Teledetekcja - wykłady

Teledetekcja - dział nauk technicznych zajmujący się przetwarzaniem wiarygodnych informacji o obiektach i ich otoczeniu drogą rejestracji, pomiaru i interpretacji obrazów i ich interpretacji cyfrowych pozyskiwanych dzięki sensorom nie będącym w bezpośrednim kontakcie z tymi obiektami.

Sensor - urządzenie przeznaczone do wykrywania i pomiaru energii elektromagnetycznej lub innej przedstawiające ja w różnych formach zapisu.

Podstawy fizyczne pozyskiwania danych

Promieniowanie elektromagnetyczne ⇒ opis falowy.

Fala elektromagnetyczna - spójna zmiana pola elektrycznego i magnetycznego rozchodząca się w czasie i przestrzeni.

C=λ*V

Liczba falowa 1/V

Promieniowanie elektromagnetyczne - opis fotonowy: strumień cząstek - fotonów pozbawionych masy spoczynkowej, ale niosących określoną energię E (J)

E=h*V gdzie V- częstotliwość; h- stała Plancka (6,626*10^-34Js)

W wyniku oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego na dowolny ośrodek, energia tego promieniowania może być odbita, przepuszczona, emitowana, absorbowana, rozproszona.

Odbicie - wysyłanie promieniowania na granicy ośrodków, zmienia kierunek rozchodzenia się fal.

Przepuszczanie - promieniowanie przechodzi przez obiekt lub ośrodek, na który pada.

Absorpcja - wysyłane promieniowanie jest całkowicie lub częściowo pochłaniane i przekształcone w inną formę energii.

Odbicie lustrzane ⇒ asfalt

Odbicie dyfuzywne ⇒ drzewo

W temp. > 0°K wszystkie ciała emitują promieniowanie elektromagnetyczne. Natężenie tego promieniowania jest funkcją temp. powierzchni emitowanego ciała, zdolności emisyjnej, długości fali promieniowania.

Pojęcie ciała doskonale czarnego - prawo Stefana i Boltzmana (określa zależność całkowitego natężenia promieniowania ciała doskonale czarnego i temp. bezwzględnej tego ciała) - pojęcie ciała szarego.

Natężenie promieniowania ciała doskonale szarego I(T)=εσT⁴

ε- współczynnik emisyjności; σ- stała Stefana; T- temp. w skali bezwzględnej

Współczynnik emisyjności: ε=I(T)/Ib(T)

Prawo przesunięć Wiena:

λ_max*T=const; λ_max- dł. Fali emitowanej o max natężeniu, T -temp. w K, const- stała wyznaczona doświadczalnie = 0,28978 cmK

Sensory (klasyfikacja):

Aktywne

Skanujące⇒Nieskanujące⇒Obrazujące⇒Nieobrazujące

Pasywne

FOTOGRAMETRIA

Lotnicza (aerofotogrametria) naziemna (terrofotogrametria)

Rzut środkowy - obiekt rzutowany jest z jednego punktu na płaszczyznę. Głównie stosowany stożek kamery pomiarowej to f=153 mm (szerokokątny).

Zdjęcia lotnicze mogą być:

• pionowe

• prawie pionowe

• nachylone

• ukośne

Relacje między skalą zdjęcia a skalą opracowania:

1:500 1:3500-1:5500

1:1000 1:5500-1:8000

1:10000 1:19000-1:28000

1:250000 1:30000-1:45000

Wzory

Skala zdjęcia: Mz=Ck/hg=s/s'

Wysokość lotu nad terenem: hg=Ck*mz=s/s'*Ck

Pokrycie podłużne: p%=s-b/s'*100

Pokrycie poprzeczne: q%=s-a/s*100

Mianownik skali zdjęcia: mz=s/s'=hg/Ck

Powierzchnia objęta jednym zdj.: Fg=s²=s'²*mz²

Odległość terenowa: s=s'*mz=hg/Ck*s'

Zdjęcia w teledetekcji.

Sensory fotograficzne w teledetekcji to filmy osensybilizacji:

• 
  Ortochromatycznej

• Ortopanchromatycznej

• Superpanchromatycznej czarno - białe

• Panchromatycznej podczerwonej

• Barwnej

• Barwnej podczerwonej

w/w sensory różnią się światłoczułością

0,55μm (barwa żółta) - oko ludzkie najbardziej uczulone siatkówka oka ludzkiego odbiera pierwotne wrażenia w trzech zakresach barw podstawowych.

