Zastosowanie POLSKIE zdjêæ TOWARZYSTWO heisferycznych INFORMACJI w badaniach ekosysteów PRZESTRZENNEJ leœnych ROCZNIKI GEOMATYKI 2006 TOM IV ZESZYT 4 103 ZASTOSOWANIE ZDJÊÆ HEMISFERYCZNYCH W BADANIACH EKOSYSTEMÓW LEŒNYCH APPLICATION OF HEMISPHERICAL PHOTOGRAPHS TO RESEARCH ON FOREST ECOSYSTEMS Pawe³ Strzeliñski Zak³ad Urz¹dzania Lasu, Katedra Urz¹dzania Lasu, Wydzia³ Leœny, Akadeia Rolnicza w Poznaniu S³owa kluczowe: poiary œwiat³a, indeks powierzchni liœciowej, fotoszkic koron, fotografia w podczerwieni, obiektyw rybie oko Keywords: light easureents, leaf area index, canopy photo sketch, infrared photography, fisheye lens Cel i zakres opracowania Zasadniczy cele pracy jest oówienie podstawowych za³o eñ etodycznych wykonywania zdjêæ heisferycznych, w kontekœcie praktycznego wykorzystania ich w trakcie inwentaryzacji stanu i zasobów leœnych. Bezpoœredni zastosowanie cyfrowej fotografii heisferycznej, oówiony w artykule, jest ocena stopnia a urowoœci koron w drzewostanach oraz poiar bezwzglêdnej iloœci œwiat³a docieraj¹cej do dna lasu. Obok tego zakresu, w pracy zasygnalizowano równie o liwoœæ rejestracji podczerwieni, wykorzystywanej w celu badañ aparatu asyilacyjnego drzew. Kolejny, oówiony zakrese praktycznego zastosowania cyfrowych zdjêæ heisferycznych, jest sporz¹dzanie apy rzutów koron drzew, czyli tzw. fotoszkicu koron. Praca zawiera tak e skrótowy przegl¹d literatury oraz prezentacjê rozwi¹zañ sprzêtowych, uzupe³nionych wyszczególnienie podstawowego oprograowania. Przegl¹d literatury Poiar a urowoœci drzewostanu, jako najprostszy sposób poiaru iloœci œwiat³a docieraj¹cego do dna lasu, najczêœciej jest wykonywany w oparciu o analizê zdjêæ heisferycznych z wykorzystanie obiektywu typu rybie oko (fish-eye), o k¹cie widzenia 180 o (Chan i in., 1986; Becker i in., 1989; Wagner, 1994; Frazer i in., 1999; Englund i in., 2000; Inoue i in., 2002; Robakowski, 2003; Inoue i in., 2004; Megui, 2004; Robakowski i in., 2004).
104 Pawe³ Strzeliñski Zdjêcia heisferyczne pozwalaj¹ nie tylko na ocenê stopnia a urowoœci. Uo liwiaj¹ równie ogóln¹ charakterystykê koron i ocenê stanu aparatu asyilacyjnego (Wang i in., 1992; Walter i in., 1996; Diaci i in., 1999; Planchais i Pontailler, 1999; Dobbertin i in., 2004). W pracach badawczych wielokrotnie podejowane by³y tak e próby oceny wp³ywu proieniowania œwietlnego (ierzonego przy zastosowaniu zdjêæ heisferycznych) na wzrost i rozwój ³odego pokolenia drzew (Caeron i Ives, 1997; Robakowski i in., 2000; Robakowski, 2003). Metodyka zdjêæ heisferycznych by³a równie wykorzystywana do oceny gêstoœci przep³ywu fotonów w procesie fotosyntezy dla drzewostanu o niejednorodny zwarciu (pod okape i w lukach) (Easter i in., 2004). Wskazane jest jednak uzupe³nienie poiarów a urowoœci innyi, powszechnie stosowanyi