyskuje się także na materiale infrachromatycznym (podczerwień rejestrowana w odcieniach szarości), •w okresie letnim wykorzystuje się także materiały rejestrujące barwy naturalne, •wiosną lub jesienią najlepiej wykorzystywać materiały panchromatyczne - w tym czasie występują największe różnice w jasności spektralnej widzialnej części widma (wiosna w zakresie 500-600 nm, jesienią 600-700 nm), •materiałów panchromatycznych nie zaleca się stosować w okresie letnim.
Przetwarzanie obrazów teledetekcyjnych Wyróżnia się w nim następujące grupy przetworzeń: •zmiany jasności i kontrastu, filtracje cyfrowe, nakładanie obrazów (tzw. merging), operacje międzykanałowe. Wzmocnienia obrazów
są procedurami zmierzającymi do optymalnego przygotowania obrazów do interpretacji tematycznych lub uzyskania danych liczbowych istotnych dla użytkownika. Ten typ przetworzeń jest często utożsamiany z całym procesem cyfrowego przetwarzania obrazów teledetekcyjnych.
Zmiany jasności i kontrastu obrazów są najczęściej używanymi procedurami cyfrowego przetwarzania obrazów w poszczególnych kanałach rejestrowanego promieniowania. Stosowane są wtedy, kiedy w oryginalnych obrazach, po ich wizualizacji, stwierdza się niewielki zakres radiometrycznej jasności pikseli. Zmiany jasności i kontrastu przetransformowują zakres jasności pikseli obrazu oryginalnego na inne zakresy jasności w wizualizowanym obrazie na ekranie komputera.
Filtracje cyfrowe obrazów Filtracje cyfrowe są zaliczane do najbardziej wyrafinowanych sposobów lokalnego, wielopikselowego przetwarzania obrazów cyfrowych. Działają w kierunku uczytelnienia szczegółów, wzmocnienia lub osłabienia wyrazistości elementów liniowych w obrazie oraz często w kierunku osłabienia zakłóceń |
radiometrycznych. Najczęściej stosowaną techniką przetworzeń w filtracjach cyfrowych jest budowa matrycy kwadratowej z różnymi wartościami liczbowymi w poszczególnych polach matrycy, nałożenie tej matrycy na przetwarzany obraz, a następnie wykorzystanie wartości liczbowych pól matrycy i wartości radiometrycznych pikseli obrazu w obrębie matrycy do wyliczenia nowych wartości pikseli obrazu przetwarzanego.
Nakładanie obrazów zwane mergingiem, powoduje nałożenie dwóch różnych obrazów cyfrowych na siebie. Efekt nałożenia,jest widoczny w postaci obrazu wynikowego, który zachowuje informację z obydwu nakładanych obrazów. Procedury mergingu są powszechnie wykorzystywane w celu połączenia obrazów teledetekcyjnych o różnej rozdzielczości terenowej. Operacje międzykanałowe Operacje międzykanałowe wykorzystują informację o jasnościach radiometrycznych pikseli pochodzących z różnych kanałów wielospektralnego obrazu teledetekcyjnego.
Klasyfikacje obrazów Klasyfikacje są procedurami zastępowania wizualnych analiz obrazu technikami automatycznej identyfikacji klas obiektów w obrazie. Procedury klasyfikacji mogą wykorzystywać algorytmy klasyfikacyjne opierające się na cechach spektralnych obrazów. Do klasyfikacji nadzorowanej i nienadzorowanej można używać zarówno kanałów z oryginalnego obrazu teledetekcyjnego, jak i sztucznie utworzonych kanałów, dla których wartości poszczególnych pikseli są wyliczane poprzez operacje międzykanałowe.
Materiały pochodne zdjęć lotniczych W fotogrametrii i fotointerpretacji często wykorzystywane są pochodne zdjęć lotniczych:
•powiększenia zdjęć lotniczych •fotoszkic •fotoszkic ulepszony •przetworzone zdjęcia lotnicze •fotomapa •ortofotomapa •stereoortofotomapa
Powiększenia zdjęć lotniczych Wykonuje się aparatami, które posiadają wysokiej klasy obiektywy (pozbawione dystorsji). Chodzi o to, żeby w trakcie tego procesu nie stracić nic z wartości pomiarowych zdjęć. Powiększenia zdjęć są bardzo dobrym materiałem do wykonywania terenowych prac fotointerpretacyjnych. Tym samym sprzętem można oczywiście wykonać również i pomniejszenia zdjęć (np. dla celów przeglądowych).
