Fotogrametria i SIP_wyklad_7_ZSZ_teledetekcja+satelity

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Teledetekcja

Teledetekcja
technologia

zajmująca

się

pozyskaniem,

przetwarzaniem

interpretowaniem  danych  przestrzennych  w  postaci  informacji
obrazowej,  otrzymywanej  w  wyniku  rejestracji  promieniowania
elektromagnetycznego  odbitego  lub  emitowanego  przez  róŜnego
rodzaju obiekty środowiskowe.

Teledetekcja
badanie powierzchni Ziemi z odległości przy wykorzystaniu do tego celu

promieniowania elektromagnetycznego emitowanego lub odbitego od
obiektów materialnych.

Teledetekcja
technika zdalnego pozyskiwania danych, które są

przestrzennie

odniesione do powierzchni Ziemi.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Fotogrametria i fotointerpretacja

Fotointerpretacja
dziedzina wiedzy zajmująca się wykrywaniem, rozpoznawaniem i

charakterystyką obiektów, procesów i zjawisk na podstawie zdjęć
lotniczych i satelitarnych.

Wykonane zobrazowania teledetekcyjne mogą być wykorzystywane

do celów

pomiarowych

oraz do celów

interpretacyjnych

Fotogrametria
nauka zajmująca się odtwarzaniem - na podstawie zdjęć lotniczych (lub

innych obrazów teledetekcyjnych) wymiarów obiektów terenowych.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Fotogrametria i fotointerpretacja – rys historyczny

• 1827 – Francuz J.N. Niepce otrzymał pierwszy obraz (na metalowej

płytce)

• 1839 – wynalezienie fotografii - Francuz L.J. Daguerre otrzymał

obraz na srebnej płytce

• 1839 – Anglik H.F. Talbot otrzymał obraz na „światłoczułym

papierze”

• 1839 – J. Herszel wprowadził termin „fotografia”
• 1858 – początek fotografii lotniczej – Francuz G.F. Tournachon

(„Nadar”) na mokrych płytkach światłoczułych fotografuje z balonu
(na uwięzi) fragment ParyŜa

• 1859 – Francuz A. Lausset fotografuje z balonu aby na podstawie

zdjęć sporządzić mapy topograficzne

• 1860 – Amerykanie S.A. King i J.W. Black fotografują z balonu

Boston

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Fotogrametria i fotointerpretacja – rys historyczny

• 1860-1865 – USA - zdjęcia z balonów są wykorzystywane do

ledzenia ruchów wojsk

• 1871 – Anglik R.L. Maddox zastępuje płyt „mokre” „suchymi”
• 1886 – Rosjanin A.M. Kowańko fotografuje z wysokości 800, 1000

i 1350 m twierdzę Kronsztad i fragment Petersburga

• 1883 – G. Eastmann wprowadza „suchą” fotografię i film zwojowy
• 1900 – Rosjanin R. Thiele zastosował zespół sprzęŜonych kamer

umocowanych na latawcu do fotografowania Moskwy

• 24 kwietnia 1909 – W. Wright wykonuje pierwsze zdjęcie lotnicze

w pobliŜu Rzymu

• 1931 – wykonanie serii zdjęć z pokładu sterowca „Graf Zeppelin” na

trasie Leningrad-Archangielsk-Nowa Ziemia-Półwysep Tajmyr-
Ziemia Północna-Ziemia Franciszka Józefa-Leningrad – na tej
podstawie powstały mapy w skali 1 : 200 000 oraz 1 : 400 000

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Sposoby pozyskiwania teledetekcyjnej informacji

obrazowej

ZaleŜnie od pułapu wykonywanych zobrazowań:

•

systemy teledetekcji z pułapu satelitarnego

•

systemy teledetekcji z pułapu samolotowego

•

naziemne systemy teledetekcyjne (np. radarowe)

ZaleŜnie od wykorzystywanego sprzętu:

•

aparaty fotograficzne

•

kamery wideo

•

skanery

•

urządzenia radarowe

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Sposoby pozyskiwania teledetekcyjnej informacji

obrazowej

ZaleŜnie od formy zapisu obrazów:
•

forma analogowa

•

forma cyfrowa

ZaleŜnie od nośników wykorzystywanych do zapisu:
•

klisze fotograficzne

•

taśmy magnetyczne

•

nośniki elektroniczne

ZaleŜnie od formy barwnej:
•

obrazy czarno-białe (w odcieniach szarości)

•

obrazy w barwach naturalnych

•

obrazy w barwach umownych

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Formy obrazów teledetekcyjnych

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

systemach

rejestracji

obrazów

teledetekcyjnych

skanerach

optycznych

mechanicznych

montowanych

satelitach

samolotach, w urządzeniach radarowych i laserowych,
róŜnych typach kamer cyfrowych).