etodai poiaru œwiat³a. Nale ¹ do nich.in. poiary œwiat³a fotosyntetycznie czynnego (PAR) (Gower i in., 1999; Robakowski i in., 2000; Robakowski i in., 2004) oraz poiary pozwalaj¹ce na okreœlenie indeksu powierzchni liœciowej (LAI) (Martens i in., 1993; Chen i in., 1996; Gower i in., 1999; Kucharik i in., 1998a; 1998b; Hyer i in., 2004). Opis podstawowych za³o eñ etodycznych Zdjêcia heisferyczne Zdjêcia heisferyczne najczêœciej s¹ wykonywane podczas badañ zwi¹zanych z opise warunków ekologicznych roœlin (lasy, uprawy rolnicze, sady). Zazwyczaj cele jest uzyskanie inforacji o iloœci œwiat³a docieraj¹cego na odpowiedni pozio. W przypadku poiarów w drzewostanach, obok a urowoœci koron, najczêœciej ierzy siê równie iloœæ œwiat³a, jaka dociera do siewek (poiar na pozioie 0 lub na wysokoœci 5 10 c, nad powierzchni¹ gruntu), do drzewek w warstwie nalotu (poiar na wysokoœci 50 c lub w warstwie podrostu (130 150 c nad powierzchni¹ gruntu). Zdjêæ heisferycznych na wiêkszych wysokoœciach z regu³y siê nie wykonuje. Z optyalnyi warunkai do wykonywania zdjêæ heisferycznych ay do czynienia wówczas, gdy jest pe³ne zachurzenie, ewentualnie, gdy tarcza s³oneczna jest ukryta za churai. W przypadku, gdy tarcza s³oneczna jest bezpoœrednio widoczna (nie o na jej np. ukryæ za pnie drzewa), konieczne jest (na etapie analizy) wprowadzenie korekcji zwi¹zanej z po³o enie s³oñca nad horyzonte (Kopp i in., 2002). Poniewa zdjêcia heisferyczne s¹ typowy poiare punktowy, statyw z aparate uieszcza siê w œrodku powierzchni badawczej. Aparat usi byæ ustawiony w ten sposób, aby uowna p³aszczyzna obiektywu (górnej soczewki) by³a spozioowana. Mo na w ty celu wykorzystaæ g³owicê statywu wyposa on¹ w libelki lub zaontowaæ niezale n¹ libelkê w sankach lapy b³yskowej. Zazwyczaj podczas wykonywania zdjêæ heisferycznych w drzewostanach zaleca siê zachowanie nastêpuj¹cych warunków: ustawienie obiektywu (górna soczewka) na dwóch wysokoœciach (nad powierzchni¹ gruntu): 50 c oraz 130 c, ustalenie i oznaczenie kierunku N-S, spozioowanie kaery, oœ obiektywu ustawiona prostopadle, ustawienie kaery w zakresie czu³oœci ISO 400 (podczas s³onecznego dnia nie niej ni ISO 100), ustawienie kaery na czasie igawki nie d³u szy ni 1/125,
Zastosowanie zdjêæ heisferycznych w badaniach ekosysteów leœnych 105 ustawienie kaery na aksyalnej rozdzielczoœci zapis plików w foracie JPEG+RAW lub JPEG. Do wykonywania zdjêæ heisferycznych jeszcze do koñca ubieg³ego wieku by³y wykorzystywane g³ównie analogowe aparaty fotograficzne (najczêœciej lustrzanki a³oobrazkowe), rejestruj¹ce obraz na kliszach œwiat³oczu³ych. Jedyny powa ny ograniczenie by³a wówczas optyka czyli koniecznoœæ zastosowania obiektywu typu rybie oko z k¹te widzenia 180 o. Obecnie, gdy zdecydowanie doinuje fotografia cyfrowa, przy zdjêciach