Fotoszkic Materiał ten powstaje przez naklejenie poszczególnych odbitek stykowych zespołu zdjęć z danego obszaru na sztywny karton, aby tworzyły one jednolity obraz fotograficzny terenu. Przy sporządzaniu fotoszkicu kierujemy się tylko sytuacją na brzegach poszczególnych odbitek. Zbędne części odbitek odcinamy wzdłuż dowolnych linii (należy unikać cięcia w wzdłuż liniowych szczegółów terenowych).
Fotoszkic ulepszony Fotoszkic ulepszony zestawia się z odbitek sprowadzonych do wspólnej określonej (przybliżonej) skali. W tym celu określa się skalę poszczególnych zdjęć na podstawie mapy, a następnie drogą zwykłego przefotografowania na aparacie do wykonywania powiększeń, sprowadza się je do wspólnej skali. Występują pewne zniekształcenia.
Przetworzone zdjęcia lotnicze Przetworzone zdjęcia lotnicze otrzymujemy drogą odpowiedniego przefotografowania oryginalnych negatywów tak, aby doprowadzić je do jednolitej i z góry założonej ścisłej skali. Podczas tej czynności likwidowane są błędy z tytułu pochylenia zdjęć lotniczych, pozostają jednak zniekształcenia wywołane deniwelacją terenu. Najlepsze z terenów płaskich.
Fotomapa powstaje przez odpowiednie ułożenie, przycięcie i przyklejenie przetworzonych, najczęściej metodą fotomechaniczną, zdjęć lotniczych. Fotomapa zawiera bogatą treść sytuacyjną w postaci obrazu fotograficznego, takiego samego, co oryginalne zdjęcie lotnicze, a więc są na niej wszystkie szczegóły, jakie istniały w terenie w momencie fotografowania. Fotomapa jest dokumentem kartogrametrycznym.
Ortofotomapa powstaje przez odpowiednie zestawienie przekształconych zdjęć lotniczych, będących rzutem środkowym zdjętego terenu, na równoważne zdjęcia, które będą rzutem ortogonalnym. Ortofotomapa jest zatem materiałem pozbawionym zniekształceń wywołanych deniwelacją terenu.
Stereoortofotomapa Stereoortofotomapa umożliwia stereoskopową obserwację zdjętego terenu. Obraz przestrzenny powstaje przez jednoczesną obserwację ortofotomapy i specjalnie wykonanego dodatkowego zdjęcia. Z lewego zdjęcia stereogramu powstaje ortofotomapa, a z prawego stereokomponent.
Ocena wykonanych zdjęć lotniczych Ocena materiałów fotogrametrycznych przeprowadzana jest pod kątem ich jakości fotogrametrycznej i fotograficznej. Ocena jakości fotogrametrycznej przeprowadzana jest na podstawie oceny stopnia zgodności parametrów technicznych wykonanych zdjęć z projektem nalotu. Dokonujemy wizualnie. Należy zwrócić uwagę na to, czy: •cały wybrany teren został pokryty zdjęciami,
|
•zachowany jest procent pokrycia podłużnego, •zachowany jest procent pokrycia poprzecznego, •nie istnieją przerwy absolutne lub fotogrametryczne (przerwy absolutne są wówczas, gdy fragment terenu nie odfotografował się na żadnym zdjęciu; fotogrametryczne - gdy odfotografował się tylko na jednym zdjęciu i nie będzie można obserwować tego fragmentu terenu stereoskopowo), •szeregi są prostolinijne, •nie występuje "jodełka" (nie uwzględniono kąta znosu), •zdjęcia są pionowe (wskazania libelki), •zdjęcia wykonano z tej samej wysokości (różnice wysokości nie powinny przekraczać 5%).
Wykorzystanie zdjęć lotniczych w urządzaniu lasu O przydatności zdjęć lotniczych decydują - dokładność i wiarygodność odczytywanej z nich treści, tzn. szczegółów dotyczących cech lasu, jego elementów taksacyjnych. Ta precyzja i wiarygodność zależą w dużym stopniu od warunków w jakich zdjęcia są wykonywane. Wpływ maja tutaj zarówno czynniki przyrodnicze: struktura krajobrazu, charakter drzewostanów, pora wykonywania zdjęć, aspekt fenologiczny, warunki oświetlenia i stan atmosfery. Technicznych zalicza się typ kamery lotniczej, rodzaj filtru optycznego i materiału światłoczułego oraz sposób obróbki i przetwarzania zdjęć.
