Poprzez ortofotomapę rozumie się obraz fotograficzny posiadający na całej swej powierzchni jednolitą ustaloną skalę, nie obarczony wpływem błędów orientacji zewnętrznej i deniwelacji terenu.

Ortofotomapy wykonuje się z pojedynczych zdjęć, przy czym wszystkie zdjęcia z bloku są przetwarzane, a arkusze ortofotomap mozaikowane są ze środkowych części zdjęć.

Ortofotomapy - Materiałem fotogrametrycznym powszechnie wykorzystywanym (ze względu na łatwy dostęp i niskie koszty) w systemach informacji leśnej mogą być barwne zdjęcia w skali 1:26 000 wykonane w latach 1995 - 1999 dla obszaru całej Polski w ramach programu PHARE.

W celu interpretacji treści leśnej lepsze byłyby zdjęcia o innych parametrach technicznych, ale niewątpliwą zaletą tego materiału fotogrametrycznego jest ich aktualność, dostępność i niski koszt wykonania wtórnych diapozytywów.

Aby obraz ortofotomapy pokazywał maksymalnie dużo obiektów, należy w trakcie opracowania stosować następujące wymagania:

• wytwarzać i mozaikować ortofotografie w sposób, który będzie minimalizował wpływy błędów numerycznego modelu terenu, zniekształceń perspektywicznych oraz spadku jasności zdjęcia ku jego brzegom czyli ortofotomapa powinna być tworzona tylko ze środkowych części zdjęć lotniczych,

• obraz powinien być niezależny od podziału arkuszowego,

• szew połączenia nie powinien być widoczny na obrazie i powinien być prowadzony wzdłuż linii, które są granicami konturów terenowych; wymaganie to wynika nie tylko z troski o estetykę, ale ma na celu zachowanie czytelności ortofotomapy.

Ortofotomapy w skali 1:5000 wykonane ze zdjęć PHARE w skali 1:26000 niosą wiele informacji o pokryciu terenu. Niejednokrotnie mogą one uszczegółowić treść leśnych map numerycznych. Przy interpretacji obszarów leśnych na podstawie ortofotomap wykonanych ze zdjęć lotniczych w skali 1:26000, elementami decydującymi o wydzielaniu odrębnych obiektów są struktura przestrzenna i barwa. Jeżeli interpretację dokonuje się poprzez stereoskopową obserwację zdjęć lotniczych,istotnym elementem w kartowaniu treści leśnej jest również zróżnicowanie wysokości drzewostanów.

Przy wykreślaniu granic między różnorodnymi powierzchniami leśnymi interpretację dokonuje się na podstawie następujących zmiennych widocznych na ortofotomapie:

• zwarcie drzewostanów,

• barwa koron drzew,

• tekstura powierzchni leśnej.

Analizy zdjęć wykazują, że położenie i kształt kreślonych granic w trakcie interpretacji mogą być zbliżone do granic istniejących wydzieleń taksacyjnych, ale także istnieją sytuacje, gdy nie jest możliwe dostrzeżenie zróżnicowania skartowanego na mapach drzewostanowych oraz zdążają się również przypadki odmienne, tzn. na obszarze jednego drzewostanu manifestują się na zdjęciu powierzchnie niejednorodne.

Oczywiście w sposób prosty i szybki możliwa jest identyfikacja takich obiektów jak: luki, gniazda, obszary wylesień, pogorzelisk, zbiorniki wodne. Analizie poddany być może także kształt i położenie granicy polno-leśnej.

Ponadto ortofotomapa wizualizuje zagospodarowanie przestrzenne i pokrycie terenu nie tylko dla obszarów należących do Lasów Państwowych, ale również dla ich otoczenia.

ER Mapper jest programem do analizy obrazów teledetekcyjnych - przede wszystkim satelitarnych.

• Zaletą programu jest zapisywanie procesu przetwarzania obrazów w postaci algorytmu.

• Kolejne fazy przetwarzania nie są zapisywane na dysku w postaci plików rastrowych ale jako plik formuł, co oszczędza znaczną ilość miejsca na dyskach.

• ER Mapper czyta i zapisuje rastry w kilkudziesięciu formatach.

