Daljinska detekcija

OSNOVNI POJMOVI DALJINSKE DETEKCIJE oobb j jeekkaatt eelleekkttr  r oom maaggnneettnnoo zzr  r aaččeenn j jee sseennzzoor  r ii ppllaattf f oor  r m mee ssnniim mccii aannaalliizzaa iinntteer  r ppr  r eettaacc ji j  ijaa ppooddaaccii

I. UVOD

Čovek je upućen na proučavanje svoje sredine. U opažanju i proučavanju Čovek je, međutim, ograničen ne svojim psihičkim, već svojim fizičkim mogućnostima. Neposrednom, vizuelnim opažanjem dostupne su mu pojave milimetarskog do kilometarskog reda veličina. Da bi proširio područ je svog is traživanja, da bi dobio nove no ve podatke, Čovek je morao da pronađe nova sredstva i primeni nove metode. Koristeći lupu, mikroskop, pa elektronski mikroskop, pomerio je donju granicu svojih fizičkih mogućnosti neposrednog osmatranja i proučavanja. Ušao je u svet molekula i atoma.

Gornja granica, granica pojava suviše velikih da bi se neposredno osmatrale i izučavale, ostala je, međutim, zatvorena. Čovek je parcijalno prikupljao podatke i obavljao njihovu sintezu. Ovakav postupak se najbolje poredi sa slaganjem mozaika čiji je krajnji izgled nepoznat. Odavno, dakle, postoji neophodnost da se neposredno opažaju i proučavaju pojave koje svojim dimenzijama prelaze gornju granicu ljudskih mogućnosti. Iz potrebe da osmatranja i izučavanja budu objektivnija od dosadašnjih sinteza, iz potrebe da se dobiju novi podaci, rođen je nov istraživački metod - daljinska detekcija.

1. Definicija Naziv daljinska detekcija je slobodni prevod engleskog termina Remote Sensing . U francuskoj literaturi ovaj termin se prevodi kao Teledetection, Teledetection, a u nemačkoj Fernerkundung. U domaćoj literaturi javljaju se nazivi " daljinska daljinska opažanja"  opažanja" , " daljinska daljinska istra-živanja"  istra-živanja" , " teledetekcija"  teledetekcija " , " daljinski daljinski metodi"  metodi"  i slično. U ovom materijalu biće korišćen termin "daljinska detekcija", kako glasi i naziv predmeta. Za odredbu značenja može se koristi definicija po kojoj "Daljinska detekcija predstavlja čkom  kom kontaktu sa metod prikupljanja informa cija putem sistema koji nisu u direktnom, fizi č  ispitivanom pojavom ili objektom" .

I. UVOD

Čovek je upućen na proučavanje svoje sredine. U opažanju i proučavanju Čovek je, međutim, ograničen ne svojim psihičkim, već svojim fizičkim mogućnostima. Neposrednom, vizuelnim opažanjem dostupne su mu pojave milimetarskog do kilometarskog reda veličina. Da bi proširio područ je svog is traživanja, da bi dobio nove no ve podatke, Čovek je morao da pronađe nova sredstva i primeni nove metode. Koristeći lupu, mikroskop, pa elektronski mikroskop, pomerio je donju granicu svojih fizičkih mogućnosti neposrednog osmatranja i proučavanja. Ušao je u svet molekula i atoma.

Gornja granica, granica pojava suviše velikih da bi se neposredno osmatrale i izučavale, ostala je, međutim, zatvorena. Čovek je parcijalno prikupljao podatke i obavljao njihovu sintezu. Ovakav postupak se najbolje poredi sa slaganjem mozaika čiji je krajnji izgled nepoznat. Odavno, dakle, postoji neophodnost da se neposredno opažaju i proučavaju pojave koje svojim dimenzijama prelaze gornju granicu ljudskih mogućnosti. Iz potrebe da osmatranja i izučavanja budu objektivnija od dosadašnjih sinteza, iz potrebe da se dobiju novi podaci, rođen je nov istraživački metod - daljinska detekcija.

1. Definicija Naziv daljinska detekcija je slobodni prevod engleskog termina Remote Sensing . U francuskoj literaturi ovaj termin se prevodi kao Teledetection, Teledetection, a u nemačkoj Fernerkundung. U domaćoj literaturi javljaju se nazivi " daljinska daljinska opažanja"  opažanja" , " daljinska daljinska istra-živanja"  istra-živanja" , " teledetekcija"  teledetekcija " , " daljinski daljinski metodi"  metodi"  i slično. U ovom materijalu biće korišćen termin "daljinska detekcija", kako glasi i naziv predmeta. Za odredbu značenja može se koristi definicija po kojoj "Daljinska detekcija predstavlja čkom  kom kontaktu sa metod prikupljanja informa cija putem sistema koji nisu u direktnom, fizi č  ispitivanom pojavom ili objektom" .

2. Princip daljinske detekcije Suština daljin ske de tek cije kao is traživačkog metoda može se jed nostavno shematski prikazati (slika 1): (1) Postoji objekt koji se ispituje. U naukama o Zemlji ("  (" geonauke"  geonauke" ), ), među koje spadaju geologija, geodezija, geografija itd objekt je površina Zemlje. (2) Objekt zrači elektromagnetnu energiju. Ova energija može biti sopstvena, ili reflektovana. Sopstvena energija je ona koju sam objekt poseduje i zrači. Reflektovana energija je energija drugog izvora emitovana objektu, bilo iz prirodnog, bilo iz veštačkog izvora. Elektromagnetna energija sadrži informacije o svojstvima objekta koji je zrači. (3) Elektromagnetnu energiju registruje uređaj koji se naziva senzor. (4) Senzor nosi platforma. Platforma, ili nosač senzora, treba da omogući senzoru sistematsku registraciju elektromagnetne energije na većoj površini terena. Plaforma je, po pravilu, pokretna. (5) Registrovanu elektromagnetnu energiju senzor daje u vidu zapisa. Zapis energije naziva se opštim imenom snimak. (6) Snimak se proučava i na njemu se izdvajaju područ ja razli čitih svojstava. Uočavanje razlika u svojstvima i izdvajanje pojedinih područ ja prema tim razlikama je analiza snimka. (7) Utvr đene razlike u svojstvima se objašnjavaju, tj. daje im se značenje sa aspekta discipline u čije se svrhe metod i primenjuje. Tumačenje razlika u svojstvima i određivanje njihovog značenja naziva se interpretacija. Ona predstavlja najznačajniji, ali i najspekulativniji element u procesu daljinske detekcije. (8) Rezultat interpretacije i konačni produkt primene metoda daljinske detekcije je podatak. On, po pravilu, predstavlja novinu u odnosu na podatke prikupljene drugim metodima istraživanja.

Slika 1. Prikaz principa daljinske detekcije

Princip daljin ske detekcije se, najkraće rečeno, svodi na sistematsko merenje određenog energetskog polja i tumačenje utvr đenih anomalija razlikama u svojstvima ispitivanog objekta. Na istom principu se, kod istraživanja u geologiji, zasnivaju i svi geofizički metodi ispitivanja. Geofizika meri gravitaciono, električno, magnetno, i druga energetska polja i njihove anomalije tumači razlikama u geološkoj građi. Daljinska detekcija koristi elektromagnetno energetsko polje. Po svojoj suštini ona, svakako, pripada, geofizičkim metodima istraživanja.

II. OSNOVNI POJMOVI DALJINSKE DETEKCIJE

Iz razmatranja principa daljinske detekcije proizilazi da u procesu daljinske detekcije učestvuje osam elemenata: objekt, elektromagnetna energija, senzor, platforma, snimak, analiza, interpretacija i podatak . Svaki od njih ima svoje speci-fičnosti. Za razumevanje i primenu metoda daljinske detekcije neophodno je njihovo detaljnije poznavanje.

1. Objekt Različite nauke definišu objekt istraživanja prema svojim zadacima i potrebama. U geonaukama, najšire posmatrano, objekt je Zemljina površina. Njenom istraživanju može se prići sa različitih aspekata. U šumarstvu istraživanja će biti usmerena na vegetacioni pokrivač, u poljoprivredi na pedološki sloj i rasprostranjenje razli čitih kultura, u hidrologiji na snežni pokrivač i raspored voda, dok geološke discipline imaju svoje specifične interese koji se odnose na utvr đivanje geološke građe određenog terena. U geodeziji daljinska detekcija je usmerena na prikupljanje prostornih podataka koji se odnose na reljef i topografiju terena.

2. Elektromagnetna energija Određene čestice materije poseduju električni naboj. One menjaju okolni prostor oko sebe i stvaraju električno polje. Polje deluje silom na svaki električni naboj koji se nalazi u njemu. Čestice sa električnim nabojem u pokretu čine električnu struju. Električna struja izaziva dalje promene okolnog prostora i stvara magnetno polje. Magnetno polje takođe deluje silom na svaku česticu sa električnim nabojem u pokretu. Na taj način izmenjeno električno polje stvara magnetno polje, a izmenjeno magnetno polje stvara električno polje. Nastale promene vode ka uvećanju energije u vidu povezanih električnih i magnetnih polja sa vremenski i prostorno promenljivom ja činom. Vektori električne i magnetne jačine polja međusobno su upravni, a u svakoj tački prostora pružaju se upravno na pravac rasprostranjenja energije (slika 2).

Slika 2. Grafički prikaz električnog i magnetnog polja jednog elektromagnetnog polja Elektromagnetna energija dakle nastaje kao rezultat interakcije električnog i magnetnog polja. Ona se širi zračenjem kroz prostor i za nju važi opšti zakon talasnog kretanja iskazan obrascem:

C 

=

λ   f   ⋅

gde su: 8

C  - brzina svetlosti (2.998 x 1 0 m/s) λ  - talasna dužina, definisana kao rastojanje između dva maksimuma, ili dva minimuma talasa  f   - frekvenca ili učestalost talasa, definisana kao broj celih talasa u sekundi

Jedinice za merenje talasnih dužina zračenja ili radijacije elektromagnetne energije prema Međunarodnom metričkom sistemu mera date su u tabeli 1. Najkraće talasne dužine obično se iskazuju u nanometrima, one duže u mikrometrima i milimetrima, a najduže u centimetrima i metrima. U prikazu pojedinih zra čenja sve talasne dužine su radi jednostavnije korelacije date u mikrometrima.

Veli čina

Jedinica

Oznaka

metar 

m

centimetar 

cm

10

-2

milimetar 

mm

10

-3

mikrometar 

µm

10

-6

nanometar 

nm

10

-9

Tabela 1. Jedinice mere talasne dužine (λ)

Talasne dužine zračenja elektromagnetne energije variraju u veoma širokom rasponu. Sa promenom talasne dužine menja se frekvenca, ili učestalost talasa, intenzitet zračenja elektromagnetne energije i njegova prodornost kroz atmosferu. Frekvenca talasa je obrnuto proporcionalna talasnoj dužini. Jedinica mere frekvence talasa je herc (Hz), definisana kao ceo talas u sekundi. Veće frekvence talasa daju se u megahercima i gigahercima. Odnos ovih jedinica dat je u tabeli 2.

Tabela 2. Jedinice mere frekvence talasa Skup svih vidova zračenja naziva se spektar . Spektar elektromagnetnog zračenja, promene frekvence i intenziteta energije zavisno od talasne dužine i propustljivost atmosfere za elektromagnetno zračenje pojedinih talasnih dužina prikazuje slika 3.

Slika 3:

Gore - spektar elektromagnetne energije Sredina - prodornost kroz atmosferu Dole - spektralna područ ja koja se koriste u daljinskoj detekciji

Spektar elektromagnetne energije se deli na više područ ja sličnih karakteristika. Jedno područ je obuhvata više kontinualnih spektralnih linija. Svaka spektralna linija predstavlja  jedinstvenu talasnu dužinu ili frekvencu. Glavna područ ja elektromagnetnog spektra čine područ je γ  i x zračenja, ultraljubičasto područ je, vidljivo područ je, infracrveno područ je, područ je mikrotalasa i podru č je radiotalasa.

(1) Područ je γ  i x zračenja

Područ je γ  i  x  zračenja ima talasne dužine kraće od 0,01µm. Gama zračenje podrazumeva energiju koja dolazi iz atomskih jezgara. Prodornost γ  -zraka kroz atmosferu praktično je zanemarljiva, te i intenzitet energije ovog zračenja ne dolazi do izražaja. S obzirom na veoma nisku prodornost γ  -zraka kroz atmosferu njihovo korišćenje u daljinskoj detekciji je ograničeno na veoma kratka odstojanja.  x -zraci se, u čast njihovog pronalazača Rendgena nazivaju još i rendgenski zraci.

Nastanak elektromagnetne energije x -zraka vezuje se za kruženje elektrona oko jezgra. Nailaskom na prepreku elektroni gube kinetičku energiju koja delom prelazi u elektromagnetnu energiju. Rasprostranjenje energije proizvedene veštački, putem električnih uređaja, nosi naziv rentgensko zračenje. Atmosfersko prigušenje x-zraka je izrazito tako da ni intenzitet njihove energije nije značajan.  x -zraci se široko koriste u medicini, pri kristalografskim ispitivanjima i ispitivanjima

materijala uopšte. U najširem smislu i ovakva proučavanja, bez direktnog kontakta sa ispitivanim objektom ili pojavom, mogu se podvesti pod pojam daljinske detekcije. U užem smislu, međutim, ovo su specijalistička ispitivanja sa veoma bliskih rastojanja, kojima se daljinska detekcija ne bavi. Može se, dakle, zaključiti da se rendgenski ili xzraci u daljinskoj detekciji ne koriste.