heisferycznych optyka w powi¹zaniu z wielkoœci¹ œwiat³oczu³ej atrycy sta³y siê przys³owiowy w¹ski gard³e. W taki wypadku, nawet zastosowanie cyfrowych lustrzanek (kaery z wyienn¹ optyk¹) z obiektywai typu rybie oko w zdecydowanej wiêkszoœci wypadków nie spe³nia wyogów uzyskania kolistego obrazu o k¹cie widzenia 180 o. Przyczyna tkwi w wielkoœci œwiat³oczu³ej atrycy. Zasadniczo (poza kilkoa odelai) kaery cyfrowe z wyienn¹ optyk¹ posiadaj¹ atryce o wyiarach ok. 15x22. W przypadku kaery Canon EOS 20D jest to atryca typu CMOS o wyiarach 15x22,5, rejestruj¹ca obraz o rozdzielczoœci 8,2 ilionów efektywnych pikseli (3504x2336 pikseli). Przy³¹czenie do tej kaery obiektywu typu rybie oko (np. Canon EF 15 f/2.8 Fisheye, Siga 8 f/3.5 EX DG Circular Fisheye) nie da w efekcie obrazu kolistego z k¹te 180 o! Ró nice w zastosowaniu do zdjêæ koron obiektywu typu rybie oko oraz obiektywu o wê szy k¹cie widzenia, na tle drzewostanu, w który prowadzono poiary w sierpniu 2006 zaprezentowano na dwóch fotografiach (rys. 1 i 2). Przyczyn¹ jest przeznaczenie ww. obiektywów do tzw. aparatów pe³noklatkowych, czyli posiadaj¹cych atrycê o wyiarze 24x36 (jest to wyiar pe³nej klatki kadru w analogowych aparatach a³oobrazkowych). St¹d zastosowanie analogowej optyki do kaer niepe³noklatkowych powoduje koniecznoœæ przeliczenia paraetrów obiektywu. Dla kaery Canon EOS 20D przelicznik wynosi 1,6 (wysokoœæ kadru 24 : 15 = 1,6 ; szerokoœæ kadru 36 : 22,5 = 1,6). Zastosowanie np. obiektywu Canon EF 15 f/2.8 Fisheye w kaerze Canon EOS 20D powoduje, e zieniaj¹ siê paraetry optyczne ogniskowa siê wyd³u a (do 24 ), a k¹t widzenia siê skraca (do 112,5 o ). Aby dope³niæ etodycznych wyogów fotografii heisferycznej, stosuje siê dwa rozwi¹zania. Optyalny rozwi¹zanie jest zastosowanie cyfrowej lustrzanki pe³noklatkowej, co zapewnia.in. otrzyanie bardzo wysokiej jakoœci obrazu. Niestety obecnie na rynku dostêpne s¹ tylko cztery odele: Canon EOS-1Ds Mark II, Kodak DCS Pro SLR-n (wycofany z produkcji), Kodak DCS Pro SLR-c (wycofany z produkcji) oraz Kodak DCS Pro 14n. Spoœród nich zaœ zdecydowanie najlepszy jest falagowy odel firy Canon - EOS-1Ds Mark II, o rozdzielczoœci 16,6 MP (4992 x 3328 pikseli). Drugi rozwi¹zanie jest po³¹czenie niepe³noklatkowej cyfrowej lustrzanki (lub wysokiej klasy cyfrowego kopaktu) z odpowiedni konwertere, który w po³¹czeniu z obiektywe pozwoli na uzyskanie kolistego zdjêcia, z zachowanie k¹ta widzenia 180. Do wykonywania zdjêæ heisferycznych w Katedrze Urz¹dzania Lasu AR w Poznaniu testowany jest nastêpuj¹cy zestaw: aparat cyfrowy typu SLR (lustrzanka) Canon EOS 20D (atryca 8 MP), obiektyw Canon EF-S 18-55/3,5-5,6, konwerter typu fish-eye (uo liwiaj¹cy uzyskanie k¹ta widzenia 180 o ) Raynox DCR- CF 185PRO (www.raynox.co.jp/english/dcr/dcrcf185pro).
