BOGDAN ANDREI MIHAI

TELEDETECŢIE

Vol. II

Noţiuni şi principii fundamentale

Editura Universităţii din Bucureşti 2009

Referenţi ştiinţifici: Prof.univ.dr. Mihai Grigore

Prof.univ.dr.ing. Constantin Niţu

Au colaborat: Lect.drd. Ionuţ Săvulescu (grafică), dr. Ionuţ Şandric (procesare imagini).

Coperta: Ionuţ Săvulescu, Bogdan Mihai

Tehnoredactare computerizată: Bogdan Mihai.

Redactor: Meri Pogonariu

Cuvânt înainte

Lucrarea pe care o propunem este al doilea volum al unei serii pe care am iniţiat-o

la Editura Universităţii din Bucureşti în anul 2007 (Mihai, B., Teledetecţie. Vol. I.

Introducere în procesarea digitală a imaginilor, 208 p.). Epuizarea destul de rapidă a

tirajului ne-a determinat să grăbim publicarea unui nou volum al seriei, pe care îl

dedicăm de fapt bazelor teoretice ale teledetecţiei.

În anul 2009, aniversăm aproape trei decenii de la apariţia a două lucrări de

referinţă ale domeniului, printre primele în limba română (Zegheru, N., Albotă, M.,

Introducere în teledetecţie, Ed. Ştiinţifică şi Enciclopedică, 366 p. şi Donisă, I., Grigore,

M. Tövissi, I., Aerofotointerpretare geografică, Ed.Didactică şi Pedagogică Bucureşti,

196 p.). Acestea au constituit surse de informare şi documentare pentru generaţii de

studenţi, cercetători şi cadre didactice. În urmă cu 40 de ani se obţin şi primele imagini

digitale multispectrale în SUA. Evoluţia spectaculoasă a geotehnologiilor în ultimele

două decenii a impus necesitatea apariţiei unor noi lucrări, cu informaţie actualizată, care

să permită o cât mai bună înţelegere a noţiunilor, dar mai ales o exemplificare a acestora

prin intermediul imaginilor, esenţiale pentru domeniul teledetecţiei.

Volumul prezintă pe scurt principalele noţiuni de teledetecţie, de la definiţii, la

principii ale obţinerii imaginilor, la caracteristici ale acestora şi probleme de bază în

interpretare. Este un material destinat mai ales studenţilor anilor I şi II de la Facultatea de

Geografie, dar şi cercetătorilor sau cadrelor didactice din domeniul geografiei şi ştiinţei

mediului, care doresc să se informeze în vederea deprinderii unor tehnici avansate de

lucru în analiza componentelor naturale şi sociale, a peisajului în ansamblu.

Volumul continuă tradiţia cursului predat la Facultatea de Geografie încă din

1972, iniţiat de către profesorul dr. Mihai Grigore.

Structura de bază a derivat din lucrări de specialitate de mare impact pe plan

internaţional (Sabins, 1997, Lillesand, Kiefer, Chipman, 2004, Short, 2008, Jensen, 2005,

2007, Richards, Jia, 2006) şi a fost adaptată în mod selectiv duratei cursului (un

semestru) şi complexităţii materialului. De altfel, intenţionăm ca în viitor să extindem

problematica specifică prin apariţia unor noi lucrări, ca o prelungire firească a capitolelor

tratate pe un spaţiu limitat, dar de mare însemnătate.

Doresc să mulţumesc referenţilor ştiinţifici ai lucrării care au apreciat necesitatea

editării acestui curs, profesorului doctor Mihai Ielenicz care ne-a stimulat ani de-a rândul

în direcţia dezvoltării prezentei lucrări dar şi colaboratorilor mei, Ionuţ Săvulescu şi Ionuţ

Şandric, al căror entuziasm în cunoaşterea şi utilizarea tehnicilor teledetecţiei a fost un

sprijin de mare valoare.

