1 Základy analogové interpretace snímků Letecké snímkování Základy interpretace snímků (Foto)interpretace je výzkumná metoda, která prostřednictvím snímků zkoumá předměty a jevy na nich zobrazené a na jejich základě usuzuje na ty, které na nich zobrazeny nejsou. Proces rozpoznávání objektů na snímcích zahrnuje tři etapy: ˇ zjištění ˇ rozpoznání ˇ hypotéza Interpretační znaky 1. znaky existující na snímku i ve skutečnosti Rozpoznávání objektů na snímcích je založeno na využití interpretačních znaků, které dělíme do tří skupin: tvar stín velikost barva 1. znaky existující pouze na snímku 3. znaky vyjadřující vztahy tón textura struktura poloha Tvar objektu ˇ Tvar objektu může prozrazovat jeho původ. ˇ Na snímcích se objekty zobrazují především svými půdorysnými tvary. Pouze výškové budovy (apod.) podléhají radiálnímu zkreslení a padají od středu ke stranám. ˇ Objekty vytvořené člověkem mívají pravidelné geometrické tvary (budovy, síť komunikací, atd.) ˇ U přírodních objektů jsou pravidelné tvary výjimkou ­ (např. krátery sopek). ˇ Typické tvary přírodních objektů často prozrazují genezi či původ (pohoří, synklinály, antiklinály). ˇ Typickými tvary se na snímcích zobrazují například typy pobřeží, typy ústí řek, typy říční sítě apod. Stín objektu ˇ Stín slouží k rozpoznání výšky objektů, stíny na snímcích dodávají zobrazené scéně plastičnost. ˇ Pro účely studia tvarů reliéfu se často pořizují snímky při nízké výšce Slunce, na kterých stíny zdůrazňují tvary (geomorfologie, letecká archeologie). ˇ Stín na snímcích může být stín vlastní ­ část objektu zastiňuje jinou část téhož objektu (zastíněná část koruny stromu). ˇ Druhým typem stínu je stín vržený ­ např. stíny budov, stín stromu na zemi - umožňují odhadnout jejich výšku. ˇ Na leteckých snímcích velkého měřítka mohou vržené stíny podle charakteristického tvaru sloužit k rozpoznání jednotlivých druhů stromů. ˇ Stín často umožňuje lepší vymezení hranic dvou objektů stejného tónu (např. okraj lesa). 2 Velikost objektu ˇ Velikost objektů jako interpretační znak se posuzuje pouze v relativních jednotkách. ˇ Měřením rozměrů jednotlivých objektů se zabývá spíše fotogrammetrie. ˇ Velikost je funkcí měřítka snímku. ˇ Rozdílná velikost objektů stejného druhu (např. budov) může často prozrazovat jejich funkci. Barva objektu ˇ Barva objektů na barevné letecké fotografii je výsledkem subtraktivního skládání barev. ˇ Na družicových snímcích je výsledkem aditivního míchání základních barevných odstínů v systému RGB. ˇ Objekty na snímcích mohou mít barvy blízké barvám přirozeným v případě, že barevná syntéza vznikla z jednotlivých snímků pořízených v intervalech viditelného elektromagnetického záření. ˇ Nepřirozené barvy objektů vznikají, pokud je do barevné syntézy zařazen alespoň jedno pásmo pořízené mimo obor viditelného záření. ˇ Běžnou je barevná syntéza, která podává plochy pokryté vegetací v odstínech červené barvy. ˇ Nepravé barvy mohou zvýrazňovat rozdíly mezi povrchy podobných vlastností. Tón objektu I ˇ Tón nahrazuje na snímcích skutečnou barvu objektů. ˇ Tón odpovídá velikosti zaznamenané radiometrické charakteristiky. ˇ V optické části spektra (viditelné a blízké infračervené záření) jsou objety málo odrážející podány tmavými tóny, povrchy výrazně odrážející mají světlé tóny. ˇ U některých termálních snímků bývají světlými tóny prezentovány chladné povrchy a tmavými tóny povrchy teplé. ˇ Tón povrchů na radarových snímcích je ovlivňován především jejich drsností a také obsahem vody. Tón objektu II ˇ V některých případech je tón určitých částí povrchů výrazně modifikován vzájemnou polohou snímaného povrchu, polohou družice v době snímání a polohou Slunce, konfigurací terénu apod. ˇ Tón objektů stejného druhu je významně ovlivňován dynamickými parametry jako je např. vlhkost ˇ U leteckých snímků může být ovlivňován i tzv. vignetací (úbytek světla od středu k