CARACTERISTICILE IMAGINILOR SATELITARE SI AERIENE

CARACTERISTICILE IMAGINILOR SATELITARE SI AERIENE

Scara imaginilor

Scara imaginilor reprezinta raportul de micsorare al unui element din teren care apare in cuprinsul imaginii. Scara imaginilor este o caracteristica individuala, astfel incat, fiecare imagine, fie satelitara, fie aeriana prezinta o scara proprie ce se impune a fi determinata in multe cazuri.

Scara unei imagini este un raport al carui numitor nu este un numar rotund.

1/n = d/D= f/H unde,

n - numitorul scarii hartii

d - este corespondentul D in imagine

D - distanta de pe teren

f - este distanta focala

H - este plafonul de zbor de la care a fost preluata imaginea

punctele si obiectele din imagini sunt situate in realitate la altitudini diferite, desi pe planul imaginii ele apar la acelasi nivel. Rezulta ca obiectele mai apropiate de camera sau de senzor, de pilda cele de pe inaltimi, au scara mai mare decat cele mai departate, situate de pilda in vai sau depresiuni. Acesta deformare se numeste si efect topografic si poate fi corectat prin modificarea proiectiei centrale si inlocuirea ei cu cea ortografica.

valoarea plafonului de zbor (H) se va modifica in functie de fragmentarea terenului, care determina o valoare diferita pentru fiecare prnct in functie de altitudine. Rezulta ca, in imaginea de teledetectie initiala, neprelucrata, scara poate fi calculata pentru fiecare punct.

Imaginile de teledetectie se pot grupa dupa criteriul scarii:

a)                  imagini la scari mari ( mai mari de 1:50 000 ex. fotogramele aeriene, imaginile satelitare de mare si medie rezolutie

b)                  imagini la scari medii (intre 1:50 000 - 1:500 000, ex. o parte a imaginilor satelitare de medie si mica rezolutie).

c)                  imagini la scari mici (sub 1:500 000, ex. imagini de la satelitii meteorologici geostationari).

Rezolutia imaginilor

Rezolutia permite identificarea unui obiect de catre analistul care utilizeaza imaginea in diferite scopuri. Din acest punct de vedere rezolutia se poate defini spatial, spectral si temporal.

Rezolutia spatiala reprezinta dimensiunea lineara a celui mai mic obiect din teren prezent intr-o imagine. Ea poate fi considerata si ca latimea liniei care separa doua obiecte invecinate de mici dimensiuni dintr-o imagine ca de pilda un automobil si o cladire. La imaginile digitale rezolutia spatiala corespunde dimensiunii in teren a laturii unui pixel, cel mai mic element ce alcatuieste imaginea respectiva.

Puterea de rezolutie sau de rezolvare exprima performanta unuei camere de aerofotografiere, a unui senzor in general, de a permite obtinerea de imagini de cea mai buna calitate. Se exprima in numar de perechi de linii albe si negre pe cm sau mm, in imaginea-test obtinuta in vederea calibrarii instrumentului.

Rezolutia spectrala reprezinta intervalul spectral sau intervalul de lungime de unda in limitele caruia s-a realizat inregistrarea unei imagini. In cazul imaginilor multispectrale rezolutia spectrala se exprima, in egala masura, prin numarul de benzi sau intervale spectrale in care s-au obtinut in mod simultan imagini ale aceleiasi suprafete de teren (ex. scena satelitara). Aceasta permite identificarea unui obiect sau fenomen din teren prin intermediul radiatiei electromagnetice reflectate in limitele unei ferestre atmosferice.

Rezolutia spectrala depinde de: comportamentul spectral al obiectelor raportat la lungimea de unda a radiatiei electromagnetice si de sensibilitatea senzorului (sau a filmului la imaginile fotografice), in raport cu diferite intervale spectrale.

Reflectanta reprezinta procentul din radiatia solara incidenta pe care un corp relativ omogen fizic si chimic, il reflecta in atmosfera. Depinde de proprietatile corpului si de intervalul spectral la care se raporteaza. Pe baza reflectantei, in raport cu lungimile de unda ale spectrului electromagnetic, se genereaza o reprezentare grafica numita si curba spectrala.

