ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ

Σεμινάριο «Εισαγωγή στη Γεωπληροφορική»

Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο ΑθηνώνΤμήμα Γεωγραφίας

Αθήνα Ιούλιος 2014

Ορισμός Τηλεπισκόπησης

Τηλεπισκόπηση είναι η επιστήμη απόκτησης πληροφορίας για χαρακτηριστικά ή φαινόμενα στη επιφάνεια της γης από απόσταση. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της ανίχνευσης και καταγραφής της ανακλώμενης ή εκπεμπόμενης ενέργειας, την επεξεργασία, ανάλυση και τέλος την εφαρμογή της εισερχόμενης πληροφορίας. Οι α/φίες και οι δορυφορικές εικόνες είναι μερικές μορφέςκαταγραφής δεδομένων από απόσταση.

Οι Lillesand & Kiefer (1987) ορίζουν την τηλεπισκόπηση σαν την επιστήμη και τέχνη του να επιτυγχάνουμε πληροφόρηση για αντικείμενο, περιοχή ή φαινόμενο απ[ό την ανάλυση δεδομένων που αποκτήθηκαν από ένα μέσο το οποίο δεν είναι σε επαφή με το αντικείμενο , την περιοχή ή το φαινόμενο. Ο Mather (1991) δίνει έναν ορισμό με στενότερη έννοια λέγοντας ότι η τηλεπισκόπηση του περιβάλλοντος περιλαμβάνει την μέτρηση και αποτύπωση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας που ανακλάται ή εκπέμπεται από την επιφάνεια της Γης και την ατμόσφαιρα. Η μέτρηση και αποτύπωση γίνεται από ένα σημείο πάνω από την επιφάνεια της Γης και ακολουθεί ο συσχετισμός αυτών των μετρήσεων με την φύση και την κατανομή των υλικών της επιφάνειας της Γης και των συνθηκών της ατμόσφαιρας.

Η συλλογή πληροφοριών γίνεται με ειδικά όργανα ανίχνευσης και καταγραφής που αποτελούν ουσιαστικά σε σχέση με τα αντικείμενα απομεμακρυσμένους αισθητήρες (remote sensors). Οι αισθητήρες αυτοί μεταφέρονται από αεροπλάνα και δορυφόρους.

Καθοριστικός παράγοντας στην καταγραφή της ενέργειας είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ της προσπίπτουσας ακτινοβολίας και των επιφανειακών χαρακτηριστικών της γης.

Πηγή ενέργειας ή φωτισμού (Α)

Ακτινοβολία και η ατμόσφαιρα (Β)

Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και στόχου (C)

Καταγραφή της ανακλώμενης ακτινοβολίας από τον αισθητήρα (D)

Μετάδοση, υποδοχή και επεξεργασία (Ε)

Ερμηνεία και Ανάλυση (F)

Εφαρμογές (G)

Τα επτά αυτά βήματα αποτελούν το βασικό σύνολο της επεξεργασίας των διαστημικών δεδομένων παρατήρησης της γης.

Η Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία

Βασική προϋπόθεση για την τηλεπισκόπηση είναι η ύπαρξη πηγής ενέργειας που θα στοχεύει το επιφανειακό χαρακτηριστικό. Η απαιτούμενη ενέργεια παρέχεται με την μορφή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αποτελείται από ένα ηλεκτρικό πεδίο (Ε) και ένα μαγνητικό πεδίο (Μ). Τα πεδία αυτά ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός.

Δύο παράμετροι της ακτινοβολίας είναι καθοριστικοί, το μήκος κύματος (λ) και η συχνότητα (ν).

c=λ.ν

C= ταχύτητα φωτός

Το Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα περιλαμβάνει από τα μικρότερα μήκη κύματος (συμπεριλαμβανομένων των gamma και x-rays) μέχρι και τα μεγάλα μήκη κύματος (συμπεριλαμβανομένων των μικροκυματικών και των ραδιοκυμάτων). Για την τηλεπισκόπηση χρησιμοποιούνται συγκεκριμένες περιοχές του ΗΜΦ.

Το φως που ανιχνεύεται από το οπτικό σύστημα του ανθρώπου είναι τμήμα του ορατού φάσματος. Τα μήκη κύματος του ορατού καλύπτουν μιά περιοχή από 0.4 έως το 0.7 μm. Είναι το μοναδικό τμήμα του ΗΜΦ που μπορούμε να το συνδέσουμε με την έννοια των χρωμάτων.

•Violet: 0.4 - 0.446 mm

•Blue: 0.446 - 0.500 mm

•Green: 0.500 - 0.578 mm

•Yellow: 0.578 - 0.592 mm

•Orange: 0.592 - 0.620 mm

•Red: 0.620 - 0.7 mm

Το υπέρυθρο τμήμα του ΗΜΦ καλύπτει από 0.7 έως 100μm. Το υπέρυθρο χωρίζεται σε δυο υποπεριοχές αυτή του ανακλώμενου υπέρυθρου (IR) και του εκπεμπόμενου ή θερμικού (TIR).

Η ακτινοβολία στο ανακλώμενο IR, καλύπτει από το 0.7 έως το 3.0 μm, και χρησιμοποιείται όπως και το ορατό τμήμα. Το TIR είναι διαφορετικό με την έννοια ότι αποτελεί την ενέργεια που εκπέμπεται από την Γη με την μορφή της θερμότητας. Το TIR καλύπτει μήκη κύματος από 3.0 έως 100 μm.

Το τμήμα του ΗΜΦ που τα τελευταία χρόνια παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι το μικροκυματικό με μήκη κύματος από 1mmέως 1m. Αποτελούν τα μεγαλύτερα μήκη κύματος που χρησιμοποιούνται στην παρατήρηση της γης. Τα συστήματα παρακολούθησης της γης με χρήση Radarαποτελούν ένα ξεχωριστό κεφάλαιο στην τηλεπισκόπηση.

Αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με την ατμόσφαιρα

Στο ταξίδι της, από το διάστημα προς την γηινη επιφάνεια, η ακτινοβολία περνά άπό την γήινη ατμόσφαιρα. Σωματίδια και αέρια της ατμόσφαιρας μπορούν να επιδράσουν επί της ακτινοβολίας. Οι επιδράσεις αυτές οφείλονται στους μηχανισμούς της σκέδασης και απορρόφησης.

Το φαινόμενο της σκέδασης συμβαίνει όταν σωματίδια ή μεγάλου μεγέθους μόρια αερίων που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα δράσουν επί της ακτινοβολίας δίνοντας σε αυτή νέα πορεία. Ο βαθμός επίδρασης της σκέδασης εξαρτάται από ποσότητα των σωματιδίων και το μήκος κύματος της ακτινοβολίας.

Κατά τον μηχανισμό της απορρόφησης μόρια της ατμόσφαιρας απορροφούν ενέργεια σε διάφορα μήκη κύματος. Το όζον, το διοξείδιο του άνθρακα και οι υδρατμοί είναι τα τρία κύρια ατμοσφαιρικά συστατικά που συμβάλλουν στην απορρόφηση

Ατμοσφαιρικά παράθυρα

Ισχυρή απορρόφηση παρουσιάζεται σε συγκεκριμένα μήκη κύματος του ΗΜΦ και τα οποία είναι αδύνατον να χρησιμοποιηθούν στην τηλεπισκόπηση. Οι περιοχές του ΗΜΦ που εμφανίζονται μικρά ποσοστά απορρόφησης και επομένως χρήσιμες ζώνες στην τηλεπισκόπηση ονομάζονται ατμοσφαιρικά παράθυρα.

Συγκρινόμενες οι δύο πιό κοινές πηγές ενέργειας (ήλιος και γη) και τα ατμοσφαιρικά παράθυρα μπορούν να καθοριστούν τα πλέον κατάλληλα μήκη κύματος για τις εφαρμογές. Το ορατό τμήμα, για παράδειγμα, αντιστοιχεί σε ατμοσφαιρικό παράθυρο και σε υψηλό επίπεδο ενέργειας από τον ήλιο.

Η ακτινοβολία η οποία δεν υφίσταται σκέδαση ή απορρόφηση φθάνει στην γη και αλληλεπιδρά με τα επιφανειακά της χαρακτηριστικά. Τρεις μορφές αλληλεπίδρασης υφίσταται η προσπίπτουσα ακτινοβολία (Ι), (ι) απορρόφηση (Α), (ιι) μετάδοση (Τ) και (ιιι) ανάκλαση (R).

Η απορρόφηση (Α) συμβαίνει όταν η ακτινοβολία απορροφάται από το αντικείμενο, μετάδοση (Τ) όταν η ακτινοβολία διαπερνά το μέσο και ανάκλαση όταν η ακτινοβολία προσπίπτει στο μέσο και επιστρέφει σε διαφορετικές διευθύνσεις. Για την τηλεπισκόπηση σημασία έχει η ανακλώμενη ακτινοβολία.

Οι δύο ακραίοι τύποι ανάκλασης της ακτινοβολίας από τα επιφανειακά αντικείμενα είναι η κατοπτρική ανάκλαση και η διάχυση.

Σε λείες επιφάνειες επικρατεί η κατοπτρική ανάκλαση δηλαδή η ανάκλαση προς μία και μόνο διεύθυνση. Η διάχυση συμβαίνει στην περίπτωση των ανώμαλων επιφανειών και η ακτινοβολία στη περίπτωση αυτή ανακλάται ομοιόμορφα προς όλες τις διευθύνσεις. Ο τρόπος με τον οποίο κάθε αντικείμενο ανακλά την ακτινοβολία εξαρτάται από την τραχύτητα, και τις φυσικοχημικές ιδιότητες του αντικειμένου σε σχέση με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας.

Κάθε αντικείμενο πάνω στη γη ανακλά με διαφορετικό τρόπο την ακτινοβολία για τα διάφορα μήκη κύματος όταν εκτίθεται σε ΗΜ κύματα. Επίσης κάθε θερμαινόμενο αντικείμενο εκπέμπει ενέργεια με συγκεκριμένη ένταση για κάθε μήκος κύματος. Ο ιδιαίτερος τρόπος με τον οποίο κάθε αντικείμενο ανακλά ή εκπέμπει την ακτινοβολία για κάθε μήκος κύματος είναι χαρακτηριστικός για κάθε αντικείμενο και ονομάζεται φασματική ταυτότητα ή φασματική απόκρηση.