Barwy możemy otrzymać:

• Metodą addytywną (składanie kolorów)

• Metodą subtraktywną (odejmowanie barw)

Równania otrzymywania barw:

• Cyan Magenta Yellow Kontrast (CMYK)

• Red Green Blue (RGB)

CMYK ⇒ Yellow = Green + Red = White - Blue

Magenta = Blue + Red = White - Green

Cyan = Blue + Green = White - Red

RGB ⇒ Blue = Magenta + Cyan = White - Yellow

Green = Yellow + Cyan = White - Magenta

Red = Yellow + Magenta = White - Cyan

Magenta ⇒ purpurowa

Cyan ⇒ niebiesko - zielony

Kontrast⇒czarny

Fotografia w teledetekcji - filmy i spektostrefowe.

Historia fotografii:

1826-1827 pierwsza zachowana fotografia - Nicephore Niepce - widok z okna w Le Gras

1835- W.H.F. Talbot - okratowane okno - negatyw

1839 - L.J.M. Daguuerre - widok Bauleward du Temple

ok. 1850 - 1860 - pierwsze zdjęcia stereoskopowe

1860 - USA Boston zdjęcia z balonu na uwięzi

1897 - A. Nobel - zdjęcie z rakiety na wysokości 100m

1903 - pierwsze zdjęcie lotnicze z kamery doczepionej do gołębia

1904 - zdjęcie rakietowe z wysokości 600m

1909 - pierwsze zdjęcie lotnicze W. Wright (USA)

1950 - zdjęcie z rakiety V2 (USA)

Idea zdjęć spektroskopowych

Możliwości interpretacyjne techniki wielospektralnej bazującej wyłącznie na różnicy fotonów bez korzystania z innych cech demaskujących można teoretycznie ocenić przez liczbę (Kmax) obiektów możliwych do zinterpretowania:

Kmax=n^j n- liczba stopni szarości negatywu dających się w sposób powtarzalny wyróżnić podczas opracowania; ^j liczba kanałów spektralnych użytych do rejestracji.

Piksel - (w terenie lub na powierzchni obrazu) - elementarna powierzchnia objęta chwilowymi polami widzenia detektora.

Detektor - sensor - urządzenie służące do wykrywania, mierzenia i rejestracji promieniowania elektromagnetycznego.

Piksel charakteryzuje się rozmiarem Δε i Δηoraz wielkością tzw. odpowiedzi spektralnej (st. Szarości, intensywności, sygnał, gęstość obrazu). Najbardziej popularnym zakresem wartości pikseli jest 0-255, znacznie przekraczającym zdolność oka.

Formowanie i zapis obrazu

Systemy teledetekcyjne wykorzystują informacje o środowisku rejestrowane w postaci : obrazów; zapisu numerycznego; zapisu wielkości elektrycznych.

Informacja ta jest uzależniona od niżej wymienionych parametrów:

R=f(x,y,z, λ,e,s,t,f,ϕ) gdzie:

x,y,z - współrzędne położenia rejestrowanego promieniowania odbitego lub emitowanego

λ- długość fali promieniowania elektromag wykorzystanego w detekcji; s - czułość detektora użytego do rejestracji promieniowania; t - współczynnik rozkładu przepuszczalności filtrów; ϕ - rozkład odbić lub emisji cechujących rejestratory lub ośrodek.

Schematyczne ujęcie procesu formowania, wykrywania i zapisu obrazów:

ene. prom. objektu F(x, y) →h → ene. prom. obrazu l₁(x, y)→s→n(x, y)→Ld+n=L

formowanie obrazu zapis obrazu obraz uzyskany

Kwantowanie - zastąpienie opisu ciągłego przebiegu danej wielkości opisem nieciągłym za pomocą tylko niektórych z tych wartości, które występują w opisie ciągłym.

Jakość obrazu - kontrast i modulacja - funkcja przenoszenia układu optycznego OTF i funkcja przenoszenia modulacji MTF ⇒ miary jakości obrazu optycznego określające stosunek sygnału wyjściowego do sygnału wejściowego ukł. W F. Częstotliwości.

Obrazy rejestrowane fotoelektronicznie w postaci sygnału elektrycznego łatwo można doprowadzić do postaci cyfrowej, gdyż sygnał ten ma postać, którą można próbkować i kwantować. Do próbkowania i kwantowania wykorzystuje się zasadę mikrodensytometru.

Skanery : termalne (lub działające w podczerwieni) lub liniowe (IRLS) oraz wielospektralne.

Skaner:

I generacji - piksel za pikselem ⇒ s. optyczno - mechaniczny

II generacji - linijka za linijką ⇒ s. elektrooptyczny z linijką detektorów

III generacji - matryce CCD

Błędy w zapisie obrazu: obrót, pochylenie, skręt.