okrajům). Textura povrchů ˇ Textura je proměnlivost tónů ˇ Je tvořena jednotlivými elementy povrchů, které lze zjistit, ale nelze je rozpoznat. ˇ Jednotlivé elementy tvoří např. stromy či polní plodiny. Řada druhů povrchů vytváří typickou texturu. ˇ Výrazná textura je typická především pro radarové snímky. ˇ Pro lesy s převahou jehličnanů je typická jemnozrnná textura, textura lesů s převahou listnatých stromů je hrubozrnná. Hladkou texturu mají vodní plochy. ˇ Textura značně závisí také na úhlu dopadu slunečních paprsků. Struktura objektů I ˇ Struktura definuje prostorové uspořádání jednotlivých prvků, které ve svém celku tvoří objekty vyššího řádu. ˇ Příkladem může být pravidelná struktura ulic v městské zástavbě, či sad tvořený pravidelnými řadami stromů. ˇ Na rozdíl od textury lze jednotlivé elementy struktury nejen zjistit ale i rozpoznat. ˇ Struktura a textura spolu úzce souvisejí přes měřítko snímků. ˇ Se zmenšujícím se měřítkem se struktura (pravidelné uspořádání prvků) mění na texturu (tónovou proměnlivost). 3 Struktura objektů II ˇ Struktura nemusí být pouze pravidelná. ˇ Může se jednat též o typické uspořádání prvků tvořících hierarchicky vyšší celek (angl. pattern). ˇ Jednotlivé objekty jsou potom spojeny funkčními vztahy (budovy tvoří továrnu). ˇ Např. oblačné systémy tlakových níží, teplé či studené fronty jsou tvořeny typickými druhy oblačnosti. Poloha objektu ˇ Poloha (či asociace) jako interpretační znak slouží k rozpoznávání vztahů mezi objekty na snímcích. ˇ Některé druhy objektů či jevů jsou asociovány s jinými - např. komunikace doprovázejí typické stavby, plochy postižené erozí jsou vázány na příkré svahy nedostatečně zpevněné vegetačním krytem apod. ˇ Poloha často výrazně omezuje možnosti, kde se daný objekt na snímku může nacházet. Interpretační klíče ˇ Vyjadřují vztahy mezi vzhledem objektů na snímku a jejich skutečným vzhledem při pozemním pozorování, plní tedy funkci ,,slovníku". ˇ Klíče jsou nejčastěji vytvářeny pro určitou skupinu objektů či pro omezený region. ˇ Klíče výběrové - komentované výřezy snímků. Řazeny podle příbuzných skupin jevů. Postupují od obecného ke zvláštnímu v rámci jednotného měřítka. ˇ Klíče vylučovací (dichotomní) ­ textové, mají formu rozhodovacího stromu Strategie vizuální interpretace ˇ logický přístup ˇ systematický přístup Základní pravidla: ˇ najednou se interpretuje pouze jeden prvek, začíná se prvky liniovými ˇ postupujeme od velkých objektů k malým ˇ stále je zapotřebí mít na zřeteli rozdíly mezi snímkem a skutečností (např. nejednotné měřítko, nezvyklé barvy, ...) Před vlastní interpretací je zapotřebí stanovit: 1. Klasifikační systém (legenda výsledné tématické mapy) - tj. kategorie, které budou na snímku rozpoznávány, 2. V závislosti na požadovaném měřítku je zapotřebí stanovit také tzv. minimální mapovanou jednotku (nejmenší plochy, které ještě budou vymezovány) 3. Je zapotřebí shromáždit veškerá podpůrná data (mapy, zápisky z terénního průzkumu, statistická data, pozemní fotografickou dokumentaci, ...) Klasifikační systém Klasifikační systém - legenda výsledné tématické mapy (podle zaměření projektu). Často vytvářen v hierarchické struktuře, každá úroveň odpovídá určitému měřítku - od obecných kategorií k detailním. Existují klasifikační systémy obecně platné i regionálně omezené. Příklady: systém USGS CORINE LAND COVER 4 Práce se snímky ˇ monoskopická (jednosnímková) pozorování ˇ stereoskopická pozorování Sestavování snímků: ˇ volná fotomozaika ˇ fotoplán ˇ fotomapa Přenášení obsahu snímků - grafické metody, obkreslování pomocí obkreslovače, překreslování (optické a diferenciální). Stereoskopická pozorování princip stereoskopického vidění stereoskop stereoskopické dvojice snímků ˇ paralelní osy záběru ˇ překryv 60 % ˇ přibližně stejné měřítko Způsoby generování stereovjemu: ˇ stereoskop ˇ anaglyf ˇ holografie ˇ stereoskopický rastr Základní úkoly