106 Pawe³ Strzeliñski Rys. 1. Zdjêcie zwarcia koron w drzewostanie œwierkowy, wykonane zestawe Canon EOS 20D + Canon EF 17-40/4,0 L (rzeczywisty kat widzenia: 104 o x 1,6 = 60 o ); fot. P. Strzeliñski Rys. 2. Zdjêcie heisferyczne w drzewostanie œwierkowy, wykonane zestawe Canon EOS 20D + Canon EF 18-55/3,5-5,6+ konwerter Raynox DCR-CF 185PRO (aksyalny rzeczywisty kat widzenia 185 o ); fot. P. Strzeliñski
Zastosowanie zdjêæ heisferycznych w badaniach ekosysteów leœnych 107 Rejestracja podczerwieni Kilka dziesiêcioleci doœwiadczeñ opartych na badaniach teledetekcyjnych z wykorzystanie zdjêæ lotniczych i satelitarnych wskazuj¹, e z punktu widzenia u ytecznoœci tych ateria³ów w analizach dotycz¹cych pokrywy roœlinnej, najlepsze efekty uzyskuje siê wykorzystuj¹c barwne zdjêcia w podczerwieni. Jest wiêc prawdopodobne, e podczerwieñ zarejestrowan¹ etod¹ zdjêæ heisferycznych, bêdzie silnie skorelowana z podczerwony zakrese uzyskany na zdjêciach lotniczych i satelitarnych. Hipoteza ta wyaga oczywiœcie przetestowania. Niestety, nie odnaleziono adnych publikacji opisuj¹cych o liwoœci wykorzystania zdjêæ heisferycznych (jak równie zdjêæ wykonywanych innyi technikai fotografii nazienej), rejestruj¹cych podczerwony zakres proieniowania, w celu badañ aparatu asyilacyjnego w drzewostanach. W przypadku zastosowania zdecydowanej wiêkszoœci kaer cyfrowych pojawia siê jednak proble z rejestracj¹ podczerwieni. Wynika to z przyczyn technicznych bezpoœrednio przed atryc¹ œwiat³oczu³¹ w kaerach ontowane s¹ filtry, odcinaj¹ce ca³y zakres s³onecznego proieniowania elektroagnetycznego, oczywiœcie poza zakrese widzialny (ok. 400 760 n). Aby ieæ o liwoœæ rejestracji podczerwieni kaerai cyfrowyi, nale y wykorzystaæ jeden z trzech ni ej wyienionych sposobów. Pierwszy z nich jest u ycie kaery cyfrowej dedykowanej do zdjêæ podczerwieni. Jedn¹ z niewielu takich kaer jest Canon EOS 20Da, produkowany g³ównie z yœl¹ o astrofotografii. Niestety, kaera ta, obok zakresu œwiat³a widzialnego, rejestruje tylko bardzo w¹ski zakres bliskiej podczerwieni (do ok. 720 n) (http://www.dpreview.co/reviews/ specs/canon/canon_eos20da.asp). Drugi sposobe jest zastosowanie filtrów nasadkowych, które pozwalaj¹ na rejestracjê szerszej skali wida. W uproszczeniu zasada dzia³ania tych filtrów polega na zablokowaniu zakresu œwiat³a widzialnego i rejestracji w to iejsce podczerwieni o zienionej (przez filtr) d³ugoœci fali. Filtr B+W 092 pozwala np. na rejestracjê wida w zakresie do ok. 730 n (http://users.utu.fi/hlehto/photo/optics/ir20d.shtl) (rys. 3). Uniwersalne oznaczenie rodzaju filtra Tabela 1. Wykaz filtrów ró nych producentów uo liwiaj¹cych rejestracjê podczerwieni Zakres rejestrowanej fali 0% transisj [n] 50% transisji [n] Schott- Glass * - filtr przetestowany z kaer¹ Canon EOS 20D ród³o: http://www.coca.co.uk/cocaws/infrared/infrared.htm - zienione Firowe oznaczenia filtrów wybranych arek B+W Heliopa n Hoya Tiffe n CoCa 89B 680 720 R G695 092* 5695/569 R 72 R72 88 700 735 88A 720 750 R G715 5715/571 88A 87 740 795 R G780 5780/578 TI87 87 87C 790 850 RG830 093 5830/585 87C 87B 820 930 R G850 5850/585 87A 880 1050 RG1000 094 5100/510 R M90