(2) Ultraljubičasto područ je Ultraljubičasto područ je spektra (standardna oznaka: UV = ultra violet) obuhvata talasne dužine od 0,01 do 0,4 µm. Ovo područ je se deli na tri dela. Daleki (u odnosu na vidljivo područ je) deo UV područ ja ima talasne dužine u rasponu 0,01-0,2 µm, srednji 0,2-0,3 µm, a bliski deo ultraljubičastog područ ja 0,3-0,4 µm. Ultraljubičasti zraci mogu poticati iz prirodnog ili veštačkog izvora. Prirodni izvor ultraljubičastih zraka je Sunce.

Prodornost kroz atmosferu zraka iz dalekog i srednjeg dela UV podru č ja (0,3 µm) prakti čno ne postoji. U bliskom delu, gde talasne dužine iznose 0,3-0,4 µm, prodornost se pove ćava i koli čina energije koja od Sunca dolazi do površine Zemlje postaje zna čajnija. U daljinskoj detekciji ultraljubi časti deo spektra se još uvek dosta retko koristi.

(3) Vidljivo po dru č je Vidljivo područ je spektra elektromagnetne energije obuhvata zračenja talasnih dužina od 0,4 do 0,7 µm. Njegove granice su postavljene prema osetljivosti ljudskog oka. Čovek registruje zračenje energije u vidljivom područ ju kao tzv. " belu svetlost" . Prema talasnoj dužini u vidljivom delu spektra razlikuje se, međutim, više boja, od ljubičaste sa najkraćom (0,4-0,044 µm), preko plave (0,44-0,5 µm), zelene (0,5-0,57 µm), žute (0,57-0,59 µm) i narandžaste (0,59-0,62 µm), do crvene sa najvećom talasnom dužinom (0,62-0,7 µm). Spektar " bele svetlosti" može se generalizovati u tri osnovne boje koje sadrži svaka od ostalih boja (slika 4). Osnovne boje su plava (0,4-0,5µm), zelena (0,5-0,6 µm) i crvena (0,6-0,7 µm). Osnovni izvor elektromagnetne energije vidljivih zraka je Sunce. Njihova prodornost kroz atmosferu je izuzetno visoka. Vidljivi deo stoga predstavlja tradicionalno najviše i najčešće korišćeno spektralno područ je u daljinskoj detekciji.

(4) Infracrveno podru č je Infracrveno područ je, označeno kao IC područ je (standardna oznaka: IR = infra red) obuhvata vrlo širok spektar zračenja čije talasne dužine variraju u rasponu od 0,7 do 1000 µm (0,7µm do 1 cm). U okviru njega razlikuju se tri dela (slika 4). Bliski infracrveni deo ima talasne dužine 0,7-1,5 µm, srednji deo 1,5- 5,6 µm, a daleki infracrveni deo 5,61000 µm. Treba napomenuti da su granice ovih delova uslovne. Razli čiti autori i discipline ih prema svojim potrebama različito postavljaju. Prema izvoru zračenja u okviru infracrvenog područ ja razlikuje se reflektovani i emitovani ili termalni deo. Reflektovani deo obuhvata IC radijaciju koja potiče od sunčevog zračenja i odbija od površine zemlje, odn. od objekata na njoj. Talasne dužine reflektovanog IC zračenja imaju raspon od 0,7 do 3 µ m. U emitovani, ili termalni deo, spada infracrveno zračenje koje neprekidno emituju atmosfera ili zemljina površina, kao i objekti na njoj. Ovo zračenje ima talasne dužine koje variraju u opsegu od 3 do 1000 µm. Termalna energija je kinetička energija haotičnog kretanja čestica materije. Haotično kretanje je uzrok sudara čestica koji izazivaju promene u kruženju elektrona. Idealni emiter termalne energije naziva se crno telo. Ono pretvara termalnu energiju u zračenje u najvećem odnosu koji dozvoljavaju termodinamički zakoni. Maksimumi energije termalnog infracrvenog zračenja javljaju se u opsezima talasnih dužina 3-10 µm i 3-20 µm. Prvi opseg odgovara crnom telu temperature od 600 K, a drugi crnom telu na temperaturi od 300 K. Razlika između stepena Kelvina i stepena Celzijusa je približno 273. Apsolutna nula, temperatura od 0 K, ima vrednost od minus 273,16 C. o

Slika 4:

Gore - vidljivo i infracrveno spektralno područ je Dole - mikrotalasno područ je

Prodornost reflektovanih infracrvenih zraka kroz atmosferu je veoma visoka, približna prodornosti vidljivih zraka. Prodornost emitovanih, ili termalnih infracrvenih zraka je generalno uzev dosta visoka do talasnih dužina od 14 µm. Talasi većih dužina su pretežno prigušeni u atmosferi i teško se mogu registrovati. Sa aspekta daljinske detekcije termalno IC zračenje ima veći značaj od IC zračenja Sunca i reflektovanog od zemljine površine. Termalno IC zračenje koje emituje sam objekt zavisi od njegovih unutrašnjih svojstava, te će i količina, odn. intenzitet registrovane energije iskazivati ta svojstva. Svako reflektovano zračenje, te i infracrveno, zavisi od spoljnih svojstava objekta. Intenzitet solarnog IC zračenja koje reflektuje stenska masa zavisiće u velikoj meri od ovih spoljnih svojstava kao što su vlažnost, vegetacioni pokrivač, boja stene i sl. Problem, međutim, predstavlja tehnika

registrovanja termalnog IC zračenja. Intenzitet reflektovanog zračenja je znatno veći od emitovanog pa reflektovani IC zraci " prekrivaju" ” emitovane zrake. Temperatura Sunca odgovara zračenju crnog tela zagrejanog na oko 6.000 K.

(5) Mikrotalasno područ je Područ je mikrotalasa (slika 4) obuhvata zračenja velikih talasnih dužina čije se vrednosti kreću u rasponu od 1.000 µm (1 cm) do 1.000.000 µm (1 m). Izvor zračenja mikrotalasa može biti prirodan, kada mikrotalase emituje površina zemlje, ili veštački gde zrake opsega ovih talasnih dužina proizvodi čovek.

Prodornost mikrotalasnih zraka kroz atmosferu je izuzetno velika, čak veća i od vidljivih zraka. Ovi zraci prodiru kroz oblake, vlagu u vazduhu, krošnje drve ća, čak i kroz plitke naslage na površini terena kao što su peskovi i finozrni aluvijalni sedimenti. Njihova primena u daljinskoj detekciji svakodnevno se proširuje.

(6) Područ je radio talasa Radiotalasi predstavljaju zračenje velikih talasnih dužina, preko 1 m, koja se koriste za potrebe radiokomunikacija. Ova energija je veštačkog porekla, proizvodena od strane čoveka. U daljinskoj detekciji se koristi izuzetno retko, samo u specijalnim slučajevima.

Tabela 3. Raspodela energije sunčevog zračenja po delovima spektra

Glavni emiteri elektromagnetnog zračenja su, dakle, Sunce, površina zemlje i objekti na njoj i veštački izvori koje stvara čovek. Sunce sa temperaturom od 6.000 K je izvor  najveće energije zračenja. Količina ove energije koja stiže do zemljine površine nije ravnomerno raspoređena po spektralnim područ jima, odn. talasnim dužinama. Tabela 3 prikazuje procentualno učešće pojedinih delova spektra u raspodeli ukupne energije sunčevog zračenja. Veštački izvori elektromagnetne energije su raznovrsni i emituju zračenja različitih talasnih dužina. Tabela 4 prikazuje samo neke od ovih izvora.

Tabela 4. Neki izvori veštačke elektromagnetne energije Kratki prikaz glavnih spektralnih područ ja pokazuje da elektromagnetno zračenje obuhvata veoma veliki broj zraka različitog nastanka, talasne dužine, frekvence, intenziteta, te stoga i različite primenljivosti u daljinskoj detekciji. Daljinska detekcija u geologiji ispituje svojstva površine zemlje bez direktnog kontakta, tj. sa rastojanja koja se mere dekametrima, hektometrima, najčešće kilometrima, desetinama i stotinama kilometara. Zraci elektromagnetne energije, koja potiče iz prirodnog ili veštačkog izvora, emitovane ili reflektovane, moraju između izvora i senzora da pređu određeni put kroz atmosferu. Propustljivost atmosfere nije jednaka za zrake različitih talasnih dužina. Zračenje iz pojedinih područ ja biva potpuno ili u znatnoj meri prigušeno u atmosferi. Za pojedine delove spektra atmosfera je pak potpuno propustljiva. Područ ja gde je

prigušenje minimalno, odn. prodornost zraka najveća, nazivaju se prozori. Raspored glavnih prozora gasovite atmosfere prikazuje tabela 5. Prozor (λ u µm)

Vrsta zraka

0,3-1,1

UV, vidljivi, reflektovani IC

1,5-1,8

reflektovani IC

2,0-2,4

reflektovani IC

3,0-5,0

termalni IC

8,0-14,0

termalni IC

Tabela 5. Glavni prozori gasovite atmosfere Glavni prozori u gasovitoj atmosferi prema tabeli 5 leže u podru č jima bliskih ultraljubičastih zračenja, vidljivih zraka, bliskog infracrvenog (tj. reflektovanog) zračenja, u uskim zonama termalnog infracrvenog (tj. emitovanog) zračenja i u širokom dijapazonu mikrotalasa. Sa izuzetkom bliskog UV dela navedena područ ja istovremeno pokazuju i vrste elektromagnetne energije koje se najčešće i rutinski koriste u daljinskoj detekciji.

3. Senzor  Uređaji za otkrivanje, registraciju i merenje zračenja eletromagnetne energije, sopstvene (emitovane) i/ili saopštene (reflektovane) nazivaju se zajedničkim imenom senzori . Prema konstrukciji, područ ju spektra elektromagnetnog zračenja koji registruju, načinu otkrivanja, registracije i merenja, prikazu utvr đene energije i slično, postoje mnogobrojni tipovi različitih senzora koji se međusobno veoma razlikuju. Ljudsko oko, koje registruje samo vidljive zrake, predstavlja senzor. U senzore se svrstavaju fotokamera, TV i video kamera, skeneri, radari, itd. Spektar elektromag netnog zračenja pokazuje izuzetno veliki dijapazon različitih talasnih dužina. Ni jedan postojeći instrument ne može odjednom obuhvatiti ovakav raspon. Senzori se konstruišu tako da registruju šire ili uže spektralno područ je, odn. zrake više talasnih dužina u celini, pojedinačne spektralne linije, tj. zrake jedne talasne dužine, ili odjednom više razdvojenih spektralnih linija koje obuhvata jedno spektralno podru č je. Osnovna podela senzora zasniva se na poreklu registrovane energije. Po ovom kriterijumu senzori se dele u dve kategorije:

-

Pasivni senzori registruju energiju koja dolazi od samog objekta, bez obzira da li je sam objekt poseduje i emituje, ili pak reflektuje energiju saopštenu od nekog prirodnog izvora. Pasivni senzori, dakle, samo primaju energiju.

-

Aktivni senzori proizvode sopstvenu, veštačku energiju, šalju je ka objektu i registruju odbijeno zračenje. Za razliku od pasivnih oni i šalju i primaju energiju.

Prema konstrukciji i načinu rada senzori se mogu svrstati u tri osnovne kategorije koje čine: •

foto-optički sistemi

•

elektro-opti čki sistemi

•

mikrotalasni sistemi

(1) Foto-opti čki sistemi Senzori iz kategorije foto-optičkih sistema obuhvataju široki spektar različitih konstrukcija foto kamera. Princip njihovog rada je uvek isti. Elektro magnetno zračenje se otkriva i registruje primenom fotohemijskog (svetlosno-hemijskog) procesa. Prozirna podloga izrađena od celuloida ili poliestera se presvla či emulzijom koju čine kristali halogenida srebra (bromidi, hloridi, ili jodidi) u želatinskoj smesi (slika 5). Ovakav materijal, nazvan fotografski film, stavlja se u mračnu komoru foto kamere (slika 6). Otvaranjem zatvarača film se preko sočiva (objektiva) kamere u većoj ili manjoj meri osvetljava. Dužina osvetljavanja (ekspozicija) zavisi od jačine zračenja objekta na koji je fotokamera usmerena i osetljivosti filma na svetlost.

Slika 5 Generalizovani presek crno-belog filma Halogenidi srebra su u mraku postojani. Prilikom osvetljavanja dolazi do slabljenja veze između srebra i halogenih elemenata. Slabljenje je utoliko veće ukoliko je jači intenzitet osvetljavanja. Na taj način na filmu se formira skrivena, tzv. latentna slika objekta. Dejstvom hemijskog reagensa (razvijač) na emulziji se koncentrišu čestice srebra. Izdvajanje i koncentracija srebra su utoliko veći, ukoliko je bilo jače osvetljavanje. Delovi snimka sa koncentrisanim srebrom postaju tamniji. Nasuprot tome na neosvetljenim, ili slabije osvetljenim delovima snimka koncentracija čestica srebra je znatno manja, emulzija se uklanja sa podloge i ti delovi filma postaju svetliji. Drugim hemijskim

reagensom (fiksir) raspadanje halogenida srebra se prekida i preostala emulzija stabilizuje. U odnosu na objekte koje predstavlja dobijeni snimak daje inverziju svetlih i tamnih područ ja i stoga se naziva negativ.