Στην περίπτωση του φυλλώματος των δένδρων η παρουσία της χλωροφύλλης έχει ως αποτέλεσμα την απορρόφηση της ακτινοβολίας στο κόκκινο και μπλε τμήμα του ορατού και την ανάκλαση του πράσινου τμήματος και έτσι την άνοιξη και το καλοκαίρι το φύλλωμα είναι πράσινο. Το φθινόπωρο η ισχνή παρουσία χλωροφύλλης σημαίνει λιγότερη απορρόφηση ακτινοβολίας και επομένως το φύλλωμα εμφανίζεται καφέ ή κίτρινο.

Το νερό απορροφά περισσότερο την ακτινοβολία μεγάλου κύματος του ορατού και υπέρυθρου σε σχέση με την μικρού κύματος ακτινοβολία. Στη περίπτωση που το νερό περιέχει υψηλό ποσοστό αιωρούμενων σωματιδίων τότε αυξάνονται τα μήκη κύματος που ανακλώνται από το νερό.

Η ανθρώπινη αντίληψη για τα χρώματα προέρχεται από το σχετικό ποσό του κόκκινου, πράσινου και μπλε φωτός που μετρούνται από το αισθητήριο όργανο, το μάτι. Το κόκκινο, το πράσινο και το μπλέ μπορούν να προστεθούν και να παράγουν ένα μεγάλο αριθμό χρωμάτων. Τα τρία αυτά χρώματα ονομάζονται κύρια χρώματα. Ο τρόπος εμφάνισης εικόνων στηριζόμενος στην λογική των κύριων αυτών χρωμάτων ονομάζεται σύστημα RGB (Red Green Blue).

Περί χρωμάτων και χρωματικών συστημάτων

Προσθετικό Μοντέλο Χρωμάτων Αφαιρετικό μοντέλο

χρωμάτωνΗ πρόσθεση χρωμάτων συμβαίνει όταν προσθέτουμε ένα βασικό χρώμα σε ένα άλλο. Για παράδειγμα εάν

εστιάσουμε στο ίδιο σημείο (λευκός τοίχος) μία δέσμη πράσινου φωτός και μία δέσμη κόκκινου αυτό που θα

προκύψει είναι μία απόχρωση του κίτρινου χρώματος και εάν προσθέσουμε και μία δέσμη μπλέ φωτός τότε το

σημείο εκείνο θα έχει λευκό χρώμα. Ο τρόπος λειτουργίας των υπολογιστών στην δημιουργία των χρωμάτων

στην οθόνη είναι ακριβώς ο ίδιος.

R=255 G=255 B=0 R=128 G=0 B=255

Σε μία έγχρωμη δορυφορική εικόνα κάθε pixel λαμβάνει ένα χρώμα από την σύνθεση των τριών βασικών χρωμάτων κόκκινο (R), πράσινο (G) και μπλε (B) η ένταση κάθε χρώματος κυμαίνεται από 0 έως 255. Τα διαστημικά συστήματα συλλέγουν και αποθηκεύουν την πληροφορία από ένα περιορισμένο εύρος μήκους κύματος το οποίο καλείται φασματικόκανάλι ή φασματική ζώνη. Υπάρχει η δυνατότητα ενσωμάτωσης και εμφάνισης της πληροφορίας ενός αριθμού φασματικών καναλιών (συνήθως τριών) συνδεόμενα με τα τρία βασικά χρώματα, κόκκινο (R), πράσινο (G), μπλε (B). Η πληροφορία για κάθε κανάλι εμφανίζεται με ένα από τα βασικά χρώματα και εξαρτάται από την σχετική φωτεινότητα (ψηφιακή τιμή) του κάθε pixel για κάθε κανάλι έτσι γίνεται η σύνθεση των βασικών χρωμάτων σε διαφορετικές αναλογίες δημιουργώντας διαφορετικά τελικά χρώματα.

Απεικόνηση της περιοχής μεταξύ Αίγινας και Αγκιστρίου σε πραγματικά χρώματα (αριστερά) και η σύνθετη ψευδέγχρωμη (δεξιά)

Band x

Band y

Band z

Σύνθετη έγχρωμη εικόνα

R

G

B

Πολυφασματική εμφάνιση στην οθόνη του υπολογιστή

RED= βλάστηση

BLACK= νερό

LIGHT CYAN= γυμνά εδάφη

DARK CYAN= ξηρή βλάστηση

Πολυφασματική απεικόνηση στον υπολογιστή : παράδειγμα με δεδομένα SPOT XS

NIR ζώνη REDRED ζώνη GREENGREEN ζώνη BLUE

NIR

RED GREEN

Φασματικές ταυτότητες:Αλλάζουν ανάλογα με τις φυσικοχημικές ιδιότητες των επιφανειακών

αντικειμένων

Δυνατότητα αναγνώρισης των διαφόρων χρήσεων γης

Ορατό,NIR, MIR Εκπεμπόμενο από τον ήλιοΘερμικό IR Εκπεμπόμενο από τη Γη

Παράδειγμα: Εάν ο απεικονιστήςείναο το ανθρώπινο οπτικό σύστημα η βλάστηση ανακλάται περισσότερο στο πράσινο

το πράσινο η φασματική μας ταυτότητα για την βλάστηση

Red (R)

ΒλάστησηΧαμηλές τιμέςστο R (Absorbed)Υψηλές τιμές στο NIR

Γυμνό έδαφοςΥψηλές τιμές στο R (reflected)Χαμηλές τιμές στο NIR

Near Infra Red (NIR)

Φασματική ταυτότητα της βλάστησης

Ηλιακή ανύψωση(ημερομηνία)

Ατμοσφαιρικές συνθήκες Ανάγλυφο, σκιάσεις

Ανάγλυφο, κλίσεις Κατάσταση «υγείας» Περιβάλλον

Παράμετροι που επιδρούν στις φασματικές ταυτότητες

Χαρακτηριστικά ψηφιακών απεικονήσεων

Οι ψηφιακές απεικονίσεις από συστήματα παρατήρησης της Γης είναι ηλεκτρονικές εικόνες που λαμβάνονται μέσω των κατάλληλων οργάνων που φέρουν οι δορυφόροι. Οι δορυφορικοί αισθητήρες καταγράφουν την ΗΜ ακτινοβολία ή την ένταση των ΗΜ κυμάτων. Η ΗΜ ενέργεια μπορεί να ανιχνευθεί και να καταγραφεί είτε φωτογραφικά είτε ηλεκτρονικά. Ο φωτογραφικός τρόπος χρησιμοποιεί χημικές αντιδράσεις στην επιφάνεια του φιλμ για την ανίχνευση και καταγραφή της ακτινοβολίας. Συνήθως οι φωτογραφίες καταγράφουν στο εύρος 0.3 – 0.9 μm στο ορατό και ανακλώμενο υπέρυθρο τμήμα του ΗΜΦ.

Μια ψηφιακή εικόνα αποτελείται από μικρά δομικά στοιχεία (μικρά τετράγωνα) τα οποία καλούνται εικονοστοιχεία (pixels). Είναι τοποθετημένα σε σειρές και κολώνες σχηματίζοντας ένα πλέγμα. Τα εικονοστοιχεία είναι ορατά με το μάτι μόνο εάν γίνει μεγένθυση στην εικόνα. Κάθε εικονοστοιχείο στην εικόνα αντιπροσωπεύει την φωτεινότητα για την συγκεκριμένη περιοχή με μία αριθμητική τιμή ή ψηφιακό αριθμό (DN, digital number).

Οι διακυμάνσεις στην ένταση της ΗΜ ακτινοβολίας που καταγράφει ο αισθητήρας αντιστοιχούν σε διακυμάνσεις της λαμπρότητας της εικόνας οι οποίες σε μία ασπρόμαυρη εικόνα εκφράζονται με την κλίμακα του γκρι και ένα ψηφιακό αριθμό συνήθως μεταξύ του 0 και του 255. Το 0 αντιστοιχεί στο μαύρο και το 255 στο λευκό. Ο τόνος αυτός του γκρι καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά των υπό εξέταση αντικειμένων

Οι ψηφιακές εικόνες μπορούν να αποθηκεύονται σε διάφορες μορφές(όπως π.χ. τα κείμενα σε .doc αρχεία). Οι πλέον κοινές μορφές είναι:

Tif

Geotif

Jpg

Gif etc

Σε μορφές που συνδέονται με συγκεκριμένα λογισμικά:

Img (ERDAS)

Το Ιστόγραμμα μιας εικόνας είναι ένα γράφημα το οποίο εμφανίζει τον αριθμό των εικονοστοιχείων που έχουν την ίδια ψηφιακή τιμή (DN) στην εικόνα. Ο άξονας Χ στο ιστόγραμμα αντιπροσωπεύει το εύρος των τιμών που μπορούν να έχουν τα εικονοστοιχεία (π.χ.256). Ο άξονας Y του ιστογράμματος αντιπροσωπεύει τον αριθμό των εικονοστοιχείων για κάθε ψηφιακή τιμή και ονομάζεται και συχνότητα κάθε ψηφιακής τιμής.

Ιστόγραμμα εικόνας

Στατιστικά στοιχεία εικόνας

Η πληροφορία αυτή βασίζεται στα στατιστικά στοιχεία των σχετικών με τα εικονοστοιχεια που περιέχονται στο αρχείο της εικόνας.

Min: Η ελάχιστη ψηφιακή τιμή που έχει ένα εικονοστοιχείο της εικόνας

Max: Η μέγιστη τιμή που έχει ένα εικονοστοιχείο της εικόνας

Mean: Ο μέσος όρος των ψηφιακών τιμών

Median: Η διάμεσος των τιμών ( το σημείο στο οποίο υπάρχουν ίδιος αριθμός εικονοστοιχείων με μεγαλύτερη ή μικρότερη τιμή)

Std. Deviation.: Η στατιστική ένδειξη της διασποράς των τιμών.

Δημιουργία Σύνθετης Ψευδέγχρωμης εικόνας

R= ETM 4 G= ETM 3 B= ETM 2

Συστήματα Τηλεπισκόπησης

Δύο είναι τα βασικά συστήματα παρακολούθησης της Γης

1. Τα συστήματα τηλεπισκόπησης που καταγράφουν την «φυσική» ακτινοβολία και ονομάζονται παθητικά. Για την ανακλώμενη ενέργεια αυτό συμβαίνει κατα την διάρκεια της ημέρας όταν ο ήλιος φωτίζει τμήματα της Γης, ενώ δεν υπάρχει ανακλώμενη ενέργεια την νύχτα. Η με φυσικό τρόπο εκπεμπόμενη ενέργεια (θερμικό υπέρυθρο) μπορεί να καταγραφεί ημέρα ή νύχτα και εφόσον το ποσό της ενέργειας είναι τέτοιο ώστε να είναι δυνατή η καταγραφή.