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Rozdzielczość 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

moŜe

zapisać czujnik  promieniowania; rozdzielczość spektralna
jest  podawana  dla  konkretnego  systemu  teledetekcyjnego
poprzez  wyszczególnienie,

często specyficznych dla

danego systemu, nazw kanałów i zakresów rejestrowanego
w nich promieniowania,

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Rozdzielczość obrazów teledetekcyjnych

• radiometryczna

- precyzująca liczbę poziomów, na które

jest podzielony zakres sygnału odbieranego przez czujnik;
rozdzielczość radiometryczna jest podawana w bitach (np.
rozdzielczość 8-bitowa sygnalizuje moŜliwość zapisania
przez czujnik 256 poziomów sygnału),

• czasowa

określająca,

jak często w systemach

teledetekcyjnych czujnik moŜe otrzymać informację z tego
samego fragmentu terenu.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

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

zdjęciach lotniczych z powodu pochylenia osi kamery.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Rektyfikacja obrazów

Rektyfikacje obrazów

zmierzają do przetworzenia geometrycznie i

radiometrycznie  zniekształconych  obrazów  oryginalnych,  w  celu
uzyskania  najbardziej  wiarygodnej  geometrycznie  i  spektralnie
sytuacji  terenowej.  Procedury  tej  grupy  dotyczyć będą przede
wszystkim  problemów  usunięcia  zniekształceń geometrycznych,
wpływających  na  kartometryczność

obrazów teledetekcyjnych

niezmiernie istotną przy procesach integracyjnych w systemach
informacji przestrzennej.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Rektyfikacja obrazów

Dla

usunięcia

zniekształceń

geometrycznych

obrazów

teledetekcyjnych terenów płaskich lub fragmentów obrazów terenu o
zróŜnicowanej rzeźbie wykorzystywane będą dane SIP, dotyczące
tych szczegółów obszarów leśnych, które są

moŜliwe do

jednoczesnego zidentyfikowania na obrazie i w stosownej warstwie
informacyjnej SIP. Będą to więc np. detale granicy polno-leśnej, ale
przede wszystkim skrzyŜowania elementów liniowych: linii podziału
powierzchniowego, dróg itp.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Rektyfikacja obrazów

Najtrudniejsze do usunięcia są zniekształcenia geometryczne, powstałe

wyniku

odwzorowania

przez

system

teledetekcyjny

zróŜnicowania 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.

W zasadzie wszystkie profesjonalne systemy cyfrowego przetwarzania

obrazów oferują obecnie moduł do

rektyfikacji ortofoto

–

najbardziej poŜądanej formy teledetekcyjnego obrazu cyfrowego.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

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  niŜ
pojedyncze zdjęcie lotnicze czy obraz satelitarny. Charakterystyczną
cechą

mozaikowania jest nałoŜenie cyfrowe zachodzących

częściowo na siebie obrazów, które mogą pochodzić z róŜnych
systemów teledetekcyjnych. W mozaikowaniu obraz górny pokrywa
obraz dolny w sposób, który w obrazie wynikowym umoŜliwia
obserwację tylko obrazu górnego.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Mozaikowanie obrazów

Procedury mozaikowania będą wykorzystywane przed integracją

danych  teledetekcyjnych  z  SIP  wtedy,  kiedy  załoŜony  system
informacji  przestrzennej  swoim  zasięgiem  przekroczy  zasięg
jednego  obrazu  teledetekcyjnego.  Przykładem  moŜe  tu  być
sporządzanie  mapy  obrazowej  terytorialnego  zasięgu  działania
nadleśnictwa  ze  zdjęć PHARE  lub  wysokorozdzielczych  danych
satelitarnych

dla

potrzeb

programu

ochrony

przyrody w

nadleśnictwie.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zdjęcia lotnicze – warunki techniczne lotu

O wyborze typu samolotu (śmigłowca) decydują określone

warunki techniczne:

• prędkość lotu,
• prędkość wznoszenia,
• stateczność lotu,
• długość drogi startu i lądowania,
• moŜliwość osiągnięcia określonego pułapu,
• moŜliwość

umieszczenia kamery w pobliŜu środka

cięŜkości samolotu

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zdjęcia lotnicze – rodzaje

W zaleŜności od połoŜenia osi optycznej kamery, zdjęcia lotnicze

dzielą się na:

pionowe

ukośne

perspektywiczne

< 3

αααα

< 45

αααα

> 45

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zdjęcia lotnicze – rodzaje

Utrzymanie w pionie osi kamery w trakcie fotografowania z

pokładu samolotu (śmigłowca) jest praktycznie niemoŜliwe.