Slika 6. Shematizovani presek kamere sa jednim objektivom Negativ predstavlja registrovanu energiju elektromagnetnog zračenja koja se kvantitativno iskazuje količinom svetlosti propuštene kroz film. Propuštanjem svetlosti kroz negativ na posebnu podlogu, obično specijalni papir takođe presvučen emulzijom sačinjenom od halogenida srebra, ponavlja se fotohemijska reakcija. U prirodi tamnija područ ja na negativu su prozirnija. Propuštanje svetlosti ovde je znatno veće i veza srebra i halogenih elemenata u emulziji podloge više slabi. Hemijskom reakcijom, razvijanjem, na ovakvim mestima povećava se koncentracija srebra i osvetljeno područ je na podlozi postaje tamnije. Suprotno tome, u prirodi jako osvetljena mesta na negativu su tamnija. Film ovde propušta znatno manje svetlosti, pa je u emulziji podloge slabije razaranje halogenida srebra, javlja se manja koncentracija čestica srebra, emulzija se uklanja i takvi delovi snimka ostaju svetliji. Proces se zaustavlja i preostala emulzija stabilizuje fiksirom. Odnosi svetlih i tamnih delova su identični odnosima u prirodi. Ovakav snimak čini pozitiv. Fotokamera je, dakle, osnovni senzor foto-optičkih sistema (slika 7). Skup postupaka registracije i merenja elektromagnetne energije ovim senzorom nosi zbirni naziv fotografisanje. Elektromagnetna energija registrovana na ovaj način naziva se fotosnimak ili fotografija. Prvobitna fotografija je bila ograničena na spektralno područ je vidljivih zraka. Sa razvojem tehnike povećavana je osetljivost filmova, tako savremena fotografija obuhvata šire spektralno područ je, po čev od bliskog ultraljubičastog zračenja (0,3-0,4 µm) do bliskog infracrvenog zračenja (0,7-1,5 µm). Fotografija se može javiti kao crno-beli ili kolor snimak u celom vidljivom područ ju spektra, kao crno-beli snimak iz pojedinih, užih delova spektra (ultraljubičasti, plavi, zeleni, crveni, bliski infracrveni), ili kao kolor kompozit načinjen kombinacijom više pojedinačnih spektralnih delova.

Slika 7:

a) Kamera Zeiss RMK za aerosnimanja b) Glavne komponente kamere sa jednim sočivom

Film na kome se obavlja registracija elektromagnetne energije predstavlja i osnovno ograničenje upotrebljivosti foto-optičkih sistema, odn. fotokamere kao senzora u daljinskoj detekciji. Film je neobnovljiv materijal za arhiviranje podataka. Jednom snimljen ne može se koristiti za nova snimanja. Kontinuirano, ili pojedinačno snimanje fotokamerom stoga je vremenski ograničeno dužinom filma. Snimanje zahteva aktivno

učešće operatera. Automatska registracija elektromagnetne energije, uobičajena kod sistematskih snimanja većih površina Zemlje, ovim je jako ograničena. Kao poseban senzor iz grupe foto-optičkih sistema može se navesti oko čoveka (slika 8). Oko se može uporediti sa fotokamerom. Ono u celini predstavlja zatvorenu, mračnu komoru. Sočivo oka fokusira objekt. Očni kapak ima ulogu zatvarača kamere. Dužica oka reguliše veličinu zenice, slično blendi kod fotokamere. Na taj način oko podešava količinu svetlosti koja dopire u njega. Prizme i konusi koje čini mrežica oka su materijal osetljiv na svetlost. Na njima se formira slika objekta, koju preuzima odgovarajući moždani centar kao vizuelni čovekov utisak. Ovako registrovana elektromagnetna energija nema trajnu vrednost. Vizuelni utisak traje samo toliko koliko se otvoreno oko zadržava na određenom objektu. Osetljivost ljudskog oka je ograničena na spektralno područ je vidljivih zraka (0,4-0,7 µm).

Slika 7. Struktura ljudskog oka

(2) Elektro-optički sistemi

Elektro-optički sistemi pretvaraju emitovanu i/ili reflektovanu elektromagnetnu energiju u električni impuls. Od registrovanih impulsa zatim se stvara slika koja se može posmatrati na uobičajeni način. Osnovni vidovi senzora iz grupe elektro-optičkih sistema su video i televizijske kamere i skeneri. Video i televizijske kamere prevode elektromagnetnu energiju, po pravilu registrovanu u vidljivom spektralnom područ ju (0,4-0,7 µm), u televizijski signal koji se snima na neki od nosača digitalnih medija. Snimak se po pravilu pri samom snimanju reprodukuje na odgovarajućem monitoru. Savremene video kamere obavljaju snimanja u crno-beloj tehnici, koloru, ili multispektralno, u više pojedinačnih užih spektralnih područ ja istovremeno. Razvoj tehnike povećava osetljivost video kamera, tako da se danas obavljaju snimanja i u bliskom infracrvenom spektralnom područ ju sa talasnim dužinama do 1,1 µm.

Video i televizijske kamere su portabilne, lake za korišćenje sa zemlje, iz vazduha ili iz kosmosa i obavljaju kontinuirana snimanja. Jedino vremensko ograničenje njihovog dejstva čini trajanje izvora pogonske energije, obično obezbeđene korišćenjem solarnih električnih baterija. Načinjeni snimci, tj. registrovana elektromagnetna energija, čuvaju se na nekom digitalnom nosaču medija na samom uređaju, ili se pak radio-vezom prenose do neke prijemne stanice. Navedena svojstva čine video i televizijske kamere izvanrednim senzorom, široko upotrebljivim za potrebe daljinske detekcije. Skeneri takođe funkcionišu na principu konverzije elektromagnetne energije u električne impulse. Naziv (u engleskom originalu "scanner" ) je izveden od engleskog glagola "to scan" , u slobodnom prevodu pregledati, pretraživati. Fotografske i video kamere registruju elektromagnetnu energiju za celo posmatrano područ je odjednom. Skener  koristi rotirajuće ili oscilirajuće ogledalo putem koga registruje elektromagnetnu energiju po uskim, međusobno bliskim i gusto raspoređenim trakama, upravnim na pravac kretanja nosača-platforme (slika 9). Napredovanjem platforme snimanje se obavlja po novim trakama i na taj način pokriva površina terena. Ovakav tip skenera nosi naziv poprečni skener ("Across-Track Scanner" ). Skener može biti konstruisan tako da posebno registruje elektromagnetnu energiju različitih talasnih dužina, tj. zračenja različitih spektralnih područ ja i onda se naziva multispektralni skener (slika 10). Konstrukcija skenera može biti usmerena i tako da senzor  registruje elektromagnetno zračenje samo u određenom uskom spektralnom područ ju od posebnog interesa. Takav je npr. termalni infracrveni skener podešen, kako samo ime kaže, za registraciju infracrvenog termalnog zračenja. Multispektralni skener (u originalu "Multispectral Scanner" , skraćeno MSS) simultano registruje elektromagnetnu energiju u bliskom ultraljubi častom (UV), vidljivom, reflektovanom infracrvenom (IC) i termalnom IC spektralnom područ ju. Ovakav senzor registruje dakle i reflektovano i emitovano elektromagnetno zračenje. Svaka pojedinačna talasna dužina ima na skeneru svoj kanal. Modernije konstrukcije multispektralnih skenera obično obuhvataju 5-10 kanala. Skeneri sa manje od 5 i više od 10 kanala nisu, međutim, redak izuzetak. Raspon talasnih dužina koje registruju multispektralni skeneri  je od 0,3 do 14 µm. Kao i kod prethodnih senzora iz kategorije elektro-optičkih sistema elektromagnetna energija koju registruje multispektralni skener se konvertuje u električni impuls za svaki talasnu dužinu (kanal) posebno. Impulsi se beleže na nekom nasaču digitalnog modelija, a odatle prevode u vidljivu sliku na televizijskom ekranu ili kompjuterskom monitoru. Multispektralni skeneri predstavljaju senzore koji se široko koriste u daljinskoj detekciji. Registracija elektromagnetne energije, odn. snimanje ovim senzorima obavlja se po pravilu iz letilica, od helikoptera i aviona do veštačkih zemljinih satelita, sa visokim stepenom automatizacije.

Slika 9. Skenerski senzori u daljinskoj detekciji

Slika 10. Multispektralni skeneri Termalni infracrveni skener (u originalu "Thermal IR Scanner" ) spektralnom skeneru. Jedinu razliku čini spektralni opseg u registrovanje elektromagnetnog zračenja. Termalni IC skener atmosferske prozore između 3 i 5 µm, odn. 8 i 14 µm. U ovim zračenje sopstvene energije tela (emitovana energija), koja u odražava svojstva objekata nego reflektovana energija (slika 11).

je identičan multikome se obavlja je ograničen na prozorima javlja se znatno većoj meri

Slika 11: Delovi spektra korišćeni u termalnom infracrvenom područ ju

Intenzitet zračenja reflektovane elektromagnetne energije, koja dolazi od Sunca, znatno  je, međutim, veći od intenziteta emitovane energije. Kod spektralnih područ ja čije su talasne dužine preko 2 µm, gde spadaju oba navedena prozora infracrvenog termalnog zračenja, osnovni problem je upravo uticaj toplote površine tla zagrejane zračenjem Sunca. Stoga su senzori namenjeni za registraciju termalnog infracrvenog zračenja opremljeni specijalnim filterima, koji dozvoljavaju prolaz samo zračenju talasnih dužina od 3 do 5 µm i od 8 do 14 µm. Termalni infracrveni skener pretvara u navedenim prozorima termalno infracrveno zračenje u električne signale čija je jačina proporcionalna intenzitetu zračenja. Intenzitet dobijenih električnih signala beleži se na odgovarajući način na neki nosač digitalnih medija. Uzdužni skener predstavlja noviju generaciju elektro-optičkih sistema. Posebni mikrodetektori veličine 7x7µm - 13x13 µm, poznati pod nazivom CCD (Charge-Coupled Devices, u slobodnom prevodu naponski povezani uređaji) poređani su po redovima. Jedan red može obuhvatiti i 10000 pojedinačnih detektora. Svaki red namenjen je registraciji zračenja određene talasne dužine (kanal). Svaki mikrodetektor registruje zračenje koje dolazi od jediničnog polja sa površine snimanog objekta koje na snimku odgovara pikselu. Jedinično polje, zavisno od konstrukcije i tipa skenera, ima obično dekametarske dimenzije. Jedinična polja su raspoređena po trakama, upravnim na pravac kretanja nosača senzora. Za razliku od poprečnih skenera gde se takva traka postepeno skenira rotirajućim ili oscilirajućim ogledalom, od jednog kraja do drugog, kod uzdužnog tipa cela traka je skenirana odjednom, zahvaljujući mikrodetektorima raspoređenim po redovima paralelnim sa snimanim trakama. Kretanje nosača omogućava redovima mikrodetektora snimanje po zonama paralelnim pravcu kretanja nosača (slika 12). Senzor 17

Slika 12: Princip rada podužnog skenera

Posmatrano u celini senzori iz grupe elektro-optičkih sistema imaju značajne prednosti u odnosu na foto-optičke sisteme:

-

Granice registracije pojedinačnih spektralnih područ ja znatno su šire i obuhvataju zračenja od bliskog ultraljubičastog (0,3 µm) do termalnog infracrvenog (14 µm).

-

Registracija energije se obavlja u digitalnom vidu direktno na neki od nosa ča digitalnih medija, što omogućava kasniju kompjutersku obradu podataka.

-

Registrovana energija u vidu snimka se može neposredno osmatrati tokom registracije - snimanja.

-

Registrovana energija se može prenositi radio vezom, te su ovakvi senzori veoma pogodni za dugotrajna, kontinuirana i automatizovana snimanja, bez učešća čoveka.

(3) Mikrotalasni sistemi Mikrotalasno područ je elektromagnetnog spektra obuhvata zračenja talasnih dužina 1.000 do 1.000.000 µm, tj. od 1mm do 1 m. Ova zra čenja mogu biti prirodna, kada ih emituje sam objekt, u daljinskoj detekciji površina Zemlje, ili emitovana iz nekog veštačkog izvora, upućena ka objektu i reflektovana od njega. Shodno tome senzori iz grupe mikrotalasnih sistema mogu biti pasivni, koji registruju emitovanu sopstvenu energiju objekta, i aktivni, koji proizvode energiju, upućuju je ka objektu i registruju reflektovano zračenje. Intenzitet prirodnog mikrotalasnog zračenja je izuzetno slab. Pasivni senzori, u koje spadaju mikrotalasni radiometri, u daljinskoj detekciji se ne koriste. Osnovni aktivni senzor iz grupe mikrotalasnih sistema je radar . Naziv radar je akronim reči "Radio Detection And Ranging" , u slobodnom prevodu otkrivanje i merenje udaljenosti objekata putem radio talasa. Ovakav naziv danas predstavlja anahronizam. U prvim danima radara korišćena je, naime, elektromagnetna energija velikih talasnih dužina, 1.000.000 do 10.000.000 µm, ili 1-10 metara. Ove talasne dužine pripadaju radio-talasima. Savremeni senzori ove vrste koriste elektromagnetnu energiju mikrotalasnog zračenja, znatno kraćih talasnih dužina (1.0001.000.000 µm), te bi akronim trebalo da glasi midar (Microwave Detection And Ranging ). Originalni naziv " radar " ostao je, međutim, i dalje u upotrebi. Radar proizvodi mikrotalasno zračenje, usmerava ga ka objektu i registruje reflektovanu energiju kao signal nazvan eho. Intenzitet eha za jedan tip radara zavisi od svojstava objekta. Proces detekcije kod radara je nezavisan od sunčeve energije, te se podjednako uspešno primenjuje i danju i noću. Sem toga, zračenja velikih talasnih dužina su prodornija od kratkih. Mikrotalasi prodiru kroz maglu i oblake, koji drugim senzorima predstavljaju velike smetnje pri snimanju. Podešavanjem ugla i pravca zračenja radara mogu se isticati pojedina svojstva istraživanih objekata. Radari koriste zračenja više pojedinačnih talasnih dužina. Svaka od njih (kanal) označena je posebnim slovom, zadržanim kao šifre iz ratnih vremena. Glavni kanali, opsezi

talasnih dužina zračenja i standardne talasne dužine pojedinih kanala koje koristi radar  dati su tabelarno (tabela 6).

