Copernicus – evropský program pro sledování a pozorování Země - online

Principy a metody DPZ

V předchozí kapitole jsme se dostali od úplných počátků dálkového průzkumu Země až do přítomnosti. V této kapitole přiblížíme princip fungování a rozdělení metod DPZ.

Celý systém a technologie DPZ se dělí na tři části:
  • část kosmická - zabývá se pořizovaním a sběrem dat prostřednictvím různých senzorů umístěných na družicích
  • část zpracovatelská - přenos dat z družic na pozemní přijímací stanice a jejich předzpracování 
  • část uživatelská - analýza samotných dat, tvorba map, grafů a jiných výstupů a jejich aplikace
Nyní se budeme zabývat hlavně procesem pořizování dat. Družicový snímek je vlastně záznam měření odraženého nebo emitovaného elektromagnetického záření v určité části elektromagnetického spektra.
Metody DPZ můžeme rozdělit podle několika kritérií:
  • podle způsobu záznamu obrazu
  • podle zdroje energie
  • podle druhu zaznamenané části elektromagnetického spektra
  • podle druhu nosiče
  • podle velikosti snímaného území
  • podle osy záběru
  • podle barvy
  • a další...
Způsob záznamu obrazu
  • Konvenční metody (fotografické)
    • Výsledkem konvenčních metod záznamu obrazu, tedy fotografických, je klasická fotografie - snímek v analogové podobě. Za hlavní přednosti této metody se považuje hlavně možnost zachytit velké detaily. Takový snímek vzniká v jeden okamžik, to znamená, že taky geometrie tohoto snímku je vysoká. Problémem ale může být, že kvalita snímku značně závisí na počasí.
  • Nekonvenční metody (digitální)
    • V případě nekonvenčních metod vzniká digitální snímek skenery postupně po úzkých pásech., kdy vznikají základní obrazové prvky - pixely. Oproti fotografiím mohou být pořizovány v širší části elektromagnetického spektra, ale nejsou tak geometricky přesné jako fotografie. Jejich kvalita méně závisí na počasí. Digitální snímky se většinou pořizují z družic, zatímco fotografie z letadel.
Zdroj energie
  • Aktivní metody snímání využívají vlastní, uměle vytvořený zdroj záření, například radarové snímání, které zaznamenává záření vysílané z vlastního zdroje a následně odražené od jednotlivých druhů povrchů. Typickým příkladem aktivních metod jsou radarové systémy, které snímají v mikrovlnné části elektromagnetického spektra.
  • Pasivní metody snímání nepotřebují umělý zdroj záření, protože zaznamenávají buď záření slunce odražené jednotlivými druhy povrchů (metody pasivní přímé - v angličtině označované jako recflected) nebo záření emitované samotnými druhy povrchů (metody pasivní nepřímé - v angličtině emitted).
Rozdíl mezi pasivním a aktivním snímáním
 
Druh zaznamenané části elektromagnetického spektra
Na obrázku níže vidíme elektromagnetické spektrum. Očima jsme schopni vnímat jenom viditelnou část elektromagnetického spektra, avšak senzory na satelitech jsou schopny snímat i v některých ostatních částech spektra. Rozvojem a možnostmi snímacích zařízení se utvořilo několik základních oblastí tohoto spektra využitelných v snímání dálkovým průzkumem Země: 
  • ultrafialové záření (0,1 - 0,4 µm)
  • viditelné záření (0,4 - 0,7 µm)
  • infračervené záření blízké (0,7 - 1,4 µm)
  • infračervené záření střední (1,4 - 3 µm)
  • tepelné infračervené záření (3 µm - 1 mm)
  • mikrovlnné záření (1 mm - 1 m)
Elektromagnetické spektrum