108 Pawe³ Strzeliñski Wykaz innych filtrów uo liwiaj¹cych rejestracjê podczerwieni, jednak nietestowanych jeszcze z kaer¹ Canon EOS 20D, przedstawia tabela 1. Trzeci sposobe na rejestracjê podczerwieni prze kaery cyfrowe, jest usuniêcie ontowanych przed œwiat³oczu³¹ atryc¹ filtrów, blokuj¹cych niewidzialne zakresy proieniowania. Jest to czêsto stosowany sposób, czego dowodz¹ liczne internetowe fora dyskusyjne (http://dpfwiw.co/ir.ht; http://www.jr-worldwi.de/photo/intro.htl; http:// www.coca.co.uk/cocaws/infrared/infrared.htm) oraz bardzo szczegó³owe instrukcje, objaœniaj¹ce deonta filtrów (http://www.lrgb.co/20d.htl; http://www.lifepixel.co/ IR.ht). Fotoszkic koron Istnieje tak e o liwoœæ wykonania zdjêæ cyfrowych, daj¹cych w efekcie apê rzutów koron (fotoszkic koron). Liczba punktów (odleg³oœæ poiêdzy nii), z których wykonywane s¹ zdjêcia, zale y od wielkoœci badanej powierzchni (drzewostanu) oraz przeciêtnej wysokoœci drzew z górnego piêtra (warstwy). Zdjêcia powinny byæ wykonywane z zachowanie warunków ustalonych dla zdjêæ heisferycznych. Dodatkowo, w celu ustalenia punktów wspólnych dla s¹siednich zdjêæ, wykorzystuje siê tyczki, które w terenie bêd¹ rozieszczane w taki sposób, aby by³y widoczne w naro nikach kadrów. Przy sporz¹dzaniu fotoszkicu koron testowane bêd¹ dwa zestawy jeden sk³adaj¹cy siê z: kaery cyfrowej typu SLR (lustrzanka) Canon EOS 20D (atryca 8 MP), obiektywu Canon EF 17-40/4,0 L, oraz drugi, sk³adaj¹cy siê z: kaery cyfrowej typu SLR (lustrzanka) Canon EOS 20D (atryca 8 MP), obiektywu Canon EF-S 18-55/3,5-5,6, konwertera typu fish-eye Raynox DCR-CF 185PRO. Opracowanie danych i spodziewane wyniki Rynek oprograowania, jakie pozwala na opracowywanie i analizê zdjêæ heisferycznych jest bardzo wyspecjalizowany i oferuje zaledwie kilka pakietów. S¹ to: CI-110 (http://www.cid-inc.co), Gap Light Analyzer (http://www.ecostudies.org/gla/), HeiView and the Digital Plant Canopy Iager (http://www.delta-t.co.uk), RGBFisheye (http://www.gifu-u.ac.jp/~ishida/rgbfisheye02.ht), WinSCANOPY (http://www.regent.qc.ca). W literaturze najczêœciej spotyka siê inforacje o wykorzystywaniu prograów Gap Light Analyzer (progra typu freeware) oraz WinSCANOPY. Do analiz zdjêæ heisferycznych w Katedrze Urz¹dzania Lasu AR w Poznaniu obecnie wykorzystane jest specjalistyczne oprograowanie Gap Light Analyzer (v. 2.0). Przyk³ady analiz wykonanych w ty prograie przedstawiono na rysunku 4.