Oznaka kanala Ka K Ku

Opseg talasnih dužina [µm]

Standardna talasna dužina [µm]

8.000-11.000

8.600

11.000-17.000 17.000-24.000

X

24.000-38.000

30.000; 32.000

C

38.000-75.000

60.000

S

75.000-150.000

L

150.000-300.000

235.000;240.000; 250.000

Tabela 6. Talasne dužine kod radara

Radarski zraci najvećih talasnih dužina prodiru i kroz rastresite materijale na površini terena, kao što su pesak, sneg i vegetacija. Senzori ovakvih talasnih dužina su izvanredno pogodni za otkrivanje svojstva geološke građe terena. Daljinska detekcija koristi radar sa bočnim zahvatom, koji se javlja u dve varijante: kao radar sa realnom aperturom, odn. kao radar sa sinteti čkom aperturom. Pod aperturom se podrazumeva otvor kroz koji senzor emituje ili prima elektromagnetnu energiju. U širem smislu može se shvatiti i kao najveća širina zraka elektromagnetne energije emitovana, ili prihvaćena od senzora. Radar sa bočnim zahvatom poznat je pod nazivom SLAR, koji se javlja kao akronim od Side Looking Airborne Radar , u slobodnom prevodu bočno usmereni radar za snimanja iz vazduha. Ovaj naziv se sve češće zamenjuje kraćim nazivom SLR, od Side Looking  Radar  (bočno usmereni radar). Promena naziva nije samo terminološko pitanje. Bočna radarska snimanja ne obavljaju se samo iz vazduha. Ovaj senzor se široko koristi i pri kosmičkim snimanjima, tako da je naziv SLR kao širi adekvatniji od ograničavajućeg termina SLAR. Svi senzori tipa SLR imaju antenu postavljenu izvan letilice, koja obuhvata odašiljač proizvedene elektromagnetne energije i prijemnik reflektovanog zračenja (eho), i uređaj za arhiviranje primljenih signala u digitalnom obliku. Antena je izdužena u pravcu kretanja letilice, a opremljena je posebnim prekidačem koji automatizovano reguliše njenu aktivnost kao odašiljača, ili kao prijemnika energije. Odašiljač i prijemnik su usmereni bočno, upravno na pravac leta i koso na dole. Usmereni zrak energije koju odašiljač

emituje zahvata uzanu traku terena. Antena šalje kratak impuls u trajanju od oko 100 ns -9

(1 nanosekunda = 10 s). Teren reflektuje impuls, zavisno od svojstava reljefa i geološke građe. Deo ovog reflektovanog impulsa prihvata antena, prebačena u međuvremenu na funkciju prijemnika. Posle određenog vremena prekidač prebacuje antenu na funkciju odašiljača i ona emituje novi impuls. U tom vremenu je i letilica prešla određeni put, tako da impuls zahvata novu traku terena, paralelnu sa prethodnom i pomerenu u pravcu leta. Antena, ponovo kao prijemnik, prima eho novog impulsa. Postupak se tokom snimanja višestruko ponavlja sve dok se teren ne pokrije nizom traka koje grade red, paralelan pravcu kretanja letilice, odn. nizom od više paralelnih redova, koji pokrivaju veće površine terena. Shematski prikaz principa radarskog snimanja sa bočnim zahvatom prikazuje slika 13.

Slika 13: Geometrijske karaktiristike bočnog radara (SLAR)

Radar sa realnom aperturom, nazvan RAR (akronim od Real Aperture Radar ), obuhvata već poznate elemente: antenu, koja služi za emitovanje i prijem energije, odašiljač, prijemnik, prekidač za promenu funkcije antene, uređaj za registrovanje i prikaz reflektovanog zračenja (slika 14). Tokom leta letilice ponavlja se prethodno prikazani proces smenjivanja emitovanja impulsa i registracije njegovog eha. Prijemnik pretvara svaki eho u odgovaraju ći signal, čija je amplituda u svakoj tački proporcionalna intenzitetu odbijenog zračenja. Ovaj signal se beleži u digitalnom ili analognom obliku.   om aperturom poznat je pod imenom SAR (akronim od Synthetic  Radar sa sinteti čk  Aperture Radar ). Antena kod ovog senzora je veštački (sintetički) produžena (slika 15). Osnovno ograničenje radara sa realnom aperturom (RAR) jeste mala dužina antene, što uslovljava i nizak kvalitet snimka. Kod radara sa sintetičkom aperturom (SAR) iskorišćeno je kretanje letilice. Relativno kratka stvarna antena se elektronski pozicionira u položajima koji se nižu jedan za drugim, kao da oni predstavljaju pojedinačne elemente jedne iste antene (slika 16).

Slika 14: Prikaz radarskog sistema sa stvarnom antenom (RAR) Dužina antene sa sintetičkom aperturom je proporcionalna širini popre čnog zahvata. Ona može dostići značajne dužine. Stvarna antena dužine npr.1-2 metra postavljena na avionu može proizvesti sintetičku antenu dužine i do 600 metara. Stvarna antena od 11 metara, postavljena na kosmičkoj letilici, može sintetizovati antenu efektivne dužine od 15 kilometara. Nedostatak radara sa sintetičkom aperturom je znatno viša cena proizvodnje i funkcionisanja nego što je slučaj kod radara sa realnom aperturom.

Slika 15: Princip radara sa pravom antenom

Slika 16: Princip formiranja veštačke antene

Prikazani sistemi daju pregled glavnih senzora koji se u široj meri koriste u daljinskoj detekciji. Pored njih postoje i brojni drugi, čija je upotreba ograničena na specifične primene. Takvi su npr. spektralni radiometar, koji se obično kortisti za terestričko merenje elektromagnetne energije koju zrači površina zemlje, zatim sonar, akustični senzor kod koga se koristi energija zvučnih talasa za podvodna ispitivanja, kao što je morfologija morskog dna, itd. Principi rada ovih i drugih senzora mogu se podvesti pod prikazane kategorije foto-optičkih, elektro-optičkih, ili mikrotalasnih sistema.

4. Platforma Platforma je pokretni nosač senzora, koji treba da omogući registraciju elektromagnetne energije na ve ćoj površini terena. Platforma se može kretati po površini zemlje (terestrička platforma), u vazduhu (aero platforma) i u kosmosu (kosmička platforma) (slika 17). U svim slučajevima platforma treba da obezbedi sistematsko snimanje. Da bi ovaj zahtev bio ispunjen pravci kretanja platforme moraju biti unapred utvr đeni i prostorno definisani. Tokom kretanja mora neprekidno postojati mogućnost odredjivanja njenog tačnog položaja. Dobar kvalitet snimaka podrazumeva pri kretanju visoku stabilnost platforme, odn. senzora. Terestričke platforme se mogu kretati po kopnu ili vodi, te se u te svrhe koriste vozila ili plovila, posebno opremljeni automobili, odn. brodovi. Utvr đivanje položaja platforme, odn. senzora pri snimanju obavlja se po pravilu GPS tehnologijom. Terestričke platforme obično od senzora nose termalne infracrvene skenere i/ili radare.  Aero-platforme se kreću u vazduhu, na visinama kilometarskog, znatno ređe hektometarskog ili pak dekakilometarskog reda veličina. U principu to može biti svaka letilica - balon, helikopter ili avion. Za sistematska snimanja, posebno kada su u pitanju veće površine terena, isključivo se koriste teži avioni dovoljno stabilni u vazduhu, opremljeni pored senzora i svim potrebnim uređajima za preciznu navigaciju i pozicioniranje položaja u momentu snimanja. Sa platformi iz vazduha obavljaju se različite vrste aerosnimanja. Fotografska snimanja u vidljivom delu spektra, po pravilu u stereo tehnici, zatim infracrvena i ultraljubičasta fotografska snimanja predstavljaju klasične postupke. Veoma često avioni se koriste i za skenerska infracrvena termalna snimanja, kao i radarska snimanja sa bočnim zahvatom, bilo sa stvarnom, bilo sa sintetičkom antenom. Kao kosmičke platforme koriste se veštački Zemljini sateliti i kosmički brodovi. Sateliti imaju fiksnu putanju kretanja i rade potpuno automatizovano, bez ljudske posade. Putanja kretanja kosmičkih brodova je promenljiva, dirigovana komandama posade. Ukoliko je brod automatizovan, bez ljudske posade, njegovim kretanjem se upravlja radiovezom iz komandnog centra sa Zemlje. Kosmičke platforme se kreću na hektokilometarskim visinama.

Slika 17: Platforme za snimanje u daljinskoj detekciji Za sistematska snimanja iz kosmosa redovno se koristi više različitih senzora. Standardnu opremu čine multispektralni skeneri (MSS), i/ili radari sa bočnim zahvatom. Za radarska snimanja u kosmos se sve češće upućuju i posebni, namenski sateliti. Prema prostoru kretanja platforme i snimanja se dele na terestrička, aero i kosmička. Položajem senzora, odn. platforme koja ga nosi, određeni su zahvat snimka i njegova razmera, tj. veličinsko područ je prikaza registrovanih podataka.

5. Snimak Registrovano zračenje elektromagnetne energije nosi opšti naziv snimak . U našoj svakodnevnoj terminologiji ovaj naziv se veoma često uzima kao sinonim za fotografiju. Njegovo značenje u daljinskoj detekciji, međutim, znatno je šire. Pod snimkom se podrazumeva vizuelni utisak ljudskog oka, fotografija, električni impuls na ekranu izazvan zračenjem, zapis na video-traci, zapis na kompjuterskom disku (CD ROM), ukratko svaki zapis zračenja elektromagnetne energije, bez obzira na sredstvo i na čin prikaza. Da bi snimak ispunio zahteve koji se pred njega stavljaju, tj. da bi postao izvor  informacija o objektu koji predstavlja, zapis elektromagnetne energije mora se prevesti u vidljivu sliku. Kod klasične fotografije zapis se već javlja u takvom obliku. Kod drugih sistema kao što su skeneri, radar i dr., digitalni zapis energije se može prevesti u vidljivu sliku prikazom na monitoru kompjutera. Zavisno od vrste senzora kojim je načinjen vidljivi snimak dobija i naziv. Tako se fotografski snimak naziva fotogram, skenerski skenogram, zapis elektromagnetne energije načinjen radarom radarski snimak, itd. Kompjutersko procesiranje dozvoljava znatna poboljšanja snimka. Ova poboljšanja obuhvataju povećanje ili smanjenje kontrasta, ujednačavanje svih delova jednog ili više snimaka po intenzitetu osvetlenja i kontrasta, njihovu geometrijsku korekciju, kombinovanje snimaka iz različitih spektralnih područ ja, i/ili snimaka različitih senzora, itd. Snimci daljinske detekcije se skoro po pravilu koriste u digitalnom pbliku. Snimak preveden u vidljivu sliku se može javiti u različitim vidovima. On može biti negativ ili pozitiv, crno-beli (gray scale), kolor, lažni kolor ili kolor kompozit. Značajno svojstvo, koje određuje kvalitet i upotrebljivost snimka jeste njegova moć razlaganja ili rezolucija. Ovaj termin podrazumeva minimalno rastojanje između pojedinih objekata, neophodno da bi se oni izdvojili i jasno uo čili na snimku. Rezolucija zavisi od vrste senzora, tj. od načina registracije elektromagnetne energije i visine snimanja, odn. od razmere snimka. Rezoluciju ne treba izjednačavati sa pojmom najmanjeg objekta koji se može uočiti na snimku. Kod savremenih snimaka pohranjenih u digitalnom formatu, rezolucija odgovara jediničnom elementu slike, tj. pikselu.

6. Analiza  Analiza snimka je postupak utvr đivanja razlika u svojstvima i izdvajanje područ ja po pojedinim svojstvima. Ta svojstva mogu biti npr. karakteristike reljefa (gustina drenaže, dubina usecanja, nagib padina i sl.), razlike u razvoju vegetacije, intenzitet tona na crno-

belim snimcima, odn. različite boje na kolor, lažnim kolor snimcima i kolor kompozitima, i sl. Geološko značenje uočenih svojstava, odn. njihovih razlika, pri tome se ne određuje.  Analiza snimka se u principu može obaviti na dva suštinski različita načina. Prvi predstavlja vizuelna, ili logi č ka, a drugi instrumentalna, ili formalna analiza. Svaki od njih ima određene prednosti i ograničenja. Najbolji rezultati dobijaju se kombinovanjem oba postupka. Vizuelna ili logička analiza obavlja se osmatranjem snimaka, uočavanjem razlika i izdvajanjem anomalnih područ ja, koja se po pojedinim svojstvima jako razlikuju od okoline. Prednost ovakvog postupka je mogućnost logičke selekcije podataka. Čovek koji obavlja analizu izdvojiće npr. kao anomalno područ je naglo zatamnjenje na crnobelom snimku, zasnivajući svoj kriterijum na činjenici da stene različitog sastava imaju i različitu boju, odn. intenzitet sivog tona na crno-belom snimku. U drugom slučaju, zanemariće područ je izrazito tamnog tona uočeno na kanjonskoj strani, s obzirom da je ono očigledno nastalo kao posledica senke. Drugu prednost predstavlja mogućnost istovremene analize više različitih svojstava. Pri izdvajanju jednog područ ja izrazito svetlog tona uočava se da su vodotoci na njemu izuzetno retki, duboko usečeni, a da se javljaju i brojne vrtače (krečnjak). Time će se ovo područ je izdvojiti od susednog, isto tako izrazito svetlog tona, sa retkim, duboko usečenim vodotocima sa strmim stranama, ali na kome nema vrtača (peščar). Nedostatak vizuelne analize su ograničena sposobnost ljudskog čula da uoči veći broj nijansi razlika jednog svojstva i subjektivnost ocene jednog svojstva. Ovo poslednje posebno dolazi do izražaja kod identifikacije područ ja sa istim svojstvima. Svojstva terena često se veoma postepeno menjaju. Postavljanje granice između pojedinih kategorija u takvim slučajevima je veoma teško. Identifikacija područ ja istih svojstava i njihovo razgraničenje sa terenima drugih svojstava tada postaju krajnje subjektivni i nepouzdani. Formalna analiza se obavlja instrumentalnim – računarski podržanim putem. Pri tome se koriste isklju;ivo snimci u digitalnom obliku, te je i ceo postupak poznat i pod imenom digitalna analiza. Suštinsku prednost formalne analize nad logičkom čine daleko veći spektar razlika u svojstvima koje se mogu registrovati i objektivnost postupka. Digitalni način analize omogućava izdvajanje daleko većeg broja tonskih razlika nego prosto vizuelno osmatranje. Više od toga, razlike u svojstvima iskazane su kvantitativno, što omogućuje potpuno objektivno razgraničenje po željenim kategorijama i pouzdano izjednačavanje područ ja identičnih svojstava. Instrumentalni analitički postupak je, sem toga, znatno brži i efikasniji od vizuelnog osmatranja.

