WYKŁAD 1 14.10.2003

TELE (od greckiego słowa) - daleko; działający, osiągany z dużej odległości

DETEKCJA - wykrywanie dowolnych sygnałów (w tym przypadku promieniowania

elektromagnetycznego)

TELEDETEKCJA - to badanie obiektów, zjawisk i procesów zachodzących na powierzchni Ziemi, pod jej powierzchnią i w atmosferze za pomocą rejestracji promieniowania elektromagnetycznego, analizy zarejestrowanych danych i ich interpretacji. Teledetekcja środowiska zajmuje się zarówno poszczególnymi komponentami środowiska jak i jego całością (strukturą), jak również zjawiskami zachodzącymi w środowisku i jego strukturalnych częściach. W swoich badaniach posługuje się różnymi metodami wypracowanymi w trakcie jej rozwoju, jak też metodami zaczerpniętymi z różnych dziedzin wiedzy i przystosowanymi do potrzeb badań teledetekcyjnych.

HISTORIA:

fotografia ⇒ fotogrametria ⇒ fotointerpretacja ⇒ teledetekcja ⇒ telegeoinformatyka

foto + grafia = photos - światło

grapho - piszę

foto + gra + metria = gra(mma) - zapis, rysunek

meteo - mierzę

foto + interpretacja = interpretario - tłumaczenie, wyjaśnienie

tele + geo + informacja = Ge - Ziemia

informatio - powiadomienie o czymś, zakomunikowanie czegoś

(w teorii informacji - teoria kodowania, przekształcania, przekazywania oraz ograniczania

wyników ją zakłócających)

WAŻNE DATY

1840 - pierwszy negatyw (papier+jodek srebra=negatyw ; papier+chlorek srebra=pozytyw)

Talbot

1858 - pierwsze zdjęcie z balonu w Paryżu ( Nadar )

1891 - zdjęcie barwne

1909 - zdjęcie z samolotu ( Wilbur Wright )

1930 - wykorzystanie zdjęć lotniczych do badań zasobów naturalnych

1937 - zastosowanie filmu barwnego

METODY NIEFOTOGRAFICZNE

1800 - odkrycie promieniowania podczerwonego ( Herschel )

1879 - wykorzystanie bolometru do pomiaru temperatury obiektu

1889 - Hertz przedstawia eksperyment pokazujący odbicie fal radiowych od ciał stałych

1916 - wykorzystanie termostosu do wykrywania obiektów ciepłych

1930 - pierwsze termo....

1940 - systemy laserowe

PRZYRZĄDY DO REJESTRACJI OBRAZÓW

XI-XV w. - camera obscura ( ciemnia optyczna - obraz odwrócony)

XVII w. - camera clara (obraz prosty)

1821 r. - obiektyw achromatyczny (nie rozszczepia światła białego jak pryzmat)

1893 r. - obiektyw anastygmatyczny (brak zniekształceń geometrycznych)

potem - fototeodolit

XX w. - kamery wieloobiektywowe do zdjęć z balonów, potem z samolotów

ŚRODKI OPRACOWANIA ZDJĘĆ

1838 r.- stereoskop (Whitestone) + znaczek pomiarowy (Pulfrich)

1908 r.- stereoautograf (Uonorel - chyba)

lata 80-te XX w.- komputer + autografy cyfrowe

1964 r.- powstaje Zakład Teledetekcji Środowiska UW

WYKŁAD 2 21.10.2003

• Teledetekcja korzysta z promieniowania elektromagnetycznego

• jego głównym źródłem jest Słońce

• jest ono ciągłe

• spektrum elektromagnetyczne widzialne : 0,4 - 0,7 μm (= 400 - 700 mm)

0,4-0,5 μm - niebieski

0,5-0,6 μm - zielony

0,6-0,7 μm - czerwony

• ultrafiolet = nadfiolet sąsiaduje z niebieskim i kończy zakres widzialny widma

• z lewej strony zakres widzialny kończy bliska podczerwień 0,7-1,3μm

Mamy jeszcze - podczerwień środkową 1,3-3,0μm

- podczerwień termalną (inaczej prom. termalne) powyżej 3,0μm

• fale 1mm-1m to mikrofale

• promieniowanie: gamma < 0,001 nm

X 0,1 - 10 nm

• ultrafioletowe 10,0 - 400 nm

• niebieskie 400 - 500 nm

fiolet ; indygo ; błękit ; niebieski ; niebieskozielony

• zielone 500 - 600 nm

zielonożółte ; żółte ; żółtopomarańczowe ; pomarańczowe

• czerwone 600 - 700 nm

pomarańczowoczerwone ; czerwone

• podczerwone 700 - 1000 nm

fotograficzne ; termalne ; I i II okno atmosferyczne

• TEORIA FALOWA TEORIA KWANTOWA

c = v ∗ λ Q = h ∗ v

c - prędkość rozchodzenia się promieniowania

v - częstość

λ - długość fali

Q - kwant en.

h - stała Plancha = 6,26 x 10²⁴ Jsek

hc

Q = λ czyli im fala jest dłuższa tym mniejsza jest jej energia

• Prawo STEFANA BOLTZMANA

M = σ T⁴ M- całkowite promieniowanie z danej powierzchni

σ- stała Stefana Boltzmana

T- temperatura absolutna (K)

czyli ilość energii wypromieniowanej przed dany obiekt zależy od jego temperatury powierzchniowej

• PRAWO PRZESUNIĘCIA WIENA

A λ_m- długość fali

λ_m= T A - 2898 μmK

T - temperatura (K)

(coś związanego z ciałem doskonale czarnym)

• Temperatura przeciętna powierzchni Ziemi 300K = 27°C

A długość fali: 9,7 μm

• Słońce emituje promieniowanie takie jak ciało doskonale czarne, temperatura promieniowania to 6000 K, długość fali 0,5 μm

• Do 3μm następuje odbicie promieniowania, powyżej 3μm występuje prom. własne

• Systemy aktywne - korzystają z własnego wytwarzanego promieniowania z nadajnika (głównie mikrofalowe)