Τα παθητικά συστήματα χρησιμοποιούν το τμήμα του φάσματος από πολύ μικρά μήκη κύματος (μικρότερα του 0.4 μm) εως την περιοχή του μήκους κύματος 1000 μm.

2. Τα ενεργά συστήματα είναι εκείνα που καταγράφουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται από άλλη εξωτερική πηγή ή από το ίδιο το όργανο καταγραφής. Συνηθώς το σύστημα καταγραφής είναι αυτό που εκπέμπει και την ενέργεια προς την επιφάνεια και στην συνέχεια ανακλάται επιστρέφει και καταγράφεται η «ηχώ» του σήματος από το ίδιο το σύστημα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιου τύπου οργ’ανου είναι τα Radars που εκπέμπουν στην περιοχή των μικροκυματικών. Η ανάγκη των ενεργών συστημάτων σε ενέργεια είναι μεγάλη για το λόγο αυτό και η λειτουργία τους δεν είναι συνεχής.

Οι απεικονηστές μπορεί να είναι αερομεταφερόμενοι (συνήθως σε αεροπλάνα) ή σε διαστημικές εξέδρες (δορυφόρους).

Πλεονεκτήματα των διαστημικών δεδομένων παρατήρησης της γης

Συνοπτική εικόνα μιας εκτεταμένης περιοχής

Διαχρονική παρατήρηση

Προετοιμασία για την εργασία υπαίθρου

Αναγνώρισει της μη ορατής πληροφορίας

Χαρακτηριστικά των διαστημικών συστημάτων παρατήρησης της Γης

Για ορισμένα όργανα καταγραφής η απόσταση μεταξύ της γηινης επιφάνειας και του όργανου καταγραφής απότελεί καθοριστικό ρόλο στην λεπτομέρεια της πληροφορίας που καταγράφεται. Η ευδιάκριτη λεπτομέρεια σε μία εικόνα εξαρτάται από την χωρική διακριτική ικανότητα του οργάνου καταγραφής και αναφέρεται στο μέγεθος του μικρότερου χαρακτηριστικού που μπορεί να ανιχνευθεί. Για ορισμένα όργανα καταγραφής η απόσταση μεταξύ του στόχου και της διαστημικής εξέδρες είναι καθοριστική για την λεπτομέρεια στην καταγραφή. Συνήθως οι δορυφόροι που βρίσκονται σε πολύ υψηλή τροχιά ενώ καταγράφουν μεγάλες περιοχές η διακριτική ικανότητα περιορίζεται. Ανεξάρτητα από διακριτική ικανότητα ενός συστήματος μικρά χαρακτηριστικά μπορούν να αναγνωριστούν εάν η φασματική τους απόκριση διαφέρει δραματικά από το περιβάλλοντα χώρο π.χ. Δρόμοι.

Εάν ένα σύστημα καταγραφής έχει χωρική διακριτική ικανότητα 20μ τότε στην αντίστοιχη εικόνα κάθε εικονοστοιχείο αντιπροσωπεύει μία περιοχή της επιφάνειας ιση με 20 χ 20 μ.

IKONOS-2 Pan-sharpening true color 1m χωρική διακριτική ικανότητα

Landsat ETM 7 Pan band 15 m

IRS Pan band 5.5 m

Ραδιομετρική διακριτική ικανότητα

2 bits 8 bits

Τα ραδιομετρικά χαρακτηριστικά περιγράφουν την πραγματική πληροφορία που περιέχεται σε μία εικόνα. Κάθεφορά που αποτυπώνεται μία εικόνα, η ευαισθησία της στη ένταση της ανακλώμενης ενέργειας καθορίζει την ραδιομετρική ικανότητα. Ουσιαστικά η ραδιομετρική ικανότητα περιγράφει την ικανότητα ενός συστήματος να καταγράφει διαφορές στην ισχύ του σήματος. Τα δεδομένα μιας εικόνας αντιπροσωπεύονται από ψηφιακές τιμές που μεταβάλονται από 0 έως μία τιμή, παράγωγη δύναμη του 2.

Το εύρος αντιστοιχεί σε ένα αριθμό bits που χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση σε δυαδική μορφή. Ο μέγιστος αριθμός επιπέδων φωτεινότητας εξαρτάται από τον αριθμό των bits.

Π.χ. Εάν ένα αισθητήριο όργανο χρησιμοποιεί 8 bits για την καταγραφή τότε θα υπάρχουν 28= 256 πιθανές ψηφιακές τιμές στην εικόνα δηλαδή από το 0 έως το 255. Εάν ένα σύστημα χρησιμοποιεί 4 bits θα υπάρχουν 24= 16 πιθανές τιμές από το 0 έως το 15. Το δεύτερο όργανο καταγραφής διαθέτει χαμηλότερη ραδιομετρική ικανότητα. Η εικόνα ανεξάρτητα από την φασματική ζώνη στην οποία αντιστοιχεί εμφανίζεατι με τόνους του γκρι η τιμή 0 αντιστοιχεί στο μαύρο και το λευκό στην υψηλότερη τιμή (π.χ. Στην περίπτωση των 8bits η τιμή 255).

2

4

8 16 επίπεδα του γκρι

Φασματική διακριτική ικανότητα

Περικλείει το εύρος των περιοχών του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος στις οποίες πραγματοποιεί καταγραφές ένα πολυφασματικός αισθητήρας καθώς και τον αριθμό των καναλιών που χρησιμοποιούνται.

Πανγχρωματικό

Πολυφασματική απεικόνηση

+ +

0.4 μm 0.7

0.4 μm 0.5 0.6 0.7

Η ιδιότητα αυτή έχει να κάνει με την δυνατότητα ενός συστήματος να καταγράφει σε μικρές ζώνες μηκών κύματος. Οσο πιό μικρές σε εύρος είναι οι ζώνες (δηλαδή καλύπτεται μικρό εύρος μηκών κυμάτων) και και σημαντικός αριθμός των ζωνών. Πολυφασματικά ονομάζονται τα συστήματα που καταγράφουν σε πάνω από δύο φασματικές ζώνες και υπερφασματικά με δεκάδες φασματικές ζώνες

Χρονική διακριτική ικανότητα

Η χρονική διακριτική ικανότητα ενός συστήματος σχετίζεται με την συχνότητα λήψης εικόνων για την ίδια περιοχή. Η περιοδος επαληψημότητας για ένα δορυφορικό σύστημα συνήθως είναι της τάξης κάποιων ημερών για να μπορέσει να αποτυπώση τηνίδια γεωγραφική περιοχή με την ίδια γωνία παρατήρησης (απόλυτη χρονική διακριτική ικανότητα).

Ορισμένα δορυφορικά συστήματα έχουν την δυνατότητα να στοχεύουν την ίδια περιοχή ενώ βρίσκονται στην επόμενη ή την μεθεπόμενη τροχιά. Επίσης ορισμένα συστήματα μεταξύ μιας τροχιάς και της επόμένης εχουν επικάλυψη που κυμαίνεται από 10% έως 30%. Επομένως η πραγματική χρονική διακριτική ικανότητα εξαρτάται από τις δυνατότητες του συστήματος, την επικάλυψη και το γεωγραφικό μήκος της περιοχής.

Χαρακτηρισρικά της τροχιάς των δορυφόρωνΗ διαδρομή που ακολουθείται από ένα δορυφόρο γύρω από τη γη ονομάζεται τροχιά. Η τροχιά σχετίζεται με τις δυνατότητες και το αντικείμενο για το οποίο τέθηκε σε τροχία ο δορυφόρος. Η επιλογή της ακολουθήμενης τροχιάς μπορεί να αλλάζει ως προς το ύψος, καθώς και τον προσανατολισμό και την περιστροφή ως προς τη γη.

Οι δορυφόροι που έχουν τεθεί σε πολύ υψηλές τροχιές και στοχεύουν πάντοτε την ίδια περιοχή της γης ονομάζονται γεωστατικοί δορυφόροι και η τροχιά γεωστατική.

Οι γεωστατικοί δορυφόροι βρίσκονται σε μιά τροχιά περίπου 36.000 Km και περιστρέφονται με ταχύτητες όμοιες με την περιστροφή της γης και έτσι δίνουν την εντύπωση ότι είναι στατικοί σχετικά με την επιφάνεια της γης. Αυτό επιτρέπει στον δορυφόρο να παρατηρεί και να συλλέγει πληροφορίες πάνω από συγκεκριμένες περιοχές. Γεωστατικοί είναι οι μετεωρολογικοί και τηλεπικοινωνιακοί δορυφόροι.

Τα δορυφορικά συστήματα παρακολούθησης της γης έχουν σχεδιαστεί έτσι ώστε να ακολουθούν μια τροχιάη οποία σε συνδυασμό με την περιστροφή της γης από τα δυτικά προς τα ανατολικά επιτρέπει σε αυτά να καλύπτουν το μεγαλύτερο τμήμα της επιφάνειας μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Η τροχιά αυτή ονομάζεατι σχεδόν πολική από την κλίση της τροχιάς που είναι σχεδόν Β-Ν.

Το είδος αυτό τροχιάς ονομάζεται και ηλιοσύγχρονη γιατί οι δορυφόροι καλύπτουν κάθε περιοχή της γης σε μία σταθερή τοπική ώρα. Σε οποιοδήποτε γεωγραφικό πλάτοςκαι μήκος ο ήλιος θα έχει την ίδια θέση, για την ίδια εποχή, καθώς καλύπτεται από τον δορυφόρο. Αυτό σημαίνει ότι ο φωτισμός παραμένει σταθερός και διευκολύνει τις συγκρίσεις διαχρονικά για την ίδια εποχή.

Τύποι απεικονιστών

1. Οπτικοί

Κάμερες

Πρόκειται για φωτογραφικές μηχανές που χρησιμοποιούν φίλμ,καλύτπουν το ορατό και κοντινό υπέρυθρο

Σαρωτές

Είναι όργανα τα οποία παράγουν είκονες σε διαφορετικά φασματικά κανάλια ταυτόχρονα σαρώνοντας την επιφάνεια της γης. Καλύπτουν το ορατό, το κοντινό, μέσο και θερμικό υπέρυθρο.