Skanery:

• optyczno - mech

• wielospektralny skaner MSS

• skaner Thematic Mapper

• elektrooptyczne

• skaner HRV (SPOT)

• kamery CCD

• lotnicze

• s. wielospektralny, termalny

• termalny skaner wielospektralny

• systemy telewizyjne

• kamera TBV satelity LANDSAT

• kamera termowizyjna

• radiometry mikrofalowe

• systemy radarowe SLAR i SAR

• radiolokator obrazory SIR

Cechy zobrazowań satelitarnych.

Rozdzielczość radiometryczna - opisuje zasięg oraz dającą się wyróżnić liczbę określającą dyskretne wartości jakości, alternatywnie określone jako zasięg dynamiczny lub stosunek sygnału do szumu. Często zapisywana jest za pomocą zapisu dwójkowego - stąd ośmiobitowa rozdzielczość radiometryczna na 256 poziomów jakości.

Rozdzielczość przestrzenna jest określana wymiarem piksela w terenie ( w metrach).

SATELITY

Fizyczne podstawy ruchu.

Siła odśrodkowa: F=(m*v)IR

Siła dośrodkowa: F=m*g

I prędkość kosmiczna: V=(qR₂)^0,5=7,91 km/s

IIprędkość kosmiczna = 11,189 km/s

III prędkość kosmiczna = 16,662 km/s

G_H=g(Rz/(Rz+H))² D=2pπR - obliczenie drogi jaką pokonuje

satelita na promieniu swojej orbity

Czas pokonania drogi po orbicie przez satelitę: t_min=84min; t_max=104,5min

Satelita geostacjonarny V₂ - V sat

Promień satelity : R s. stac. = 35888km

Prędkość s. stacjon: Vs stac = 3,07 km/s

Orbity:

• równikowe

• słoneczno - stacjonarne

• biegunowe.

Satelity meteorologiczne - piksel większy od 1000m

Satelity gospodarcze - piksel mniejszy od 120m (w nadirze)

1946 - rakieta V-2 (120 km)

1954 - rakieta Viking (240 km)

1959 - rakieta Atlas (370 km)

1957 - Sputnik 1

1959 - Explorer 6

Satelity z serii NIMBUS (1964-78)

Przyrządy:

• kamery fotograficzne i fotogrametryczne o Ck od 70-610 mm

• k. rozpoznawcze

• k. panoramiczne

• k. telewizyjne

• k. wielospektralne

• skanery

• radiometry

Transmisja na Ziemię: bezpośrednia i pośrednia.

1. Droga radiowa w postaci cyfrowej bezpośrednio w czasie pobierania informacji lub w postaci cyfrowej drogą radiową z taśmy magnetycznej do odbiorczej stacji naziemnej;

2. Fototelewizyjne drogą radiową po wywołaniu zdjęć z kamer, ich densytometrycznej digitalizacji i przekształceniu w sygn. Elektryczne;

3. Metodą telewizyjną bezpośrednio na ziemię.

Od 23 lipca 1972 nowy etap pozyskiwania danych satelitarnych - start satelity ERTS-1 (LANDSAT-1)

LANDSAT

Stacje odbioru:

• Fucina (Włochy)

• Kiruna (płn. Szwecja)

• Maspalmas (Wyspy Kanaryjskie)

Sensory:

LANDSAT 1 i 2 ⇒ RBV - kamery TV; MSS - skaner wielospektralny

LANDSAT 3 ⇒ RBV; MSS

LANDSAT 4 i 5 ⇒ MSS; TM - skanery wielospektralne.

LANDSAT 1, 2, 3 ⇒ orbita 900 km; w ciągu dnia Ziemia okrążana była 14-krotnie.

Na pokładzie satelity LANDSAT 1, 2, 3 umieszczono sensory typu RBV oraz MSS. RBV były to trzy kamery telewizyjne o rozdzielczości 80m (w trzecim satelicie rozdzielczość zwiększono do 30m). MSS to pierwszy globalny system monitoringowy Ziemi pozwalający na cyfrowe przetwarzanie danych. Rozdzielczość MSS ⇒ 79x56m, z IFOV wynoszącym 79x79m. Detektory rejestrują promieniowanie w czterech zakresach: spektrum widzialne 0,5-0,6μm (zielone) oraz 0,6-0,7 μm (czerwone) - pozwala na rozróżnienie obiektów infrastruktury - spektrum bliskiej podczerwieni 0,7-0,8 μm oraz 0,8-1,1 μm ⇒ pozwala rozgraniczyć wodę i ląd i wyróżnić rodzaje roślinności.