Jako zdjęcia pionowe traktuje się

obrazy uzyskane przy

odchyleniu osi kamery od pionu w granicach do 3

. Najczęściej

odchylenie to wynosi około 1

– 1

’

Stosując stabilizację Ŝyroskopową, moŜna uzyskać odchylenie osi

od pionu nie przekraczające 3’ – 5’.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zdjęcia lotnicze

Zespół zdjęć

- wszystkie zdjęcia lotnicze wykonane dla danego

fragmentu terenu.

Szereg zdjęć

– kolejne zdjęcia wykonane w określonych

odstępach

czasu,

czasie

jednego

przelotu

nad

fotografowanym terenem.

W zaleŜności od wielkości fotografowanego obszaru i rodzaju

uŜytego sprzętu fotograficznego (ogniskowa obiektywu)
zespół zdjęć moŜe się składać z jednego lub kilku szeregów.

Pokrycie podłuŜne

–

„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).

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zdjęcia lotnicze

Pokrycie podłuŜne

, zwane pokryciem w szeregu (

) – dla

celów prawidłowego odwzorowania fotografowanego
terenu wymaga nakładania około

60%

powierzchni. Dla

opracowywania modelu stereoskopowego pokrycie w
szeregu nie powinno być mniejsze niŜ

50%

Pokrycie poprzeczne

, zwane nakładaniem się szeregów (

) –

dla celów prawidłowego odwzorowania fotografowanego
terenu wymaga nakładania około

30%

powierzchni.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

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

JeŜeli oś kamery jest prostopadła do fotografowanego terenu, a

teren jest płaski i poziomy, a ogniskowa kamery (

) jest stała, to

skala zdjęcia jest odwrotnie proporcjonalna do wysokości na
jakiej znajduje się kamera (

====

Z tej samej wysokości moŜna wykonywać zdjęcia w róŜnych

skalach, stosując kamery o róŜnych ogniskowych. ZaleŜność ta
jest wykorzystywana w fotogrametrii leśnej.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Skala zdjęć lotniczych

f – ogniskowa
obiektywu

H – wysokość
przelotu

====

pułap lotu

teren

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Skala zdjęć lotniczych

1 : 10 000

1000

100

1 : 8 000

800

100

1 : 6 000

800

135

1 : 26 000

1300

1 : 16 000

800

1 : m

[m]

[mm]

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zdjęcia lotnicze – wybór emulsji i terminu

Właściwości informacyjne zdjęć lotniczych moŜna podwyŜszyć,

jeŜeli wykonuje się je w takich porach roku lub w takich
zakresach spektrum, w których gatunki drzewiaste posiadają
największe róŜnice 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 poraŜonych i chorych,

• materiałów spektrostrefowych nie powinno się stosować wiosną

oraz jesienią

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zdjęcia lotnicze – wybór emulsji i terminu

• w okresie letnim

dobre rezultaty uzyskuje się takŜe na materiale

infrachromatycznym

(podczerwień rejestrowana w odcieniach

szarości),

• w okresie letnim

wykorzystuje się takŜe materiały rejestrujące

barwy naturalne

• wiosną

lub

jesienią

najlepiej

wykorzystywać

materiały

panchromatyczne

– w tym czasie występują największe róŜnice

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

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zdjęcia lotnicze – wybór emulsji i terminu

+ + +

panchromatyczna

+ +

infrachromatyczna

+ +

barwna (b. natur.)

+ + +

spektrostrefowa

wiosna, jesień

lato

rodzaj emulsji

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zmiany jasności i kontrastu obrazów

Zmiany jasności i kontrastu

są najczęściej uŜywanymi

procedurami

cyfrowego

przetwarzania

obrazów

poszczególnych kanałach rejestrowanego promieniowania.
Stosowane są wtedy, kiedy w oryginalnych obrazach, po
ich

wizualizacji,

twierdza

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.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

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

kierunku

osłabienia

zakłóceń

radiometrycznych.

Najczęściej stosowaną techniką przetworzeń w filtracjach cyfrowych

jest  budowa  matrycy  kwadratowej  z  róŜnymi  wartościami
liczbowymi  w  poszczególnych  polach  matrycy,  nałoŜenie  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.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Nakładanie obrazów

, zwane

mergingiem

, powoduje nałoŜenie

dwóch róŜnych obrazów cyfrowych na siebie. Efekt nałoŜenia,
odmiennie niŜ w przypadku mozaikowania, jest widoczny w postaci
obrazu wynikowego, który zachowuje informację z obydwu
nakładanych obrazów.