2. Radar

SAR (Ραντάρ Κεραίας Συνθετικού Ανοίγματος)

Είναι ενεργητικά συστήματα καταγραφής και καλύπτουν το μικροκυματικό φάσμα.

Βελτίωση της αντίθεσης της εικόνας

Οι τεχνικές βελτίωσης της αντίθεσης είναι η πλέον συνήθεις στις ψηφιακές εικόνες. Η ανάλυση της εικόνας με οπτική ερμηνεία συχνά διευκολύνεται όταν βελτιωθεί η αισθητική των εικόνων. Οι αισθητήρες που φέρουν οι δορυφόροι πρέπει να είναι ικανοί να ανιχνεύουν επίπεδα ανάκλασης από τα<χαμηλότερης μέχρι τα υψηλότερης ανακλαστικής ικανότητας αντικείμενα.

Ερμηνεύοντας ένα ιστόγραμμα μπορούμε να παρατηρήσουμε την αποτύπωση των εικονοστοιχείων σε μία εικόνα να έχουν δυνητικά τιμές από 0 έως 255 λαμβάνοντας υπόψη ότι τα συστήματα είναι των 8bits τα οποία αντιστοιχούν σε 256 διαβαθμίσεις του γκρι. Στην αρχική μορφή της εικόνας δεν χρησιμοποιούνται όλες οι διαβαθμίσεις με αποτέλεσμα η εικόνα να εμφανίζεται χωρίς χρωματική αντίθεση.

Όταν το ιστόγραμμα μιας εικόνας είναι για παράδειγμα από 0 έως 60 της κλίμακας του γκρι αυτό σημαίνει ότι η εικόνα είναι πολύ σκοτεινή. Αντίστοιχα αν το ιστόγραμμα είναι στην περιοχή 180-240 τότε η εικόνα είναι πολύ φωτεινή. Όταν οι αντιθέσεις μεταξύ των τιμών των εικονοστοιχείων είναι πολύ μικρές τότε και οι υφιστάμενες διαφορές δυσδιάκριτες και η ερμηνεία σχεδόν αδύνατη.

Για την βελτίωση της εικόνας εφαρμόζονται οι τεχνικές διόρθωσης του ιστογράμματος οι οποίες αποσκοπούν στη βελτίωση των αντιθέσεων της εικόνας. Ο τελικός στόχος της βελτίωσης της αντίθεσης της εικόνας είναι να μετασχηματιστεί το αρχικό εύρος διακύμανσης των τιμών DN του γκρι της εικόνας σε κάποιο άλλο εύρος είτε με διαστολή είτε με συστολή

Η βελτίωση της αντίθεσης της εικόνας μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε με διάταση του ιστογράμματος είτε με σύμπτυξή του. Μπορούν να εφαρμοστούν ή με γραμμικούς ή με μη-γραμμικούς μετασχηματισμούς οι οποίοι όμως διατηρούν τη διάταξη των τιμών των εικονοστοιχείων και είναι αντιστρέψιμοι.

Η γραμμική επέκταση της αντίθεσης στην πιο απλή μορφή της περιλαμβάνει την αποτύπωση των τιμών των εικονοστοιχείων στην πλήρη εξάπλωση της κατανομής των τιμών, από την παρατηρούμενη κατάσταση PVmin έως PVmax (γενικά από 0 έως 255). Οι τιμές των εικονοστοιχείων ορίζονται με τρόπο ώστε τα PVmin να αποτυπώνονται στη τιμή 0 και τα PVmax στη τιμή 255. Οι ενδιάμεσες τιμές κρατούν τις σχετικές θέσεις με τρόπο ώστε οι μέσες τιμές μεταξύ PVmin και PVmax να αντιστοιχούν στο 127. Στη εικόνα εφαρμόστηκε απλή γραμμική η εικόνα σαφώς βελτιώθηκε αλλά παραμένει σκοτεινή.

Ένα είδος γραμμικής επέκτασης έχουμε εάν πάρουμε τις ψηφιακές τιμές μεταξύ 5 και 45 και τις «τεντώσουμε» από το 0 έως 255.

Εμφανίζεται ένα ιστόγραμμα με πολλές κορυφές και η εικόνα μάλλον πολύ φωτεινή.

Στην εικόνα δίπλα έχει εφαρμοστεί γραμμική επέκταση με κορεσμό. Συγκεκριμένα το 5% στα δύο άκρα ωθούνται να λάβουν τις ακραίες τιμές 0 και 255. Η εικόνα εμφανίζεται αισθητικά ικανοποιητική αλλά όχι πολύ διαφορετική σε σχέση με τις προηγούμενες. Στο ιστόγραμμα εμφανίζονται δύο μέγιστα στο 0 και το 255.

Ο μετασχηματισμός μιας εικόνας ώστε να διαθέτει αυτή τις γεωμετρικές ιδιότητες και το σύστημα αναφοράς συντεταγμένων μιας χαρτογραφικής προβολής ονομάζεται γεωμετρική διόρθωση της εικόνας

Γεωμετρικές διορθώσειςΚάθε εικόνα που απεικονίζει την επιφάνεια της Γης και έχει αποτυπωθεί είτε από ένα δορυφορικό σύστημα είτε από ένα αερομεταφερόμενο ή οπιαδήποτε άλλο μέσο θα έχει διάφορες γεωμετρικές παραμορφώσεις. Το πρόβλημα αυτό είναι εγγενές της τεχνικής της τηλεπισκόπησης καθώς με όλα τα προαναφερόμενα μέσα προσπαθούμε να αποτυπώσουμε την 3-D επιφάνεια ώς μία 2-Dεικόνα. Γεγονός είναι ότι όλες οι εικόνες εμπεριέχουν κάποια από τα είδη γεωμετρικών παραμορφώσεων ανάλογα φυσικά με το μέσο καταγραφής. Οι παραμορφώσεις αυτές μπορεί να οφείλονται σε διάφορους παράγοντες συμπεριλαμβανομένων έναν ή περισσότερους από τους ακόλουθους:

Προοπτική απεικόνησης του συστήματος καταγραφής

Η κίνηση του συστήματος του σαρωτή

Η κίνηση ή/και σταθερότητα της εξέδρας

Η ταχύτητα και το ύψος της εξέδρας

Το ανάγλυφο της γηινης επιφάνειας

Η καμπυλότητα και η περιστροφή της Γης.

Οι φωτογραφικές κάμερες που χρησιμοποιούνται στις αεροφωτογραφήσεις δημιουργούν εικόνες ακριβώς πάνω από την επιφάνεια. Η κυρίαρχη γεωμετρική παραμόρφωση στην περίπτωση των κάθετων α/φιών οφείλεται στη μετατόπηση του αναγλύφου. Τα αντικείμενα ακριβώς κάτω από τον φακό της κάμερας (ναδίρ) αποτυπώνονται μόνο με το επάνω τμήμα ενώ όλα τα άλλα αντικείμενα που βρίσκονια σε απόσταση από το ναδίρ θα εμφανίζονται με μία απόκλιση από το κέντρο της φωτογραφίας επιτρέποντας να αποτυπωθούν πλην του πάνω τμήματος και πλευρικά τμήματα. Εαν τα αντικείμενα είναι μεγάλα σε ύψος ή βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση από το κέντρο της εικόνας η παραμόρφωση και το λάθος στη θέση θα είναι μεγαλύτερο.

Μία δορυφορική εικόνα δεν είναι χάρτης και η μετατροπή των εικόνων έτσι ώστε να έχουν κλίμακα και τις ιδιότητες προβολής ενός χάρτη ονομάζεται γεωμετρική διόρθωση. Η γεωμετρική διόρθωση στόχο έχει να μετασχηματίσει το σύστημα συντεταγμένων της εικόνας (χ,y) το οποίο έχει παραμορφώσεις σε ένα συγκεκριμένο σύστημα (ΧY) χαρτογραφικής προβολής. Η γεωμετρική διόρθωση είναι ένα σημαντικό βήμα στην επεξεργασία των δεδομέων διοτι η διόρθωση αυτή επιτρέπει π.χ. την εισαγωγή των δεδομένων σε ένα ΓΣΠ και την ταυτόχρονη χρήση τους μαζί με άλλα θεματικά επίπεδα πληροφορίας.

Ενα χαρτογραφικό σύστημα προβολής είναι κάθε σύστημα που είναι σχεδιασμένο ώστε να αναπαριστά την επιφάνεια μιας σφαίρας ή σχεδόν σφαιρας σε ένα επίπεδο.

Κάθε σύστημα προβολής σχετίζεται με ένα σύστημα συντεταγμένων.

Επίσης υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός συστημάτων συντεταγμένων για τον καθορισμό της θέσης σε μία εικόνα. Τα συστήματα αυτά είναι σύμφωνα με ένα κάνναβο και εκφράζονται για την κάθε θέση με ένα αριθμητικό ζεύγος Χ και Y (στήλες και σειρές).

Η μετατροπή δεδομένων από ένα σύστημα καννάβου σε άλλο ονομάζεται γεωμετρική αναγωγή. Καθώς τα εικονοστοιχεία του νέου συστήματος δεν είναι σε «ευθυγράμμηση» με το παλαιό εφαρμόζεται η τεχνική της αναδόμησης ή επανάληψη της δειγματοληψίας.

Η διόρθωση εφαρμόζεται για εφαρμογές που αφορούν:

Την σύγκριση μεταξύ δυο εικόνων ίδιας περιοχής σε διαφορετικό χρόνο σε επίπεδο εικονοστοιχείου για την ανίχνευση των αλλαγών.

Την ανάπτυξη ενός ΓΣΠ με την σύμπραξη άλλων θεματικών χαρτών

Την μέτρηση αποστάσεων ή επιφανειών

Την δημιουργία μωσαϊκού

Τις ανάγκες κάθε ανάλυσης στην οποία απαιτήται ακρίβεια στον εντοπισμό θέσεων.