LANDSAT 4 i 5 - wyposażone w skaner Thematic Mapper (TM), skaner MSS. W ciągu doby satelita okrąża Ziemię 14,5 razy, orbita ⇒ 705 km.

Rozdzielczość skanera TM ⇒ 30m, z wyjątkiem kanału 6 ⇒ 120m. W celu dopasowania wielkości piksela kanału 6 do innych pasm jest on przetwarzany do rozmiaru 30x30m.

SPOT

22.02.1986 - orbita kołowa, prawie wokółbiegunowa, wys. 832km.orbita zsynchronizowana z pozornym ruchem Słońca. O godz. 10³⁰ orbita przecina węzeł zstępny, rewizyta tego samego miejsca co 26 dni

SPOT 1 - 02.1986

SPOT 2 - 02.1990

SPOT 3 - 08.1993

SPOT 4 - 04.1998

SPOT 5 - 05.2002

Posiada dwa skanery HRV, trzy kanały spektralne i jeden kanał panchromatyczny.

Rozdzielczość terenowa ⇒ 10m / 20m

radiometryczna ⇒ 6 bitów / 8 bitów

04 poziomy / 256 poziomów

Liczba detektorów w linii ⇒ 6000 / 3000

RHV mają możliwość obserwacji tego samego terenu co kilka dni, mimo że satelita SPOT wraca nad obszary podsatelitarne dopiero po 26 dniach. Dokonywanie częstszych obserwacji tych samych obszarów możliwe jest poprzez sterowanie lustrem.

Szerokość ścieżki 60km (możliwe wychylenie o 27°)

Stacje odbioru:

• Kiruna

• Tuluza

IKONOS

Nie wykonuje zdjęć ciągle, tylko na zamówienie. Nazwa pochodzi z greckiego słowa obraz jest pierwszym satelitą komercyjnym - 24.09.1990 wszedł na orbitę.

Rozdzielczość terenowa ⇒ 1m - kanał panchromatyczny; 4m - kanał spektralny

radiometryczna ⇒ 11 bitów.

Orbita zsynchronizowana z pozornym ruchem Słońca, co trzy dni odwiedza to samo miejsce.

Orbita ⇒ 681km

Kąt orbity ⇒ 98,1°

Powtarzalność 2,9 dnia.

Stacje odbioru:

• Turcja

• Bawaria pod Monachium

Produkty: materiał surowy; materiał obrobiony ⇒ ortofotomapy

Typy produktów:

• 1m - panchromatyczne (Pan)

• 4m - multi-spektralne (MS)

4 kanały w 4 zbiorach lub 3 kanały w 1 zbiorze (RC-B 321 lub 432)

1m - Pan - Sharpened

(Color): 4 kanały w 4 zbiorach lub 3 kanały w 1 zbiorze (RGB - 321 lub432)

Wychylenie układu optycznego:

• wzdłuż orbity ± 45°

• w poprzek orbity ± 45°

QUICK BIRD

Ogniskowa układu teleskopowego 8078m. Linijka CCD ma ekwiwalentną długość 27632 pikseli (3 linijki po ponad 9000 el.) - 3 pasy obrazu, z których po wstępnej obróbce generuje się jeden.

Kanał panchromatyczny - rozdzielczość 61cm, w odchyleniu 25° 72 cm

Obraz multi-spektralny - rozdzielczość w nadirze 244cm, w odchyleniu 25° 288cm

Rozdzielczość radiometryczna - 11 bitów

Stacje odbioru:

• Tromso

• Fairbanks (Alaska)

Szerokość pasa obrazowanego ⇒ 16,5km

Wysokość orbity ⇒ 450km

Wychylenie układu optycznego:

• wzdłuż orbity ± 30°

• w poprzek orbity ± 30°

TERRA

Sensory ⇒ ASTER, MODIS, CERE, MOPITT, NISR

ASTER - zaawansowany system satelitarny radiometryczny do badania emisji odbić i zjawisk termicznych.

ASTER i MODIS pracują w poszczególnych kanałach widma radiometrycznego.

Pracuje w 36 kanałach, rozdzielczość terenowa od 250m - 500m - 1km w nadirze.

Rozdzielczość radiometryczna ⇒ 12 bitów

Orbita - 705km, 1030 ⇒ descen, 1³⁰ ⇒ ascen

MODIS ⇒ ścieżka jaką łapie ⇒ 2330 km - będzie latał przez 6 lat. Wykorzystywany jest do badania następujących zjawisk: pow. Ziemi, chmury, aerozole, ozon, atmosfera, ocean, zjawiska termiczne, wilgotność.