Procedury mergingu

są

powszechnie wykorzystywane w celu

połączenia obrazów teledetekcyjnych o róŜnej rozdzielczości
terenowej.

Typowym zastosowaniem jest połączenie obrazu wielospektralnego,

uzyskanego z systemu Landsat TM, o rozdzielczości terenowej 30
m, z obrazem panchromatycznym SPOT P, o rozdzielczości
terenowej 10 m.

Techniki nakładania obrazów są szczególnie waŜne w sytuacji, kiedy

narynku danych teledetekcyjnych mamy dostępne satelitarne obrazy
panchromatyczne o rozdzielczości około 1 m, np. obrazy z systemu
IKONOS.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Operacje międzykanałowe

wykorzystują informację o

jasnościach radiometrycznych pikseli pochodzących z
róŜnych

kanałów

wielospektralnego

obrazu

teledetekcyjnego.

Ta grupa przekształceń jest podstawowa przy tworzeniu

kompozycji  barwnych  z  obrazów  wielospektralnych,  przy
wyznaczaniu  indeksu  wegetacyjnego  (NDVI)  i  kompresji
informacji  wielospektralnej w  tzw.  procedurze  analizy
głównych składowych (PCA).

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

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

nienadzorowanej

moŜna uŜywać

zarówno kanałów z oryginalnego obrazu teledetekcyjnego, jak i
sztucznie

utworzonych

kanałów,

dla

których

wartości

poszczególnych

pikseli

są

wyliczane

poprzez

operacje

międzykanałowe.

Coraz częściej stosowane są algorytmy klasyfikacyjne wykorzystujące

cechy strukturalne obrazu, a nawet informacje pochodzące z serii
czasowych obrazów.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

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

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Powiększenia zdjęć lotniczych

Wykonuje się je specjalnymi aparatami, które posiadają wysokiej klasy

obiektywy (pozbawione dystorsji). Chodzi o to, Ŝeby 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
moŜna oczywiście wykonać równieŜ i pomniejszenia zdjęć (np. dla
celów przeglądowych).

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Fotoszkic

Materiał ten powstaje przez naklejenie poszczególnych odbitek

stykowych całego zespołu zdjęć z danego obszaru na sztywny karton
tak, aby tworzyły one jednolity obraz fotograficzny terenu.

Przy sporządzaniu fotoszkicu kierujemy się tylko sytuacją na brzegach

poszczególnych odbitek. Zbędne części odbitek odcinamy wzdłuŜ
dowolnych linii (naleŜy unikać cięcia w wzdłuŜ liniowych
szczegółów terenowych).

JeŜeli opracowywany teren był poziomy i zdjęcia zostały wykonane

starannie  (przy  pionowym  połoŜeniu  osi  optycznej  kamery  i  z  tej
samej  wysokości),  to  fotoszkice  takie  mogą być dość dokładne.
Dokładność ta będzie  jednak rzeczą przypadku  i  przy korzystaniu z
fotoszkiców naleŜy zdawać sobie z tego sprawę.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Fotoszkic ulepszony

Fotoszkic ulepszony zestawia się z odbitek sprowadzonych do

wspólnej  określonej  (przybliŜonej)  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.

Fotoszkic ulepszony moŜe więc być wykonany w innej skali niŜ

zdjęcia lotnicze. PoniewaŜ przy powiększaniu zdjęć nie uwzględnia
się

błędów wywołanych nachyleniem kamery w momencie

fotografowania,

fotoszkicu

ulepszonym

występują

zniekształcenia z tego tytułu.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Przetworzone zdjęcia lotnicze

Przetworzone zdjęcia lotnicze otrzymujemy drogą odpowiedniego

przefotografowania oryginalnych negatywów tak, aby doprowadzić
je do jednolitej i z góry załoŜonej ścisłej skali.

Podczas tej czynności likwidowane są błędy z tytułu pochylenia zdjęć

lotniczych,  pozostają jednak  zniekształcenia  wywołane  deniwelacją
terenu.  Dlatego  teŜ do  przetwarzania  nadają się przede  wszystkim
zdjęcia  lotnicze  terenów  płaskich  lub  prawie  płaskich  (dla  terenów
większej deniwelacji moŜna stosować przetwarzanie strefowe).

Dla przetwarzania zdjęcia lotniczego musimy znać

połoŜenie

przynajmniej czterech punktów (fotopunkty).

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Fotomapa

Fotomapa powstaje przez odpowiednie ułoŜenie, 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.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Ortofotomapa

Ortofotomapa

powstaje

przez

odpowiednie

zestawienie

przekształconych zdjęć lotniczych, będących rzutem środkowym
zdjętego terenu, na równowaŜne zdjęcia, które będą rzutem
ortogonalnym.