interpretace a) Klasifikace areálů b) Výčet objektů c) Měření objektů d) Vymezování areálů Základní součásti systému ˇ nosič ­ speciálně upravená letadla ˇ fotografické kamery (komory) Používaná letadla se vyznačují dobrou stoupavostí, maximálním dostupem až 6000 m, ne velkou cestovní rychlostí (150 ­ 200 km v hod.) při dobré stabilitě letu, velkým akčním rádiem Z dalších nosičů lze využít vrtulníků (pro neměřičské účely), balónů a vzducholodí. Pro detailní snímky z malých výšek lze využít modelů letadel. Fotografické komory ˇ Řadové kamery - jednoobjektivové a víceobjektivové (multispektrální) ˇ Štěrbinové ˇ Panoramatické ˇ Digitální Základní součásti řadové komory ˇ optický systém čoček s předsazeným filtrem ˇ tělo kamery ˇ kazeta s filmem ˇ rám se značkami ˇ uzávěrka ˇ závěs kamery ˇ protismazové zařízení Komoru charakterizují: ˇ Ohnisková vzdálenost f (115 až 210 mm; (od 30 mm do 3 m) ˇ Obrazový úhel 5 Multispektrální komory ˇVytvářejí sady černobílých snímků téhož území, z nichž každý zaznamenává elektromagnetické záření v určitém omezeném oboru spektra - spektrálním pásmu. ˇ Jednotlivé snímky jsou černobílé a nazývají se tzv. spektrální výtažky. ˇ Mají několik objektivů a nebo tzv. spektrální dělič. ˇ Spektrální výtažky jsou kombinovány (obvykle po třech snímcích) do výsledného barevného obrazu (barevné syntézy) tzv. aditivním skládáním. ˇ Podle toho, jaké spektrální výtažky jsou kombinovány (v jakých vlnových délkách) vznikne barevný obraz v pravých nebo nepravých barvách. Multispektrální projektor Štěrbinová kamera ˇ Nemá uzávěrku ale jen štěrbinu, kterou světlo dopadá na převíjející se film neustále. ˇ Vzniká jediný exponovaný souvislý pás. ˇ Používá se ke snímkování liniových prvků a k interpretačním účelům. Panoramatická kamera ˇ Vytvářejí snímky s obrazovým úhlem přes 120 stupňů. ˇ Film je exponován postupně pomocí otáčejícího se objektivu kolmo ke dráze letu na zakřiveném povrchu ohniskové roviny. ˇ Okraje snímků podléhají kompresi a značnému kolísání měřítka. ˇ Snímky pokrývají velké plochy území, poskytují značný detail. Snímek pořízený panoramatickou kamerou Digitální kamera ˇ Snímek vzniká na matici CCD detektorů. ˇ Každý detektor snímá jeden obrazový prvek (pixel). ˇ Snímky se vyznačují větším radiometrickým rozlišením (více odstínů šedi) ale menším prostorovým rozlišením. 6 Letecké snímkování a snímkový let Řadové snímkování ˇ p - podélný překryv (60-80 %) ˇ q - příčný překryv (25-35 %) Letecký měřický snímek Letecký měřický snímek a jeho součásti ˇ Kromě vlastního obrazu snímek obsahuje rámové údaje. ˇ Jsou záznamem stavu přístrojů a konstant kamery. ˇ Jedná se především o číslo kamery, ohniskovou vzdálenost objektivu, bublinu libely (tj. odchylka osy kamery od svislice), čas pořízení snímku, pořadové číslo snímku, rámové značky. Standardní rozměry snímků: ˇ 18 x 18 cm ˇ 23 x 23 cm ˇ 30 x 30 cm Letecké snímky v ČR Do konce r. 1988 byla každá letecká fotografie tajná. Vojenské objekty se stupněm utajení T a PT byly na snímcích vykrývány (a tak se na ně nepřímo upozorňovalo). S rozvojem DPZ a možnostmi družicových snímků se od 1.1. 1991 od utajování upustilo. Od roku 1951 byl vytvořen archív LS ve VTÚ v Dobrušce. Snímky byly vytvořeny komorami různých typů v měřítkách od 1 : 3000 do 1 : 40 000. Z předválečného období 1935­1938 je archivováno 19 800 snímků. Nepokrývají však celé území ČR. Na počátku 90. let to bylo již vícenež 1 milion snímků, většinou černobílých ve viditelné části spektra. V rámci systematické obnovy a údržby map bylo celé území státu od r. 1964 nasnímáno třikrát. V 90. letech se provádělo snímkování v měřítkách 1 . 20 000 a 1 : 30 000. Poskytovatelé leteckých snímků v ČR ˇ VTOPÚ - Vojenský topografický ústav ˇ ARGUS GEO SYSTÉM, s.r.o. ˇ Geodis, s.r.o. Brno ˇ Agentura ochrany přírody a krajiny ČR http://www.nature.cz/index.htm ˇ Správy CHKO a NP ˇ Státní správa (odbory ŽP)