Αριθμητικές πράξεις με εικόνες

Οι αριθμητικές πράξεις της πρόσθεσης, αφαίρεσης, πολλαπλασιασμού και διαίρεσης στις τιμές του επιπέδου του γκρι (DN, ψηφιακή τιμή για κάθε pixel) των pixel από δύο φασματικές ζώνες μιας εικόνες μπορούν να σχηματίσουν μια νέα εικόνα.Από όλες τις πράξεις η πλέον χρήσιμη είναι η διαίρεση. Η δημιουργία λόγου μεταξύ δύο φασματικών ζωνών μιας περιοχής είναι η πλέον συχνή εφαρμογή.

80 90 128 90

128 136 124 130

128 160 160 162

80 90 90 95

160 165 180 150

128 170 180 182

1 1 1.4 0.9

0.8 0.8 0.7 0.9

1 0.9 0.9 0.9

Μοντέλα Δεικτών βλάστησης

Τα μοντέλα δεικτών βλάστησης είναι σχεδιασμένα να παράγουν εικόνες από τις οποίες είναι δυνατόν να γίνει ποσοτική εκτίμηση της φυτικής βιομάζας σε μία δεδομένη περιοχή. Με βάση τα χαρακτηριστικά της ανάκλασης και ιδιαίτερα το ποσό της ανακλώμενης ακτινοβολίας στο ερυθρό του ορατού και στο κοντινό υπέρυθρο τμήμα του ΗΜΦ αναπτύχθηκαν οι λεγόμενοι δείκτες βλάστησης χρησιμοποιώντας τις αντίστοιχες εικόνες στο ερυθρό και κοντινό υπέρυθρο. Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός μοντέλων δεικτών βλάστησης τα σημαντικότερα είναι τα παρακάτω:

Ο λόγος δείκτη βλάστησης (Ratio VI)

Ratio= NIR/RED

Είναι η απλούστερη μορφή και στηρίζεται στην αντίθεση μεταξύ των ζωνών του ερυθρού και κοντινού υπέρυθρου για τα pixel που αντιστοιχούν σε βλάστηση, με υψηλές τιμές για τον δείκτη από τον συνδυασμό χαμηλής τιμής ανάκλασης για το ερυθρό και υψηλής για το κοντινό υπέρυθρο.

Κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης (NDVI)

NDVI=NIR-RED/NIR+RED

Είναι ο πλέον κοινός δείκτης με πολύ καλά αποτελέσματα, έχει την δυνατότητα να ελαχιστοποιεί την επίδραση της τοπογραφίας. Επιπλέον η κλίμακα των τιμών έχει την επιθυμητή μορφή –1 έως 1 με το 0 να είναι το όριο για την μη βλάστηση.

NIR / RED = VI

NIR-RED/NIR+RED = NDVI

+

Ταξινόμηση ονομάζεται η αναγνώριση κάθε pixel και η ταυτοποίηση του με κάποιο επιφανειακό χαρακτηριστικό.

Ταξινομητές ονομάζονται οι αλγόριθμοι που έχουν αναπτυχθεί για την ταξινόμηση των pixel.

Ο απλούστερος τρόπος την ταξινόμηση της εικόνας είναι να εξεταστεί κάθε pixel χωριστά και να τοποθετηθεί σε μια ομάδα ανάλογα με τις τιμές φωτεινότητας που μετρήθηκαν σε διαφορετικές φασματικές ζώνες.

Α= υδάτινες μάζες

Β= καλλιέργειες

C= γυμνά πετρώματα

Όταν μιλάμε για ομάδες και ομαδοποίηση θα πρέπει να διακρίνουμε μεταξύ των φασματικών ομάδων και των ομάδων πληροφορίας. Οι ομάδες πληροφορίας είναι οι κατηγορίες ενδιαφέροντος τις οποίες προσπαθούμε να βρούμε στην εικόνα (τύποι βλάστησης, εδαφών κλπ). Φασματικές ομάδες είναι ομάδες ομοιόμορφων pixel σε σχέση με την τιμή φωτεινότητας τους στις διάφορες φασματικές ζώνες.

Τελικός στόχος είναι να ταυτοποιηθούν οι φασματικές ομάδες των δεδομένων με τις ομάδες πληροφορίας ενδιαφέροντος

Υπάρχουν δύο μεγάλες κατηγορίες ταξινόμησης

Αυτόματη ταξινόμηση Καθοδηγούμενη ταξινόμηση

Ταξινόμηση κατά την οποία Pixel μιας εικόνας διαχωρίζονται σε φασματικές ομάδες χωρίς να γνωρίζουμε εκ των προτέρων τίποτα για την ύπαρξη ή το είδος της πληροφορίας (δάσος, νερό, αστική ζώνη κλπ).

Προϋποθέτει αρχικά την ύπαρξη δειγμάτων γνωστής ταυτότητας στην εικόνα ( συνήθως από παρατηρήσεις στο πεδίο) και αφού υπολογιστούν τα στατιστικά στοιχεία των γνωστών αυτών δειγμάτων καταχωρούνται και τα υπόλοιπα pixel σε τάξεις.

βλάστηση

νερό

Δομημένο περιβάλλον

RED

NIR

αποστάσεις

R1

NIR1

Εάν προβληθούν σε ένα διάγραμμα με άξονα του χ τις τιμές φωτεινότητας των pixelστην εικόνα που αντιστοιχεί στο Red (ορατό) και στο y τις τιμές που αντιστοιχούν στο NIR σε μια πολυφασματική εικόνα, θα προκύψουν ομάδες πληροφορίας και εάν χαράξουμε τα όρια τους δημιουργούμε φασματικές ομάδες.

Μεθοδολογία καθοδηγούμενης ταξινόμησηςΣχεδιασμός: Καθορίζονται οι τύποι εδαφικής κάλυψης (ομάδες πληροφορίας)

Βασικά στάδια επεξεργασίας εικόνας: Ραδιομετρικές και γεωμετρικές διορθώσεις

Δημιουργία φασματικών ομάδων: Επιλέγονται αντιπροσωπευτικά pixel τα οποία εντάσσονται σε ομάδες και για τα οποία γνωρίζουμε από άλλη πηγή την αντιστοίχιση τους στην επιφάνεια.

Ταξινόμηση εικόνας: ομαδοποίηση των pixel της εικόνας

Συμπλήρωση επεξεργασίας: Συμπληρώνεται η γεωμετρική διόρθωση και εφαρμόζονται φίλτρα π.χ. εξομάλυνσης

Αξιολόγηση της ακρίβειας: Συγκρίνονται τα αποτελέσματα της ταξινόμησης με επαληθεύσεις στο έδαφος.

Μεθοδολογία αυτόματης ταξινόμησης

Η διαδικασία αυτόματης ταξινόμησης ξεκινά με τον καθορισμό του ελάχιστου και του μέγιστου αριθμού τάξεων (ομάδων) που πρόκειται να δημιουργηθούν από τον αλγόριθμο ταξινόμησης. Η ταξινόμηση ξεκινά με την αυθαίρετη επιλογή ενός αριθμού pixel που θεωρούνται ως κέντρα συγκέντρωσης παρόμοιων τιμών φωτεινότητας. Ο αλγόριθμος της ταξινόμησης καθορίζει τις «αποστάσεις» μεταξύ των τιμών της φωτεινότητας των pixel και εκτιμά την εγγύτητά τους. Γύρω από τον πρώτο «πυρήνα» προσαρτώνται και τα υπόλοιπα pixel. Κατά την διάρκεια της ταξινόμησης γίνεται κατ’ επανάληψη επαναπροσδιορισμός των αρχικών ομάδων.

To μικροκυματικό φάσμα στη τηλεπισκόπηση

Το ΗΜΦ είναι μία σειρά όλων των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σύμφωνα με τη συχνό ή το μήκος κύματος. Τα όργανα καταγραφής που χρησιμοποιούν το ορατό, υπέρυθρο τμήμα του ΗΜΦ καταγράφουν τις φυσικοχημικές ιδιότητες των επιφανειακών χαρακτηριστικών. Στο μικροκυματικό οι καταγραφές βασίζονται στις γεωμετρικές ιδιότητες (σχήμα, μέγεθος) των αντικειμένων και την διηλεκτρική συμπεριφορά των υλικών. Οι αισθητήρες SAR εκπέμπουν και δέχονται κύματα στο μικροκυματικό τμήμα που χωρίζεται σε ζώνες ανάλογα με το μήκος κύματος. Κυρίως οι ζώνες C και L χρησιμοποιούνται στη τηλεπισκόπηση

P L S C X K Q V W

100 30 10 3 1 0.3Μήκος κύματος (cm)

Ανάλογα με το μήκος κύματος γίνεται η απεικόνηση των επιφανειακών χαρακτηριστικών

ΑΒΓ

X C LΑνάλογα με το μήκος κύματος και τις διηλεκτρικές ιδιότητες των εδαφών το σήμα Radar μπορεί να διεισδύσει στο έδαφος από μερικά εκατοστά μέχρι κάποια μέτρα. Μεγαλύτερο μήκος κύματος και σε λιγότερο υγρό έδαφος (π.χ. περίπτωση ερήμου) το σήμα μπορεί να φθάσει αρκετά μέτρα σε βάθος.

Τα συστήματα Radar ονομάζονται παντός καιρού. Για μήκη κύματος μεγαλύτερα από 3cm τα σύννεφα είναι περατά οπότε δεν αποτυπώνονται στην εικόνα. Το γεγονός αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι τα υγρά σωματίδια των νεφών έχουν μία μέση διάμετρο (0.1 mm) σαφώς μικρότερη από τα μήκη κύματος του Radar. Είναι πιθανόν μία καταιγίδα να καταστήσει ασθενέστερο το εκπεμπόμενο και ανακλώμενο σήμα και σε σπάνιες να καταγράψει το φαινόμενο

Ατμοσφαιρικά σωματίδια

VIR =ορατό και υπέρυθρο

μλ = σήμα Radar

Μία απεικόνιση radar παράγει εικόνα στην οποία η ισχύς του σήματος Radar που ανακλάται από ένα αντικείμενο καθορίζει τον ψηφιακό αριθμό (DN) για κάθε εικονοστοιχείο. Η ισχύς εξαρτάται από πολλούς παράγοντες μεταξύ των οποίων είναι οι παράμετροι παρατήρησης (συχνότητα, πόλωση, προσπίπτουσα γωνία κλπ) και οι επιφανειακοί παράμετροι όπως ανάγλυφο, γεωμετρικό σχήμα και διηλεκτρικές ιδιότητες των αντικειμένων.

