KP, Tele i foto, wykład 1 1

Krystian Pyka
Teledetekcja i fotogrametria
sem. 4
2007/08
Wykład 1
Etymologia terminów:
fotogrametria, fotointerpretacja, teledetekcja
System wzrokowy człowieka
Widzenie przestrzenne
Zasady fotointerpretacji
Etymologia terminów: fotogrametria, fotointerpretacja, teledetekcja
fotogrametria =
photos (światło) + gramma (zapis)
+ metreo (pomiar)
fotointerpretacja =
interpretacja obrazów fotograficznych
(co to jest, jakie ma cechy)
teledetekcja = zdalne wykrywanie =
promieniowanie elektromagnetyczne + zapis (rejestracja)
+ analiza cech w tym cech geometrycznych
Etymologia terminów: fotogrametria, fotointerpretacja, teledetekcja
fotogrametria =
photos (światło) + gramma (zapis)
+ metreo (pomiar)
Etymologia terminów: fotogrametria, fotointerpretacja, teledetekcja
fotogrametria =
photos (światło) + gramma (zapis)
+ metreo (pomiar)
fotointerpretacja =
fotointerpretacja =
interpretacja obrazów fotograficznych
interpretacja obrazów fotograficznych
(co to jest, jakie ma cechy)
(co to jest, jakie ma cechy)
teledetekcja = zdalne wykrywanie =
teledetekcja = zdalne wykrywanie =
promieniowanie elektromagnetyczne + zapis (rejestracja)
promieniowanie elektromagnetyczne + zapis (rejestracja)
+ analiza cech w tym cech geometrycznych
+ analiza cech w tym cech geometrycznych
KP, Tele i foto, wykład 1
1
System wzrokowy człowieka
System wzrokowy człowieka
Anatomia oka
Formowanie obrazu w oku
15
x
=
100 17
Źrenica 2- 8mm
f=1 2-1
7 mm
x = 2.55mm
System wzrokowy człowieka
System wzrokowy człowieka
Fizjologia narządu wzroku
• optyczny układ skupiający, na siatkówce powstają
obrazy rzeczywiste, pomniejszone, odwrócone
Receptory oka
• akomodacja oka - „regulacja oka” tak aby obraz
znalazł się w pobliŜu plamki Ŝółtej
• pręciki, ponad 100 mln., czułe na luminancję (jasność)
• regulacja ostrości obrazu - zmiana krzywizny soczewki
• przesłona - zmiana wielkości otworu źrenicy
• czopki są zgrupowane blisko Ŝółtej plamki, potem ich ilość
maleje
• obraz tworzony przez receptory jest przesyłany do
mózgu człowieka i dopiero tam powstaje ostateczne
wraŜenie wizualne
• pręcików jest mało koło Ŝółtej plamki, przybywa ich w
miejscach gdy maleje ilość czopków a potem, ku skrajowi
siatkówki, ilość pręcików stopniowa się zmniejsza
• czopki, kilka mln., trzy rodzaje, czułe na barwy
• bezwładność
wzroku ludzkiego – czas przetworzenia
pojedynczego obrazu, powstałego na siatkówce wynosi
ok. 1/10 s;
KP, Tele i foto, wykład 1
2
System wzrokowy człowieka
Anatomia oka
Źrenica 2- 8mm
System wzrokowy człowieka
czopki
f=1 2-1
7 mm
System wzrokowy człowieka
Przykład iluzji
A
KP, Tele i foto, wykład 1
System wzrokowy człowieka
Przykład iluzji
B
3
Widzenie przestrzenne
Widzenie monokularne (jednooczne)
Widzenie przestrzenne
Widzenie przestrzenne (stereoskopowe)
percepcja głębi przestrzeni ma charakter pośredni,
powstaje dzięki wyuczonym skojarzeniom, wiedzy
i doświadczeniu nabytym wcześniej,
w obserwowanym obrazie analizowana jest
kolejności obiektów, ich wielkość, ocenie nie
podlega odległość a pozycja obiektu w stosunku
do innych
naturalne - wraŜenie trójwymiarowości wraz z oceną
odległości do poszczególnych obiektów - wzajemną i
bezwzględną, osiągane dzięki dwuocznej obserwacji
rzeczywistości
• sztuczne - j.w. ale nie obserwujemy rzeczywistości lecz
jej model utworzony na podstawie stereoskopowej pary
zdjęć
• ostrość widzenia monokularnego obrazu płaskiego - 1’
(linie równoległe 15’’)
Widzenie przestrzenne
Naturalny efekt stereoskopowy
- dwuoczna obserwacja rzeczywistości
paralaksa fizjologiczna:
p = O’Q’- O’’Q’’
γ1
0.001 mm < p < 0.4mm
Ze wzrostem
Q
odległości maleje kąt
konwergencji
γmin =10’’
dmax= b/ γmin
γ1
dla b=65mm
dmax=1300m
d
b
Q’
KP, Tele i foto, wykład 1
Widzenie przestrzenne
γ2
γ - kąt konwergencji
= b/d
Q
O’
R
Obserwacja dwuoczna
b
Q’’
O’’
4
Widzenie przestrzenne
R
Obserwacja dwuoczna
γ2
Q
∆d
wyznaczenie róŜnicy
odległości ∆d
wynika z róŜnicy
paralaks ∆p
γ1
Widzenie przestrzenne
Wykonanie zdjęć stereoskopowych
Dwa zdjęcia wykonane z dwóch róŜnych punktów przestrzeni
Osie kamer „prawie” równoległe do siebie