Zastosowanie zdjêæ heisferycznych w badaniach ekosysteów leœnych 109 W efekcie analiz opartych na zdjêciach heisferycznych spodziewane jest okreœlenie wielu eleentów. Bêd¹ to: bezwzglêdna iloœæ œwiat³a rejestrowana na pozioach poiarowych, struktura zwarcia koron, ziennoœæ przestrzenna ulistnienia okapu drzewostanu, indeks powierzchni liœciowej, ogólna charakterystyka koron (deforacja koron, ywotnoœæ pêdów bocznych), stan aparatu asyilacyjnego (liczba roczników igie³, przeœwietlenie koron i ubytek aparatu asyilacyjnego, zniekszta³cenia i przebarwienia aparatu asyilacyjnego), zale noœæ poiêdzy zwarcie a odnowienie naturalny. Podjêta zostanie tak e próba: oszacowania bioasy aparatu asyilacyjnego, oceny gêstoœci przep³ywu fotonów w procesie fotosyntezy pod okape i w lukach drzewostanu. Podsuowanie Dynaicznie rozwijaj¹cy siê przeys³ produkuj¹cy urz¹dzania do cyfrowej rejestracji obrazu, ci¹g³y wzrost rozdzielczoœci atryc oraz relatywne obni anie cen, powoduje rozszerzenie zakresu wykorzystania tego typu sprzêtu. W zakresie prac urz¹dzeniowych cyfrowa fotografia a szanse staæ siê podstaw¹ przysz³ej etody oceny stopnia defoliacji koron. Natoiast przy zdjêciach rejestruj¹cych podczerwieñ bêdzie o liwa szersza ocena stanu aparatu asyilacyjnego. Oczywiœcie na obecny etapie badañ i testów konieczne jest powi¹zanie inforacji uzyskanych ze zdjêæ heisferycznych z danyi pozyskanyi bardziej dok³adnyi etodai (bezpoœredni poiar drzew, poiary instruentalne LAI, skaning laserowy nazieny i lotniczy oraz wysokorozdzielcze cyfrowe zdjêcia lotnicze i satelitarne). Opisane w niniejszej pracy za³o enia etodyczne s¹ obecnie i bêd¹ testowane w raach kilku projektów badawczych: Monitoring i odelowanie zdolnoœci regeneracyjnych lasu zanieczyszczonego przez eisje przeys³owe studia z wykorzystanie zdjêæ satelitarnych, na przyk³adzie Beskidu Œl¹skiego, kierownik projektu Magdalena Main (Geoatics Departaent, Institute of Geography, Huboldt-Universität zu Berlin), realizowany w latach 2006-2007, Opracowanie etody inwentaryzacji lasu opartej na integracji wybranych technik geoatycznych, koordynacja projektu Wydzia³ Leœny SGGW oraz prof. dr hab. Toasz Zawi³a-NiedŸwiecki (Fachhochschule Eberswalde), realizowany w latach 2006 2008, Wystêpowanie, rola i wp³yw na ekosystey leœne jod³y pospolitej (Abies alba Mill.) na obszarze Ba³tyckiej Krainy przyrodniczo-leœnej, kierownik projektu dr in. Pawe³ Strzeliñski, (Katedra Urz¹dzania Lasu, Akadeia Rolnicza i. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu), realizowany w latach 2006 2009, Relacje poiêdzy iloœci¹ i jakoœci¹ produkcji drewna oraz stabilnoœci¹ drzewostanów sosnowych, kierownik projektu prof. dr hab. Edward Stêpieñ (Zak³ad Urz¹dzania Lasu, Katedra Urz¹dzania Lasu, Geoatyki i Ekonoiki Leœnictwa SGGW), realizowany w latach 2006 2009.
110 Pawe³ Strzeliñski Po zakoñczeniu ww. projektów badawczych zapewne bêdzie o na zweryfikowaæ oraz udoskonaliæ niektóre za³o enia etodyczne wykonywania i analizy zdjêæ heisferycznych, uzupe³nianych instruentalnyi poiarai LAI. Ale przede wszystki, dziêki zgroadzeniu bogatego ateria³u badawczego, zaistniej¹ podstawy do oceny o liwoœci praktycznego zastosowania opisywanych etod w taksacji urz¹dzeniowej prowadzonej zarówno w yœl obowi¹zuj¹cych zasad, jak i obejuj¹cej nowe zakresy inforacji. Literatura Becker P.F., Erhart D.W., Sith A.P., 1989: Analysis of forest light environents. I. Coputerized estiation of solar radiation fro heispherical photographs. Agric