Συντελεστής ανάκλασης σ0

Ενα σύστημα Radar εκπέμπει ένα μικρό παλμό ενέργειας και στη συνέχεια καταγράφει το ανακλώμενο σήμα διάχυσης. Η πληροφορία που αποκτάται περιλαμβάνει:

•Τη σχετική ένταση

•Τη φάση

•Την κατεύθυνση της λήψης

Η ένταση του σήματος οπισθοσκέδασης μετράται με τον συντελεστή ανάκλασης σ0 το οποίο εξαρτάται από το ανάγλυφο την γεωμετρία και την διηλεκτρική σταθερά της επιφάνειας

Ο προσδιορισμός της τραχύτητας μιας επιφάνειας σχετίζεται με το μήκος κύματος του Radar και την προσπίπτουσα γωνία.

Μια επιφάνεια θα εμφανίζεται ως ομαλή όταν οι διαφοροποιήσεις στο ύψος είναι μικρότερες από το 1/8 του μήκος κύματος του radar. Ως ανώμαλη επιφάνεια ορίζεται αυτή που έχει διαφορά ύψους ιση ή μεγαλύτερη από το μισό του μήκους κύματος. Οπωσδήποτε οι επιφάνειες θα είναι λιγότερο ή περισσότερο ανώμαλες σε σχέση πάντοτε με το μήκος κύματος του μικροκυματικού που χρησιμοποιούμε. Επίσης όσο μεγαλύτερη είναι η προσπίπτουσα γωνία τόσο περισσότερο «επίπεδη» εμφανίζεται η επιφάνεια. Στην εικόνα οι ανώμαλες επιφάνειες είναι φωτεινότερες ενώ οι επίπεδες σκοτεινές (π.χ. επιφάνεια του ήρεμου νερού)

Η τραχύτητα της επιφάνειας επιδρά στη οπισθοσκέδαση του σήματος. Οριζόντιες επίπεδες επιφάνειες λειτουργούν ως καθρεπτικές επιφάνειες με αποτέλεσμα ο συντελεστής οπισθοσκέδασης να είναι σ0 = 0. Αντίθετα όταν η επιφάνεια δεν είναι λεία (σύμφωνα με τα προηγούμενα ) τότε το σ0 >0 και τέλος στην περίπτωση του φαινομένου του «ανακλαστήρα» ‘η γενικά όταν η επιφάνεια είναι κάθετη στη διεύυθυνση του σήματος το σ0>>0

Η διηλεκτρική σταθερά περιγράφει την ικανότητα των υλικών να απορροφούν, ανακλούν και να μεταφέρουν την μικροκυματική ενέργεια. Η διηλεκτρική σταθερά αυξάνει με την παρουσία της υγρασίας στα υλικά. Η παρουσία της λοιπόν αλλάζει δραματικά τις ιδιότητες ενός αντικειμένου για το πως αυτό θα αντιπροσωπεύεται στην εικόνα radar. Η ανακλαστηκότητα και επομένως η φωτεινότητα στην εικόνα θα είναι αυξημένη όταν υπάρχει αυξημένο ποσοστό υγρασίας. Εφαρμογή της παραπάνω ιδιότητας είναι η δημιουργία χαρτών εδαφικής υγρασίας.

Α= υγρό έδαφος

Β= ξηρό έδαφος

Προβλήματα απεικόνησης στις εικόνες RadarΟπως και με τα δεδομένα από οπτικά συστήματα έτσι και στις εικόνες Radar υπάρχουν παραμορφώσεις. Σστη περίπτωση των Radar οι παραμορφώσης οφείλονται στον τρόπο απεικόνησης (right side looking). Παραμόρφωση λόγω της αποτύπωσης κατά την επικλινή απόσταση (slant range distance) αυτό δημιουργεί διαφορετικές κλίμακες για το τμήμα κοντά στον δορυφόρο σε σχέση με το τμήμα που είναι στο άλλο άκρο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα δεδομένα προς το ναδιρ να είναι συμπιεσμένα. Θα πρέπει η εικόνα να μετατραπεί σε πραγματική απόσταση εδάφους (ground range).

Ground range

Εικόνα κατά το slant range στο αριστερό άκρο τα δεδομένα είναι συμπιεσμένα

Οπως στην περίπτωση των σαρωτών έτσι και στις εικόνες Radarδημιουργούνται παραμορφώσεις λόγω αναγλύφου. Στην περίπτωση των Radar η μετατώπηση γίνεται προσ την μία διάσταση και τα αντικείμενα μετακεινούνται προς τον αο όργανο καταγραφής. Τα δύο φαινόμενα παραμόρφωσης λόγω αναγλύφου είναι η συμπίεση δεδομένων (foreshortening) και η επικάλυψη (overlay).

Οταν η γωνία μιας κεκλιμένης επιφάνειας είναι μικρότερη της προσπίπτουσας γωνίας τότε έχουμε συμπίεση δεδομένων. Η συμπίεση αυτή αφορά την κλίση των αντικειμένων προς τον δορυφόρο, έχει δε ως αποτέλεσμα τα πρανή αυτά να εμφανίζονται φωτεινά στις εικόνες.

Η πλαγιά ΑΒ εμφνίζεατι στην εικόνα συμπιεσμένο. Η ακραία περίπτωση συμβαίνει όταν το σήμα είναι κάθετο στο πρανές (προσπίπτουσα γωνία = 0) και η απεικόνηση θα είναι ταυτόχρονη και επομένως σημειακή.

Φαινόμενο επικάλυψης

Στη περίπτωση των πολύ μεγάλων κλίσεων (όταν η γωνία της κλίσης του πρανούς προς το Radar είναι μεγαλύτερη από την προσπίπτουσα γωνία του σήματος) οι κορυφές των ορεινών όγκων έχουν μικρότερο slant range σε σχέση με την βάση του πρανούς και η ιεραρχία αποτύπωσης στην εικόνα είναι διαφορετική σε σχέση με την πραγματική στο έδαφος (ground range). Συνήθως οι περιοχές αυτές στην εικόνα εμφανίζονται φωτεινές λόγω της χαμηλής τοπικής προσπίπτουσας τοπικής γωνίας επίσης εμφανίζονται περιοχές με υψηλή σκίαση.

Το σήμα επιστροφής από την κορυφή θα επιστρέψει χρονική πριν από το σήμα της βάσης και επομένως θα καταγραφεί πρώτα η κορυφή.

Σκίαση

Τόσο η συμπίεση όσο και η επικάλυψη δημιουργούν στη εικόνα σκιάσεις. Η σκίαση προκύπτει όταν για διάφορους λόγους το σήμα δεν φωτίζει κάποιες περιοχές. Οι περιοχές αυτές εμφανίζονται στην εικόνα σκούρες με χαμηλές ψηφιακές τιμές. Καθώς η προσπίπτουσα γωνία αυξάνεται από την αρχή προς το άκρο της απεικόνησης αυξάνεται και η σκίαση.

Τηλεπισκόπηση με τη χρήση του θερμικού τμήματος του ΗΜΦ

Ένα θερμικό αισθητήριο όργανο καταγραφής ανιχνεύει την ακτινοβολούμενη θερμική ενέργεια από ένα επιφανειακό αντικείμενο μέσω της:

Ακτινοβολίας – ηλιακή θέρμανση των επιφανειακών χαρακτηριστικών

Μετάδοσης - μέσω της επαφής με το εδάφους

Τα ατμοσφαιρικά παράθυρα στο θερμικό υπέρυθρο του ΗΜΦ είναι:

3 – 5 μm

8 – 14 μm

Η ακτινοβολία που αντιστοιχεί σε μήκη κύματος από 3 έως 14 μmονομάζεται θερμικό υπέρυθρο

Στο ορατό και κοντινό υπέρυθρο (0.4-3μm) η τηλεπισκόπηση εξετάζει τις αντιθέσεις που παρατηρούνται στις ιδιότητες των σωμάτων λόγω της ανακλώμενης ηλιακής ακτινοβολίας. Στο θερμικό υπέρυθρο παρατηρούνται οι ιδιότητες των αντικειμένων αφού αυτά απορροφήσουν την ορατή και υπέρυθρη ακτινοβολία και στη συνέχεια την εκπέμψουν σε μεγαλύτερα μήκη.

Οι δορυφόροι σχεδόν πολικής τροχιάς, όπως είναι όλοι οι φορυφόροι παρατήρησης της γης, ταξιδεύουν προς το βορά από τη ία πλευρά της γης και προ τα νότια από την άλλα πλευρά. Αυτές οι τροχιές ονομάζονται ανερχόμενη και κατερχόμενη τροχιά αντίστοιχα. Η ανερχόμενη τροχιά γίνεται στην υπόσκιά πλευρά της γης. Στη πλευρά αυτή δυνατότητα απεικόνησης έχουν μόνο τα διαστημικά συστήματα Radar καθώς και οι δορυφόροι που καταγράφουν την εκπεμπόμενη ενέργεια (θερμική).

Ορισμένες από τις εφαρμογές είναι:

•Χαρτογράφηση εδαφών και της υπάρχουσας υγρασίας

•Καθορισμός και παρακολούθηση της θερμικής συμπεριφοράς των ηφαιστείων

•Μελέτη της εξάτμισο-διαπνοής της βλάστησης

•Εντοπισμός θερμών πηγών

•Εντοπισμός θερμικής ρύπανσης σε παράκτιες ζώνες, λίμνες και ποτάμια

•Παρακολούθηση των δασικών πυρκαγιών

•Εντοπισμός θερμικών νησίδων σε δομημένο περιβάλλον

Κινητική θερμοκρασία

Ορίζεται ως η μέση θερμοκρασία υλικού που μετ΄ρείται με ένα θερμόμετρεκαι αντιπροσωπεύει την θερμική ενέργεια των μορίων του υλικού

Ακτινοβολούμενη θερμοκρασία

Το ποσό της ενέργειας που εκπέμπεται από ένα αντικείμενο μπορεί να μετρηθεί από απόσταση.

Μελανό σώμα είναι το σώμα εκείνο που δρα ως άριστος απορροφητής και ιδανικός ακτινοβολέας. Απορροφά και επανεκπέμπει όλη την προσπίπτουσα ενέργεια και δεν επιτρέπει την ανάκλαση

Συντελεστής εκπομπής

Ε= εκπομπή ακτινοβ. ενός αντικ. σε μία ορισμένη θερμοκρ./ εκπομπή ακτινοβ. Ενός μελανού σώματος στη ίδια θερμοκρασία

Ε μεταξύ 0 και 1.