• Systemy pasywne - korzystają z promieniowania naturalnego

• Przechodzenie promieniowania przez atmosferę:

• fotografia satelitarna korzysta z promieniowania dwa razy przechodzącego przez atmosferę- do Ziemi i odbitego od niej, występuje podwójna interakcja

• atmosfera osłabia promieniowanie, pochłania i rozprasza je

• Rozproszenie energii elektromagnetycznej w atmosferze:

1. Rayleigha interakcje z molekułami: większe rozproszenie fal krótkich niż długich (dlatego niebo jest niebieskie, wschody i zachody słońca pomarańczowe)

2. Mie - długość fali jest równa wielkości cząstek, dotyczy dłuższych fal elektromagnetycznych, ma większe znaczenie w warunkach większego zachmurzenia

3. Nieselektywne - rozpraszają promieniowanie widzialne, bliską i średnią podczerwień (dlatego chmury są widziene jako białe lub szare)

• POCHŁANIANIE = absorpcja atmosferyczna

- największe absorbenty pochłaniające promieniowanie to: para wodna, CO₂, O₃

- okno atmosferyczne - zakresy widma elektromagnetycznego, przez które przenika energia o danym zakresie promieniowania

- promieniowanie odbite od przedmiotu łączy się z promieniowaniem atmosfery tworząc energię całkowitą rejestrowaną przez sensor

- równanie zachowania energii:

energia padająca = energia odbita, transmitowana i pochłaniana

• Geometryczne sposoby odbijania promieniowania:

1. odbicie lustrzane: kąt padania = kąt odbicia, długości promieni odbitych są równe

2. odbicie zbliżone do lustrzanego: promień odbity jest krótszy i rozproszony

3. odbicie zbliżone do dyfuzyjnego : promień odbity jest krótszy i rozproszony we wszystkich kierunkach, ale jest też promień główny

4. odbicie dyfuzyjne : promień odbity rozchodzi się we wszystkich kierunkach

• Współczynnik odbicia fali (p):

Energia fali o dł. λ odbijana od obiektu

P = Energia fali o dł. λ padająca na obiekt x 100

WYKŁAD 3 28.10.2003

• Fotografia - rysunki - patrz wykład (nie umiałam przerysować)

• Naświetlenie filmu zależy od:

1. jaskrawości sceny (s)

2. przesłony (d)

3. czasu naświetlania (t)

4. długości ogniskowej (f)

• naświetlenie dowolnego punktu filmu w płaszczyźnie ogniskowej kamery zależy od natężenia promieniowania (iradiencja) padającego na dany punkt podczas czasu naświetlania. Wyraża to wzór:

s d² t

E = Δf ² zmiennymi w tym równaniu dla jednej

kamery pozostają d i t

• naświetlenie filmu zależy też od czynników zewnętrznych:

1. atmosferycznych (rozproszenie, pochłanianie)

2. geometrycznych (spadek jasności wraz z oddalaniem się od środka zdjęcia)

3. naświetlenie jest zawsze związane z współczynnikami odbicia danych obiektów w terenie. Teoretycznie naświetlenie filmu zmienia się liniowo w stosunku do współczynnika odbicia. W obu przypadkach będzie funkcją długości fali.

• Pomiarami naświetlenia filmu zajmuje się fotometria

• Każdy punkt na filmie charakteryzuje się określoną szarością (fototonem). Można ją określić jako:

1. zaczernienie, świadczy ono o zdolności pochłaniania światła

2. transmitacja, świadczy o zdolności przepuszczania światła

Do opisu zaczernienia filmu stosuje się pojęcie gęstości optycznej, jest to logarytm zaczernienia lub logarytm odwrotności transmitacji

• Emulsję fotograficzną charakteryzują:

1. Światłoczułość:

Właściwość sprawiająca, że pod działaniem światła materiał ten ulega zmianom fizycznochemicznym, co umożliwia po obróbce fotochemicznej otrzymanie obrazu fotograficznego. Ilościowa charakterystyka światłoczułości jest wielkością odwrotną do naświetlania (E)

2. Kontrastowość:

Zdolność do odtworzenia kontrastu obiektów na obrazie fotograficznym; wskazuje na różnice w obrazie pomiędzy najgłębszą czernią a najjaśniejszymi miejscami. Miarą kontrastowości jest współczynnik kontrastowości ϕ, określa się go jako kąt nachylenia prostego odcinka krzywej charakterystycznej. Jego wartość określa kontrastowość negatywów: 0,7-1,0 miękki - mały kontrast, szarości

1,1-1,4 normalny (kąt 45 stopni)

1,5-2,0 kontrastowy (fot. lotnicza) - kąt większy od 45

3. Zdolność rozdzielcza:

charakteryzuje możliwość odtworzenia drobnych szczegółów fotograficznego obiektu, określa się ją liczbą par kresek na przemian jasnych i ciemnych przypadających na odcinek obrazu o długości 1mm, reprodukowanych na zdjęciu przy optymalnym naświetleniu jako kreski oddzielne

4. Barwoczułość:

zdolność do reagowania na barwy

• sensybilizacja - doczulanie materiału

• barwoczułość materiałów:

• nieuczulone 500 nm (fotokopie)

• ortochromatyczne 580-600 nm (reprodukcje)

• panchromatyczne 600-730 nm (wszystkie dziedziny fotografii, obniżona czułość na zieleń)

• infrachromatyczne >730 nm (zdjęcia w podczerwieni)

• na zdjęciach panchromatycznych:

niebieski - jasny szary

zielony - średni szary

czerwony - ciemno szary

WYKŁAD 4 4.11.2003

• Podobieństwa i różnice między obrazami fotograficznymi i skanerowymi:

CECHA SYS. FOTOGRAFICZNE SYS. SKANEROWE

Zakres rejestrowanego 300-900 nm 300nm - 14 μm

promieniowania

rozdzielczość spektralna > 40 nm kilka nm

system optyczny dla każdego zakresu jeden system dla

oddzielny wszystkich zakresów

kalibracja radiometryczna trudna łatwa

transmisja danych na Ziemię dostarczanie nośnika przekaz telemetryczny

danych (filmu) (elektroniczny)