• Posiada moduł GIS'owy w pełnej kompatybilności z ArcView.

• Pozwala na stosowanie różnych projekcji kartograficznych, rejestracji i rektyfikacji zdjęć.

• Umożliwia wiele rodzajów filtracji i klasyfikacji obrazów.

Algorytm - zbiór kroków lub instrukcji, wykorzystywanych w procesie przetwarzania danych, w celu otrzymania nowej jakości.

ER Mapper pozwala na zapisywanie instrukcji poleceń jako „plik algorytmu”, który można wykorzystywać jako szablon do przetwarzania w ten sam sposób kolejnych obrazów

Plik algorytmu może przechowywać następujące informacje o obrazie:

• nazwy zbiorów danych,

• informację o tym, jaka część obrazu jest przetwarzana,

• informację o dostępnych kanałach spektralnych,

• rodzaje transformacji,

• rodzaje użytych filtrów,

• formuły matematyczne,

• tryby palet kolorów użyte do wyświetlania danych,

• obrazy wektorowe i kompozycje mapowe, wyświetlane łącznie z obrazem rastrowym,

• ustawienia wydruku.

Współczynnik NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), zwany indeksem wegetacji, bazuje na informacjach zawartych w kanałach spektralnych 3 (Red) oraz 4 (IR - bliska podczerwień).

Wykorzystywany jest do identyfikowania koncentracji biomasy roślinności zielnej.

Program ER Mapper umożliwia pracę na 3 podstawowych rodzajach warstw:

• wektorowych,

• rastrowych,

• tabelarycznych.

Podstawowe typy warstw rastrowych w ER Mapper:

• Pseudocolor - wyświetla dane rastrowe, kolory są kontrolowane przez paletę kolorów,

• Red - wyświetla dane rastrowe w kanale czerwonym (0-255),

• Green - wyświetla dane rastrowe w kanale zielonym (0-255),

• Blue - wyświetla dane rastrowe w kanale niebieskim (0-255),

• Hue - wyświetla dane rastrowe z kontrolą odcienia koloru (brązowy, żółty, itp.),

• Saturation - wyświetla dane rastrowe z kontrolą jasności obrazu,

• Height - kontroluje wartość „z” w widoku 3D,

• Class Display - wyświetla obraz rastrowy, utworzony przez funkcje klasyfikacji nadzorowanej lub nienadzorowanej,

• Classification - wyświetla jednokolorową „maskę” wygenerewaną na innej warstwie rastrowej.

Mozaikowanie

Charakterystyczną cechą mozaikowania jest tworzenie obrazów poprzez nakładanie nowych warstw:

• różnej rozdzielczości,

• różnego pochodzenia,

• z różnych okresów,

• o różnych kolorach.

W mozaikach warstwy nie przenikają się nawzajem, widoczne są tylko warstwy położone „najwyżej” oraz „nieprzykryte” fragmenty warstw leżących niżej.

W przypadku grupy warstw RGB zawierającej ten sam zestaw danych, zmiana kolejności warstw nie powoduje żadnych zmian w wyświetlanym obrazie.

Wyświetlanie wartości obrazu

Opcje służące do wyświetlania wartości obrazu w ER Mapper pozwalają na:

• przeglądanie wartości poszczególnych komórek obrazu lub wartości danej komórki w każdym kanale obrazu wielospektralnego,

• wyświetlanie wartości otaczających dany piksel (sąsiedztwa),

• wyświetlanie wartości piksela lub średniej z danego obszaru we wszystkich kanałach w formie wykresu liniowego (charakterystyki),

• wyświetlanie profilów wzdłuż wytyczonej linii (prostej lub łamanej),

• wyświetlanie wykresów rozproszenia (scattergram), pokazujących korelację pomiędzy wartościami danych pikseli w dwóch kanałach spektralnych obrazu,

• wyświetlanie histogramów, pokazujących na osi X przedział wartości danych, a na Y częstotliwość ich występowania.