AVHRR

Udoskonalony radiometr o bardzo dużej zdolności rozdzielczej - skaner optyczno - mechaniczny mierzący promieniowanie Ziemi w 5 zakresach spektralnych ⇒ typowy satelita meteorologiczny.

Pozyskiwanie niefotograficznych danych teledetekcyjnych w zakresie mikrofal.

Zakres widma magnetycznego ⇒ 1mm - 1m

Bardzo często używane pasmo - rzędu 23 cm

Krótka antena ⇒ szeroki kąt

Długa antena ⇒ wąski kąt

PASMO:

• Ka, K, Ku ⇒ krótkie promieniowanie nie używane dzisiej

• X ⇒ stosowane przez wojsko

• C ⇒ stosowane w wahadłowcach amerykańskich

• L ⇒ stosowane przez: Amerykanów i Japończyków - IERS-1

• P ⇒ najdłuższe promieniowanie dochodzące do 1m

Właściwości echa radarowego

Moc fali odbitej zależy od właściwości transmitowanego pole elektromagnetycznego i właściwości napromieniowanego obiektu.

Parametry źródła i odbiornika radaru to: długość fali, polaryzacja, kierunek.

Parametry powietrza: właściwości dielektryczne i przewodnictwa, chropowatość powierzchni w jednostkach długości fali, rezonanse fizyczne, nachylenie powierzchni, wpływy podpowierzchniowe, powierzchnie rozpraszania.

Współczesne radary są monochromatyczne tj. wykorzystują jedynie poj. dł. Fali o niezwykłej selektywności spektralnej.

Kierunek sygnału zależy od położenia oglądanego obiektu w stosunku do radaru. Unika się kierunku pionowego, gdyż względy geometryczne powodują trudności w rozpoznawaniu odległości terenowych pozyskiwanych z prawie pionowych odległości określanych na podstawie pomiaru czasu. Unika się również kątów padania prawie poziomych ze względu na powstawanie dużego zaciemnienia.

Polaryzacja

Odnosi się do wektorowego pola elektrycznego transmitowanych i odbieranych kształtów fali. Kiedy elektryczne pole wektorowe jest równoległe do powierzchni ziemi to jest nazywane spolaryzowanym horyzontalnie HH, zaś kiedy jest pionowe to jest VV. Czoło fali z kombinacja tych dwóch orientacji będzie spolaryzowane eliptycznie lub kołowo.

Stosowanie którejkolwiek polaryzacji do transmisji promieniowania może przy odbiorze energii od terenu powodować pewne skręcenia.

Dla pozyskania informacji w rejonie mikrofal (1mm do 1m) stosuje się systemy pasywne i aktywne. W systemach pasywnych ten zakres długości fal obejmuje promieniowanie o mniejszym natężeniu i wykrywane za pomocą sensorów mikrofalowych.

Radiometry mikrofalowe

Urządzenia do pomiaru natężenia promieniowania elektromagnetycznego (zasięg spektralny 0,3-1,4μm) jest zazwyczaj sensorem nieobrazującym (zasięg spektralny: fale milimetrowe).

Radiometr nie podaje bezpośrednio prawdziwej temperatury - rejestruje jedynie poziomy wysyłanego promieniowania, które należy zredukować i odnieść do temperatur terenowych.

Radiometry pozwalają określić temp. z dokładnością do 1K.

W radiometrach mikrofalowych (system pasywny) pracujących na falach mm stosuje się anteny paraboliczne ⇒ służą do pomiaru mocy promieniowania o małym natężeniu ⇒ stosuje się je między innymi do: badania środowiska, wykrywania i określania położenia obiektów naziemnych, nawodnych, powietrznych i kosmicznych. Obiekt naziemny można wykryć gdy jego temperatura różni się od tła przynajmniej o 1,75K.

Zobrazowania radarowe

Radar - urządzenie do wykrywania i określania położenia lub parametrów ruchu obiektów, które wykazują zdolności odbijania fal Elektromagnetycznych. Jest systemem aktywnym wykorzystującym energię EM fal dłuższych, która może przeni8kać przez mgłę i chmury. Istnieją dwie metody obrazowania:

• PPI - z obracającą się anteną nadawczo - odbiorczą

• SLAR lub SAR - stosowane do teledetekcji lotniczej

SLAR - pulsacja dużej energii mikrofalowej jest emitowana w odstępach mniejszych niż mikrosekundowe (10^-6sek.)