Skala zdjęć nie moŜe się róŜnić więcej niŜ 15%
b
∆ p=p(Q) -p(R)
Widzenie przestrzenne
Widzenie przestrzenne sztuczne
- sztuczny efekt stereoskopowy
Widzenie przestrzenne
Sztuczny efekt
stereoskopowy
metoda bezpośrednia
Metody uzyskiwania sztucznego efektu stereoskopowego
• bezpośrednia
• z wykorzystaniem stereoskopu
• anaglifowa (filtry barwne)
• okulary migawkowe
• filtry polaryzacyjne
•…
KP, Tele i foto, wykład 1
5
Sztuczny efekt
stereoskopowy
Widzenie przestrzenne
obserwator
Widzenie przestrzenne
Sztuczny efekt stereoskopowy
Metoda anaglifowa
oba zdjęcia stereogramu są nałoŜone na siebie, ale jedno w
kolorze niebiesko-zielonym a drugie czerwonym (zdjęcia w
oryginale czarno-białe);
obserwator ogląda obraz przez filtry - niebiesko-zielony i
czerwony
A’
B’
A
metoda z wykorzystaniem
stereoskopu zwierciadlanego
A’’
B
B’’
filtr niebiesko-zielony (oko lewe) przepuszcza tylko obraz
niebiesko-zielony a wygasza czerwony - i odwrotnie
wyobraŜenie
modelu
Widzenie przestrzenne
Sztuczny efekt stereoskopowy
Zasady fotointerpretacji
Okulary migawkowe
Na monitorze zdjęcia stereogramu są wyświetlane
przemiennie, w takt wyświetlania zasłaniane są (przyciemniane)
prawe i lewe szkła okularów
Etapy fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
Klucz fotointerpretacyjny
Fotointerpretacja kompleksowa
Filtry polaryzacyjne
oba zdjęcia stereogramu są wyświetlanie przez filtry
polaryzacyjne na specjalnym ekranie i są oglądane teŜ przez
filtry polaryzacyjne (zjawisko polaryzacji światła)
KP, Tele i foto, wykład 1
6
Zasad y fotointerpretacji
Zasad y fotointerpretacji
Etapy procesu fotointerpretacji
Etapy procesu fotointerpretacji
• odczytanie zdjęcia
pierwsze stwierdzenie istnienia obiektów na podstawie ich
cech zewnętrznych (cechy bezpośrednie)
• odczytanie
• rozpoznanie
• rozpoznanie
przeprowadzenie głębszej analizy w celu potwierdzenia
wyniku wykrycia (cechy pośrednie)
• identyfikacja
• identyfikacja
ostateczna kwalifikacja obiektu wg. przyjętej listy (np.
kategoria las z listy wydzieleń na tworzonej lub
aktualizowanej mapie) wraz z wymaganymi atrybutami (np.
las liściasty, iglasty)
Zasad y fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
•
bezpośrednie
kształt, wielkość, ton + barwa,
• kompleksowe
struktura, tekstura
• pośrednie
cień, połoŜenie, powiązania (asocjacje)
KP, Tele i foto, wykład 1
Zasad y fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
• bezpośrednie
kształt
forma geometryczna utworzona przez obrys obiektu:
•kształty prostoliniowe, regularne figury geometryczne
wskazują na obiekty pochodzenia antropogenicznego;
•kształty nieregularne lub obłe ale o szybko zmiennych
krzywiznach wskazują na obiekt naturalny;
7
Zasad y fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
Zasad y fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
• bezpośrednie
• bezpośrednie
wielkość obrazu
zaleŜy od rzeczywistych rozmiarów obiektu a takŜe od
skali obrazu (rozdzielczości geometrycznej)
zwykle określa się wielkość względną przez porównanie do
obiektów o znanej w przybliŜeniu wielkości (np. budynek
jednorodzinny, samochód)
Na pojedynczym obrazie – tylko dwa wymiary ( 2D )
Na stereogramie – trzy wymiary ( 3D )
ton – jasność limitowana istnieniem czerni i bieli, oceniana
jako zmiany od ciemnego do jasnego,
w przypadku obrazów czarno-białych jasność jest określana
stopniem w szeregu nasilających się zmian szarości:
np.: czarna, bardzo ciemna szara, ciemna szara, szara,
jasna szara, bardzo jasna szara, biała;
jasność jest właściwa kaŜdej barwie (np.: Ŝółta jest jaśniejsza
niŜ fioletowa);
Zasad y fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
• bezpośrednie
ton (jasność) - zaleŜy od :
• rzeczywistej jasności obiektu;
• kąta padania promieni słonecznych (najjaśniejsza jest ta
część obiektu na którą światło pada prostopadle);
• charakteru powierzchni (właściwości odbiciowych) , gładkie
odbijają a chropowate rozpraszają np. droga gruntowa jest
jasna a pole orne - ciemne, chociaŜ są zbudowane z tej
samej gleby;
• pogody - przy pełnym słońcu mamy duŜe róŜnice jasności;
• od czułości detektora (np. materiału fotograficznego).