Filtracja obrazu

Filtry przestrzenne - są często wykorzystywane do wzmocnienia wartości interpretacyjnej obrazu (np. uwydatnienie krawędzi detali czy usunięcie lub zmniejszenie szumów w obrazie). Operacje te modyfikują wartości każdego piksela w odniesieniu do wartości otaczających go pikseli.

Częstotliwość przestrzenna - to liczba zamian wartości jasności obrazu na jednostkę odległości dla danego obszaru (Sitek, 2000).

Filtracja obrazu

Główne kategorie filtrów przestrzennych to:

• filtry dolnoprzepustowe (wygładzające) - uwydatniają obraz o niskiej częstotliwości, wygładzają szczegóły obrazu i zmniejszają kontrast obrazu, np. aby wyeliminować szumy,

• filtry górnoprzepustowe (wyostrzające) - uwydatniają obraz o wysokiej częstotliwości, wyostrzają liniowe szczegóły obrazu, jak drogi, linie brzegowe,

• filtry wzmacniające krawędzie - uwydatniają krawędzie otaczające obiekty.

Filtracja przestrzenna polega na przetwarzaniu wartości każdego piksela obrazu przez dwuwymiarową macierz zawierającą wartości ważone. Wartość centralnego piksela macierzy jest obliczana na podstawie wartości ważonych każdego z otaczających pikseli. Jest to dwuwymiarowa operacja splotu.

Teledetekcja

badanie powierzchni Ziemi z odległości przy wykorzystaniu do tego celu promieniowania elektromagnetycznego emitowanego lub odbitego od obiektów materialnych.

Fotogrametria

nauka zajmująca się odtwarzaniem - na podstawie zdjęć lotniczych (lub innych obrazów teledetekcyjnych) wymiarów obiektów terenowych.

Sposoby pozyskiwania teledetekcyjnej informacji obrazowej

Zależnie od pułapu wykonywanych zobrazowań:

• systemy teledetekcji z pułapu satelitarnego

• systemy teledetekcji z pułapu samolotowego

• naziemne systemy teledetekcyjne (np. radarowe)

Zależnie od wykorzystywanego sprzętu:

• aparaty fotograficzne

• kamery wideo

• skanery

• urządzenia radarowe

Zależnie od formy zapisu obrazów:

• forma analogowa

• forma cyfrowa

Zależnie od nośników wykorzystywanych do zapisu:

• klisze fotograficzne

• taśmy magnetyczne

• nośniki elektroniczne

Zależnie od formy barwnej:

• obrazy czarno-białe (w odcieniach szarości)

• obrazy w barwach naturalnych

• obrazy w barwach umownych

Formy obrazów teledetekcyjnych

W przypadku obrazów teledetekcyjnych zarejestrowanych pierwotnie w postaci analogowej (zdjęcia lotnicze, obrazy wideo zapisane w postaci magnetycznej) w celu integracji z innymi danymi przestrzennymi zachodzi konieczność przetransformowania ich na postać cyfrową poprzez zastosowanie skanerów.

Cyfrową formę obrazu teledetekcyjnego uzyskuje się często bezpośrednio w systemach rejestracji obrazów teledetekcyjnych (w skanerach optycznych i mechanicznych montowanych na satelitach i w samolotach, w urządzeniach radarowych i laserowych, różnych typach kamer cyfrowych).

Rozdzielczość obrazów teledetekcyjnych

Cyfrowe obrazy teledetekcyjne charakteryzują cztery typy rozdzielczości:

• przestrzenna - charakteryzująca terenowy wymiar piksela w obrazie teledetekcyjnym,

• spektralna - podająca specyficzny zakres długości fali promieniowania elektromagnetycznego, które może zapisać czujnik promieniowania; rozdzielczość spektralna jest podawana dla konkretnego systemu teledetekcyjnego poprzez wyszczególnienie, często specyficznych dla danego systemu, nazw kanałów i zakresów rejestrowanego w nich promieniowania,

• radiometryczna - precyzująca liczbę poziomów, na które jest podzielony zakres sygnału odbieranego przez czujnik; rozdzielczość radiometryczna jest podawana w bitach (np. rozdzielczość 8-bitowa sygnalizuje możliwość zapisania przez czujnik 256 poziomów sygnału),

• czasowa - określająca, jak często w systemach teledetekcyjnych czujnik może otrzymać informację z tego samego fragmentu terenu.