For Meteorol 44: 217-232. Caeron A.D., Ives J.D. 1997: Use of heispherical photography techniques to deterine the association between canopy openness and regeneration of Scots pine (Pinus sylvestris L.) and downy birch (Betula pubescens Ehrh.) in Ballochbuie native pinewood, North-east Scotland. Scot. For., Vol. 51 nr 3: 144-149. Chan S.S., McCreight M.C., Walstad J.D., Spies T.A., 1986: Evaluating forest cover with coputerized analysis of fisheye photographs. For Sci 32: 1085-1091. Chen J.M., 1996: Optically-based ethods for easuring seasonal variation of leaf area index in boreal conifer stands. Agricultural and Forest Meteorology 80: 135-163. Diaci J., Thorann J.-J., Kolar U., 1999: Meritve sonènega sevanja v gozdu. II. Metode na osnovi i projekcij heisfere neba in krošenj. Zb. Gozd. Les., T. 60: 177-210. Dobbertin M., Hug Ch., Mizoue N., 2004: Using slides to test for changes in crown defoliation assessent ethods. Part I: Visual assessent of slides. Environ. Monit. a. Assess., Vol. 98 nr 1/3: 295-306. Easter M.J., Spies T.A., 1994: Using heispherical photography for estiating photosynthetic photon flux density under canopies and in gaps in Douglas-fir forests of the Pacific Northwest. Can. J. For. Res., Vol. 24, 10: 2050-2058. Englund S.R., O Brien J.J., Clark D.B., 2000: Evaluation of digital and fil heispherical photography and spherical densioetry for easuring forest light environents. Can. J. For. Res. 30(12): 1999-2005. Frazer G.W., Canha C.D., Lertzan K.P., 1999: Gap Light Analyzer (GLA), vers. 2.0: Iaging software to extract canopy structure and gap light transission indices fro true-colour fisheye photographs, users anual and progra docuentation. Burnaby, British Colubia: Sion Fraser Univ. and Millbrook, NY: Institute of Ecosyste Studies. Gower S.T., Kucharik C.J., Noran J.M., 1999: Direct and indirect estiation of leaf area index, fapar, and net priary production of terrestrial ecosystes. Reote Sensing and Environent, 70: 29-51. Hyer E.J., Goetz S.J., 2004: Coparison and sensitivity analysis of instruents and radioetric ethods for LAI estiation: assessents fro a boreal forest site. Agricultural and Forest Meteorology. Volue 122, Issues 3-4, 20 April 2004, pp. 157-174. Inoue A., Yaaoto K., Mizoue, N., Kawahara Y., 2002: Estiation of relative illuinance using digital heispherical photography. Journal of Forest Planning 8: pp. 67-70. Inoue A., Yaaoto K., Mizoue, N., Kawahara Y., 2004: Effects of iage quality, size and caera type on forest light environent estiates using digital heispherical photography. Agricultural and Forest Meteorology. Volue 126, Issues 1-2, 20 Noveber 2004, pp. 89-97. Johnson J.D., Zedaker S.M., Hairston A.B., 1985: Foliage, ste and root interrelations in young loblolly pine. Forest Science 31: 891-898. Kopp H., Pryor D., Behling H., 2002: Digital Heispherical Iaging Syste for the Analysis of Light Environents under Forest Canopies. Presentation N. S5. University of Applied Sciences and Arts - Departent of Electrical Engineering and Inforation Technology, Erfurt. http://www.colorlite.de/solariscope.pdf Kucharik C.J., Noran J.M., Gower S.T., 1998a: Measureents of branch area and adjusting leaf area index indirect easureents. Agricultural and Forest Meteorology, 91: 69-88. Kucharik C.J., Noran J.M., Gower S.T., 1998b: Measureents of leaf orientation, light distribution and sunlit leaf area in a boreal aspen forest. Agricultural and Forest Meteorology, 91: 127-148.