KP, Tele i foto, wykład 1
Zasad y fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
• bezpośrednie
barwa – posiada trzy cechy:
jasność,
kolor,
nasycenie;
kolor - główny wyróŜnik barwy, np. czerwony, Ŝółty, zielony,
czerwono-Ŝółty, czerwona Ŝółtawy
nasycenie - określa czy kolor jest czysty czy jest zszarzony
(ile w kolorze jest szarości)
jasność …
8
Zasad y fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
Zasad y fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
• kompleksowe
• kompleksowe struktura
struktura
odzwierciedlenie w obrazie charakteru powierzchni, jego
stopnia szorstkości; struktura moŜe być gładka (amorficzna),
drobnoziarnista, gruboziarnista; jest cechą silnie związana
ze skalą (rozdzielczością geometryczną)
tekstura
przestrzenne ułoŜenie poszczególnych elementów obrazu,
układ geometryczny - wzór tworzony przez elementy obrazu;
tekstura moŜe być np. plamista, szachownicowa, rzędowa lub
bezładna
sad - struktura ziarnista, tekstura kratowa
las - struktura ziarnista, tekstura nieregularna
łąka - struktura gładka lub drobnoziarnista, tekstura brak lub
drobnoplamista (trawa mniej/bardziej zwarta) lub pasmowa
(pasy po koszeniu)
pastwisko - struktura gładka lub drobnoziarnista, tekstura
plamista (ślady po wypasaniu, luźne kępki wyŜszej trawy)
Zasad y fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
/ tekstura przykłady
Zasad y fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
• pośrednie
• pośrednie
są to cechy pochodzące od pewnych obiektów a wskazujące
na obecność innych (albo na ich właściwości), które nie
znalazły bezpośredniego odwzorowania na obrazie
analizowanego obiektu
KP, Tele i foto, wykład 1
cień
cień własny - nieoświetlona bezpośrednio część obiektu
np. ściana, stok skarpy
cień rzucany - rzut obiektu na podłoŜe, zaleŜy od kierunku
oświetlenia i wysokości słońca
9
Zasad y fotointerpretacji
Zasad y fotointerpretacji
Cechy fotointerpretacyjne
• pośrednie
cień własny
połoŜenie
miejsce i charakter rozmieszczenia obiektów , np. teren
podmiejski, malutkie parcele, niewielkie obiekty kubaturowe
na kaŜdej parceli -> ogrody działkowe
cień rzucany
powiązania (asocjacje)
zaleŜności wiąŜące sąsiednie obiekty, np. parking i obiekt
uŜyteczności publicznej, rzeka i most, zagroda i sad
Zasad y fotointerpretacji
Zasad y fotointerpretacji
Klucz fotointerpretacyjny
Cechy fotointerpretacyjne
• pośrednie
wskaźniki (indykatory)
obiekty które pozwalają wnioskować o istnieniu lub cechach
innych obiektów przykrytych przez obiekty-wskaźniki,
np. wysychanie drzew moŜe wskazywać na obniŜenie poziomu
wód gruntowych albo na zanieczyszczenie gleby albo na
zanieczyszczenie powietrza; drogą dedukcji moŜna określić
prawdopodobieństwo jednej z hipotez
(np. czy jest w pobliŜu zakład emitujący gazy do atmosfery)
KP, Tele i foto, wykład 1
Opis fragmentu obrazu (lub kilku wybranych fragmentów)
wykonany na podstawie wizji terenowej, charakteryzujący
cechy rozpoznawcze typowych dla analizowanego obszaru
obiektów i słuŜący jako wzorzec do dalszej interpretacji
kameralnej;
wzorce powinny być wykonane w krótkim czasie
po wykonaniu zdjęć lub w okresie analogicznym
(np. rok później);
klucz jest pomocny np. do rozpoznawania upraw rolnych,
których cechy na obrazie zaleŜą znacząco od okresu
fenologicznego.
10
Zasad y fotointerpretacji
Interpretacja kompleksowa - ogólne zasady
Interpretacja kompleksowa polega na interpretacji wszystkich
komponentów środowiska, bez wyróŜniania któregoś z nich.
Pierwszy etap to ogólne zapoznanie się z całym obszarem,
czyli analiza zdjęć wykonanych w mniejszej skali a w razie
ich braku zestawienie wszystkich zdjęć w tzw. fotoszkic.
W przypadku interpretacji kompleksowej naleŜy interpretować
jeden rodzaj obiektów w jednym czasie.
KP, Tele i foto, wykład 1
Zasad y fotointerpretacji
Interpretacja kompleksowa - kolejność
Typowa kolejność interpretacji kompleksowej:
• sieć drogowa
• siec hydrograficzna
• rzeźba powierzchni terenu
• naturalna szata roślinna
• uprawy rolne
• osadnictwo
• przemysł
11