• Zakresy działania wielospektralnych systemów skanerowych:

~ widmo widzialne i bliska podczerwień

~ promieniowanie termalne

~ technologie hiperspektralne

• Sposoby pozyskiwania danych w wielospektralnych systemach skanerowych (MSS)

• obrazy dwuwymiarowe są pozyskiwane wzdłuż ścieżki lotu samolotu:

1. ACCROS-TRACK - skanowanie omiatające

• Obraz powstaje pasami

• Na lustro jest zbierana energia z poszczególnych pasów. Energia jest ogniskowana i przekazywana do siatki ichronicznej, która oddziela prom. podczerwone od prom. widzialnego. Potem pryzmat dzieli na wiązki prom. widzialne. Następuje rejestracja i zapis cyfrowy. Druga wiązka (prom. podczerwone) zostaje podzielona na dwie wiązki.

• Pojęcie chwilowego pasa widzenia - kąt stożkowy, w obrębie którego padająca energia jest zogniskowana w detektorze. Kąt β jest określony przez optykę systemu i rozmiar detektora. Na powierzchni terenu odpowiada on kołu o średnicy D, którą określa wzór

D = H' x β H' - wysokość lotu powyżej terenu

β - widzenie systemu optycznego skanera wyrażany w radianach

D - średnica koła obejmującego teren widziany w chwilowym

polu widzenia

Średnia D może być uznana za przestrzenną zdolność rozdzielczą systemu zwaną też terenową zdolnością rozdzielczą lub komórką rozdzielczości.

2. ALONG-TRACK - skanowanie przepychające

• Sukcesywna rejestracja całych linii zorientowanych pod kątem prostym do linii lotu przyrządzenia skanującego. Rejestracja energii na linijce detektorów zorientowane prostopadle do linii lotu

• Każdy detektor jest przeznaczony do wychwytywania energii z jednej komórki rozdzielczości terenowej wzdłuż danej linii skanowania

• Zalety:

• dłuższy czas przebywania energii padającej na detektor

• lepsza zdolność rozdzielcza terenowa i radiometryczna

• lepsza geometria obrazów

• mniejszy rozmiar urządzenia, zużywa mniej energii

• większa niezawodność

• Wady:

• konieczność kalibrowania większej liczby detektorów

• stosunkowo ograniczona czułość spektralna

• Konsekwencje małego lub dużego pola widzenia:

1. MAŁE IFOV - sprzyja rejestracji drobnych szczegółów terenowych

- mniejszy rozmiar rozpoznanego elementu (większa terenowa zdolność rozdzielcza)

2. DUŻE IFOV - większa ilość całkowitej energii ogniskowej na detektorze

• większa czułość pomiarów promieniowania dla danej sceny

• lepsza rozdzielczość radiometryczna

• Skanerowe pozyskiwanie danych termalnych:

~ skanery termalne rejestrują promieniowanie środkowej i dalekiej podczerwieni w zakresach: 3-5μm środkowa podczerwień

8-14μm daleka podczerwień

Detektorami są:

3-14μm detektory rtęciowo-germanowe

3-5μm antymonek indu

8-14μm telurek rtęciowo-kadmowy

Naczynie Dewera: rodzaj kriostatu - termosu;

utrzymuje T 77K=196°C

jego zadaniem jest obserwacja, rozróżnianie termalne razem z ciekłym azotem

• ZASADY PROMIENIOWANIA TERMALNEGO

- T kinetyczna - wewnętrzna manifestacja przeciętnej energii cząstek budujących dany

obiekt

- T radiacyjna - zależy od T kinetycznej emitowanej przez dany obiekt, określa emitowaną energię

• Promieniowanie CIAŁA DOSKONALE CZARNEGO:

obiekty mające T wyższą od zera bezwzględnego emitują promieniowanie, którego intensywność i skład spektralny zależy od typu materiałów i jego T w danych warunkach.

Emitacja energetyczna - całkowita zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego.

• Promieniowanie od materiałów rzeczywistych:

Emisja termalna obiektu przy danej T

Emisyjność= emisja energetyczna ciała dos. cz. przy tej samej T

• emisyjność zawiera się w zbiorze (0,1)

• zmienia się wraz z długością fali i kątem widzenia

• zmienia się wraz ze zmianą T

• gdy emisyjność zmienia się wraz z długością fali, taki obiekt jest nazywany

promiennikiem selektywnym

• wpływ atmosfery na promieniowanie widzialne:

energia dochodząca do obiektu terenu = energia odbita+pochłonięta+transmitowana

do obiektu terenowego

• PROMIENIOWANIE KIRCHOFFA

Ciało tym intensywniej promieniuje im intensywniej pochłania, czyli dobre pochłaniacze są dobrymi emitorami

• Dla materiałów rzeczywistych T kinetyczna obiektu pozostaje w relacji do T radiacyjnej wg wzoru: T rad = Emisja^1/4 T kin

Dla tej samej T kin różnych obiektów mogą być różne T rad

WYKŁAD 5 18.11.2003

Obrazowanie mikrofalowe

• II wojna światowa (Anglia) - opracowano technologię zdalnego wykrywania i określania odległości od obiektów latających, którą nazwano RADAR-em od słów Radio Direction And Range

• 1951 - koncepcja systemu radarowego SLAR

• 1953 - opracowanie projektu SLAR na potrzeby wojska

• 1958 - w USA uzyskano po raz pierwszy obrazy radarowe za pomocą aparatu
  SLAR

• 1967 - zrealizowano program RAMP polegający na wykonaniu mapy Panamy na podstawie obrazów radarowych. Mapa dla obszaru o powierzchni 17000 km² w skali 1:250.000. Obrazy wykonane przy całkowitym zachmurzeniu