7. Interpretacija Pojam interpretacije u daljinskoj detekciji podrazumeva tumačenje fenomena izdvojenih u postupku analize. Analiza i interpretacija predstavljaju jasno odvojene postupke i faze

rada u procesu daljinske detekcije samo u slučaju kada se obavljaju instrumentalno – računarski podržano. Vizuelna, odn. logička analiza snimaka je direktno povezana sa interpretacijom i među njima se granica ne povlači. Interpretacija se obavlja isključivo logičkim putem i iza nje mora stajati čovek sa svojim znanjem i sposobnošću selekcije podataka.

8. Podatak Konačni cilj i rezultat analize i interpretacije, ili preciznije rečeno procesa daljinske detekcije u celini, predstavlja  podatak . U odnosu na rezultate drugih vrsta istraživanja terena podatak dobijen primenom daljinske detekcije je i kvalitativno i kvantitativno različit i nov. Kvalitativnu novinu predstavlja novo veličinsko područ je posmatranja. Snimci površine terena koje koristi daljinska detekcija po pravilu dolaze u smanjenoj razmeri, koja varira u veoma širokom opsegu, od 1:50 kod terestričkih snimaka do 1:1.000.000 kod kosmičkih snimaka. Smanjena razmera omogućava uvid u celinu, uz nužni gubitak detalja. Posmatrač koji se nalazi na metarskom rastojanju od neke zgrade, uočiće npr. i takve detalje kao što su vrsta fasade, otpali malter, raspored cigala i način njihovog vezivanja, koji proviruju ispod maltera, i sl. Opšti izgled građevine i njena struktura neće mu, međutim, biti dostupni. Da bi sagledao zgradu u celini, njen izgled i položaj u odnosu na okolinu, posmatrač se mora udaljiti od nje i na taj način promeniti područ je posmatranja od metarskog u npr. hektometarsko. Posmatrajući iz daljine dobiće sinteznu sliku, izgubivši pri tom detalje koje je uočavao iz blizine, u metarskom veličinskom područ ju. Novi kvalitet podataka koji nudi daljinska detekcija leži upravo u takvoj objektivnoj sintezi podataka o terenu. Različite razmere snimaka omogućavaju sinteze, odn. sagledavanja celina od detalja dekametarskih veličina do regionalnih prostora površine od više desetina hiljada kvadratnih kilometara. Proporcionalno povećanju prostora i regionalnijoj slici terena smanjuje se količina detalja koji se pri tome uočavaju. Pored promene veličinskog područ ja istraživanja nov kvalitet podacima daljinske detekcije daju i snimanja u nevidljivim delovima spektra elektromagnetne energije. Na infracrvenim snimcima postaju npr. očigledne hidrotermalne izmene stena, na radarskim snimcima tragovi voda ispod peščanog nanosa u pustinjama, neposredno se prate polucije voda i tla nastale rudarskom aktivnošću, itd. Ovakve pojave su po pravilu nedostupne neposrednim terenskim opažanjima i utvr đuju se obimnim istraživanjima, uzimanjem uzoraka i dugotrajnim i skupim laboratorijskim ispitivanjima. Rezultat primene daljinske detekcije daje u odnosu na klasična istraživanja i kvantitativno nov podatak. Terenska osmatranja nikada ne pokrivaju celu površinu istraživanog

područ ja. Zavisno od namene istraživanja, njegove razmere, prohodnosti terena i njegove topografske složenosti, a posebno od raspoloživog vremena i sredstava za istraživanja, tačke osmatranja i maršrute po kojima se osmatranja obavljaju su ređe ili gušće raspoređeni. Između njih uvek ostaje nepokriveni prostor, na kome se obavlja interpolacija podataka. Interpolacija ima izraziti subjektivni karakter, koji se prenosi u konačnu sintezu, tj. u finalnu interpretaciju geoloških odnosa. Prilikom primene postupaka daljinske detekcije, logičke ili instrumentalne analize i interpretacije, osmatranja se obavljaju na celoj površini snimka. Prohodnost terena, spoljni klimatski uslovi, doba dana i drugi ograničavajući faktori terenskih osmatranja, ovde su potpuno beznačajni. Trasa istog sloja prati se na celoj dužini svog pružanja i precizno rekonstruiše nabor. Prema potrebi bez ikakvih problema se izlazi i izvan granica istraživanog terena i dobija objektivna slika celine. Kvalitativna i kvantitativna novina podataka daljinske detekcije nikako ne znači da oni imaju veću, ili manju vrednost u odnose na podatke drugih istraživanja, kao što su terenska osmatranja, laboratorijska ispitivanja, geofizička merenja, itd. U pitanju je posebna, nova i drugačija kategorija podataka, koja ne isključuje rezultate klasične metodologije, već ih dopunjava, čini objektivnijim i pouzdanijim.

RADIOMETRIJSKA KOREKCIJA SNIMAKA DALJINSKE DETEKCIJE vrrsste greššakka ggeoomeetr ji jsske ggrreeškke rraadiioomeetr ji jsskke ggreškee iinnterrnne ggrešškee eekssterrnne ggreškkee

I. UVOD •

•

Perfektan sistem daljinske detekcije još uvek nije razvijen. Planeta Zemlja, atmosfera, površina terena i vreme su izuzetno kompleksni sistemi i ni  jedan sistem daljinske detekcije nije u stanju da uzme u obzir sve sistematske i slučajne uticaje ovih sistema na prostornu, spektralnu, radiometrijksu rezoluciju. Sa aspekta fizičke prirode, razlikujemo dva osnovna tipa grešaka koji se u  javljaju u daljinskoj detekciji: o o

•

Radiometrijske greške Geometrijske greške

Radiometrijska korekcija se bavi popravljanjem spektralnog kvaliteta reflektovane sunčeve energije, unutrašnje povratnog signala nekog aktivnog senzora.

•

emitovane

energije,

ili

Geometrijska korekcija se bavi popravljenjem pozicija digitalne

informacije dobijene od reflektovane sun čeve energije, emitovane sopstvene energije ili vra ćenog signala nekog aktivnog senzora, kako bi se snimci daljinske detekcije u činili planimetrijskim i kako bi se što lakše koristili u nekom GIS okruženju. •

Radiometrijske

i

predprocesiranja. •

korekcije

spadaju

u

oblast

Sa aspekta načina nastajanja, razlikujemo tako đe dva osnovna tipa grešaka koje se javljaju u daljinskoj detekciji: o o

•

geometrijske

Interne greške Eksterne greške

Interne greške su greške koje proizvodi sistem daljinske detekcije unutar sebe. One su po pravilu sistematske i mogu se otkloniti “prelounch ” ili “in-  flight ” kalibracionim postupcima.

•

Eksterne greške su greške koje nastaju uticajem prirodnih fenomena u prostoru i vremenu. Najzna čajnije eksterne promenljive koje izazivaju radiometrijske i geometrijske greške senzora jesu atmosfera, reljef, nagib terena, ugao opažanja itd.

•

•

Ovo poglavlje bavi se radiometrijskim korekcijama, za razliku od posebnog poglavlja o kome je bilo re či – Geometrijske korekcije. Potpuno razumevanje radiometrijskih korekcija zahteva dobro poznavanje principa elektromagnetne radijacije, kao i njene interakcije sa opažanim fenomenima tokom daljinske detekcije.

2

Transfer energije u prirodi

Razmena energije izme đu Sunca i Zemlje

•

Nabrojmo samo neke fenomene koji su rezultat jako složenih interakcija radijacije i opažane površi: o o o

Radijacija Sunca, Putovanje energije kroz vakum kosmosa i brzina svetlosti, Interkcija sa Zemljinom atmosferom na putu do zemlje, 3

o o

o

Interakcija sa Zemljinom površinom, Interakcija sa Zemljinom atmosferom na putu prema senzoru, Finalna interakcija energije sa senzorom

GREŠKE SENZORA •

Radijacija izmerena senzorima u razli čitim poljima elektromagnetnog zračenja predstavlja samo jednu objektivnu prezentaciju zra čenja u oblasti interesa. Nažalost, nema idealnih senzora, pa se mora voditi ra čuna o sledećim greškama: o o o o

Slučajna greška piksela Problem starta i stopa linije Gubitak linije ili dela linija Linijske sistematske greške

Slučajna greška piksela o

o

Ponekad senzor iz neobjašnjivih razloga ne registruje digitalnu vrednost nekog piksela. Ako se to javlja nepravilno, onda se to zove „pogrešan piksel”. Problem se rešava na sličan način kao kod resamplinga – finim “zaglađivanjem“ digitalne vrednosti pogrešnog opiksela na osnovu osam digitalnih vrednosti susednih poiksela (vidi sliku)

4

Otklanjanje slučajne greške piksela

5

Problem starta i stopa linije o

o

Kao posledica kontinuiranog punjenja i pražnjenja linijskog senzora, često se dešava da podaci jedne linije budu sistematski pomereni (šiftovani) za određeni broj piksela, po slu čajnom principu. Problem se može otkloniti direktnom intervencijom na snimku (vidi sliku 620), ali to može biti zamorno za operatera, ako je pojava masovna.

Otklanjanje start/stop greške linijskog senzora

Gubitak linije ili dela linija U ekstremnim slčajevima, kao svaki elektronski ure đaj koji je podložan spoljnim uticajima, može se desiti da se tokom prikupljanja podataka izgubi deo linije ili cela linija.

6

Linijske sistematske greške o

U slučaju kada se snima višekanalnim (multispektralnim) ure đajima, često se dešava da je jedan od ure đaja derektifikan. Na primer, derektifikovan senzor na tamnim delovima površi uvek vra ća vrednost zračenja uvećanju za jedan broj DN. Na slici koja na taj na čin nastaje pojavljuju se sistematske linije na mestima ujedna čenih radiometrijskih tonova. Problem se rešava podužnim i popre čnim filtriranjem podataka (vidi sliku 6-22)

Linijske greške senzora

7

Profil digitalnih vrednosti pre i posle filtriranja za linijske greške senzora

8

ATMOSFERSKA KOREKCIJA U DALJINSKOJ DETEKCIJI •

Pored grešaka senzora, bitan izvor radiometrijskih grešaka poti če od uticaja okoline i to: o

o

•

•

Atmosfersko slabljenje izazvano rasipajem i absorcijom elektromagnetne energije u atmosferi i Topografsko slabljenje.

Bitno je na početku zaključiti da nije neophodno radiometrijski korigovati podatke daljinske detekcije za sve aplikacije. Na primer, odluka o tome da li će se atmosferska korekcija sprovoditi zavisi od: prirode problema koji se istražuje, tipa raspoloživih daljinskih podataka, količine raspoloživih direktnih atmosferskih informacija (istorijskih – prikupljenih u ranijem periodu, ili aktuelnih – dobijenih tokom snimanja) i koliko moraju biti tačne biofizičke informacije koje će se ekstraktovati iz podataka daljinske detekcije.

Primeri kada je nepotrebna atmosferska korekcija •

•

•

Atmosfersku korekciju nije neophodno striktno sprovoditi kod ve ćine aplikacija koje se odnose na otkrivanje promena (change detection ). Empirijski je potvrdjeno da atmosferska detekcija nema uticaja kada se dve epohe snimaka uporedjuju radi otkrivanja promena u prostoru. Atmosfersku korekcije nije potrebno sprovoditi kod mnogih vrsta pojedinačnih klasifikacija (klasifikacija na pojedina čnim snimcima) korišćenjem algoritama maksimalne verovatno će. Atmosferska korekcija ima samo relativni uticaj na stvaranje skale klasifikacije, ali je njen uticaj na tačnost klasifikacije mali. Generalni princip je da atmosferska korekcija nije neophodna i kod onih vrsta podataka daljinske detekcije koji su dobijeni jednom epohom snimaka (pojedina čnih ili kompozitnih), a koji će se koristiti za potrebe preliminarnih istraživanja i koji nisu važni za druge daljinske podatke dobijene sa drugih mesta ili iz drugih epoha.

Primeri kada je potreba atmosferska korekcija •

Aplikacije kod kojih iz snimaka daljinske detekcije treba ekstraktovati biofizičke parametre iz vodenih masa (na primer: hlorofil a, rastvor sedimenata, temperatura itd) ili vegetacije (na primer: biomasa, hlorofil, procenat prekrivanja itd). Ako podaci dve razli čite epohe snimaka nisu korigovani, važne zaklju čne informacije mogu biti izgubljene zbog malih razlika u refleksijama.

9

Tipovi atmosferske refrakcije •

•

Ima više načina za otklanjanje atmosferske refrakcije. Neki su jednostavni, dok su drugi kompleksni, bazirni na fizi čkim principima koji zahtevaju puno paramatara i analize fizi čkih odnosa. Dva su osnovna tipa atmosferske korekcije: o

Apsoutna atmosferska korekcija, i

o

Relativna atmosferska korekcija.

