Krystian Pyka Teledetekcja i fotogrametria sem. 4 2007/08 Wykład 2 Rozwój fotogrametrii i teledetekcji rys historyczny Promieniowanie elektromagnetyczne jest to promieniowanie wydzielane przez róŝne źródła w postaci fali w której wektory pola elektrycznego i magnetycznego są wzajemnie prostopadłe; rozchodzi się z prędkościąświatła w próŝni c=300 000 km/s. λ 1 2 TELEDETCJA (Remote Sensing, RS) jest to nauka i technika wykrywania i analizowania obiektów na podstawie zdalnego (bezkontaktowego) pomiaru energii promieniowania elektromagnetycznego które jest przez obiekt odbijane lub emitowane. W teledetekcji gromadzenie informacji o obiekcie następuje bez fizycznego kontaktu z badanym obiektem. Urządzenie (instrument) które mierzy energię to sensor. Element sensora który wykonuje pomiar to detektor (czujnik). Rejestracja promieniowania moŝe mieć charakter pasywny i aktywny. Rejestracja promieniowania moŝe mieć charakter pasywny lub aktywny. W systemie pasywnym rejestrowane jest odbite od obiektów promieniowanie słoneczne. W aktywnym sensor wysyła promieniowanie i rejestruje jego odbicie. System pasywny System aktywny 3 4 KP, Tele i foto, wykład 2 1
Im większa długość fali λ tym mniejsza energia dlatego trudniej wykrywać dłuŝsze promieniowanie. c E = h ν = h λ h- stała Plancka (6.6260... x 10-34 Joules-sec) Im dłuŝsze promieniowanie tym detektor musi być czulszy. W promieniowaniu słonecznym zawarte są fale o róŝnej długości najkrótsze ultrafioletowe, nieco dłuŝsze niebieskie, potem zielone, następnie czerwone a po nich najdłuŝsze podczerwone. Fale w przedziale 0,4 0,7 µm niosą najwięcej energii; maksimum przypada na długość 0,56 µm, barwa seledynowa. 5 6 Pełny zakres długości promieniowania elektromagnetycznego to przedział od 10-13 m do 10 8 m (spektrum elektromagnetyczne, zakres spektralny). Teledetekcja nie wykorzystuje całego spektrum lecz te jego podzakresy, w których pochłanianie promieniowania przez atmosferę jest niewielkie; Podzakresy spektrum przepuszczane przez atmosferę są określane jako okna atmosferyczne. Jednostki w których wyraŝana jest długość promieniowania: 1 µm = 0,001 mm = 10-3 mm 1 mm = 0,001 m = 10-3 m 1 µm = 10-6 m 1 µm = 10 3 nm 7 Atmosfera przepuszcza pewne zakresy fal a pewne pochłania. Te zakresy fal elektromagnetycznych które przebijają się przez atmosferę są nazywane oknami atmosferycznymi. Tylko one są przydatne do wykonywanie zobrazowań powierzchni Ziemi. Lista nazwanych okien atmosferycznych: UV ultrafiolet (tylko w małej części przepuszczalny) VIS zakres widzialny (Visible) NIR bliska podczerwień (Near Infrared) SWIR krótka podczerwień (Shortwave Infrared) MIR średnia podczerwień TIR podczerwień termalna (Thermal Infrared) MICROWAVES - mikrofale 8 KP, Tele i foto, wykład 2 2
Dla teledetekcji najwaŝniejsze są: VIS : 0,4-0,7 µm NIR : 0,7-1,5 µm SWIR : 1,5 3,0 µm MIR : 3,0-5,0 µm TIR : 8 12 µm MIKROWAVES : 1-100 cm na tle pełnego spektrum Przepus zcz alność atmos fery [% ] MIKROWAVES Na podstawi e : Kääb A., 2002. ISPRS Journal of Photogrammetr y and Remote Sensi ng 9 10 Fotogrametria naziemna Rozwój fotogrametrii i teledetekcji rys historyczny Fotogrametria lotnicza Rozwój fotogrametrii i teledetekcji rys historyczny 1859r. - oficer armii francuskiej Aimé Laussedat opracował mapę topograficzną obszaru o pow. 200ha na podstawie 8 zdjęć naziemnych metoda Laussedat [źródło Wikipedia] 11 pierwsze zdjęcia z lotu ptaka - z balonu na uwięzi, ParyŜ, druga połowa XIX w. pierwsze zdjęcia z samolotu 1909 pierwsze zastosowania do opracowania map Włosi w Libii (miasto Benghazi) dynamiczny rozwój dla celów wojskowych (zwiadowczych i kartograficznych) do 1960r. równoległy rozwój dla potrzeb cywilnych kartograficznych, od lat dwudziestych XX w. stały rozwój fotogrametrii cywilnej opartej o fotograficzne zdjęcia lotnicze XXI w tendencja zastępowania kamer tradycyjnych kamerami cyfrowymi 12 KP, Tele i foto, wykład 2 3