Každý objekt na Zemi má jiné chemické a fyzikální vlastnosti, které se projevují v jednotlivých oblastech elektromagnetického spektra odlišně. Tedy snímání každé z těchto oblastí je vhodné k pozorování něčeho jiného. Například oblast blízkého infračerveného záření je vhodná k detekci vody a vodních ploch, protože voda se v těchto vlnových délkách jeví téměř jako absolutně černé těleso - na snímcích ji lze jednoduše rozpoznat. Tepelné infračervené záření je pak užitočné k zjišťování povrchové teploty oceánů nebo k lokalizaci lesních požárů. Více k elektromagnetickému spektru a k jednotlivým regionům si můžete přečíst například zde.
Podle toho, kterou a kolik částí elektromagnetického spektra senzor snímá, můžeme dělit snímky na:
(po kliknutí na název se zobrazí ukázka)
Nejdůležitejší kritéria podle kterých se rozdělují metody DPZ jsme popsali, ostatní se dělí dále takto:
Druh nosiče - družice, letadla, drony, balóny, vzducholodě, atd.
Velikost snímaného území - globální, oblastní, lokální, detailní
Osa záběru - svislé, šikmé
Barva - černobílé, barevné (pravé, nepravé)

Dále je nutné si představit čtyři základní typy rozlišovací schopnosti digitálních snímků:
  • radiometrické rozlišení
    • Určuje počet úrovní, do kterých je snímek zaznamenán. Dá se říct, že čím vyšší je radiometrické rozlišení snímače, tím citlivější je detekce malých rozdílů v odražené nebo vyzářené energii. Radiometrické rozlišení určuje, jak dobře lze vnímat rozdíly jasu v obraze - měří se počtem stupňů šedi . Maximální počet stupňů šedi je definován počtem bitů. Například 8 bitová reprezentace obsahuje 256 stupňů šedi, nebo-li šedých hodnot.
  • spektrální rozlišení
    • Určuje počet a šířku zaznamenaných pásem vlnových délek. Panchromatický snímek například zaznamenává většinou celý region viditelné části spektra, jednotlivé vlnové délky viditelné části spektra nejsou rozlišovány, proto je snímek černobílý. Naopak multispektrální snímky zaznamenávají jednotlivé části elektromagnetického spektra zvlášť, proto je možné "poskládat" obraz z červené, zelené a modré, nebo i jiných částí elektromagnetického spektra. Hyperspektrální snímky jsou speciální tím, že zaznamenávají snímek v mnoha úzkých pásech jednotlivých vlnových délek. Nejlépe to dokáže vysvětlit nasledující obrázek nebo video.
Rozdíl mezi panchromatickým a multispektrálním snímkem​
  • prostorové rozlišení
    • Vyjadřuje velikost jednoho elementárního obrazového prvku - pixelu. To znamená, že když je prostorové rozlišení 1 km, tak to vyjadřuje velikost jednoho pixelu 1 x 1 km. 
  • časové rozlišení
    • Označuje frekvenci, s kterou družice pořídí snímek stejného místa na Zemi. Když má družice časové rozlišení například 16 dnů, znamená to že jí trvá 16 dnů než znovu nasnímá to samé místo. Časové rozlišení se může pohybovat od několik desítek minut do několik týdnů.

Další základní vlastností, která ovlivňuje ostatní parametry družicových systémů je oběžná dráha družice. V DPZ rozeznáváme tři základní druhy oběžných drah:
  • rovníkové
    • Družice na rovníkové oběžné dráze obíhají kolem Země v rovině rovníku v takové výšce, aby doba oběhu družic byla rovna době rotace Země kolem vlastní osy. Pro pozorovatele na Zemi se tedy jeví jako nehybné. Tuto dráhu lze označovat taky jako geostacionární.
  • šikmé
    • Družice obíhající na šikmé oběžné dráze svírájí s rovinou rovníku úhel 30 až 65 stupňů. 
  • subpolární
    • Družice na této dráze se pohybují přibližně ve směru poledníků.
 
Typy oběžných drah družic. a - rovníkové, b - šikmé, c - subpolární
 

Zdroje, doporučená literatura a zajímavé odkazy:
Lillesand, T. M.; R. W. Kiefer; J. W. Chipman (2003). Remote sensing and image interpretation (5th ed.). Wiley. ISBN 0-471-15227-7.
Základní principy DPZ
 
Chyba: Odkazovaný objekt neexistuje nebo nemáte právo jej číst.
https://is.muni.cz/el/sci/podzim2018/ZX555A/odp/Principy_a_metody_DPZ.qref