Wykorzystanie zdjęć lotniczych w inwentaryzacji lasów nizinnych Jedna z technik stosowanych w fotografii lotniczej posiada szczególne właściwości odwzorowywania roślinności. Wykorzystuje się w niej film spektrostrefowy, którego jedna z warstw emulsji rejestruje promieniowanie podczerwone. Takie zdjęcia odzwierciedlają nawet niewielkie zmiany zawartości wody i barwników w liściach, co najczęściej wiąże się z chorobami roślin. Fotografia spektrostrefowa wydobywa obraz patologicznych zmian lasu, które nie są widoczne na zdjęciach w widzialnym zakresie spektrum. Do szczegółowych opracowań dotyczących kondycji drzewostanów wykonuje się najczęściej zdjęcia w skali 1:8000 ,1:10000.
Interpretacja obszarów leśnych na podstawie barwnych zdjęć lotniczych w podczerwieni umożliwia wydzielenie dwóch kategorii informacji: 1) opisujących jakościowy stan lasu: zróżnicowanie gatunkowe, zasobność w aparat asymilacyjny, udatność upraw, prawidłowa lub patologiczna forma korony, częściowe lub całkowite zamieranie koron, 2) opisujących stan powierzchni leśnej: przestrzenny rozkład struktury gatunkowej, przestrzenny rozkład struktury wiekowej, zwarcie, luki, gniazda, zwartość kompleksu leśnego.
Obrazy satelitarne Od lat '70 Obrazy satelitarne odbierane są za pomocą kamer fotograficznych tworzących mapy analogowe oraz skanerów, kamer i radarów umożliwiających tworzenie obrazów w zapisie cyfrowym. Zakres możliwości wykorzystania tych urządzeń jest duży, ponieważ odbierają one nie tylko promieniowanie w zakresie widma widzialnego, ale również w podczerwieni i w zakresie widma termalnego.
W Polsce, w 1975 roku, wykorzystano zdjęcia satelitarne do wielkopowierzchniowej inwentaryzacji uszkodzeń drzewostanów sosnowych spowodowanych żerem poprocha cetyniaka w OZLP Białystok.
Landsat (USA) - satelity umieszczane na orbicie od 1972 r. Okrążają one Ziemię na wysokości 705 km w czasie 92 minut po orbicie kołowej, posiadają rozdzielczość czasową 16 dni. Na pokładzie satelity Landsat 5 pracuje skaner o nazwie Thematic Mapper (TM), który obrazuje powierzchnię Ziemi w pasie o szerokości 180 km w siedmiu kanałach spektralnych jednocześnie, w tym - w kanale termalnym. Pasy dzieli się na sceny 180 km x 180 km oraz ich ćwierci po 90 km x 90 km.
Kanały spektralne satelity Landsat TM znajdują następujące zastosowania: •kanał 1 (niebieski), o rozdzielczości spektralnej 0,45-0,52 µm, użyteczny jest w kartowaniu stref przybrzeżnych mórz i większych jezior, rozróżnianiu gleb i zbiorowisk roślinnych, a także w identyfikacji elementów antropogenicznych, •kanał 2 (zielony), o rozdzielczości spektralnej 0,52-0,60 µm - stosowany w określaniu stanu zdrowotnego roślinności oraz identyfikacji elementów kulturowych, •kanał 3 (czerwony), o rozdzielczości spektralnej 0,63-0,69 µm, umożliwia rozróżnianie obszarów różniących się składem gatunkowym roślinności, granic zasięgów gleb i podłoża geologicznego,
•kanał 4 (odbita podczerwień), 0,76-0,90 µm, wykorzystywany do oceny przyrostu biomasy w okresie sezonu wegetacyjnego oraz do identyfikacji upraw rolniczych i granic pomiędzy terenami lądowymi i wodami, •kanał 5 (średnia podczerwień), 1,55-1,74 µm, stosowany do badania bilansu wodnego i stanu zdrowotnego roślin, •kanał 6 (podczerwień termalna), 10,40-12,50 µm, służy do określania stopnia zagrożenia roślinności, zmian w środowisku wywołanych emisją ciepła sztucznego, •kanał 7 (średnia podczerwień), 2,08-2,35 µm, pomocny w określaniu formacji geologicznych, typów gleb i stopnia uwilgocenia gleb.
SPOT (Francja) - okrąża Ziemię w czasie 101 minut, na wysokości 832 km, po orbicie kołowej, prawie okołobiegunowej. Nad tym samym punktem globu znajduje się co 26 dni. Częstość wykonywania zobrazowań tego samego wycinka
|