• 1970 - system SLAR został udostępniony służbom cywilnym. Pierwsze radarowe zobrazowanie Księżyca przez urządzenie zamontowane na sowieckiej sondzie kosmicznej LUNA - 16

• 1971 - realizacja programu RADAM, w ramach którego zobrazowano 9 mln km² w dorzeczu Amazonki i innych obszarów Ameryki Łacińskiej oraz Ameryki Północnej, a także w Afryce (Nigeria), Azji (Filipiny, Indonezja) i w Europie

• 1972 - z APOLLO-17 wykonano obrazy radarowe Księżyca za pomocą systemu SLAR o długości fali 2 cm z terenową zdolnością rozdzielczą 10 m, w ZSRR opublikowano pierwsze doniesienie o systemie TOROS

• 1978 - na orbicie okołoziemskiej umieszczono pierwszego satelitę przystosowanego do operacyjnego wykonywania obrazów radarowych SEASAT

• projekt Teleradar - obrazy radarowe dla południowej części Polski

• Podział zakresów promieniowania mikrofalowego wykorzystywanym w obrazowaniu radarowym:

Literowy kod zakresu prom. dł. Fali w cm częstość

K_s 0,75-1,1 40-26,5

K 1,2-1,67 26,5-18

K_V 1,68-2,4 18-12,5

X 2,41-3,75 12,5-8

C 3,76-7,5 8,0-4,0

S 7,51-15,0 4,0-2,0

L 15,01-30,0 2,0-1,0

P 30,1-100

• 1992 - satelita ERS 1 ; system aktywny - ma własne źródło promieniowania wysyłanego przez antenę, ona też odbiera sygnał, który został odbity od powierzchni terenu

• zobrazowanie terenu SLAR : obraz nie powstał bezpośrednio pod samolotem lecz z boku, zasięg kierunkowy prostopadły do kierunku lotu ; antena, odbiornik, natężenie, lampa ; od powierzchni gładkich mamy mało intensywny sygnał, sygnał odbija się od wszystkich przedmiotów, cień radarowy, elementy dobrze odbijające są jasne, gorzej - są ciemne.

• TOROS : antena rzeczywista, zdolność rozdzielcza 30 m, obiekty o niewielkiej wysokości dobrze widoczne, obiekty czarne to obiekty płaskie (np. łąka), reaguje na szorstkość powierzchni (są one znacznie rozjaśnione), gładki powierzchnie nie są widoczne

• Zjawisko interferencji : wyznaczenie terenów, które zmieniły swoją wysokość; zmiany w terenach pokopalnianych, osuwiska

• FOTOGRAMETRYCZNE ASPEKTY TELEDETEKCJI:

1. rzut środkowy (płaszczyzna przedmiotów, płaszczyzna rzutów)

2. związki geometryczne między zdjęciem i terenem:

1 f f - odległość obrazowa (ogniskowa)

M_SZ = z z - wysokość fotografowania

M_SZ - mianownik skali zdjęcia

3. rzut środkowy a rzut ortogonalny:

• zależy od deniwelacji ; większa deniwelacja to większe zniekształcenie

• zależy od położenia danego punktu w stosunku do punktu głównego

4. elementy orientacji zdjęcia lotniczego:

• wewnętrznej: znaczki tłowe ; ogniskowa ; punkt główny

• zewnętrznej: określają położenie kamery w stosunku do terenu:

1. współrzędne przestrzenne środka rzutów

2. kąt nachylenia zdjęcia lotniczego (nachylenie podłużne i poprzeczne)

3. kąt kierunkowy osi kamery (azymut zdjęcia)

4. kąt skręcenia - kąt między prostą największego spadku a dodatnim kierunkiem y mierzony zgodnie z ruchem wskazówek zegara

5. linie i punkty charakterystyczne zdjęcia lotniczego:

• główna pozioma zdjęcia

• linia horyzontu

• główna pionowa zdjęcia (prostopadła do gł. poziomej zdjęcia)

• Rodzaje zdjęć lotniczych:

1. pionowe 0°< α < 3°

2. nachylone > 3°

3. skośne - widać horyzont

• Skala zdjęcia pochylonego zmienia się od krawędzi zdjęcia (tu jest większa) do kierunku linii lotu samolotu (tu jest mniejsza)

WYKŁAD 6 2.12.2003

• Lotniczy aparat fotograficzny:

1. Urządzenie sterujące - steruje pracą całego aparatu

2. Ładownik

3. Korpus kamery

4. Podwieszenie

5. Stożek obiektywu

• Przykłady kamer: RMK; LMK; RMK-TOP 15/30

• Dane techniczne:

1. ekspozycja (co ile można wykonać zdjęcie)

2. format zdjęcia

3. zdolność rozdzielcza (liczba par linii białe+czarne i ile zmieści się ich na powierzchni 1 mm): kontrast duży (100 linii, czyli 50 par)

kontrast mały (40-60 linii)

4. eliminacja rozmazu obrazu

5. stabilizacja podwieszenia kamery żyroskopowej

6. dystorsja (zniekształcenie) obiektywu , błąd<2μm (czyli 0,002 mm)

7. obiektywy: 88-150 mm ; 210 mm ; 300 mm ; 600 mm

8. system nawigacyjny i kontroli kamery (czyli komputer z oprogramowaniem)

9. długość filmu 120-220 m

10. filtry: UV, HAZE Y.G.R.IR (Y-żółty, G-zielony, R-czerwony, IR-podczerwony)

11. przesłona 1:4 1:22

12. czasy naświetlania 1/100s - 1/1000 s

13. nie ma spadku jasności obrazu na skraju zdjęcia

14. opis każdej klatki na ramce tłowej

15. 8 znaczków tłowych z dokładnością do 0,001 mm (1μm) - ułatwiają wyznaczenie punktu głównego

16. filmy: B/W (czarno-biały) , Kolor , IR (podczerwony) , IR KOLOR (podczerwony kolorowy)

• kamery wieloobiektywowe MKF-6:

- produkcja byłego NRD

- wspólny korpus dla 6 obiektywów

- 6 obrazów na 6 oddzielnych filmach (4 lub 5 panchromatyczne, 1 lub 2 podczerwone)

• kamera MSK - 4 : zmniejszono ilość kanałów do 4

• kamera NAK 490B:

• wykonywała zdjęcia na 1 filmie

• kamera japońska

• zakresy: I 400-450

II 450-500

III 600-700

IV pow. 700

• WYKONYWANIE ZDJĘĆ LOTNICZYCH:

1. pojedyncze: wykonywane do specjalnych celów, obiekty punktowe dość duże, ważne np. dla archeologów, mało efektowne

2. szereg zdjęć: dla obiektów liniowych (planowanie przebiegu rurociągów, dokumentowanie koryta rzecznego)

3. zespołem: połączenie szeregów

- pokrycie podłużne: zapewnia przestrzenne oglądanie, powierzchnia powtórzenia poprzedniego zdjęcia wynosi 55%, a dla terenów górskich: 80% (gdyż wraz z wysokością zmienia się skala i mogłyby wystąpić luki) Px = a/l x 100%

- pokrycie poprzeczne: powiązanie szeregów między sobą, 20-30%, góry 30-35%

Py = c/l x 100% c - obszar, który się pokrywa

l - szerokość zdjęcia

• PROJEKT MISJI FOTOGRAFICZNEJ

1. optymalizacja skali

2. optymalna wysokość lotu

3. maksymalny czas naświetlania

4. baza podłużna

5. baza poprzeczna

6. odstęp czasu między ekspozycjami

7. liczba zdjęć w szeregu

8. liczba szeregów

9. liczba zdjęć w zespole

(brak wzorów)

• Środki przenoszenia kamer:

- samoloty, kryteria doboru: a. techniczne (możliwość instalacji aparatu)

2. ekonomiczne (opłacalność)

3. warunki pilotażowo - nawigacyjne

- prędkość lotu : 80-500 km/h

• pułap do 6.000 m i wyżej

• ...czność →1°-2° ↓↑ 2°-3° o 1°

• zmiana wysokości lotu w granicach 0,01-0,02 H (zaplanowanej wysokości lotu)

• prędkość wznoszenia: 1000m - 5 min

4000m - 15 min

8000m - 1 h

• udźwig

• widoczność

• Współczesne samoloty:

~ Cesna 210 Turbo

~ Piper Narajo

~ Cesna Turbo 310

~ Cesna 206

WYKŁAD 7 4.12.2003

• Budowa oka:

źrenica ; rogówka ; tęczówka ; ciecz szklista ; soczewka ; spojówka ; nerw wzrokowy ; ślepa plamka Man ; siatkówka ; naczyniówka ; twardówka (białkówka)

• Widzenie monokularne = jednooczne

• Widzenie binokularne = dwuoczne

• Widzenie przestrzenne - każde oko widzi ten sam przedmiot z dwóch różnych punktów widzenia

• Elementy i parametry widzenia stereoskopowego:

1. płaszczyzna bazowa (wzrokowa) w której odbywa się widzenie

2. kąt konwergencji (25 cm = 15˚)

3. kąt paralaksy ; minimalny kąt paralaktyczny to 10”

4. paralaksa fizjologiczna ; min. Paralaksa fizjologiczna to 0,001 mm

5. maksymalna paralaksa fizjologiczna to 0,4 mm

6. rozdzielczość stereoskopowa 10” - 30”

• ostrość stereoskopowa widzenia zależy od:

• właściwości fizjologicznych

• warunków obserwacji

• charakteru obserwowanych przedmiotów

• zasięg widzenia stereoskopowego=1300m=promień widzenia

• dokładność wzrokowego określania odległości obliczamy według wzoru:

d²

Δd = b x Δy przy założeniu, że Δy ≥ 10” , b∈65 mm

• wielkość błędu oceny odległości do przedmiotu jest przy obserwacji stereoskopowej wprost proporcjonalna do kwadratu samej odległości i minimalnej różnicy kątów paralaktycznych oraz odwrotnie proporcjonalna do wielkości bazy ocznej

• aby zwiększyć plastykę obrazu (widzenia) należy zwiększyć:

1. bazę oczną (b)

2. ostrość stereoskopowego widzenia (Δy), czyli rozdzielczość stereoskopową (służy do tego stereoskop)

• warunki widzenia przestrzennego:

• promienie rdzenne - odcinki łączące punkty rdzenne

• aby uzyskać model stereoskopowy (widzenie przestrzenne zdjęć) należy tak zorientować zdjęcia aby baza oczna i obrazy obserwowanego punktu znalazły się w jednej płaszczyźnie rdzennej

• punkty rdzenne

oś rdzenna powinny znaleźć się w jednej płaszczyźnie rdzennej

promienie rdzenne

• stereogram = zdjęcie stereoskopowe

• warunkiem widzenia stereoskopowego punktu odfotografowanego na zdjęciu jest:

1. położenie punktu na płaszczyźnie zawierającej środki rzutów zdjęć oraz obrazy tego punktu na obydwu zdjęciach płaszczyznę taką nazywamy płaszczyzną rdzenną

2. prostą łączącą środki rzutów poszczególnych zdjęć nazywa się osią rdzenną (baza), przebija ona płaszczyznę zdjęć w tzw. punktach rdzennych

3. proste łączące punkty rdzenne i obrazy identycznych punktów przestrzeni to promienie rdzenne. Są one krawędziami przecięcia poszczególnych płaszczyzn rdzennych z płaszczyznami zdjęć

4. usytuowanie elementów rdzennych pozwala wnioskować o położeniu kamery w momencie wykonywania zdjęcia, a zatem tworzy się kryterium utworzenia poprawnego modelu stereoskopowego

• warunki braku przewyższenia wysokościowego modelu stereoskopowego:

B h

H = d

• czynniki wpływające na przewyższenie modelu ster. (czynniki związane z fotografowaniem):

• baza fotografowania B

• wysokość fotografowania H

• ogniskowa aparatu

• im dłuższa baza fotografowania , tym większe przewyższenie modelu sterepskopowego

• H - stosunek skali poziomej do skali pionowej ; odwrotnie proporcjonalny wpływ wysokości na przewyższenie ; czyli im wyższa wysokość tym mniejsze przewyższenie modelu stereoskopowego

• Ogniskowa aparatu f - wpływa odwrotnie proporcjonalnie na przewyższenie m. S. ; im dłuższa ogniskowa tym mniejsze przewyższenie modelu stereoskopowego

• Elementy związane z obserwacją (wzrokiem):

• odległość dobrego widzenia

• odstęp między zdjęciami

• baza oczna

• im bardziej oddalamy zdjęcia - model rośnie

• im większa odległość między zdjęciami tym większe przewyższenie modelu ; wzrost odległości proporcjonalnie wpływa na powiększenie modelu ster.