Teledetekcja satelitarna Rozwój fotogrametrii i teledetekcji rys historyczny 1946 r.- z poligonu doświadczalnego White Sands w stanie Nowy Meksyk w USA została wystrzelona rakieta V-2 (wysokość 120 km) koniec wojskowego zwiadu lotniczego - 1960r. zestrzelenie nad Świerdłowskiem samolotu rozpoznawczego U-2. od 1960 r. walka o przestrzeń kosmiczną (cele zwiadowcze); programy: CORONA (wojskowy, 1960-72); ponad 800 tysięcy zdjęć, głównie z terenów Związku Radzieckiego, TIROS (cywilny) zdjęcia meteorologiczne 1972 pierwszy satelita z serii Landsat Lata 80/90-te nowe satelity środowiskowe w tym SPOT Przełom XX/XXI w. satelity wysokorozdzielcze 13 Podział obrazów ze względu na pułap rejestrowania a t m o s f e r a p r óŝ n i a 100 km 12 km pułap satelitarny pułap lotniczy Rodzaje zdjęć / obrazów Obrazy satelitarne obrazy (zdjęcia) wykonane ze statku kosmicznego, poruszającego poza atmosferą Ziemi Zdjęcia lotnicze zdjęcia (obrazy) wykonane ze statku powietrznego, poruszającego się w atmosferze Ziemi 14 Rodzaje zdjęć lotniczych Rodzaje zdjęć lotniczych według kąta nachylenia kamery Rodzaje zdjęć lotniczych Rodzaje zdjęć lotniczych według rodzaju kamery pionowe nachylone ukośne pomiarowe (metryczne) wykonane kamerą pomiarową zwykłe (niemetryczne) wykonane aparatem fotograficznym +-3 o +-3 o 15 16 KP, Tele i foto, wykład 2 4
Rodzaje zdjęć lotniczych Rodzaje zdjęć lotniczych według kąta rozwarcia obiektywu normalnokątne szerokokątne nadszerokokątne <90 o 90 o >90 o 17 (1) rozwaŝamy obraz analogowy (juŝ utworzony) lub obraz powstający (na rzutni) w układzie optycznym prostokątny obszar obrazu (rzutni) jest dzielony na wiersze i kolumny, wynikiem podziału są elementarne komórki zwane pikselami (najczęściej kwadratowe); jest to tzw. dyskretyzacja mierzona jest jasność kaŝdego piksela (stała dla jego obszaru); jasność po skwantowaniu staje się atrybutem piksela; jest to tzw. kwantyzacja zorganizowany macierzowo zbiór jasności pikseli nazywa się obrazem cyfrowym 18 Dyskretyzacja obrazu ciągłego i Zapis obrazu cyfrowego 1 2 3 4 5 6 7 8 9 j 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 3 3 0 0 0 3 3 3 3 0 0 0 0 0 0 0 3 0 1 macierz: g ij m n funkcja: g(i,j) g(r,c) g= f(i,j) g= f(r,c) J= f(i,j) J = f(r,c) Zbiór jasności obrazu (przykład) G = {0,1,2,3} 19 Typowy zbiór jasności: G = {0,1,2,..., 255} co odpowiada kodowaniu jasności na 1 bajcie {0,1,2,..., 2 8-1} bpp (bits per pixel) 20 KP, Tele i foto, wykład 2 5
Rozmiar piksela dobiera się tak, aby dla obserwatora nie była widoczna struktura macierzowa Któremu fragmentowi obrazu odpowiada macierz jasności (0 czarny, 3 biały)? 2 2 0 1 1 2 2 0 1 1 2 2 0 1 1 0 0 0 0 0 3 3 3 3 3 21 22 (1) Co w przypadku gdy w polu piksela występuje kilka jasności? Ile powinna wynosić jasność piksela? 3 3 1 0 1 3 3 3 0 0 0 3 3 2 2 2 2 2 3 3 2 2 1 2 2 3 3 2 2 1 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 Dla obrazów cyfrowych jasności koduje się liczbami całkowitymi, więc trzeba przyjąć albo 23 24 KP, Tele i foto, wykład 2 6
MoŜliwe są inne kształty pikseli, np. sześcioboczne Ogólnie: obraz cyfrowy jest mozaiką pikseli ale najczęściej jest macierzą pikseli piksele heksagonalne piksele kwadratowe Gdzie na obrazie przebiega ten przekrój? 25 Źródło: Tadeusiew icz, www.uci.agh.edu.pl/uczelnia/tad/dorobek_naukow y.php?id=pom 26 Rozdzielczość przestrzenna / geometryczna obrazu Rozdzielczość przestrzenna / geometryczna obrazu Rozdzielczość przestrzenna: rozmiar obrazu w pikselach m x n liczba_wierszy x liczba_kolumn liczba pikseli wynik m x n Rozdzielczość geometryczna: rozmiar piksela [µm] [dpi] na obrazie pix (image pixel) w terenie PIX (terrain pixel, ground pixel, GSD = Ground Sample Distance) PIX = pix x mianownik_skali_obrazu Terminy rozdzielczość przestrzenna i geometryczna czasami są stosowane zamiennie. R. geometryczną nazywa Przykłady Rozdzielczość przestrzenna: 1000 x 1000 = 1 Mpix; 2000 x 3000 = 6 Mpix Rozdzielczość geometryczna: na obrazie: pix = 25µm = 0.025mm skala obrazu 1:10 000 w terenie: PIX = 25µm x 10 000 = 25 cm 1000dpi pix = 25,4mm/1000 = 25,4µm się teŝ gęstością (gdy podana w dpi) 27 28 KP, Tele i foto, wykład 2 7
Rozdzielczość przestrzenna / geometryczna obrazu Rozdzielczość przestrzenna obrazu cyfrowego Przykłady Rozdzielczość przestrzenna: 1000 x 2000 pikseli Rozdzielczość geometryczna: 500dpi pix = 25,4mm/500 = 50,8µm Wielkość obrazu: 1000 x 50,8µm = 50,8mm 2000 x 50,8µm = 101,6mm 29 Na podstaw ie: Tadeusiew icz 256x256 32x32 128x128 16x16 64x64 8x8 Jak róŝni się rozdzielczość geometryczna obrazów? 30 KP, Tele i foto, wykład 2 8