Ερμηνεία θερμικών εικόνων

Η πλέον καθοριστική παράμετρος για την ανάλυση και ερμηνεία των θερμικών εικόνων είναι οι συνθήκες στην επιφάνεια της Γης κάτω από τις οποίες θερμαίνονται τα διάφορα υλικά.

Παράγοντες που επιδρούν

•Η τοπογραφία

•Τα επιφανειακά χαρακτηριστικά

Στη πρώτη περίπτωση η χρήση εικόνων νυχτερινών λήψεων αμβλύνει το πρόβλημα στη δεύτερη θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη το εδαφικό κάλυμμα.

Η θερμοκρασιακή συμπεριφορά των βασικών επιφανειακών χαρακτηριστικών στη διάρκεια του

24ώρου.

Λίγο πριν από την ανατολή υπάρχει μια σχετική ισορροπία και οι θερμικές καμπύλες παραμένουν βασικά σταθερές

Κατά τη διάρκεια της ημέρας τα υλικά θερμαίνονται και φθάνουν στο υψηλότερο θερμοκρασιακό σημείο πολλές φορές αργά το μεσημέρι, μέγιστη αντίθεση στην εικόνα

Οι θερμοκρασιακές ακραίες τιμές συχνά προσφέρουν πληροφορίες σχετικά με τον τύπο και την κατάσταση ενός αντικειμένου

Παράγοντες που επιδρούν στον τόνο της εικόνας

Τα φωτεινότερα εικονοστοιχεία σε μια θερμική εικόνα αντιπροσωπεύουν τα θερμότερα υλικά

Τα σκούρα εικονοστοιχεία αντιπροσωπεύουν τα ψυχρότερα χαρακτηριστικά.

Μία θερμική υπέρυθρη εικόνα μοιάζει με μία μονοφασματική εικόνα αλλάαντί να αντιπροσωπεύει την ανακλώμενη ενέργεια αντιπροσωπεύει την εκπεμπόμενη.

Διαφοροποιήσεις στην ηλιακή γωνία ανύψωσης σε σχέση με την θέση του δορυφόρου

Η δυνατότητα εκπομπής ενέργειας από τα επιφανειακά χαρακτηριστικά

Υπαρξη γεωθερμικών πεδίων

Τοπικά τοπογραφικά χαρακτηριστικά περιλαμβανωμένων του ύψους, των κλίσεων και του προσανατολισμού των κλίσεων

Μετεωρολογικές συνθήκες, βροχή, υγρασία

Θερμοκρασία αέρα σε ύψος 1-3 μέτρα από την επιφάνεια, σχετική υγρασία, άνεμος κλπ

Χαρακτηριστικά βλάστησης, ύψος, σχήμα και μέγεθος φύλλων κλπ

Ημερήσιο ιστορικό νεφοκάλυψης της περιοχής

Απορρόφηση και επαναεκπομπή της θερμικής ακτινοβολίας από αέριες μάζες

Θερμικές «σκιάσεις» που δημιουργούνται σε ψυχρές περιοχές ότων φωτίζονται απ΄ευθείας από τον ήλιο.

Όλα τα αντικείμενα σε θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν εκπέμπουν θερμική ακτινοβολία

Οι μεταβολές στην εκπεμπόμενη θερμοκρασία προσφέρουν πληροφορίες σχετικά με την θερμοκρασία και τις θερμικές ιδιότητες των επιφανειακών χαρακτηριστικών

Συμπεράσματα που στηρίζονται στις θερμικές ιδότητες οδηγούν σε συμπεράσματα σχετικά με την ταυτότητα των αντικειμένων (δύσκολα αλλά μπορεί να συμβεί)

Αρχές εκπεμπόμενης ακτινοβολίας

Το ποσό της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα αντικείμενο καθορίζεται από την

Εσωτερική του θερμοκρασία

Τον συντελεστή εκπομπής

Υπάρχει μια άμεση σχέση μεταξύ του συντελεστή εκπομπής και της ανακλαστικότητας

Όσο χαμηλότερος είναι ο βαθμός ανάκλασης ενός αντικειμένου τόσο υψηλότερος είναι ο βαθμός της εκπομπής και το αντίθετο.

Όταν ένα σύστημα παρατήρησης της Γης μετρά την ακτινοβολούμενη θερμοκρασία και θέλουμε να τη μετατρέψουμε σε κινητική θερμοκρασία τότε

Για κάθε επιφανειακό στοιχείο η ακτινοβολούμενη θερμοκρασία που καταγράφεται από το σύστημα θα είναι μικρότερη από την από την κινητική θερμοκρασία του αντικειμένου

Τα συστήματα ανιχνεύουν την ακτινοβολία από το «δέρμα» της επιφάνειας και πιθανότατα η θερμοκρασία να μην είναι ενδεικτική της πραγματικής εσωτερικής θερμοκρασίας.

Δορυφορικά συστήματα καταγραφής του θερμικού υπέρυθρου

Landsat 5 TM φασματική ζώνη 6, 10,4-12,5 μm pixel= 120x120m

Landsat 7 ETM φασματική ζώνη 6, 10,4-12,5 μm, pixel size = 60x60m

ASTER φασματικές ζώνες:

Band 10: 8.125 - 8.475 µm,

Band 11: 8.475 - 8.825 µm,

Band 12: 8.925 - 9.275 µm,

Band 13: 10.25 - 10.95 µm,

Band 14: 10.95 - 11.65 µm

Pixel size = 90x90m

Αυτή η σειρά νυχτερινών θερμικών εικόνων ASTER εμφανίζει την δράση ηφαιστείου στη Hawaii. Η λάβα καταλήγει στη θάλασσα Κάθε εικόνα είναι 9χ12 χιλ.ξεκινώντας από πάνω αριστερά οι εικόνες έχουν περίπου ένα μήνα χρονική διαφορά το 2000. Είναι η φασματική ζώνη 14 κωδικοποιημένη με χρώματα, από το μαύρο (ψυχρότερα) στο μπλε, κόκκινο, κίτρινο, λευκό (θερμότερο).

Κατανομή στο ΗΜΦ των θερμικών φασματικών ζωνών του ASTER

Αρχές ερμηνείας εικόνων

Η τηλεπισκόπηση τα τελευταία χρόνια εξελίχθηκε σε ένα σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη των χαρακτηριστικών της γηινης επιφάνειας καθώς και των φαινομένων. Δεν πρόκειται για κάποια μαγική τεχνική που μπορεί να λύση κάθε πρόβλημα αλλά για μια νέα τεχνική η οποία χρησιμοποιήται μαζί με άλλες «παραδοσιακές» τεχνικές. Οι παρατηρήσεις υπαίθρου είναι και θα είναι αναγκαίες και δεν πρόκειται να αντικατασταθούν από την τηλεπισκόπηση. Ομως η συλλογή δεδομένων στην ύπαιθρο απαιτεί πολύ χρόνο ενώ τα δεδομένα της τηλεπισκόπησης μπορεί να καταγραφούν σε πολύ μικρό σχετικά χρόνο. Ο χρήστης μπορεί με την χρήση δεδομένων παρακολούθησης της γης να επιτύχει μία καλύτερη αντίληψη της όλης περιοχής σε σχέση με αυτή που μπορεί να έχει στην ύπαιθρο. Επίσης τα δεδομένα τηλεπισκόπησης μπορούν να δώσουν πληροφόρηση για στοιχεία γαι τα οποία δυσκολα μπορούν να αποκτυθούν με άλλο τρόπο.

Είναι γνωστό ότι η τηλεπισκόπηση κυρίως με τη χρήση δορυφορικών εικόνων προσφέρεται σαν μέθοδος για συλλογή στοιχείων με χαμηλό κόστος σε σύντομο χρόνο και με μεγάλγ ακρίβεια με παράλληλη παραγωγή μικρής ή μεγάλης κλίμακας θεματικών χαρτών.

Διαχρονική προσέγγιση

Πολυεπίπεδη προσέγγιση

Πολυφασματική προσέγγιση

Ερμηνεία α/φιών και τυπωμένων δορυφορικών πανχρωματικών εικόνων

Η ανάλυση α/φιών και δορυφ. πανχρωματικών εικόνων είναι η διαδικασία διάκρισης των φυσικών και ανθρωπογενών χαρακτηριστικών που είναι αποτυπωμένα σε αυτές. Η ανάλυση αυτή μπορεί να γίνει μονοσκοπικά ή στερεοσκοπικά με χρήση ζεύγους εικόνων (εκτός των α/φιών υπάρχουν και δορυφορικά συστήματα που δίνουν στερεοσκοπική κάλυψη π.χ. SPOT).

Η αναγνώριση και καταγραφή των χαρακτηριστικών αυτών ονομάζεατι ποιοτική ανάλυση ενώ ο καθορισμός της γεωμετρίας τους στο χώρο ονομάζεται ποσοτική ανάλυση.

Η ποιοτική ανάλυση λέγεται φωτοερμηνεία ενώ η ποσοτική φωτογραμμετρία.

Στερεοσκοπική παρατήρηση

Η επικάλυψη μεταξύ δύο διαδοχικών α/φιών της ίδιας πτήσης που συνήθως είναι 60% κατά μήκος και 20%-30% εγκέρσια δίνει την δυνατότητα στερεοσκοπικής παρατήρησης. Επίσης δορυφορικά δεδομένα δεδομένα προσφέρουν την δυνατότητα στερεο παρατήρησης όπως οι πανχρωματικές εικόνες SPOT, τα δεδομένα Radar από τον δορυφόρο ERS κλπ.

Η στερεοσκοπική παρατήρηση υποβοηθάται με όργανα που καλούνται στερεοσκόπια. Τα στερεοσκόπια που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι τριών τύπων:

Τα απλά στερεοσκόπια

Τα κατοπτρικά

Τα στερεοσκόπια ρυθμιζόμενων φακών μεγάλης μεγέθυνσης

Ποιοτική Ανάλυση

Στη φωτοερμηνεία σημαντικό ρόλο παίζουν οι υποκειμενική παράγοντες όπως η οξύτητα όρασης και αντίληψης καθώς και η ψυχολογική κατάσταση του ερευνητή. Σημαντικό επίσης ρόλο παίζουν και οι αντικειμενικοί παράγοντες όπως είναι η ποιότητα των δεδομένων καθώς και η τεχνική που ακολουθείται. Τα βασικά στοιχεία πάνω στα οποία στηρίζεατι η φωτοερμηνεία είναι πολλά και ορισμένα από αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν και στην ανάλυση δεδομένων άλλου τύπου πέρα από τις α/φίες και τα δορυφορικά πανχρωματικά δεδομένα όπως είναι τα πολυφασματικά δεδομένα κυρίως από οπτικά συστήματα.