Ortofotomapa jest zatem materiałem pozbawionym zniekształceń

wywołanych deniwelacją terenu.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Stereoortofotomapa

Stereoortofotomapa umoŜliwia stereoskopową obserwację zdjętego

terenu.

Obraz

przestrzenny

powstaje

przez

jednoczesną

obserwację

ortofotomapy i specjalnie wykonanego dodatkowego zdjęcia
(stereokomponent,

ortofotogram

towarzyszący,

partner

stereoskopowy).

Z lewego zdjęcia stereogramu powstaje ortofotomapa, a z prawego

stereokomponent.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

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.

Oceny jakości fotograficznej zdjęć dokonujemy wizualnie. Zwracamy

uwagę na ostrość obrazu w środku i na brzegach zdjęć,

szczegółowość (zdolność rozdzielcza), kontrast obrazu, gęstość

optyczną, występowanie uszkodzeń

i innych fotograficznych

defektów.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Ocena wykonanych zdjęć lotniczych

NaleŜy zwrócić uwagę na to, czy:
• cały wybrany teren został pokryty zdjęciami,
• zachowany jest procent pokrycia podłuŜnego,
• zachowany jest procent pokrycia poprzecznego,
• nie istnieją przerwy absolutne lub fotogrametryczne (przerwy

absolutne są wówczas, gdy fragment terenu nie odfotografował się
na Ŝadnym zdjęciu; fotogrametryczne - gdy odfotografował się tylko
na jednym zdjęciu i nie będzie moŜna 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 (róŜnice wysokości nie

powinny przekraczać 5%).

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Wykorzystanie zdjęć lotniczych w urządzaniu lasu

Wpływ czynników technicznych na przydatność zdjęć lotniczych

w urządzaniu lasu oraz podstawowe środki techniczne

do wykonywania zdjęć

O przydatności zdjęć

lotniczych decydują

–

dokładność

wiarygodność

odczytywanej z nich treści, tzn. szczegółów

dotyczących cech lasu, jego elementów taksacyjnych.

Ta precyzja i wiarygodność zaleŜą w duŜym stopniu od warunków w

jakich zdjęcia są wykonywane. Wpływ maja tutaj zarówno

czynniki

przyrodnicze

jak i

techniczne

Spośród czynników przyrodniczych znaczenie mają przede wszystkim:

struktura  krajobrazu,  charakter  drzewostanów,  pora  wykonywania
zdjęć, aspekt fenologiczny, warunki oświetlenia i stan atmosfery. Do
czynników  technicznych  zalicza  się typ  kamery  lotniczej,  rodzaj
filtru  optycznego  i  materiału  światłoczułego  oraz  sposób  obróbki  i
przetwarzania zdjęć.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

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 wiąŜe 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.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Wykorzystanie zdjęć lotniczych

w inwentaryzacji lasów nizinnych

Interpretacja obszarów leśnych na podstawie barwnych zdjęć

lotniczych

w podczerwieni

umoŜliwia wydzielenie dwóch kategorii

informacji:

1) opisujących jakościowy stan lasu:
• zróŜnicowanie 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.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Ocena uszkodzeń drzewostanów

wierkowych:

• wskaźnik uszkodzeń

• wskaźnik biomasy

• deficyt wody w igłach

• stadium zamierania igieł

zdefiniowanie klas zdrowotności

oraz klasy kondycji lasu

• liczba drzew martwych i

zamierających

• wiek i gęstość

Wykorzystanie zdjęć lotniczych w ocenie stanu lasu

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Obrazy satelitarne

Analizowanie wybranych elementów środowiska przyrodniczego na

podstawie obrazów satelitarnych stało się moŜliwe w

latach

siedemdziesiątych

Wystrzelony

1970

roku

satelita

NOAA1

zapoczątkował

monitorowanie warunków meteorologicznych z uŜyciem sensorów
odbierających

odbite

emitowane

powierzchni

Ziemi

promieniowanie.  Obrazy  satelitarne  odbierane  są za  pomocą kamer
fotograficznych tworzących mapy analogowe oraz skanerów, kamer i
radarów  umoŜliwiających  tworzenie  obrazów  w  zapisie  cyfrowym.
Zakres  moŜliwości wykorzystania tych urządzeń jest duŜy, poniewaŜ
odbierają

one nie tylko promieniowanie w zakresie widma

widzialnego, ale równieŜ w podczerwieni i w zakresie widma
termalnego.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Obrazy satelitarne

W Europie w latach siedemdziesiątych moŜna było zaobserwować

zwiększone zainteresowanie technikami teledetekcyjnymi z poziomu
satelitarnego.