Ro=(c*t)/2 ⇒ c- prędkość światła; t -czas

Ra=R∅ ⇒ Ra - odległość do danego pkt. A; R - iloczyn odległości; ∅ - wiązka - średnica.

∅=λ/l ⇒ λ - długość fali; ∅ - wiązka; l - długość anteny.

Rejestracja cyfrowa lub analogowa - skala bardzo mała (1:100000 do 1:250000)

Dopplerowski radar z anteną syntetyzowaną SAR

SAR - wykorzystuje efekt Dopplera, który jest wywołany przy typowej częstotliwości modulacji sygnałów i daje możliwość określenia kierunków do źródła odbitego promieniowania, wykorzystując do tego spójne łączenie kolejno odbieranych impulsów. Dzięki temu, że antena rzeczywista w trakcie nadawania i odbierania impulsów jest przenoszona przez samolot lub satelitę ,jest ono słusznie wydłużona, co jest powodem zwiększenia rozdzielczości azymutralnej, gdyż w miejscu szer, wiązki rzeczywistej powstaje bardzo różna efektywna z anteny syntetyzowanej.

Lotnicza alimetria laserowa

Na system składają się dwa segmenty: (latający) i naziemny.

Segment pokładowy:

• Dalmierz laserowy

• System pozycjonowania GPS

• Inercjalny system INS

• Kamera wideo

• Blok rejestracji danych

• System planowania lotem

System naziemny:

• Referencyjna stacja GPS

• Stacja robocza do obróbki i przetwarzania danych pomiarowych i generowania wynikowego DTM ⇒ Numeryczny Model Terenu (w trybie off-line)

Przykłady stosowania: oceanografia, niebezpieczne zagrożenia, geomorfologia, hydrologia, glacjologia, wulkanologia, tektonika, ekologia, sejsmologia, klimatologia, geodynamika.

ERS-1 SAR ⇒ 17.07.1991

Częstotliwość - kanał C

Polaryzacja - VV

Wielkość anteny - 10m x 1m

Pochylenie - 23°

Zasięg 100 km

Rozdzielczość terenowa -30m(azymutalna)

26,3m(poprzeczny)

Wysokość orbity -785 km

Czas obiegu - 100 min

Czas powrotu - 35 dni.

RADAR SAT 1995

Wiązka wychylenia -10°-48°

Orbita -798 km

Czas obiegu -100 min

Czas powrotu -24 dni

Przetwarzanie obrazu cyfrowego

1. Usunięcie nieregularności radiometrycznych wywołanych detektorami i zastosowanie geometrycznych poprawek systematycznych stosowanych do użytego systemu obserwacyjnego, ruchu obrotowego ziemi oraz przekształcenia danych pozyskanych z powierzchni terenu na płaszczyznę taką jak zdjęcie lub mapa.

2. Połączenie danych efemerydy z danymi pozyskiwanymi zdalnie za pomocą sensorów w sposób możliwie najlepszy.

3. Przekształcenie zapisu radiometrycznego w geometrii danych, tak aby uwydatniły szukane cechy obrazu i odpowiadały zadanej projekcji mapy.

4. Grupowanie kategorii informacji opartych na właściwościach radiometrycznych. Można stosować w tym celu:

1. Algorytmy doprowadzające do właściwej postaci daną scenę lub sceny z wykorzystaniem informacji terenowych

2. Algorytmy zbierające i rozdzielające przyrosty sceny na podstawie charakterystyk dyskretnych

Algorytmy hybrydowe - łączące oba te postępowania.

Histogram obrazu - ilustruje statyczny rozkład skali szarości w obrazie, w funkcji liczby pikseli, w których każdy jest określony odpowiednim poziomem szarości.

Każdy obraz cyfrowy ma swój niepowtarzalny histogram, ale nie odwrotnie,gdyż histogram zawiera jedynie dane radiometryczne i nie posiada informacji oich sytuacyjnym rozmieszczeniu w obrazie

Istota histogramu obrazu.

Wzmocnienie obrazu jest procesem ulepszania wyglądu obrazu za pomocą takich technik jak: rozciąganie kontrastu, wyznaczanie krawędzi, wygładzanie, wyostrzenie, manipulowanie skalą jasności.

W celu poprawienia kontrastu należy dotychczasowy zakres wartości jasności pikseli rozszerzyć do max. tj. od 0 do 255.