• Baza oczna E - długość bazy ocznej obserwatora wpływa odwrotnie proporcjonalnie na przewyższenie modelu ; baza krótsza daje większe przewyższenie

• OGÓLNA FORMUŁA WPŁYWU CZYNNIKÓW:

B d s

f H E

• Szacunkowe określanie wielkości przewyższenia wysokościowego modelu ster.:

D B d D - odległość optyczna

R = f x H x E f - ogniskowa

B - baza

H - wysokość zdjęcia

d - odległość dobrego widzenia

E - baza oczna

• Sposoby obserwacji stereoskopowej:

1.bez instrumentów

2.za pomocą stereoskopu (lustrzany lub soczewkowy):

- efekt ortoskopowy - góra górą, dolina doliną

- efekt pseudoskopowy - góra doliną, dolina górą

- efekt zerowy

3.za pomocą anaglifów

dwa zdjęcia jedno w kolorze czerwonym, drugie - zielononiebieskie; wzajemne

nałożenie z niewielkim przesunięciem ; obserwacja przez okulary z filtrami

czerwonym i niebieskim

4. za pomocą światła spolaryzowanego

dwa zdjęcia stereoskopowe zrzutowane razem i jednocześnie światłem spolary -

zowanym na ekran i oglądane przez odpowiednie okulary polaryzacyjne

5. chromo - stereoskopia

informacja o głębi widzenia kodowana jest barwą i zgodnie z teorią Einthowena

(1997 r.) poszczególne barwy inaczej zachowują się w zależności od wysokości

WYKŁAD 8 11.12.2003

Temat: Pomiar wysokości na zdjęciach lotniczych

• Zjawisko paralaksy

H x ΔP H l x r_Z

Δh = B + ΔP Δh = r x ΔR_A ΔH = w

H - wysokość lotu

ΔH - cień na zdjęciu

- graficzny i stereoskopowy pomiar paralaksy+pomiar wysokości - ODBIĆ (str.13)

• Instrumenty interpretacyjno - pomiarowe

1.lupy fotointerpretacyjne proste: im większa ∅ tym mniejsze powiększenie ; np. lupy Brunella ( miarka, dokładność 0,05 mm , pomiar długości cienia)

2.mikroskopy i lupy fotointerpretacyjne: np. lupa Brinella, lupa składana, lupa powiększająca z zoomem, mikroskop Brinella (dokładność pomiaru do 0,05 mm)

3.stereoskop: np. stereoskop zwierciadlany Wildea, stereoskop soczewkowy (dwa szkła powiększające +11 dioptri zamocowane na nóżkach o wysokości 11 cm), stereoskop lustrzany (SLS-2, produkcja polska)

4. stereomikrometr : pręt połączony ze śrubą mikrometryczną (oszacowanie odległości między dwoma punktami), przesuwanie płytki prawej w stosunku do nieruchomej płytki lewej, wartość odległości odczytujemy na wskaźniku, paralaksa z dokładnością do setnych części mm

1. steroskop podwójny : 2 osoby, 1 wspólny obraz

2. stereopantometr: połączenie stereoskopu lustrzanego i śruby stereomikrometru, układ jest sztywny, można montować rylec, ołówek, płynne przesuwanie po zdjęciach przy wyznaczaniu linii jednakowych paralaks

3. przetwornik optyczny zwany „Luzem” : przenoszenie zinterpretowanej treści nas zdjęciu lotniczym na podkład kartometryczny; podstawa, kolumna, uchwyt - na nim ruchomy ekran, ruchome ramie z pryzmatem, oświetlenie; mapa na stole, zinterpretowaną kalkę kładziemy z tyłu ekranu, obserwator patrzy przez wziernik z pryzmatem, co pozwala na obserwację zarówno mapy jak i ekranu w płaszczyźnie poziomej; szyny ze szkłami korekcyjnymi +/- 3 dioptrie ; 6 szkieł dla obserwacji mapy i 6 szkieł dla obserwacji zdjęcia ; filtry do przyciemniania obrazu zdjęcia lub mapy

4. zoomtransperskopy : umożliwiają dwuoczną obserwację zdjęcia i mapy, model ZT4

5. digital transfer scope : obraz na ekranie komputera, cyfrowe przetwarzanie zdjęcia

• METODYKA INTERPRETACJI ZDJĘĆ LOTNICZYCH Z PUNKTU WIDZENIA BADAŃ ŚRODOWISKOWYCH

1.Podstawy fizjologiczno - psychologiczne: percepcja wzrokowa, układ mechanizmów wzrokowych, widzenie przedmiotowe, kształt, barwa, jasność, wielkość, widzenie stereoskopowe

2.Proces interpretacji: ogólny ogląd sytuacji przedstawionej na zdjęciu

a. interpretacja kompleksowa (wydzielenie jednorodnych obszarów fotomorficznych, czyli tych o jednakowej barwie, strukturze i teksturze)

7. interpretacja poszczególnych obiektów (ich wykrycie, rozpoznanie, ocena, interpretacja)