Radianta corespunde valorii cantitative a energiei radiante sau emisa in spatiu de un obiect cu o relativa omogenitate fizica si chimica. Este exprimata in unitati de energie raportate la unghi solid, suprafata si lungime de unda. Fiecarui obiect din imagine ii corespunde un anumit nivel al radiantei ce poate exprima in imagini printr-o anumita stralucire.

Datele din imaginea de teledetectie sunt exprimate spectral prin radianta si reflectanta.

Rezolutia temporala localizeaza in timp caracteristicile imaginii de teledetectie si reprezinta momentul de timp bine precizat (an, luna, ziua, ora) la care a fost inregistrata o imagine; este intervalul de timp in limitele caruia un sistem de teledetectie a inregistrat imagini sau acoperirea temporala a arhivei de imagini. Acest element este deosebit de util, deoarece imaginile multitemporale, obtinute in mai multe momente de timp permit urmarirea unui fenomen natural.

Signatura spectrala

Signatura spectrala reprezinta expresia cromatica (nuanta la imaginile color sau ton de culoare la cele alb-negru) a proprietatilor spectrale ale unui obiect relativ omogen, ce apare intr-o imagine.

Din punctul de vedere al signaturilor spectrale, imaginile de teledetectie se clasifica in doua tipuri:

Imaginile alb-negru prezinta signaturi spectrale sub forma de treceri de la alb la negru, numite si tonuri de culoare (ce definesc scara de gri).

imagini intr-o singura banda spectrala sau imagini spectrozonale, imagini alb-negru care au fost inregistrate intr-un interval spectral ingust apartinand unui singur segment al spectrului electromagnetic.

- imagini pancromatic sunt imagini alb-negru, inregistrate intr-un interval mai larg de lungimi de unda din spectrul electromagnetic, ce cuprinde, de regula, o mare parte din spectrul vizibil si chiar o parte a infrarosului apropiat.

Imaginile color se grupeaza in imagini in culori naturale, imagini in care signatura spectrala a obiectelor este exprimata prin culori apropiate de cele pe care le percepe omul (ex. padurea - verde, apa - albastru-verzui, drumurile si constructiile in cenusiu deschis), respectiv imagini fals-color sau imagini in culori conventionale ce rezulta din inlocuirea culorilor naturale cu alte culori pe care ochiul uman nu le percepe in realitate, dar care aduc informatii suplimentare (ex. vegetatia ce apare rosie).

Cromatica imaginilor este expresia signaturilor spectrale si depinde de combinatia in sistemul RGB (engl. red, green, blue) al culorilor aditive, ce sta la baza formarii imaginilor in culori pe care omul le percepe cu ajutorul analizorului vizual. Formarea culorilor in imagini se realizeaza din trei signaturi spectrale, diferite, inlocuind cele trei zone din spectrul vizibil (albastru, verde, rosu).

Stralucirea si tonul de culoare

Aceasta trasatura exprima variatia intensitatii luminii reflectata de obiectele care apar in spatiul cuprins in imagine. Stralucirea este un component al signaturii spectrale si contribuie la definirea comortamentului spectral al unui obiect.

Stralucirea este marimea sau calitatea raspunsului spectral al luminii reflectate de un obiect din imagine. Ea se exprima cantitativ in imagini cu ajutorul radiantei, al cantitatii de radiatie pe care un corp o emite in spatiu.

Tonul de culoare reprezinta trasatura unui obiect de a reflecta radiatia solara incidenta, pe fondul caracteristicilor atmosferice si sensibilitatii filmului sau senzorului de teledetectie.

Contrastul

Contrastul imaginilor numit si raportul de contrast este exprimat prin raportul dintre portiunile cele mai luminate si cele mai intunecate ce compun imaginile. Acesta poate fi exprimat si mai expeditiv, prin numarul de tonuri de culoare care pot fi identificate intr-o imagine cu ochiul liber sau cu ajutorul scarilor de tonuri sau esantioanelor din scara de gri.