B/W δεδομένα

α/φίες

Πανχρωματικές δορυφορικές εικόνες

Μονοφασματικές δορυφορικές εικόνες (σε μικρότερο βαθμό)

Πολυφασματικά δεδομένα

Σύνθετα ψευδέγχρωμα ή πραγματικού χρωματικής απόδοσης

Διαχρονικές ψευδέγχρωμες εικόνες Radar

Ποιότητα της ανάλυσης εκφράζεται από το πόσο τα αντικείμενα που απεικονίζονται είναι ευκρινή και ξεχωρίζουν από τα γειτονικά γεγονός που καθορίζεται από τη χωρική διακριτική ανάλυση των δεδομένων. Η διακριτική ικανότητα ορίζει το μέγεθος και σε πολλές περιπτώσεις τη φύση των χαρακτηρηστικώνπου μπορούν να αναγνωριστούν. Οπωσδήποτε η φασματική ταυτότητα των αντικεινένων παίζει επίσης σημαντικό ρόλο σε βαθμό που αντικείμενα μικρότερα από την διακριτική ικανότητα του συστήματος να είναι δυνατόν να αναγνωριστούν.

Η ποιοτική ανάλυση γίνεται κυρίως με βάση τα ακόλουθα διαγνωστικά κριτήρια:

Φωτογραφικός τόνος: Επηρεάζει το σχετικό ποσό του φωτός που ανακλάται α΄πό ένα αντικείμενο και το χρόνο λήψης της εικόνας και το οποίο στην εικόνα ή την α/φιά μεταφράζεατι σε αποχρώσεις του γκρι. Επειδή ο τόνος εξαρτάται από την ώρα, την εποχή και τις καιρικές συνθήκες στη περίπτωση των α/φιών επιδιώκεται πάντοτε η λήψη α/φιών σε συνθήκες που ευνοούν μεγάλη αντίθεση του τόνου. Στη περίπτωση των δορυφορικών δεδομένων η ώρα είναι πάντοτε η ίδια, διαφορέςστις εικόνες υπάρχουν λόγω των εποχικών διαφορών (ηλιακή ανύψωση και αζιμούθιο) και των καιρικών συνθηκών.

Ο τόνος αναφέρεται στη σχετική φωτεινότητα ή χρωματική απόδοση ενός αντικειμένου στην εικόνα. Γενικά ο τόνος είναι το βασικό στοιχείο διάκρισης χαρκτηριστικών. Οι μεταβολές στον τόνο επιτρέπουν την διάκριση των υπολοίπων κριτηρίων αναγνώρισης να γίνουν ορατά.

Χρώμα: αυτό εκφράζεατι με αποχρώσεις χρωμάτων στις έγχρωμες α/φίες και δορυφορικές εικόνες αποχρώσεις του γκρι στις B/W εικόνες. Η διακριτική ικανότητα του ανθρώπινου οφθαλμού σε αποχρώσεις είναι περίπου 1000 φορές μεγαλύτερη στις έγχρωμες από τις μαυρόασπρες. Από αυτό προκύπτει ότι τα έγχρωμα δεδομένα επετρέπουν ακριβέστερη ερμηνεία.

Υφή: Η υφή αναφέρεται στην κατανομή και τη συχνότητα των τονικών μεταβολών σε συγκεκριμένες περιοχές της εικόνας. Οι διαβαθμίσεις του τεφρού χρώματος είναι συνέπεια του ότι τα διάφορα αντικείμενα αντανακλούν ή εκπέμπουν ακτινοβολία σε διαφορετικά μήκη κύματος. Αυτές οι αλλαγές αποτυπώνονται ως αλλαγές στον τόνο, το χρώμα και την πυκνότητα επιτρέποντας την διάκριση των αντικειμένων. Οι σκιές είναι χρήσιμες π.χ. Στις γεωμορφολογικές μελέτες όπου χαμηλά ανάγλυφα μπορούν να αναγνωριστούν υπό συνθήκες μικρής πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας.

Τραχύα και

ομαλή υφή

Σχήμα: Αναφέρεται στο γενικό σχήμα, την δομή και το περίγραμμα μεμονομένων αντικειμένων.Είναι ένα ιδιαίτερο κριτήριο ορισμένων φυσικών και

ανθρωπογενών χαρακτηριστικών. Πολλά αντικείμενα μπορούν να αναγνωριστούν με μεγάλη βεβαιότητα από το σχήμα τους ή τη μορφή τους κυρίως αντικείμενα και εργα της ανθρώπινης δραστηριότητας.

Μέγεθος: Σε πολλές περιπτώσεις το μήκος, τοπλάτος και ο όγκος είναι σημαντικά κριτήρια αναγνώρισης αντικειμένων φυσικών ή μη. Επίσης υπάρχει η δυνατότητα υπολογισμού της κλίμακας πολλών αντικειμένων εάν τα συγκρίνουμε με άλλα αντικείμενα με γνωστή κλίμακα π.χ. Δρόμους.

Διάταξη: Αναφέρεται στη χωρική διευθέτηση ευδιάκριτων αντικειμένων.Επαναλαμβανόμενες διευθετήσεις φυσικών και ανθρωπογενών χαρακτηριστικών είναι συνήθεις. Τυπικά μία επανάληψη παρόμοιων τόνων και υφών θα δημιουργήσει μια ξεχωριστή διάταξη. Αυτά τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν είτε γεωργικές δραστηριότητες είτε χαρακτηριστικά του εδάφους κλπ. Το αστικό οδικό δίκτυο με τα σπίτια εκατέρωθεν είναι ένα συγκεκριμένο παράδειγμα διάταξης.

Μέγεθος: μικρά πλοιάρια και μεγάλα εμπορικά πλοία

Σχήμα: σχεδόν τετράγωνες οικίες- ακονόνιστο σχήμα για τα χαμηλά παλαιά σπότια

Σκιά: ύψος κτιρίων

Τόνος: σκούροι τόνοι για το δάσος και ανοιχτοί τόνοι για τις καλλιεργούμενες εκτάσεις

Υφή: τραχύα υφή για την δασική έκταση και ομαλή για την υπό αναγάννηση δασική έκταση

Διάταξη: γραμμικός χαρακτήρας του οδικού δικτύου, ποτάμι κλπ.

Βασική διαδικασία ερμηνείας εικόνων

Η εξέταση της εικόνας πρέπει να ξεκινά με την καθιέρωση θετικής αναγνώρισης των πλέον βασικών και μεγάλης κλίμακας χαρακτηριστικών π.χ. Ξηρά vs θάλασσα, ανθρωπογενές προς φυσικό περιβάλλον κλπ. Στη συνέχεια απαιτήται η μελέτη της πληροφορίας που συνοδεύει την εικόνα όπως η ημερομηνία λήψης. Εάν υπάρχουν χαρακτηριστικά στην είκονα που έχουν αναγνωριστεί με σιγουριά θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως κλίμακα.

Σημαντικό επίσης είναι η συλλογή στοιχείων για την περιοχή που καλύπτεατι από την εικόνα, τέτοια στοιχεία μπορούν να είναι για παράδειγμα οι τοπογραφικοί και γεωλογικοί χάρτες

Ερμηνεία δορυφορικών δεδομένων σύνθετων ψευδέγχρωμων εικόνων από οπτικά συστήματα.

Σημαντικό στοιχείο για την ερμηνεία αυτών των εικόνων είναι η πληροφορία σχετικά με την εικόνα δηλαδή οι φασματικές ζώνες που χρησιμοποιήθηκαν και η σύνδεση κάθε φασματικής ζώνης με ένα από τα βασικά χρώματα RGB. Η έκφραση

Landsat 7 ETM 4,7,2 (RGB)

σημαίνει ότι η εικόνα έχει ληφθεί από τον δορυφόρο Landsat 7 με την χρήση του οργάνου καταγραφής ETM (Βελτιωμένος Θεματικός Χαρτογράφος). Για την δημιουργία της εικόνας χρησιμοποιήθηκαν οι φασματικές ζώνες 4, 7 και 2 του δορυφόρου εκ των οποίων η φασματική ζώνη 2 αντιστοιχεί στο ορατό τμήμα του ΗΜΦ και συγκεκριμένα στο πράσινο, και οι φασματικές ζώνες 4 και 7 στο υπέρυθρο. Η φασμ. Ζώνη 4 συνδέεται με το ερυθρό χρώμα, η φασμ. Ζώνη 7 με το πράσινο και η φασμ. Ζώνη 2 με το μπλε.

Βασική προϋπόθεση για την ερμηνεία είναι να γνωρίζουμε σε γενικές γραμμές την φασματική απόκριση των βασικών επιφανειακών χαρακτηριστικών στα διάφορα μήκη κύματος π.χ. Το έδαφος , το νερό, η βλάστηση κλπ.

Στη συνέχεια με βάση τις φασματικές ζώνες που χρησιμοποιήθηκαν και την συνδεσή τους με το σύστημα χρωμάτων RGB γίνεται η ερμηνεία. Στην ψευδέγχρωμη εικόνα τα διάφορα χρώματα δημιουργούνται από την συνησφορά της κάθε φασματικής ζώνης μέσω του χρώματος με το οποίο συνδέθηκε.

Στα υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας οπτικά δεδομένα π.χ. IKONOS είναι δυνατόν να χαρτογραφηθούν οι ζημιές μετέ από ένα σεισμό.

Στην περίπτωση των διαχρονικών εικόνων από οπτικά δεδομένα η ερμηνεία είναι περισσότερο σύνθετη και θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψην οι φασματικές ζώνες και η συνδεσή τους με το σύστημα RGB καθώς επίσης και η συνδεσή τους με τις διάφορες ημερομηνίες λήψης ( δύο ή τρείς ημερομηνίες διαφορετικές).

Βασικοί παράμετροι που επηρεάζουν την ερμηνεία των σύνθετων εικόνων είναι η χωρική και φασματική διακριτική ικανότητα του οργάνου καταγραφής.