Bez obzira što postoje razli čite metode apsolutne i realitvne atmosferske korekcije, opšta logika koja se primenjuje je slede ća:

1. Ako je ikako moguće za korekciju podataka treba koristiti ‘fizički model atmosfere’. Simulirana atmosfera se proračunava na osnovu doba godine, visine snimanja i geografske dužine i širine analiziranog podru č ja; 2. Uvek je bolje koristiti fizički model atmosfere u kombinaciji sa atmosferskim merenjima iz zone snimanja, prikupljenih tokom snimanja. Često se atmosferski podaci dobijaju sa drugih atmosferskih sondi montiranih na istoj platformi. Atmosferski model se na ovaj na čin fino podešava korišćenjem lokalnih atmosferskih podataka. Ova vrsta korekcije tipična je za apsolutnu atmosfersku korekciju; 3. Minimizacija atmosferskih gubitaka nekada je mogu ća korišćenjem višestrukih uporedjenja posmatranih karakteristi čnih objekata iz razli čitih epoha. To je nakada mogu će i sa uporedjenjem razli čitih kanala jednog multispektralnog uređaja. Ova vrsta korekcije tipi čna je za relativnu atmosfersku korekciju.

Apsloutna radiometrijska korekcija atmosferskih gubitaka •

•

Najsloženiji postupak koji zahteva složen matemati čki aparat i poznavanje različitih oblasti fizike. Postavka problema: Idalno bi bilo kada bi radijacija detektovana na senzoru bila samo funkcija intenziteta zra čenja ciljne površine terena u trenutnku opažanja pod odre đenim uglom. Međutim, u posmatranom ciljnom polju mogu se pojaviti razli čiti radijanti energije iz drugih izvora koji unose konfuziju u proces opažanja i dovode do odstupanja izmerene detektovane energije. Pri tome, za definisanje glavnih izovra i puteva ove energije potrebno je poznavanje dodatnih radiometrijskih promenljivih. Sve promenljive sumirane su u slede ćoj tabeli, dok su razli čite putanje energije i faktori od uticaja na postignut nivo zra čenja prikazani na slici 6-24.

10

Najznačajnije radiometrijske promenljive

11

Najvažnije putanje energije i faktori od uticaja na detektovano zra čenje

Putanja 1: Sadrži spektralno solarno zra čenje koje je neznatno oslabljeno pre refleksije prema senzoru.

Putanja 2: Sadrži spektralno difuzno zra čenje neba koje nikada ne stigne do Zemljine površine, jer se raspe u atmosferi.

Putanja 3: Sadrži energiju Sunca koja kroz atmosferu posredno dospeva na ciljnu površinu.

Putanja 4: Sadrži zračenje koje je reflektovano i rasuto od neposredne okoline ciljne površine koja može biti pokrivena snegom, betonom, zemljištem, vodom ili vegetacijom.

Putanja 5: Sadrži takođe energiju reflektovanu sa neposredne okoline ciljne površine, ali koja se reflektuje i rasipa na samu ciljnu površinu.

12

Primer daljinskog snimka pre i posle atmosferske korekcije •

Razvijeno je nekoliko softverskih rešenja koji sprovode apsolutnu atmosfersku korekciju. Iako koriste razli čite matematičke modele, većina polazi od istih parametara, kao što su: • • • • •

• • •

•

Geografska širina i dužina scene Datum i vreme kolekcije Visina snimanja Prosečna nadmorska visina terena Atmosferski model (letnji srednje geografske širine, zimski srednje geografske širine, tropski,...) Podaci radiometrijske kalibracije Podaci o senzoru i svakom pojedina čnom kanalu Lokalna atmosferska vidljivost opažana na terenu u trenutku akvizicije, itd.

Cilj ovih softvera je da proračunaju absorbciju i rasipanje energije u atmosferi i da izvornu sliku koriguju i svedu je stvarnu reflektovanu energiju.

Relativna radiometrijska korekcija atmosferskog slabljenja •

Utvrđivanje velikog broja radiometrijskih parametara nije uvek lako realizovati, pogotovo kod istorijskih snimaka daljinske detekcije gde nije moguće doći do neposrednih atmosferskih parametara u trenutku snimanja. Iz tih razloga, razvijene su tehnike relativne radiometrijske korekcije. Dva su osnovna tipa na raspolaganju:

13

o

Single-image normalizacija primenom izravnanja histograma,

o

Multiple-image niormalizacija histograma primenom regresije.

Single-image normalizacija primenom izravnanja histograma •

•

Ovaj jednostavni postupak polazi primarno od toga da je efekat slabljenja zračenja zbog uticaja atmosfere najmanji kod infracrvenog kanala (>0.7µm), dok je kod vidljivog dela spektra (0.4 - 0.7µm) zna čajan. Postupak se sastoji u analizi histograma razli čitih kanala jedne iste scene (Single-image   ). Sa slike 6-30, koja se odnosi na jednu Landsat Thematic Mapper scenu, može se videti da su histogrami kanala 1 i 3, koji se odnose na vidljivi deo spektra, pomereni udesno, i da sadrže veliki broj minimalnih vrednosti, što  je direktan efekat slabljena zbog uticaja atmosfere. S druge strane, kanali većih talasnih dužina (4, 5 i 7) su mnogo manje osetljivi na tu pojavu i zato  je broj minimalnih vrednost osvetljenja u njihovim histogramima minoran. Nakon pomeranja histograma ulevo u odnosu na infracrveni kanal (7), otklanja se relativni uticaj atmosferskog slabljenja na sve druge kanale (slika 6-31).

14

Slika 6.30 Originalan histogram šest kanala jedne Lansat Thematic Mapper  scene

15

Slika 6.31 Rezultat primene pojedina čnog izravnanja histograma za uticaj atmosferskog slabljenja za podatke iz prethodne slike. Multiple-image niormalizacija histograma primenom regresije •

•

Ovaj postupak podrazumeva izbor baznog snimka i transformaciju njegovih spektralnih karakteristika za sve ostale slike opažane u razli čitim epohama, tako da se kod njih dobiju sli čne radiometrijske karakteristike kao kod baznog snimka. Zatim se pristupa selekciji pseudo-invarijantnih oblasti (pseudo-invariant  features  - PIF), na sličan način kao kod izbora GCP kod geometrijske 16

rektifikacije. •

Pseudo-invarijantne oblasti treba da imaju slede će karakteristike: o

o

o

o

•

Spektralne karakteristike treba da su vrlo malo promenljive kroz vreme (duboke mirne vode, go teren i druge homogene površine su dobri kandidati); PIF treba da ima približno istu visinu kao ostali delovi scene; PIF treba da sadrži minimalnu zastupljenost vegetacije koja menja svoje spektralne karakteristike tokom godine; PIF treba da bude približno ravna površina na koju će u svim godišnjim dobima i delovima dana biti dovoljna koli čina zračenja prema senzoru.

Regresija se zatim koristi da se uspostavi relacija izme đu spektralnih karakteristika PIF bazne slike u odnosu na svaku drugu. Na taj na čin se obezbeđuje da su spektralne karakteristike u izabranim pseudoinvariantnim oblastima izjedna čene sa baznim snimkom, dok su spektralne karakteristike ostalih delova korigovane na osnovu regresione prave.

Korekcije za uticaj topografije na radiometriju - Korekcija za efekat nagiba i aspekta •

Suština ove korekcije bazira se na pretpostavci da je gubitak energije sunčevog zračenja zavisi od ugla sun čevog zračenja za doba dana u kome se vrši akvizicija i ugla pod kojim senzor detektuje zra čenje (slika 633).

Slika 6-33: Ilustracija efekta nagib i aspekta

17

•

•

Ima različitih formula preko kojih se prora čunava gubitak energije, ali svi postupci podrzumevaju da se informacije o lokalnom nagibu terena za svaki pojedina čni piksle slike dobijaju na osnovu digitalnog modela terena. Jedna formula po kojoj se prora čunava refleksija horizontalnog zra čenja u odnosu na refleksiju sa kose ravni glasi:  L H 

=

 LT 

cosθ  0 cos i

,

gde su: LH 

= zračenje opažano na horizontalnoj površini (korekcija efekta nagiba i aspekta),

LT 

= zračenje opažano sa kosog terena (sirovo opažanje),

Θ0 

= Ugao sunčevog zenita,

i

= Ugao sunčevog zračenja u odnosu na normalu terena.

18

GEOMETRIJSKA REKTIFIKACIJA SNIMAKA DALJINSKE DETEKCIJE Inntternnee ggeeom mettrr ji ijskkee greešškee Ekssterrnne ggeoom mettrr ji jsskee grreeškke I m  ma  a   g  g   e   e-  - t  to  o   -   -i  im  m   a  a   g   ge  e    rrekttiffiikkaacc ji ija I m  ma  a   g  g   e   e-   -t t o  o   -   -m   ma  a   p   p rekktiffiikaac ji ija I I m  ma  a   g   ge  e   -   -t  to  o   -  - o   or  r t  th  h   o  o   m   ma  a   p   p rekktiffiikaac ji ija ...

GEOMETRIJSKA KOREKCIJA SNIMAKA DALJINSKE DETEKCIJE Bilo bi sjajno kada bi svaki daljinski snimak sadržao podatke koji bi odmah bili upotrebljivi za određivanje X,Y lokacija. To bi omogućilo da se svaki snimak koristi kao da je mapa. Nažalost to nije slučaj. Naprotiv, daljinske snimke je obično potrebno predprocesirati kako bi se otklonila geometrijska distorzija i pojedinačni elementi slike (pikseli) smestili na odgovarajuće X,Y lokacije. Tek nakon toga snimci daljinske detekcije su spremni za dobijanje tematskih informacija koje se mogu smestiti u odgovarajući Geo-informacioni sistem ili u neki drugi prostorni sistem za podršku odlučivanju. Interne i eksterne geometrijske greške Snimci daljinske detekcije po pravilu poseduju interne i eksterne geometrijske greške. Ova podela je važna da bi se utvrdili izvori internih i eksternih grešaka kao i da li su u pitanju sistematske ili slučajne greške. Sistematske geometrijske greške je generalno lakše identifikovati i korigovati nego slučajne geometrijske greške. Interne geometrijske greške Interne geometrijske greške generalno nastaju unutar sistema za daljinsko opažanje ili u kombinaciji sa rotacijom Zemlje i karakteristikama putanje satelita. Ove distorzije su često sistematske i mogu biti identifikovane i korigovane korišćenjem  prilaunch ili in-flight  efemerida (što znači informacijama o geometrijskim karakteristikama senzorskog sistema i Zemlje u momentu akvizicije podataka). Geometrijske distorzije u snimcima, koje se ponekad mogu korigovati kroz analizu senzorskih karakteristika i podataka efemerida, sadrže: Zakošenje izazvano efektom rotacije Zemlje, • Skenerski sistem – izazvan varijacijom u nominalnoj veličini • piksela u prirodi (GRS - Ground Resolution Size ), Skenerski sistem – jednodimenzionalna deformacija usled uticaja • reljefa i Skenerski sistem – tangencijalna distorzija razmere. • Zakošenje izazvano efektom rotacije Zemlje Suncu sinhroni sateliti za osmatranje Zemlje su normalno u fiksnoj orbiti tako da prave traku snimaka sa severa prema jugu (vidi sliku 7-1a). U međuvremenu, Zemlja usled rotacije oko svoje ose sa zapada na istok pravi jedan pun krug svakih 24 časa. Ova interakcija između fiksne 2

putanje satelita i Zemljine rotacije oko svoje ose deformiše geometriju kolektovane slike. Na primer, zamislimo samo tri hipotetička skena od po 16 linija svaki, dobijena sa Landsat Enhenced Thematic Mapper Plus (ETM+). Kako podaci nisu korigovani, oni će se u setu podataka pojaviti kao pravilan skup podataka, kao što se vidi sa slike 7-1b.

Slika 7-1: Ilustracija geometrijske deformacije daljinskog snimka usled uticaja rotacije Zemlje i putanje satelita

3

Obratno, ako su podaci daljinskog opažanja korigovani, onda će svi pikseli koji se odnose na pojedinačni skan (sastavljen od 16 linija podataka) kroz digitalnu obradu biti pomereni za odgovarjuću vrednost na zapad (slika 71c). Korekcija (zakošenje) se definiše kao sistematsko pomeranje piksela na zapad u okviru snimka da bi se korigovala interakcija za uglovnu brzinu senzora satelitskog sistema i brzine Zemljine rotacije. Iznos pomeranja svakog piksela na zapad je funkcija od relativne brzine oba tela – satelita i Zemlje, i dužine snimka koji se kolektuje. Većina provajdera satelitskih snimaka automatski koriguje podatke koje isporučuje korisnicima korišćenjem objašnjene logike (slika 7-1c). Prvo, se računa površinska brzina rotacije Zemlje ν earth : ν earth

= ω earth ⋅ r  ⋅ cos λ 

,

gde je r  prečnik Zemlje (6.378km), a ω earth je rotaciona brzina Zemlje (72.72  µ rad  ⋅ s 1 ) na specifičnoj latitudi λ. Za vrednost latidude od na primer 330 N, brzina kretanja površi Zemlje se može izračunati: −

72.72 ⋅ µ rad  ⋅ s −1 ⋅ 6.378.160m ⋅ 0.83867

ν earth

=

ν earth

= 389m ⋅ s

−1

.