Zastosowanie zdjêæ heisferycznych w badaniach ekosysteów leœnych 111 Martens S.N., Ustin S.L., Rousseau R.A., 1993: Estiation of tree canopy leaf area index by gap fraction analysis. For. Ecol. Mgt. 61: 91-108. Megui I., 2004: Autoatic thresholding for digital heispherical photography. Can. J. For. Res./Rev. Can. Rech. For. 34(11): 2208-2216. Planchais I., Pontailler J.-Y., 1999: Validity of leaf areas and angles estiated in a beech forest fro analysis of gap frequencies, using heispherical photographs and a plant canopy analyzer. Ann. Sci. For., Vol. 56 nr 1: 1-10. Robakowski P., 2003: Retrospektywna analiza przyrostów sadzonek jod³y pospolitej (Abies alba Mill.) rosn¹cych pod okape ró nych gatunków drzew w Karkonoski Parku Narodowy. Sylwan 1: 41-50. Robakowski P., Modrzyñski J., Nieczyk M., Zwaduch P., 2000: A urowoœæ i fotosyntetyczna gêstoœæ struienia fotonów w drzewostanach z odnowienie jod³y pospolitej (Abies alba Mill.). Opera Corcontica 36: 506-510. Robakowski P., Wyka T., Saardakiewicz S., Kierzkowski D., 2004: Growth, photosynthesis, and needle structure of silver fir (Abies alba. Mill.) seedlings under different canopies. For. Ecol. a. Manage. 2004. Vol. 201, nr 2/3: 211-227. Wagner S., 1994: Strahlungsschatzung in Waldern durch heispharische Fotos. Ber. Forsch. Waldökosyst., Bd. 123: 1-169. Walter J.M.N., Hiler C.G., 1996: Spatial heterogeneity of a Scots pine canopy: an assessent by heispherical photographs. Can. J. For. Res., Vol. 26, nr 9: 1610-1619. Wang Y.S., Miller D.R., Welles J.M., Heisler G.M., 1992: Spatial variability of canopy foliage in an oak forest estiated with fisheye sensors. For. Sci., Vol. 38, nr 4: 854-865. ród³a internetowe: http://dpfwiw.co/ir.ht http://users.utu.fi/hlehto/photo/optics/ir20d.shtl http://www.coca.co.uk/cocaws/infrared/infrared.htm http://www.dpreview.co/reviews/specs/canon/canon_eos20da.asp http://www.jr-worldwi.de/photo/intro.htl http://www.licor.co http://www.lifepixel.co/ir.ht http://www.lrgb.co/20d.htl Suary The ain ai of the study is to discuss basic assuptions of taking heispherical photographs in the context of their practical use in forest inventory. The work encopasses ethodology of taking digital heispherical photographs. Heispherical photographs are ost often taken for research on ecological conditions of plants. Usually the ai of such research is to obtain inforation on the aount of light which reaches selected height above the ground. It is iportant to observe a few rules in taking photographs (overcast, caera leveling, sensitivity, shutter speed, axiu resolution). The best equipent for this purpose is a digital reflex caera and fish-eye lens with the angle 180. Another solution is a digital reflex caera saller than 35 with suitable converter which together with lens will allow to obtain circular photo with retained angle of 180. Gap Light Analyzer and WinSCANOPY are the ost frequently used software packages for analysis of heispherical photos. The following eleents are expected to be deterined as a result of analyses based on heispherical photographs: absolute aount of light registered at easureent levels, crown density structure, spatial variability of stand foliage,
112 Pawe³ Strzeliñski leaf area index, general description of crowns (crowns deforation, viability of lateral shoots) the condition of assiilatory organs (nuber of annuals, crown light and decreent of assiilatory organs, distortion and discoloration of assiilatory organs) relationship between tree density and natural regeneration The following attepts will be undertaken with the use of heispherical photos: to estiate bioass of assiilatory organs, to estiate density of photons flow in the process of photosynthesis under canopies and in gaps of stand, to register the infrared scope of radiation (in order to exaine assiilation organs in stands), to prepare a photoap of canopies. The study encopasses a brief review of literature, a list of possible devices with basic software. dr in. Pawe³ Strzeliñski strzelin@au.poznan.pl http://www.au.poznan.pl/kul/ tel. (0-61) 848 76 67, 76 62
A spektru barwne lapy halogenowej rejestrowane przez kaerê Canon EOS 20D Zastosowanie zdjêæ heisferycznych w badaniach ekosysteów leœnych B spektru barwne lapy halogenowej rejestrowane przez kaerê Canon EOS 20D z filtre B+W 092 Rys. 3. Ro nice w zakresie d³ugoœci fali rejestrowanej przez kaerê Canon EOS 20D; Ÿród³o: http://users.utu.fi/hlehto/photo/optics/ir20d.shtl 113
Rys. 4. Przyk³ad analizy zdjêcia heisferycznego wykonywanej w prograie Gap Light Analyzer v.2.0 obliczenia podstawowych paraetrów 114 Pawe³ Strzeliñski