O imagine are un contrast bun atunci cand numarul de tonuri de culoare ce pot fi identificate cu ochiul liber este mai mic (7,8 cel mult 10). Imaginile cu un contrast slab nu permit identificarea exacta a numarului de tonuri de culoare chiar si cu ajutorul scarilor de ton.

Contrastul se poate exprima cantitativ prin intermediul raportului de contrast, cu formula simpla

CR = Bmax/ Bmin, unde

CR - raportul de contrast

Bmax, Bmin - stralucirea maxima si minima a pixelilor din aceeasi imagine.

Histograma imaginii exprima distributia procentuala a valorilor spectrale sau numarului digital la nivelul unei imagini alb-negru, indiferent de tipul acesteia, pancromatica sau spectrozonala.

Valoarea spectrala sau numar digital este un numar intreg, cuprins intre valorile 0 (negru) si 255 (alb), asociat fiecarui pixel in parte la nivel de imagine alb-negru, fie spectrozonala (banda spectrala) fie pancromatica (ex. fotograma aeriana).

Capacitatea de detectare

Exprima in ce masura o imagine de teledetectie permite analistului sau interpretatorului sa sesizeze prezenta unui obiect si a unor caracteristici ale acestuia, folosind ochiul liber dar si instrumente optice ori tehnica digitala de procesare si analiza a datelor.

Depinde de toate proprietatile importante ale imaginii, dar mai ales de rezolutie, de experienta analistului, de signatura spectrala, de contrast, de scara imaginii.

Acoperirea spatiala a imaginilor

Exprima cat de extins este terenul ce corespunde unei scene satelitare sau unei fotograme aeriene.

Acoperirea spatiala se exprima fie prin distanta sau dimensiunea in teren a laturii sau laturilor imaginii, fie prin numar de pixeli pe lungime si latime. Cele doua moduri sunt legate prin posibilitatea de a transforma valorile pe baza rezolutiei spatiale. Situatiile sunt oarecum diferite la imaginile satelitare, respectiv la aerofotograme (fotogramele aeriene).

In cazul imaginilor satelitare se precizeaza frecvent dimensiunea scenei satelitare in teren, respectiv latura sau laturile acesteia in kilometri si chiar coordonatele geografice sau rectangulare ale colturilor.

Fotogramele aeriene sau aerofotogramele au o acoperire spatiala mult mai mica decat imaginile satelitare. Ele sunt fotografii cu un format de regula patrat sau dreptunghiular, exprimat mai frecvent prin dimensiunile in centimetri ale suprafetei utile, deoarece scara difera de la un zbor la altul

Proprietatile geometrice

Imaginile de teledetectie, indiferent de tipul lor, constituie reprezentari in plan ale unor parti din suprafata curbata a Pamantului. Indiferent de aria acoperita, aceste imagini prezinta o anumita proiectie care poate fi sau nu definita geometric, prin intermediul punctului de perspectiva, razelor de proiectie, planului de proiectie etc. Este evident faptul ca imaginile prezinta o serie de deformari ce se impun a fi cunoscute, controlate si corectate in masura posibilitatilor.

Fotogramele aeriene se obtin pe film sau prin mijloace digitale, cu ajutorul camerelor speciale. Sunt caracterizate prin proiectia centrala. In cazul acesteia, atomii si moleculele ce compun obiectele din spatiul fotografiat reflecta raze de lumina solara ce trec sau se proiecteaza prin focar, pe suprafata filmului. Focarul este punctul de perspectiva al proiectiei, razele de proiectie sunt totalitatea razelor de lumina reflectate de catre obiecte, iar planul de proiectie este filmul din camera de fotografiere, intins pe placa de presiune vidata (perfect plan). Proiectia centrala, la fel ca orice proiectie cartografic, prezinta deformari la nivelul imaginii obiectelor.

Acestea sunt efectul topografic si deplasarea radiala.

Deplasarea radiala este o deformare specifica proiectiei centrale care determina aparitia in imagine a obiectelor, altfel decat imaginea proiectiilor in plan. Deplasarea radiala devine din ce in ce mai mare pe masura ce obiectul este mai inalt si mai departat de centrul imaginii. Eliminarea sau diminuarea acestor deformari din imagini, prin crearea sau generarea unor imagini noi este posibila, prin operatiunea de ortorectificare sau ortocorectiei.