Sledeće što se mora odrediti jeste dužina vremena koje je satelitu potrebno da naporavi tipičnu scenu. U ovom primeru koristimo scenu veličine 185km koju pravi Landsat 1, 2 i 3 pomoću multispektralnog skenera i Lansat 4, 5 i 7 pomoću Thematic Mapper -a i Enhanced  Thematic Mapper Plus. Landsat 1, 2 i 3 ima uglovnu brzinu kretanja ω land 123 = 1.014mrad  ⋅ s 1 . Landsat 4, 5 i 7 ima uglovnu brzinu kretanja ω land 457 = 1.059mrad  ⋅ s 1 . Tako se tipična 185-kilometarska scena Landsat MSS skenira za: −

−

st  = st  =

 L r  ⋅ ω land 123

185km 6.378.160m ⋅ 1.014mrad  ⋅ s −

1

=

28.6s.

Slična analiza za Lansat 4, 5 i 7 pokazuje da se jedna 185-kilometarska scena skenira za 27.4 sekundi. Sada se može izračunati koliko se pomeri površina terena tokom vremena potrebnog za skeniranje jedne 185-kilometarske Landsat 1, 2 i 3 MSS scene koja se pravi na latitudi 33 0N u pravcu istoka: ∆ xeast  = ν earth ⋅ st  ∆ xeast  = 389m ⋅ s

−1 ⋅

28.6s = 11.12km.

4

Sličnom računicom se dolazi do toga da je isto pomeranje kod Landsat ETM+ scene 10.65km. Ovo pokazuje da geometrijska deformacija kao posledica rotacije Zemlje oko svoje ose i brzine kretanja satelita kod Landsat satelita iznosi oko 6% od tipične veličine scene. Ova deforacija je karakteristična za sve vrste linijskih skenera Landsat misije, ali i za slične uređaje koji se nalaze u okviru satelitskih misija SPOT, QuckBird i IKONOS. Svaki satelitski sistem sa fiksnom orbitom koji prikuplja podatke tokom Zmljine rotacije oko svoje ose stvara snimke koji su geometrijski deformisani. Skenerski sistem – izazvan varijacijom u nominalnoj veličini piksela Veliki broj satelitskih misija poseduje sistme za skeniranje. Pri tome, orbitalni multiskenerski sistem skeniraju teren sa nadirom od samo nekoliko stepeni sa razdaljine od više stotina kilometara (na primer: Landsat 7 podaci se prikupljaju sa visine od 705km). Ovakva konfiguracija minimizira iznos distorzije koji uvodi skenerski sitem. Medjutim, poznato  je da mnogi skenerski sitemi skeniraju teren sa zahvatnim uglom i od 70 0. To dovodi do mnogih tipova geometrijske distorzije koje nije lako otkloniti.

Slika 7-2: Ilustracija geometrijske deformacije snimka zbog varijacije nominalne veličine piksela

5

GSW – Ground Swath Width  je dužina terena koju prekriva jedna

poprečna traka skenera. To je funkcija vidnog ugla senzorskog sistem θ i visine senzorskog sistema iznad terena H (slika 7-2) i ona se računa kao:  θ    ⋅ H  ⋅ 2.  2 

gsw = tan

Na primer, gsw  skenerskog sistema koji ima 90 0 zahvatni ugao i visinu iznad terena od 6.000m iznosi 12.000m. Prečnik kružne površine terena opažane senzorom, D, u nadiru je u funkciji instrumentalne veličine senzora,  β, skenera merene u miliradijanima ( mrad ) i visine skenera iznad terena, H , pri čemu je D=  βxH . Kako se skenersko vidno polje pomera od nadira prema periferiji, krug se postepeno pretvara u elipsu, jer se rastojanje između terena i senzora postepeno povećava, kao što se vidi na slici 7-2. Poluprečnik elipse postepeno raste sa udaljenjem od nadira, i to povećanje je u funkciji ugla skeniranja. U tehničkim karakteristikama skenera obično se daje samo parametar D, ali se mora voditi računa o tome da se on menja duž pravca poprečnog skeniranja. U krajnjoj liniji to dovodi do toga da je reflektovana energija na perifernim delovima skenirane trake rezultat integracije te energije sa veće površine, što u krajnjoj liniji na perifernim delovima dovodi do lošije oštrine slike. Preporučuje se da se kao preventivna mera koristi samo 70% trake (po 35% sa obe strane nadira), kako bi se eliminisao najveći uticaj ove distorzije. Skenerski sistem – jednodimenzionalna deformacija usled uticaja reljefa Snimci napravljeni korišćenjem poprečnog linijskog skenera sadrže defomraciju usled reljefa koja je veoma slična deformaciji centralne projekcije kod aerofotogrametrijskih snimaka. Za razliku od centralne projekcije, gde je deformacija uvek radijalna, kod skenerskog sistema deformacija je uvek upravna na pravac leta i propagira se duž svake skenirane linije (vidi sliku 7.3b). Kao i kod centralne projekcije, objekti su najmanje deformisani u područjima oko nadira, dok se deformacija simetrično širi od nadira prema periferiji, upravno na pravac leta. Skenerski sitem - tangencijalna distorzija razmere Ogledalo poprečnog rotacionog skenera rotira se konstantnom brzinom i obično omogućava ugao zahvatanja terena od 70 0 do 1200 duž jedne kompletne linije. Naravno, veličina zahvatnog ugla zavisi od konkretnog skenera. Sa slike 7-2 se jasno vidi da je teren direkno ispod aviona (u nadiru) bliži avionu nego teren koji se nalazi na ivicama linije skeniranja. Kako se senzor rotira konstantnom brzinom, senzor skenira uže geografsko područje u nadiru nego na ivicama snimka. Ova pojava izaziva 6

kompresiju prostornih fenomena duž ose upravne na pravac leta letilice. Što je veće odstojanje od nadira to je veća kompresija razmere slike (slika 7-3b). Ovaj fenomen se naziva još i tangencijalnom distorzijom razmere. Dodatni problem prilikom rektifikacije u standardnu kartografsku projekciju može da stvore i nagibi aviona tokom leta koji izazivaju dodatne deformacije razmere. To naravno dolazi do izražaja kada je letilica avion. Zato se danas ove letelice obavezno snabdevene odgovarujićim GPS i inercijalnim sistemima koji registruju položaj letelice tokom snimanja i omogućavaju da se tangencijalna distorzija razmere proračunava i za dodatne nagibe letelice.

Slika 7-3: Ilustracija geometrijske deformacije slike usled uticaja reljefa i tangencijalne distorzije razmere

7

EKSTERNE GEOMETRIJSKE GREŠKE Eksterne geometrijske greške su najčešće greške koje variraju u vremenu i prostoru. Najvažnija eksterna promenljiva koja može izazvati geometrijske greške na senzoru daljinske detekcije jeste pomeranje letilice tokom kolekcije podataka, što obično podrzumeva: Promenu altitude ili • Promenu atitude (roll,pitch,yow). •

Slika 7-4: Geometrijske deformacije slike usled uticaja promene latitude i longitude

8

Promena altitude Ako bi sistem za snimanje leteo konstantnom altitudom iznad visine terena, on bi stvorio idealan snimak sa uniformnom razmerom duž linije snimanja (slika 7-4a). Povećanje altitude rezultira sitnijom razmerom snimanja, dok smanjenje altitude razmeru povećava. Međutim, čak i ako bi se postiglo da letilica uspeva da sačuva konstantnu visinu, razmera će se menjati duž ose snimanja zbog promene visina na terenu. Dakle ova greška je u daljinskoj detekciji neizbežna, a njen uticaj se može u dobroj meri minimizirati kroz postupke geometrijske rektifikacije. Promene atitude Satelitske platforme su po pravilu stabilne zato što na njih atmosferske turbulencije nemaju uticaja. Međutim, poznato je da suborbitalne letelice – avioni, tokom prikupljanja podataka savladavaju bočne udare vetra, propadanja usled promene gustine vazdušnih slojeva, itd. Zbog toga avion tokom leta neprekidno menja svoj položaj u odnosu na zadatu putanju, praveći pri tome nagibe oko svoje tri ose (roll, pitch, yaw – slika 7-4b). Kao što se slike može videti, ovi nagibi izazivaju direkne geometrijske deformacije na snimku koji nastaje tokom leta. U ekstremnim slučajevima, deformacije mogu biti takve da čak ugroze planirano pokrivanje teritorije snimcima. Visoko kvalitetne avionske i satelitske platforme su zato snabdevene žirostablizirajućim uređajima, koji su u stanju da ove nagibe letilice tokom snimanja kompenziraju, tako da geometrijsku deformaciju slike smanje na najmanju meru. Kontrolne tačke Geometrijska distorzija izazvana promenama altitude i atitude senzora može se korigovati korišćenjem orijentacionih tačaka na terenu ( GCP – Ground Control Points) i odgovarajućih matematičkih modela. Orijentacione tačke se nalaze na površini Zemlje (na primer markantne raskrsnice) koje se mogu identifikovati na snimcima kao i sa dovoljnom tačnošću locirati na karti. Preporučuje se da broj orijentacionih tačaka bude bar 20, kako bi se transformacijom što bolje obuhvatile sve geometrijske deformacije. Na ovaj način se rektifikovani satelitski snimak može odmah georeferencirati u određenoj kartografskoj projekciji.

9

Slika 7-5: Izbor orijentacionih tačaka TIPOVI GEOMETRIJSKE KOREKCIJE Najveći broj komercijalnih civilnih misija (SPOT, QuickBird, IKONOS,…) već obezbeđuju uklanjanje mnogih sistematskih grešaka. Međutim, bez obzira na to, mnoge nesistematske slučajne greške prisutne su u snimcima, stvarajući pri tome planiometrijske greške. U praksi su se etablirale tri karakteristične procedure geometrijske korekcije: Image-to-image , • Image-to-map rektifikacija i • Image-to-orthomap rektifikacija • IMAGE-TO-IMAGE  REKTIFIKACIJA Image-to-image rektifikacije je postupak transformacije koja se sastoji iz

translacije i rotacije, i kojom se dva snimka slične geometrije istog geografskog područja dovode do koincidencije respektujući jedan drugog, tako da se korespodentni elementi terena dovode na istu poziciju na oba snimka. Ova transformacija se koristi kada se ne zahteva georeferenciranje satelitskog snimka smeštanjem u neku konkretnu kartografsku projekciju. To može biti slučaj kada se serije satelitskih snimaka istog geografskog prostora analiziraju kroz vreme, radi brze i  jednostavne inventarizacije promena koje se u prostru dešavaju. Dakle, u

10

slučajevima kada satelitski snimak treba da bude indikator nekih promena u prostoru, primarno je da se te promene otkriju i izoluju, a njihovo georeferenciranje je od manjeg značaja u tom trenutku. IMAGE-TO-MAP REKTIFIKACIJA Image-to-map rektifikacija je proces kojim se geometrija jednog satelitskog snimka prevodi u jednu planimetrijsku formu, čime se postiže da se na rektifikovanom snimku može vršiti prostorno pozicioniranje, merenje uglova, dužina i drugih planimetrijskih elemenata. Međutim, image-to-map rektifikacija ipak ne podrazumeva uklanjanje distorziju slike izazvane topografijom terena, tako da ta deformacija ostaje prisutna i u ovako rektifikovanom snimku. Image-to-map rektifikacija se oslanja na orijentacione tačke (GCP) koje se biraju istovremeno i na snimku i na karti. Pri tome se pozicije GCP u rasterskom koordinatnom sistemu određuju merenjem (i,j) pozicije piksela u rasterskoj matrici, dok se na karti određuju koorinate u terenskom koordinatnom sistemu (slika 7-5). U našim uslovima koordinate GCP se u terenskom koordinatnom sistemu mogu odrediti na osnovu topografskih karata u opsegu od R=1:25000, do razmere R=1:1000000 (izdanje Vojnogeografskog instuita), u zavisnosti od veličine piksela satelitskog snimka. Ove karte su pogodne, zato što su lako dostupne, prekrivaju čitavu teritoriju zemlje, i imaju ujednačenu tačnost. Uz pomoć ovih karata se na čitavom snimku može obezbediti ujednačen kvalitet GCP. U sledećoj tabeli dati si odgovarajući odnosi razmera topografskih karata prema veličini piksela satelitskih snimaka: Piksel Razmera Primeri ≤10m 1:25000 IKONOS, QuickBird, SPOT TM 10m-50m 1:50000 SPOT MSS, LANDSAT TM, ERS SAR, JERS 50m-100m 1:100000 LANSAT MSS ≥100m 1:1000000 NOAA/AVHRR, RESURS Odnosi veličine piksela i razmere topografskih karata U slučajevima ekstremno krupne razmere snimanja (QuickBird, IKONOS), gde su veličine piksela metarske i sub-metarske veličine, za određivanje terenskih koordinata se mogu koristiti i drugi izvori, kao što su: GPS metoda merenja, kao najtačnija metoda određivanja • koordinata orijentacionih tačaka, Raspoloživi digitalni ortofoto, kao prihvatljiva metoda koja može • biti od značaja na područjima gde su druge službene podloge neažurne ili

11

katastarske podloge, koje su raspoložive za celu teritoriju države, ali su po pravilu neažurne. GPS određivanje može biti efikasno i u područjima gde je ažurnost postojećih topografskih podloga loša, ili u slučajevima kada te podloge nisu na raspolaganju. •

HIBRIDNI POSTUPAK Oba do sada objašnjena postupka geometrijske rektifikacije podrazumevaju da se kao rezultat dobija nova slika ( resampling). U prvom slučaju kao referenca za rektifiklaciju koristi se druga slika, a u drugom slučaju referentna je konkretna karta. U praksi se kao racionalno rešenje može primeniti i hibridni postupak, koji bi uključio oba predložena postupka. To podrazmeva da se na oba snimka mere GCP, ali takođe podrazumeva i otkrivanje zajedničkih tačaka kojima se uspostavljaju image-to-image odnosi. Ovde je od posebnog značaja automatska ekstrakcija GCP unutar istih delova dva sateliska snimka, čime se ovaj postupak ubrzava i čini humanijim. MATEMATIČKI MODEL TRANSFORMACIJE Geometrijska rektifikacija podrazumeva transformaciju digitalnih vrednosti slike iz koorinatnog sistema sirovog snimka u koordinatni sistem karte. Matematički model transformacije zavisi od vrste sistematskih grešaka koje treba ukloniti kao i od broja orijentacionih tačaka koje su na raspolaganju. Za najjednostavniju transformaciju koristi si polinom prvog stepena – afina transformacija. Ukoliko se želi uklanjanje globalnih sistematskih grešaka izazvanih topografijom terena, ili roll-pitch-yaw  nagibima senzora, onda se preporučuje korišćenje polinoma višeg stepena (stepen polinoma je određen najvećim eksponentom korišćenog polinoma). Na slici 7-7 je prikazano kako se različite vrste transformacija prilagođavaju hipotetičkoj površi terena.