3.Cechy interpretacyjno - rozpoznawcze:

a. bezpośrednie b. pośrednie

-optyczne (barwa) -ilościowe

-geometryczne (kształt, wielkość) -przestrzenne

-strukturalno-teksturalne -funkcjonalne

-stereometryczne -przyczynowe

-kompleksowe

• METODY FOTOINTERPRETACYJNE (metoda kameralna)

1.prace przygotowawcze: zamówienie zdjęć, przegląd dostępnych materiałów, sporządzenie fotoszkicu, wyznaczenie jednostek, przygotowanie zdjęć do obserwacji stereoskopowej, przygotowanie mapy podkładowej do wnoszenia obserwacji stereoskopowej

2.interpretacja stereoskopowa: jakościowa i ilościowa

3.zestawienie wyników: opracowanie raportu z wykonanej interpretacji, wnioski

WYKŁAD 9 16.12.2003

• UWARUNKOWANIA EFEKTÓW INTERPRETACJI ZDJĘĆ LOTNICZYCH:

1. predyspozycje psychofizyczne

2. przygotowanie teoretyczne

3. doświadczenie

4. jakość materiału fotograficznego

5. wyposażenie instrumentalne

6. dostępność i zasób informacji z innych dziedzin

• KOLEJNOŚĆ ODCZYTYWANIA (interpretacja elementów pokrycia terenu)

1. tereny komunikacyjne - sieć drożna

2. sieć hydrograficzna

3. elementy rzeźby

4. roślinność naturalna

5. roślinność „sztuczna”

6. osadnictwo

7. obiekty przemysłowe, handlowe i inne gospodarcze

• METODY INTERPRETACJI

1. dedukcyjna: od ogółu do szczegółu

2. indukcyjna: od szczegółu do ogółu

• METODY ILOŚCIOWE

A. punkty geometryczne (wysokości, powierzchnie)

B. punkty fotometryczne (gęstość optyczna, struktura, tekstura)

• METODY JAKOŚCIOWE

1. analogowe

2. cyfrowe

3. obrazy źródłowe (np. pozyskiwane w terenie)

4. obrazy pochodne (kompozycje, np. kompozycje barwne)

• FOTOINTERPRETACJA METODĄ POLOWĄ / TERENOWĄ:

1. prace przygotowawcze (takie same) + zaplanowanie terenu do badań szczegółowych

2. prace terenowe: wykonanie opisów, pomiarów, dokumentacji fotograficznej

- szerokość pasa interpretacji: teren otwarty 500m

teren zakryty <250m

- długość marszruty: skala 1:10.000 3-6 km (zdjęcie 18 x 18 cm)

5-11 km (zdjęcie 24 x 24 cm)

skala 1:26.000 27-54 km (zdjęcie 24 x 24 km)

3. opracowanie rezultatów interpretacji terenowej zdjęć lotniczych: inter, stereoskopowa, ekstrapolacja wniosków interpretacji na cały obszar badań, sporządzenie map i opisów, analiza przedstawionej sytuacji, opracowanie wniosków

• FOTOINTERPRETACJA METODĄ KOMBINOWANĄ

1. prace przygotowawcze + wyznaczenie terenu kluczowych (do badań szczegółowych) i testowych (do porównania)

2. badania terenowe na terenach kluczowych i testowych (z bardzo dużego obszaru badania prowadzi się bardzo dokładnie na wybranych fragmentach)

3. opracowanie kluczy interpretacyjnych (wzorce do rozpoznawania obiektów na pozostałym obszarze)

4. interpretacja kameralna zdjęć z całego badanego obszaru

5. kontrola wiarygodności procesu interpretacji (na podstawie porównania jej wyników z danymi z terenów testowych)

6. reinterpretacja kameralna z uwzględnieniem wniosków z kontroli interpretacji z terenów testowych

7. zastosowanie wyników badań kluczowych i testowych

8. napisanie raportu z badań

9. wnioski

• KLUCZE FOTOINTERPRETACYJNE (wzorce porównawcze):

są to zdjęcia wraz z opisem fotointerpretacyjnych obiektów lub elementów środowiska oraz określającym ich związki terytorialne pomiędzy obiektami oraz poszczególnymi komponentami lub elementami środowiska

• STRUKTURA KLUCZA FOTOINTERPRETACYJNEGO

Opis: nazwa obiektu, cechy fotometryczne, fototon, struktura obrazu, tekstura obrazu, cechy geometryczne, stereometryczne, lokalizacja topograficzna, związki z komponentami i elementami środowiska

• KLUCZE INDYWIDUALNE: oddzielne obiekty :

• proste (oddzielne obiekty wydzielone na tle pozostałych)

• złożone (powiązania przestrzenne obiektów)

• specjalne (charakteryzuje tylko jeden komponent)

• kompleksowe (złożona charakterystyka)

• OCENA PROCESU FOTOINTERPRETACJI:

1. stopień rozpoznania: obiekty rozpoznane

wszystkie obiekty x 100% = x%

B. wiarygodność fotointerpretacji: obiekty rozpoznane poprawnie

obiekty rozpoznane x 100% = x%

• Minimalne warunki udanego zastosowania teledetekcji w rozwiązywaniu problemów badań środowiska:

1. wyraźne określenie problemu postawionego do rozwiązania

2. ocena możliwości zastosowania teledetekcji w postawionym do rozwiązania problemie

3. wskazanie procedur pozyskiwania danych teledetekcyjnych przydatnych do realizacji postawionego celu

4. określenie procedur interpretacji danych, które zostaną zastosowane

5. określenie podstawowych danych referencyjnych (np. odniesienie do punktów, opisy, mapy)

6. identyfikacja kryteriów oceny jakości zebranych informacji (stopień rozpoznania, wiarygodność)

WYKŁAD 10 6.01.2004

Temat: Zastosowanie zdjęć w badaniach środowiska

GEOLOGICZNA INTERPRETACJA ZDJĘĆ LOTNICZYCH

• Cele:

1. rozpoznanie budowy geologicznej danego terenu, jego tektoniki i litologii

2. ułatwienie procesu poszukiwań surowców mineralnych

3. ułatwienie procesu kartowania geologicznego

4. poznanie procesów geodynamicznych (izostazja)