Ortorectificarea este procesul prin care este posibila inlocuirea proiectei centrale cu o proiectie ortografica, utila in vederea realizarii de planuri si harti cu ajutorul imaginilor aeriene si satelitare. Ortorectificarea, numita si fotoredresare, elimina deformarile impuse de proiectia centrala astfel incat

imaginea corectata va avea aceeasi scara, indiferent de pozitia altimetrica a obiectelor,

obiectele cu diferite inaltimi vor aparea in final prin imagini aproape identice cu imaginea proiectiei lor in plan; astfel de imagini stau la baza elaborarii de planuri si harti prin diferite metode de restitutie;

Georeferentierea sau geocorectia reprezinta procesul prin care, cu ajutorul mijloacelor digitale, se atribuie unei imagini de teledetectie o proiectie cunoscuta, cu un anumit elipsoid. Prin georeferentiere, imaginea este transformata geometric datorita deplasarii pixelilor pe noi pozitii definite de coordonate reale, fie geografice, fie rectangulare.

Imaginea georeferentiata pozitioneaza pixelii prin realocare sau resampling, dupa punctele de control in teren prin generarea unei noi matrici definita de proiectie si datum sau elipsoid.

Cheia de descifrare, legenda

Cheia de descifrare este legata de caracteristicile prin care obiectele apar in continutul imaginii si care au valoarea unor criterii de interpretare ce permit identificarea, localizarea, descrierea si analiza obiectelor. Aceste elemente sunt fie directe (intim legate de imaginea obiectelor), fie indirecte (legate de asocierea imaginilor obiectelor, in diferite formule).

Imaginile satelitare si mai ales imaginile multispectrale cele din prima generatie erau insotite adesea de scara tonurilor sau nuantelor de culoare, erau incluse si datele suplimentare ale imagini, sub forma unui text pe laterale, respectiv senzorul, satelitul, numerele de identificare, data, ora inregistrarii, pozitia Soarelui pe bolta in momentul inregistrarii, coordonate geografice ale unui colt al imaginii etc.

La imaginile mai recente, in format digital, sunt furnizate benzile spectrale ce compun scena satelitara dar si un fisier cu date despre imagine, numit si fisier de metadate, ce cuprinde informatiile mentionate mai sus, dar si multe date privind senzorul sau rezolutia spatiala, absolut necesare in aplicarea de calibrari si corectii radiometrice.

Legenda imaginilor de teledetectie este valabila doar pentru prelucrarea avansata a acestora sub forma hartilor sau ortofotoplanurilor. Imaginile in starea lor initiala nu au legenda. Harta satelitara este o reprezentare avansata a datelor de teledetectie, folosind de cele mai multe ori subscene satelitare ce au trecut prin etape de procesari complexe, inclusive prin corectii radiometrice (unificarea, normalizarea signaturilor spectrale) si geometrice (atribuirea unei proiectii cu un sistem de coordonate, corectarea deformarilor).

Nivele de prelucrare ale imaginilor

Exprima complexitatea diferitelor transformari sau modificari aplicate imaginilor in scopul corectarii acestora si mai ales al imbunatatirii calitatii lor, al pregatirii acestor seturi de date pentru diverse aplicatii.

Nivelul 1A - corespunde imaginii brute sau neprelucrate, caracterizata doar prin spatiul definit de pixeli cu o pozitii arbitrare. Aceasta este doar o combinatie de signaturi spectrale, in cazul imaginilor color multispectrale si necesita prelucrare.

Nivelul 1B - este imaginea calibrata si corectata radiometric, prin uniformizarea signaturilor spectrale la nivelul elementelor de acelasi tip.

Nivelul 2 - corespunde imaginilor cu un grad mai avansat de prelucrare, corectate geometric si radiometric, dar si ortorectificate, pregatite pentru extragerea informatiilor pentru planuri si harti (prezinta sistem de coordonate si orientare).

Nivelul 3 - caracterizeaza imaginile vizualizate tridimensional, prin draparea pixelilor, ce sunt deformati, pe un model numeric al altitudinilor.