Potencjalne zastosowanie teledetekcji w leśnictwie najczęściej będzie dotyczyło następujących typów przetworzeń:

• rektyfikacja

• mozaikowanie

• wzmocnienia

• zmiany jasności i kontrastu

• filtracje cyfrowe

• nakładanie

• operacje międzykanałowe

• klasyfikacje

Rektyfikacje obrazów zmierzają do przetworzenia geometrycznie i radiometrycznie zniekształconych obrazów oryginalnych, w celu uzyskania najbardziej wiarygodnej geometrycznie i spektralnie sytuacji terenowej. Procedury tej grupy dotyczyć będą przede wszystkim problemów usunięcia zniekształceń geometrycznych, wpływających na kartometryczność obrazów teledetekcyjnych niezmiernie istotną przy procesach integracyjnych w systemach informacji przestrzennej.

Dla usunięcia zniekształceń geometrycznych obrazów teledetekcyjnych terenów płaskich lub fragmentów obrazów terenu o zróżnicowanej rzeźbie wykorzystywane będą dane SIP, dotyczące tych szczegółów obszarów leśnych, które są możliwe do jednoczesnego zidentyfikowania na obrazie i w stosownej warstwie informacyjnej SIP. Będą to więc np. detale granicy polno-leśnej, ale przede wszystkim skrzyżowania elementów liniowych: linii podziału powierzchniowego, dróg itp.

Mozaikowanie obrazów cyfrowych jest procedurą zmierzającą do utworzenia jednego obrazu ze zbioru kilkunastu lub nawet kilkudziesięciu obrazów składowych. Jest wykorzystywane do sporządzania map obrazowych obejmujących obszar większy niż pojedyncze zdjęcie lotnicze czy obraz satelitarny. Charakterystyczną cechą mozaikowania jest nałożenie cyfrowe zachodzących częściowo na siebie obrazów, które mogą pochodzić z różnych systemów teledetekcyjnych. W mozaikowaniu obraz górny pokrywa obraz dolny w sposób, który w obrazie wynikowym umożliwia obserwację tylko obrazu górnego.

Zespół zdjęć - wszystkie zdjęcia lotnicze wykonane dla danego fragmentu terenu.

Szereg zdjęć - kolejne zdjęcia wykonane w określonych odstępach czasu, w czasie jednego przelotu nad fotografowanym terenem.

W zależności od wielkości fotografowanego obszaru i rodzaju użytego sprzętu fotograficznego (ogniskowa obiektywu) zespół zdjęć może się składać z jednego lub kilku szeregów.

Pokrycie podłużne - „nakładanie” się zdjęć krawędzią równoległą do kierunku nalotu (dotyczy nakładania się szeregów).

Pokrycie poprzeczne - „nakładanie” się zdjęć krawędzią prostopadłą do kierunku nalotu (dotyczy nakładania się zdjęć w ramach danego szeregu).

Fotomapa powstaje przez odpowiednie ułożenie, przycięcie i przyklejenie przetworzonych, najczęściej metodą fotomechaniczną, zdjęć lotniczych.

Ortofotomapa powstaje przez odpowiednie zestawienie przekształconych zdjęć lotniczych, będących rzutem środkowym zdjętego terenu, na równoważne zdjęcia, które będą rzutem ortogonalnym.

Stereoortofotomapa umożliwia stereoskopową obserwację zdjętego terenu.

Poziomy analiz teledetekcyjnych

Poziom najwyższy - obejmuje struktury przestrzenne złożone z różnych ekosystemów, co może odpowiadać przestrzeni krajobrazu ekologicznego.

Poziom pośredni - obejmuje pojedynczy kompleks leśny (bez względu na formę własności), gdzie czynnikiem systemotwórczym jest roślinność drzewiasta. Na tym poziomie struktur przestrzennych występują typowe dla LP problemy inwentaryzacyjne, które mogą być wspomagane poprzez wykorzystanie teledetekcyjnej informacji obrazowej.

Poziom najniższy - obejmuje pojedyncze wyłączenie taksacyjne

---