Metodyka interpretacji zdjęć lotniczych

Percepcja wzrokowa - to odzwierciedlenie w świadomości człowieka przedmiotów iu zjawisk światła zewnętrznego ⇒ bodźce świetlne → receptory narządy wzroku)

Trzy etapy procesu interpretacyjnego:

1. Wykrycie obiektu

2. Identyfikacja

3. Ocena i interpretacja rezultatów odczytania

Ad a. Podstawą jest wyrobienie sobie jakiegoś ogólnego pojęcia o przedstawionej na zdjęciu sytuacji. Etap ten obejmuje wydzielenie jednorodnych kompleksów terenu i przybliżone wydzielenie jednostek taksonomicznych.

Wykrycie obiektu - postrzeżenie jego cech zewnętrznych: kształtu, wielkości, tonu (barwy), tekstury i struktury.

Ad b. Rozpoznawanie obiektów i ich identyfikacja: utwierdzenie się w przekonaniu o prawdziwości wstępnych spostrzeżeń i sądów

Podstawy rozpoznawania obiektów - cechy rozpoznawcze:

• Bezpośrednie - dotyczą charakterystyki geometrycznej, stereometrycznej, strukturalnej i optycznej.

• Pośrednie - zależności ilościowe, przestrzenne, funkcjonalne i przyczynowe między obiektami.

• Kompleksowe - naturalne kombinacje bezpośrednich i pośrednich cech rozpoznawczych.

Wiedza doświadczenie i wyobraźnia odgrywają dużą rolę w identyfikacji obiektów, kontroli i weryfikacji.

Ad c. Wypracowane w procesie myślowym wyobrażenia o obiektach i zjawiskach są przesłanką dalszego rozumowania, kojarzenia wszystkich informacji i ich konfrontacją z posiadana wiedza przedmiotu.

DEDUKCJA

↓

HIPOTEZA ROBOCZA

↓

DEDUKCJA↔INDUKCJA

↓

WERYFIKACJA

↓

KOŃCOWE WNIOSKI O

CHARAKTERZE SYNTETYCZNYM

Instrumenty stosowane w fotointerpretacji zdjęć lotniczych:

• lupa fotointerpretacyjna

• stereoskop kieszonkowy

• stereoskop lustrzany

• lustrzany stereoskop szeregowy

• stereopantometr

• śruba mikrometryczna (stereomikrometr)

• przetwornik optyczny

• interpretoskop

• projektor wielospektralny

• mikrofotometr

W/g. K. H. Stone'a proces fotointerpretacji powinien przebiegać w myśl niżej wymienionych zasad:

1. Należy ją przeprowadzić w sposób metodycznie poprawny. Najlepiej jest interpretować tylko jeden rodzaj el. w jednym czasie, rozpoczynając od najbardziej charakterystycznych i znanych, aż po coraz trudniejsze i mniej znane. Sugerowana kolejność interpretowania elementów teledetekcyjnych: sieć drożna, sieć hydrograficzna, rzeźba powierzchni terenu, szata roślinna naturalna, uprawy, osadnictwo wiejskie, miejskie,przemysłowe, obiekty wojskowe.

2. Proces fotointerpretacji w ramach jednego zagadnienia powinien przebiegać od ogółu do szczegółu.

3. Fotointerpretacja powinna być przeprowadzona od obiektów znanych do mniej znanych

Zależność fotonu kąta padania promieni słonecznych

(foto)tekstura - przestrzenne uporządkowanie poszczególnych elementów obrazu w określony wzór

(foto)struktura - oddaje charakter powierzchni sfotografowanego obiektu. Zależy od skali zdjęcia. Definiuje się najczęściej jako gładką, drobno- i gruboziarnistą.

Subiektywizm obserwatora - fotointerpretacyjne klucze rozpoznawcze ułatwiające identyfikację.

Nieoświetlona część obiektu znajduje się w cieniu własnym. Cień własny ma z reguły ciemniejszy ton niż cień rzucany przez obiekt.

Zalety i wady cieni:

• Kształt cienia zależy od: wys. słońca nad horyzontem, jego azymutu, położenia obiektu do pkt. Głównego zdjęcia

• Plastyka terenu - głębokie cienie

• Możliwość określania wysokości obiektu

Metody interpretacji: porowe, kameralne, kombinowane

• Określenie cech fotointerpretacji

• Wybór i przygotowanie materiałów fotograficznych

• Wybór i analiza materiałów pomocniczych

• Interpretacja.

Metoda kombinowana:

• Wstępna kameralna interpretacja zdjęcia

• Polowa interpretacja wzdłuż wybranych tras lub na obszarze wzorcowym

• Kameralna interpretacja z obszarów objętych badaniami polowymi.