W Polsce, w 1975 roku, wykorzystano zdjęcia satelitarne do

wielkopowierzchniowej

inwentaryzacji uszkodzeń drzewostanów

sosnowych spowodowanych Ŝerem poprocha cetyniaka w OZLP
Białystok.

W późniejszych latach, nastąpił spadek zainteresowania zdjęciami

satelitarnymi.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Obrazy satelitarne

Landsat

(USA) – satelity umieszczane na orbicie od 1972 r. OkrąŜają

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.

• Landsat 5 Thematic Mapper (TM)

• Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper (ETM+)

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

1: 0,45-0,52 (30)

2: 052-0,60 (30)

3: 0,63-0,69 (30)
4: 0,76-0,90 (30)
5: 1,55-1,75 (30)
7: 2,08-2,35 (30)

6: 10,4-12,5 (60)

PAN: 0,52-0,9 (15)

Landsat 7
Enhanced Thematic Mapper +

1: 0,45-0,52 (30)

2: 052-0,60 (30)

3: 0,63-0,69 (30)
4: 0,76-0,90 (30)
5: 1,55-1,75 (30)
7: 2,08-2,35 (30)

6: 10,4-12,5 (120)

Landsat 5
Thematic Mapper

Rozdzielczość spektralna w µm

(i terenowa w m)

Satelita

i rodzaj skanera

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Obrazy satelitarne

SPOT

(Francja) - okrąŜa 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  terenu  moŜna
zwiększyć,  dzięki  moŜliwości  zrobienia  przez  skaner  zdjęć
wychylonych.  Na  pokładzie  satelity  pracuje  skaner  o  nazwie  HRV,
obrazujący  powierzchnię Ziemi  w  pasie  o  szerokości  60  km,  w
trzech  kanałach  spektralnych  o  rozdzielczości  20  m  x  20  m  lub  w
jednym  panchromatycznym  o  rozdzielczości  10 m    x  10 m.  Pasy
dzieli się na sceny o wymiarach 60 km x 60 km.

• Spot 4

• Spot 5

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

1: 0,50-0,59 (10)
2: 0,61-0,68 (10)
3: 0,79-0,89 (10)
4: 1,50-1,70 (20)

PAN: 0,51-0,73 (2,5)

SPOT 5
HRG

1: 0,50-0,59 (20)
2: 0,61-0,69 (20)
3: 0,79-0,89 (20)
4: 1,58-1,75 (20)

SPOT 4
HRVIR

Rozdzielczość spektralna w µm

(i terenowa w m)

Satelita

i rodzaj skanera

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Obrazy satelitarne

Kosmos

(Rosja) – seria satelitów, rozmieszczanych na orbicie od

Zdjęcia wykonywane kamerą fotograficzną KVR-1000 (TK 350) i
KFA-1000. Satelita umieszczony jest na wysokości około 280 km,
okrąŜa Ziemię w czasie 89 minut. Zdolność rozdzielczą filmu ocenia
się na 145-160 linii/m, a rozdzielczość zdjęć – na 5-10 metrów.

IKONOS

(Space Imaging,USA) - prace rozpoczął w ostatnim kwartale

1999 r.  Aktualnie  daje  on  najwyŜszą,  1-metrową rozdzielczość
terenową obrazów  panchromatycznych  i  4-metrową rozdzielczość
czterokanałowych  obrazów  wielospektralnych.  Satelita  porusza  się
po  orbicie  okołobiegunowej,  zsynchronizowanej  ze  słońcem,  na
wysokości  680  km,  okrąŜając  Ziemię w  ciągu  98  minut.  Nad  tym
samym  punktem  globu  znajduje  się co  3  dni.  Kamera,  rejestrująca
promieniowanie, została skonstruowana przez firmę Estman Kodak.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

EROS

- w grudniu 2000 roku umieszczony zosta na orbicie satelita

EROS A1 rejestrujący zakres panchromatyczny z rozdzielczością
terenową 1,8 metra (w zapisie 11 bitowym).

Jest to pierwszy z 8 satelitów serii EROS. Uruchomienie w 2004 roku

ostatniego satelity z tej serii umoŜliwi codziennie 2-krotną rejestrację
określonego obszaru globu.