12

Slika 7-7 Ilustracija efekata transformacije različitog stepena na poprečnom profilu hipotetičke površi. a) Originalna opažanja. b) Transformacija prvog stepena koja formira ravan. c) Transformacija drugog reda koja formira površ drugog stepena. d) Transformacija trećeg reda, koja formira površ trećeg stepena. Matematička veza između korodinatnih sistema ulazne (x’,y’) matrice i izlazne (x,y) matrice mоže se simbolično predstaviti kao: ( x, y ) = F ( p1 ,  p2 ,  p3 ,..., x ' , y ' ) , gde su p1 ,p2 ,p3 ,... parametri izabrane transformacije. U slučaju transformacije prvog stepena reč je o afinoj transforamciji:  x = a0

+

a1 ⋅  x'+ a2 ⋅  y '

 y = b0

+ b1 ⋅  x'+b2 ⋅  y '.

Ova poznata transformacija koja ima primenu u mnogim oblastima geodezije (unutrašnja orijentacija u fotogrametriji, transformacija i georefernciranje skeniranih podloga u GIS-u, transformacija lokalnih 13

mreža u inženjerstvu itd), u sebi sadrži šest stepeni slobode, i to: dve translacije, dve rotacije i dva koeficijenta razmere. Na slici 7-8 se pomoću ove transformacije za svaki piksel na poziciji (x’,y’) može sračunati odgovarajuća (x,y) pozicija u izlaznoj slici. Umesto afine transformacije, kao transformacije prvog reda, može se koristiti transformacija višeg reda. Tako bi transformacija drugog stepena mogla da glasi: 2

2

 x = c0

+ c1 ⋅  x'+c2 ⋅  y'+ c3 ⋅  x'⋅ y '+c4 ⋅  x' + c5 ⋅  y'

 y = d 0

+ d 1 ⋅  x'+ d 2 ⋅  y '+ d 3 ⋅  x'⋅ y '+ d 4 ⋅  x' + d 5 ⋅  y '

2

2

.

Slika 7-8 a) Logika popunjavanja rektifikovane izlazne matrice vrednostima iz nerektifikovane ulazne slike korišćenjem input-to-output  logike mapiranja. b) Logika popunjavanja rektifikovane izlazne matrice vrednostima iz nerektifikovane ulazne matrice korišćenjem output-toinput logike mapiranja i resamplinga tipa “najbliži sused”. 14

U teoriji, izborom višeg stepena polinoma povećava se broj stepeni slobode, čime se sistematske deformacije bolje modeliraju. Međutim, kod lošeg rasporeda orijentacionih tačaka (nehomogen raspored tačaka) ovaj matematićki model može dovesti do neprirodnih deformacija, te ga zato treba sa velikom pažnjom primenjivati. ODREĐIVANJE TRANSFORMACIONIH PARAMETARA Određivanje transformacionih parametara izabranog matematičkog modela transformacije izvodi se po pravilu posrednim izravnanjem po metodi najmanjih kvadrata. Na raspolaganju su parovi koordinata: ( x, y )i , ( x ' , y ' )i , (i = 1,2,..., n) , koje su obezbeđene za n orijentacionih tačaka. U izravnanju su nepoznate veličine transformacioni parametri, koji su u linearnom obliku, tako da model ne zahteva linearizaciju, niti nepoznete moraju imati svoje približne vrednosti. Rezultati transformacije se ocenjuju po pravilu preko srednjih kvadratnih vrednosti popravaka po koorinatnim osama. Preporučuje se da broj orijentacionih tačaka bude veći od potrebnog, kako bi se osiguralo efikasno otkrivanje grubih grešaka. Tek kada se kroz ocenu srednjih grešaka i analzu pojedinačnih popravaka transformacija prihvati kao korektna, može se pristupiti nemosrednpj transformaciji slikovnih elemenata. TRANSFORMACIJA – RESAMPLING Dakle, kada se raspolaže parametrima za transformaciju iz ulazne u izlaznu slikovnu matricu, može se pristupiti transformaciji. Transformacija se sastoji u stvaranju nove izlazne matrice ( resampling), koja će biti oslobođena geometrijskih deformacija. U principu, ovaj zadatak se može izvršiti na dva osnovna načina: Input-to-Output mapiranje • Output-to-Input mapiranje •

INPUT-TO-OUTPUT MAPIRANJE

Logika Input-to-Output  mapiranja prikazana je na slici 7-8a. Glavni problem ovog mapiranja je u tome što se putem transformacije ne dobijaju okrugle integer  vrednosti izlazne matrice, tako da se za idređivanje digitalne vrednosti izlazne matrice moraju koristiti jako komplikovani sistemi. S toga je u praksi odomaćen drugi postupak nazvan inverzno ili Output-to-Input mapiranje.

15

OUTPUT-TO-INPUT  (INVERZNO) MAPIRANJE

Logika Output-to-Input  mapiranja bazirana je na utvrđivanju inverzne transformacije koja bi za transformaciju prvog stepena glasila:  x ' = a0

+

a1 ⋅  x + a2 ⋅  y

 y ' = b0

+ b1 ⋅  x + b2 ⋅  y.

Dakle, u ovom slučaju se svakom pikselu izlazne matrice (x,y) može odrediti odgovarajuća pozicija u matrici ulazne slike. Kako se izlazna matrica sastoji od mxn elemenata, postupak transformacije se ponavlja mxn puta. U konkretnom slučaju na slici 7-8b, za posmatrani element x,y=5,4 dobija se realna vrednost koordinata u izvornoj matrici od x’,y’=2.4,2.7. Iako se na toj poziciji u ulaznoj matrici ne nalazi nikakva vrednost (digitalne vrednosti intenziteta se odnose samo na okrugle vrednopsti  x’,y ’ koordinata), u izlaznoj matrici je kao digitalna vrednost intenziteta upisana vrednost najbližeg suseda (DN=15). Tako dolazimo do važne tačke u resamplingu nove slike koji se odnosi na interpolaciju intenziteta. Generalno, problem resamplinga je prikazan na slici 7-9.

Slika 7-9: Geometrijski problem resamlpinga INTERPOLACIJA INTENZITETA Proces interpolacija intenziteta uključuje proces ekstrakcije intenziteta slike sa  x’,y’  lokacije originalne ulazne slike i njena relokacija na odgovarajuće x,y koordinate izlazne rektifikovane slike. Najčešće su  x’,y’  koordinate ulazne slike realne vrednosti (vidi sliku 7-8b). Postoji više načina za interpolaciju intenziteta, kao što su: najbliži sused • bilinearna interpolacija, i • kubna konvulzija. •

16

INTERPOLACIJA NAJBLIŽIM SUSEDOM Primenom interpolacije najbližim susedom, za vrednost intenziteta uzima se najbliža vrednost specificiranoj lokaciji (x’,y’) i dodeljuje (x,y) lokaciji izlazne slike. Na primer, na slici 7-8b, izlazni piksel 5,4 (x,y) odgovara lokaciji 2.4,2.7 (x’,y’). Kako na toj lokaciji nema nikakve vrednosti, računaju se vrednosti udaljenja od ove lokacije do susednih najbližih celobrojnih x’,y’ koordinata, i uzima intenzitet najbliže (15) (slika 7-10).

Slika 7-10: Ilustracija resamplinga po principu najbližeg suseda Ovo je računski najefikacnija metoda. Pogodna je za sve one metode daljinskog istraživanja gde je bitno da se vrednosti intenziteta ne deformišu tokom geometrijske rektifikacije. BILINEARNA INTERPOLACIJA Bilinearna interpolacija dodeljuje vrednost intenziteta izlaznom pikselu interpolacijom intenziteta u dva ortogonalna pravca ulazne slike. Ona u osnovi koristi četiri najbliže vrednosti lokaciji (x’,y’) u ulaznoj slici i računa novu vrednost intenziteta na osnovu težina u funkciji udaljenja od tih tačaka:

17

4

 BilinearDN  =

 Z k 

∑  D k =1 4

2 k 

1

∑  D k =1

2 k 

Gde su Z k  odgovarajuće vrednosti intenziteta u tačkama ulazne slike, a Dk 2 su kvadrati udaljenja tih tačaka od posmatrane lokacije (x’,y’) (slika 7-11).

Slika 7-11: Ilustracija resamplinga po prioncipu bilinerane interpolacije KUBNA KONVULZIJA Kubna konvulzija određuje interpolovanu vrednost intenziteta na sličan način kao i bilinearna interpolacija, s tom razlikom što se za interpolaciju koristi 16 najbližih tačaka (slika 7-12): 16

KubnakonvulzijaDN  =

 Z k 

∑  D k =1 16

2 k 

1

∑  D k =1

.

2 k 

Značenje oznaka u isto je kao i u prethodnom slučaju.

18

Slika 7-12: Ilustracije resamplinga po principu kubne konvulzije IZBOR IZLAZNE REZOLUCIJE Pored izbora odgovarajućeg modela transformacije, i modela interpolacije intenziteta, za izradu finanlne izlazne slike bitna je specifikacija veličine izlaznog piksela. Veličina izlaznog piksela je po pravilu jednaka veličini piksela ulazne slike. Smanjivanjem veličine piksela povećava se potreban memorijski prostor za smeštanje izlazne slike, pri čemu se ne dobija novi kvalitet. S druge strane, povećanje veličine piksela može biti nekada poželjno, da bi se neutralisali efekti resamplinga, ili da bi se ujednačile rezolucije rektifikovanih snimaka pre mozaikovanja. IMAGE-TO-ORTHOMAP REKTIFIKACIJA

Ortorektifikacija satelitskih snimaka za uticaj reljefa je najdetaljnija rektifikacija koja dovodi do geometrijski najkvalitetnijih satelitskih snimaka. Problem deformacije aerofotogrametrijskih snimaka za uticaj reljefa proizilazi iz osobina centralne projekcije, i predstavlja standardni fotogrametrijski zadatak. Ako se teren može predstaviti digitalnim modelom terena, onda se deformacija za uticaj reljefa može obračunati u svakoj tački prostora za snimak poznate spoljne orijentacije. Problem uticaja reljefa na snimke nastale skenerskim sistemima je veoma sličan problemu u aerofotogrametriji. Razlika je samo u tome što se skenerski snimak može smatrati kompozicijom n pojedinačnih 19

 jednodimenzionalnih slika (linija) od kojih je svaka deformisana za uticaj reljefa na prostoru zahvaćenom linijom. Ako se poznaju elementi pozicije i orijentacije senzora u svakom trenutku, i ako se teren može opisati digitalnim modelom terena, onda se svaka pojedinačna linija može nezavisno ortorektifikovati. Tako dobijena kompozicija biće na kraju takvog procesa oslobođena za uticaj reljefa, to jest ortorektifikovana.

Tehnologija izrade digitalnog ortofotoa na osnovu satelitskih snimaka

nabavka snimaka

orijentacija snimaka

izrada digitalnog modela terena i ortorektifikacija mozaikovanje

Slika 7-13: Proces izvođenja image-to-orthomap rektifikacije

20

MOZAIKOVANJE Mozaikovanje n rektifikovanih slika zahteva nekoliko koraka. Prvo, individulane slike se moraju rektifikovati u istu kartografsku projekciju i u isti datum. Idealno je da se rektifikacija n slika izvede korišćenjem istog metoda interpolacije intenziteta (slika 7-14).

Histogram Matching

Slika 7-14: Proces mozaikovanja

Slika 7-15: Usaglašavanje histograma susednih slika U sledećem koraku potrebno je izvršiti usaglašavanje histograma susednih slika (slika 7-15). Radiometrisjko usaglašavanje se može izvršiti 21

 još jednom i na kraju procesa mozaikovanja. Pri tome treba voditi računa o tome da se tom prilikom mogu izgubiti neke dragocene infomracije sadržane u digitalnim vrednostima snimaka, te da se već izvršeni procesi analize moraju ponoviti. U sledećem koraku se jedna od n rektifikovanih slika proglašava baznom slikom. Ova se slika sa susednom obično preklapa 20%-30%. U preklopnom regionu se uočavaju linearni objekti duž kojih je pogodno izvršiti spajanje slika i na taj način se određuje tzv. c utline (slika 716). Cutline može biti različitog oblika, u zavisnosti od željenog kvaliteta i brzine rada (slika 716a,b). Po pravilu samo spajanje se izvodi u trakama određene širine koju specificira korisnik. U tom preklopnom području softver osrednjava digitalne vrednosti dve slike, primenom opšte aritmetičke sredine. Učešće digitalne vrednosti pojedine slike je u funkciji udaljenja od cutline, tako da je na samoj liniji odnos 50%50%, a na ivicama trake 0%100%, odnosno 100%-0%. Zatim se po istom principu drugoj slici pridodaje treća, i određuje novi cutline. Pri tome se sve vreme vodi računa o redosledu mozaikovanja (slika 7-17). Finanlni rezultat ovog procesa je geometrijski jedinstvena i radiometrijski ujednačena kompozitna slika – mozaik, koja  je pogodna za dalje IS korišćenje (slika 7-18). Slika 7-16: Vizuelni pregled mozaikovanja

22