• Interpretacja polowa w punktach

Klucze fotointerpretacyjne - zdjęcia wraz z opisami pojedynczych obiektów lub elementów krajobrazu geograficznego. Zdjęcia takie są zazwyczaj starannie wybierane, studiowane w terenie i w laboratorium i opisywanie.

Wzorce porównawcze - zdjęcia i ich opisy fotointerpretacyjne charakteryzujące określone związki terytorialne pomiędzy obiektami oddającymi strukturę krajobrazu geograficznego.

Zastosowanie: geologia, geomorfologia, hydrogeologia, gleboznawstwo, szata roślinna, rolnictwo i osadnictwo wiejskie, obszary zurbanizowane i przemysłowe, archeologia.

Cyfrowe przetwarzanie zobrazowań satelitarnych:

• Odtwarzanie obrazu

• Wzmacnianie obrazu

• Klasyfikacja treści

Odtwarzanie obrazu - ma na celu doprowadzenie zobrazowania wykonanego przez skaner, do najbardziej poprawnej postaci.

Obejmuje ono korekcję zniekształceń radiometrycznych i geometrycznych.

Zanim zobrazowania mogą być interpretowane zwykle są przekształcone w procesie wzmocnienia obrazu, którego celem jest polepszenie czytelności zdjęcia przez zwiększenie kontrastu sąsiadujących obiektów.

Dwie grupy metod:

• Operacje punktowe ⇒ modyfikują jaskrawość każdego piksela w zbiorze bez względu na jaskrawość pikseli sąsiednich

• Operacje lokalne ⇒ czynią to przy uwzględnieniu jaskrawości pikseli sąsiednich.

Najczęściej stosowana technika wzmacniania obrazu jest operacja punktowa, zwana rozciąganiem kontrastu.

Różne sposoby rozciągania kontrastu: funkcja liniowa, liniowo-odcinkowa, logarytmiczna, jednostajnego rozkładu kulminacyjnego, filtrująca, filtrująca funkcja wykładnicza, trapezoidalna.

Korekcja geometryczna zdjęć:

Błędy systematyczne są korygowane przez zastosowanie wzorów wyprowadzonych z matematycznego modelowania źródeł zniekształceń.

Do korekcji błędów przypadkowych i kompleksowych błędów systematycznych stosuje się terenowe punkty kontrolne o znanych współrzędnych geodezyjnych.

X=f₁(x, y) x, y ⇒ współrzędne obszaru

Y=f₂(x, y) X, Y ⇒ współrzędne geodezyjne

f₁, f₂ ⇒ zależności transformacyjne

Metody:

• Bez interpolacji

• Interpolacji liniowej (4 piksele: A, B, B i B)

• Interpolacji z wykorzystaniem 16 pikseli (A, B i C)

Zmiana układu (redystrybucja) pikseli w procesie geometrycznej korekcji zdjęć.

Metodę geometryczna korekcji obrazu stosuje się dopiero po uprzednim sklasyfikowaniu jego treści.

Interpretacja zobrazowań cyfrowych.

Cechy obrazu cyfrowego:

• Rozdzielczość powierzchniowa ⇒ wymiary pikseli

• Rozdzielczość radiometryczna ⇒ poziomy jasności

Sformowanie dwóch zadań interpretacji obrazu:

• Analiza ilościowa

• Interpretacja wyglądu zrekonstruowanego obrazu cyfrowego

Interpretacji poddaje się poj. obrazu i komponuje barwę . powodzenie zależy od doświadczenia interpretatora i jego umiejętności wykorzystania elementów.

Elementy spektralne mogą być pomocne, ale tylko temu interpretatorowi, który potrafi posługiwać się charakterystyką odbić spektralnych typowego pokrycia terenowego i zna charakterystykę sensora.

Interpretator powinien wykorzystać dane czasowe do rozróżniania roślinności stałej i przemijającej.

Obydwa zadania interpretacji są komplementarne. Fotointerpretacja wspomaga uprzednie komputerowe przetwarzanie danych. Zaś analizę ilościową - odpowiednio wiarygodne sporządzenie klucza fotointerpretacyjnego.

Postać obrazów do celów interpretacji:

• Czarno - białe ⇒ obrazy każdego kanału spektralnego (czerń - 0, biel - 63 [6bitów], 127[7bitów], 255[8bitów]

• Barwne kompozycje złożone z wielospektralnych pasm spektralnych - wybrane pasma obrazów cyfrowych są przedstawiane trzema barwami podstawowymi na monitorze przystosowanym do odtwarzania obrazów barwnych.

---