Rozdzielczość spektralna w µm

(i terenowa w m)

Satelita

i rodzaj skanera

PAN: 0,4-0.90 (1,8)

EROS

Obrazy satelitarne

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Rozdzielczość spektralna w µm

(i terenowa w m)

Satelita

i rodzaj skanera

PAN: 0,450-0,900 (

0,61 - 0,72

)

1: 0,450 - 0,520 (2,44 - 2,88)
2: 0,520 - 0,600 (2,44 - 2,88)
3: 0,630 - 0,690 (2,44 - 2,88)
4: 0,760 - 0,900 (2,44 - 2,88)

QuickBird

PAN: 0,450-0,900 (1)

1: 0,450-0,520 (4)
2: 0,520-0,600 (4)
3: 0,625-0,695 (4)
4: 0,760-0,900 (4)

OrbView

1: 0,52-0,60 (15)

2: 0,63-0,69 (15)

3: 0,76-0,86 (15)

3’ 0,76-0,86(backward looking) (15)

4: 1,600-1,700 (30)

5: 2,145-2,185 (30)

6: 2,185-2,225 (30)

7: 2,235-2,285 (30)

8: 2,295-2,365 (30)

9: 2,360-2,430 (30)

10: 8,125-8,475 (90)

11: 8,475-8,825 (90)

12: 8,895-9,275 (90)

13: 10,25-10,95 (90)

14: 10,95-11,65 (90)

Terra
Aster

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Źródła danych dla SIP

• Obrazy satelitarne (stan na rok 1999)

Satelita

NOAA

LANDSAT

SPOT

IKONOS

ERS-1/ERS-2

ZDJĘCIA

LOTNICZE

Rozdzielczość
przestrzenna

1 km
4 km

30 m
120 m

10 m
20 m

1 m
4 m

30 m

0,1- 2 m

Odpowiadająca
rozdzielczości
skala mapy

1 : 1000000 –
1 : 2000000

1 : 50000 –
1 : 250000

1 : 25000 –
1 : 100000

1 : 5000 –
1 : 100000

1 : 100000 –
1 : 1000000

1 : 1000 –
1 : 50000

Obszar pokryty
przez scenę

3 000 000 km

34 000 km

3 600 km

121 km

10 000 km

2-200 km

Rozdzielczość
czasowa

1 dzień

16 dni

26 dni

3 dni

35 dni

obraz
jednorazowy

Czas obiegu
Ziemi

98 min
(14,7 razy
na dobę)

92 min
(15,6 razy
na dobę)

101 min
(14,2 razy
na dobę)

98 min
(14,7 razy

na dobę)

100 min
(14,3 razy
na dobę)

Odległość od
powierzchni
Ziemi

833 km

705 km

832 km

681 km

785 km

niski lub
wysoki
pułap

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zalety obrazów satelitarnych

• ciągłość

informacji (zgodna z właściwościami środowiska

przyrodniczego),

• moŜliwe jednorazowe pokrycie duŜego obszaru terenu,
• obiektywność pomiaru fizycznego,
• niewielkie zniekształcenia geometryczne,
• powtarzalność zbierania informacji w regularnych odstępach czasu,

• większe koszty zakupu zdjęć,
• brak moŜliwości wykonania zdjęć w określonym terminie,
• mniejsza rozdzielczość,

Wady obrazów satelitarnych

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Pierwsze analizy zdjęć satelitarnych, obrazujących lasy dotknięte klęską

ekologiczną w Górach Izerskich i Karkonoszach, umoŜliwiły wydzielenie:

• drzewostanów świerkowych Ŝyjących,
• drzewostanów martwych,
• drzewostanów liściastych,
• mieszanych oraz wylesień.

Zwiększenie poziomu dokładności przy interpretacji umoŜliwiło porównanie

ze  spektrostrefowymi  zdjęciami  lotniczymi,  które  posłuŜyły  między
innymi  do  stworzenia  mapy  zdrowotnego  i  sanitarnego  stanu  lasu  (w
skalach  1:10000  i  1:25000),  opracowanej  w  1984  r.  Ta  interpretacja
dostarczyła informacji na temat ubytku aparatu asymilacyjnego świerków,
lokalizacji  drzewostanów  martwych  i  zamierających  oraz  lokalizacji
róŜnych klas wieku  i zwarcia. W wyniku  analizy  wyznaczono  m.in.  klasy
zdrowotności  drzewostanów,  definiowane  udziałem  drzew  martwych  i
zamierających oraz ubytkiem aparatu asymilacyjnego.

Wykorzystanie zdjęć satelitarnych w ocenie stanu lasu

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zastosowanie nowoczesnych technik przetwarzania i analizy zdjęć

satelitarnych pozwoliło na rozszerzenie opisu wydzielanych klas.