• Metody:

1. wizualna interpretacja zdjęć lotniczych na podstawie cech interpretacyjnych

2. badania radiometryczne - współczynniki odbicia spektralnego

• Cechy interpretacyjne:

1. Bezpośrednie:

1. proste (geometryczne) : konfiguracja, rozmiar, objętość obiektu

2. fotometryczne : fototon lub barwa

2. Pośrednie:

1. Geomorfologiczne (rzeźba)

2. hydrologiczne (układy sieci rzecznej)

3. geobotaniczne (wskazują na przepuszczalność skał)

4. antropogeniczne (budowle, eksploatacja minerałów)

- RZEŹBA - selektywna erozja i denudacja ujawnia skały o różnej odporności

skały odporne dają formy wypukłe

- ROŚLINNOŚĆ - ogólny wygląd roślinności; struktura przestrzenna roślinności, zwartość

- HYDROLOGIA - różne układy sieci rzecznej

• fotointerpretacja litologii:

1. skały osadowe: warstwowanie i skały o różnej odporności daje rysunek równoległych i współkształtnych smug

2. skały magmowe: masywne formy grzbietów z pociętymi źlebami

• współczynnik odbicia spektralnego:

- najmniej : biotyt, syderyt ( a w przypadku skał: tufy porfirów)

- średnio : kwarc, kalcyt (skały : iły i mułki ciemnoczerwone)

- najwięcej : albit (skały: piaskowiec zielono-szary, wapień żółto-szary)

- największe różnice uwidaczniają się przy długości fali 700-800 nm

GEOMORFOLOGICZNA INTERPRETACJA ZDJĘĆ LOTNICZYCH

• Cele:

1. opisanie zewnętrznego wyglądu rzeźby

B. ilościowa charakterystyka form rzeźby

C. wyjaśnienie genezy

4. badanie procesów rzeźbiotwórczych

• Cechy rozpoznawcze:

1. Bezpośrednie:

1. zmienność fototonu

2. rzucany cień

3. kształt formy

4. model przestrzenny

2. Pośrednie:

1. budowa geologiczna

2. sieć hydrologiczna

3. roślinność

4. gleby (ich wilgotność)

• Wykorzystywane materiały fotolotnicze:

odbitki stykowe ; stereogramy ; fotoszkice ; fotomapy ; ortofotomapy cyfrowe

• Zdjęcia pojedyncze :

1. wydzielanie głównych form rzeźby

2. tworzenie map fotomorficznych

3. wydzielanie niektórych elementów form

• Zdjęcia stereoskopowe:

1. zwiększanie liczby spostrzeganych form

2. możliwość pomiarów ilościowych

HYDROLOGICZNA INTERPRETACJA ZDJĘĆ LOTNICZYCH

1. Wody podziemne: 2. Wody powierzchniowe:

a. wierzchówne a. lądowe: źródła, rzeki, jeziora, bagna

b. gruntowe b. oceaniczne: strefy przybrzeżne

c. aluwialne

d. naskalne xxxxxx - tu możemy wykorzystać zdjęcia lotnicze

• bezpośrednie cechy rozpoznawcze:

1. fototon

2. tekstura (wskazuje na dynamikę ruchu wody)

• na zdjęciach panchromatycznych woda ma zwykle ciemny fototon, może on być jednak biały, gdy: kąt padających promieni = kąt promieni odbitych i trafiających do kamery.

Gdy jezioro jest płytkie = fototon jaśniejszy

Meandry rzeczne też mają fototon dużo jaśniejszy niż sama rzeka

WYKŁAD 11 13.01.2004

• Zdjęcia lotnicze w badaniu gleb:

• wykorzystanie do kartowania gleb

• ocena cech fizycznych gleb

• ocena erozji gleb

• co się wykorzystuje?

1. fototon (ilość próchnicy)

2. strukturę

3. teksturę (peryglacjalne znamiona na glebach, skład granulometryczny, wilgotność)

4. cień (większe zacienienie = większe zgruźlenie)

• im bardziej wilgotna gleba, tym ciemniejszy fototon

• mało próchnicy - duże odbicie promieniowania

• zgruźlenie powoduje mniejsze odbicie światła

• Zdjęcia lotnicze : interpretacja upraw i zasiewów

1. wyznaczenie granicy rolno - leśnej

2. inwentaryzacja gleb

3. szacowanie wielkości szkód wywołanych klęskami żywiołowymi

4. wydajność upraw

• Skala zdjęć:

A. < 1:30.000 wyróżnia zasadnicze kategorie użytkowania gruntów (las - nie las)

5. 1:30.000 - 1:10.000 wyróżnienie upraw okopowych, zbożowych, sady, plantacje

6. > 1:10.000 pszenica, żyto (fototon najjaśniejszy), owies (fototon ciemniejszy), uprawy okresowe, ziemniaki, buraki, koniczyna, łąki, pastwiska

• Układ pół: niwowy, łanowy, blokowo niwowy, pokomasacyjny

• Kształty wsi: owalnica, ulicówka (zabudowa po dwóch stronach ulicy), rzędówka (zabudowa po jednej stronie ulicy)

• Obszary miejskie: struktura funkcjonalna miast ; gęstość zaludnienia ; rozwój miasta ; prace planistyczne ; infrastruktura miasta

• ZASTOSOWANIE ZDJĘĆ SATELITARNYCH

(zmiana danych analogowych na cyfrowe)

Satelity: 1970-2000: 50 misji satelitarnych środowiskowych

2000-2015: planowane jest 75 misji

satelity geostacjonarne: zawieszone nad jednym punktem nad powierzchnią Ziemi, z reguły

nad równikiem, np. Neosat ; GOES-E (USA) ; GOES-W (USA); INSAT (Indie)

GMS (Japonia) ; FY1 i FY2 (Chiny)

Satelity heliosynchroniczne: NOAA (USA), wysokość 833 km.

---