Było to moŜliwe między innymi dzięki wyselekcjonowaniu kanałów TM

przydatnych do  monitorowania lasu. Stwierdzono, Ŝe  zakresy TM3, TM4,
TM5  i  TM7  są do  tego  szczególnie  uŜyteczne,  a  ponadto  zauwaŜono,  Ŝe
wagowania zakresów  TM5/TM4  (tzw.  wskaźnik  uszkodzeń)  i  TM4/TM3
(tzw.  wskaźnik  biomasy)  rozszerzają moŜliwość oceny  uszkodzeń
drzewostanów świerkowych.

Badania laboratoryjne wykazały, Ŝe wagowanie kanałów TM5/TM4 pozwala

rozpoznać deficyt wody w igłach (wskaźnik = ± 0,5) oraz stadium
zamierania igieł (wskaźnik = ± 0,7).

Szczególną uwagę przywiązywano do precyzyjnego zdefiniowania klas

zdrowotności drzewostanów świerkowych. W wyniku tych prac powstały
kolejne klasyfikacje opisujące klasy kondycji lasu poprzez ilość drzew
martwych i zamierających w drzewostanach, a takŜe ich wiek i gęstość.

Wykorzystanie zdjęć satelitarnych w ocenie stanu lasu

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

Zastosowanie systemu zbudowanego w Instytucie Geodezji i Kartografii na

potrzeby Leśnego Kompleksu Promocyjnego „Lasy Puszczy Kozienickiej”
oraz Kozienickiego Parku Krajobrazowego, umoŜliwiło przeprowadzenie
wyczerpujących analiz, dotyczących drzewostanów sosnowych. Pozwoliły
one stwierdzić, Ŝe:

• zdjęcia satelitarne umoŜliwiają rozróŜnienie gatunków panujących oraz

siedliskowych typów lasu,

• wpływ na obrazy spektralne lasów sosnowych mają przede wszystkim:

zwarcie, udział poszczególnych gatunków oraz defoliacja i liczba drzew
Ŝ

ywych na 1 ha,

• w drzewostanach o duŜym udziale sosny i wysokim zwarciu mogą być

rozróŜniane klasy wieku oraz wysokości,

• powyŜsze analizy są moŜliwe głównie w drzewostanach monolitycznych i

dzięki analizom wielokanałowym,

• drzewostany sosnowe najlepiej odwzorowują się w zakresach średniej i

bliskiej podczerwieni oraz czerwieni, którym odpowiadają kanały 5,4 i 3
skanera Thematic Mapper (Landsat) oraz 4,3,2 skanera SWIR (SPOT).

Wykorzystanie zdjęć satelitarnych w ocenie stanu lasu

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

101

Wykorzystanie teledetekcji w leśnictwie

Ogólne ramy zastosowań teledetekcyjnej informacji obrazowej do

zarządzania leśnictwem wielofunkcyjnym, bez względu na wielkość
obszaru, mogą obejmować:

• udział

leśnictwa

polskiego

tworzeniu

globalnych

kontynentalnych systemów informacyjnych o lesie i środowisku,

• zapewnienie informacji dla ośrodków odpowiedzialnych za

kreowanie i sprawowanie nadzoru nad realizacją

polityki

ekologicznej i polityki leśnej państwa,

• bieŜącą ocenę zasięgu i dynamiki zmian w stanie lasu,
• sporządzanie raportów i analiz o stanie lasu na uŜytek społeczeństwa

i ośrodków władzy,

• zapewnienie właściwego uwzględniania roli i interesów leśnictwa w

rozwiązaniach dotyczących całego środowiska, w sferze planowania
przestrzennego, tworzenia obszarów chronionych itp.

2008-04-10

Fotogrametria i Systemy Informacji Przestrzennej - wykłady 2005

102

Lokalizacja przestrzenna

Lokalizacja obiektów realizowana jest w teledetekcji poprzez

wykorzystanie róŜnych sposobów odwzorowania. We współcześnie
stosowanych rozwiązaniach technicznych wykorzystuje się m.in.:

• rzut środkowy (w kamerach fotogrametrycznych i kamerach wideo),
• odwzorowanie

terenu

wąskimi

paskami

systemach

skanerowych),

• odwzorowania bocznego wybierania (w naziemnych systemach

radarowych).

Konsekwencją

uŜycia do rejestracji obrazu określonego typu

odwzorowania i konkretnego urządzenia technicznego jest
konieczność

późniejszego

stosowania

specjalnych

korekt

geometrycznych obrazów. Dopiero wówczas moŜliwe jest
zintegrowanie obrazów z innymi danymi przestrzennymi w SIP.

Zaniechanie korekty powoduje, Ŝe połoŜenie obiektów na obrazie

moŜe być obarczone znacznymi błędami.