Autorul

Silviei, al cărei sprijin l-am simţit întotdeauna

CUPRINS

1. Noţiuni introductive

2. Radiaţii electromagnetice şi rolul lor în teledetecţie

Radiaţiile electromagnetice şi spectrul electromagnetic

Comportamentul atmosferic al radiaţiilor electromagnetice

3. Principiile teledetecţiei pasive

Televiziunea satelitară

Scanarea multispectrală

Radiometria

Scanarea termică

4. Principiile teledetecţiei active

Radarul

Sistemul LIDAR

Sonarul

5. Fotografierea aeriană (aerofotografierea)

6. Caracteristicile imaginilor satelitare şi aeriene

Scara imaginilor

Rezoluţia imaginilor

Signatura spectrală

Strălucirea şi tonul de culoare

Contrastul

Capacitatea de detectare

Acoperirea spaţială

Proprietăţile geometrice

Cheia de descifrare, legenda şi informaţii auxiliare

Nivelele de prelucrare ale imaginilor

7. Elemente de interpretare a imaginilor

Procedee de interpretare

Criterii de interpretare

8. Bibliografie

9. Resurse internet

1. NOŢIUNI INTRODUCTIVE

1. 1. Definiţii. Teledetecţia şi aplicaţiile ei.

Termenul „teledetecţie” provine la început din limba engleză (Remote sensing

ceea ce semnifică detectare de la distanţă, de la depărtare fără contact direct ) şi a fost

introdus pentru prima dată în literatura de specialitate, în Statele Unite ale Americii. La

mijlocul anilor 50, în cadrul ONR (Office of Naval Research, de lângă Washington D.C.),

autoarea E. Pruitt formulează o primă definiţie, pornind de la aplicaţiile de teledetecţie

ale sateliţilor meteorologici cu imagini de mica rezoluţie spaţială (Short, 2008).

În limba română, termenul a pătruns prin traducerea sa în franceză (fr.

télédétéction), ceea ce în apropie de combinaţia tele (de la distanţă) şi detecţie. În alte

limbi străine s-au încetăţenit termenii de fernerkundung (în germană), telerilevamento

(italiană), teledetección sau percepción remota (în spaniolă), distanţonnoe sondirovanie

(în rusă) etc. (Zegheru, Albotă, 1979).

Cele mai simple aplicaţii de teledetecţie sunt legate de pildă, de sesizarea vizuală,

de către om a unui obiect aflat la distanţă, prin localizarea lui în spaţiu dar şi prin

aprecierea naturii şi caracteristicilor lui fizice. Omul este un ,,sistem de senzori de

teledetecţie’’, capabil să sesizeze obiectele de la distanţă cu ajutorul analizorului vizual

(imagini) sau al senzorilor cutanaţi (căldura corpurilor). Aceasta este posibilă datorită

radiaţiilor electromangnetice luminoase sau calorice pe care corpurile le emit.

Definiţia teledetecţiei este relativ discutată. Principala problemă este dacă

teledetecţia este o ştiinţă sau un domeniu tehnic. O serie de autori au formulat diferite

defiiniţii din care rezultă o serie de cuvinte- cheie, aşa cum se poate observa:

,,Teledetecţia este ştiinţa obţinerii, procesării şi interpretării imaginilor ce

înregistrează interacţiunea dintre energia electromagnetică şi materie” (Sabins, 1997),

„Teledetecţia este ştiinţa şi arta (!) obţinerii de informaţii legate de un obiect,

regiune sau fenomen, pe baza analizei datelor primite de la sisteme speciale care nu intră

în contact cu obiectul sau fenomenul respectiv” (Lillesand et al., 2004).

„Teledetecţia reprezintă totalitatea instrumentelor, tehnicilor şi metodelor

destinate observării de la distanţă a suprafeţei Pământului şi interpretării imaginilor şi

datelor numerice obţinute, în vederea extragerii de informaţii relevante privind obiectele

de pe suprafaţa terestră” (Buiten, Clevers, 1993, citaţi de Wan Bakx, 2008).

În limba română, definiţiile formulate de Zegheru şi Albotă (1979) şi cea a lui

Donisă şi colab. (1980), respectiv Donisă şi Donisă (1998), apreciază teledetecţia drept

un domeniu al tehnicii, un proces, un ,,complex de activităţi” ori o aplicaţie, care se

ocupă cu captarea de la distanţă a radiaţiilor sau semnalelor emise de obiecte şi

fenomene, respectiv transformarea acestora în imagini de diverse tipuri.

Teledetecţia este, astfel, domeniul tehnic care se ocupă cu detectarea, măsurarea,

înregistrarea şi vizualizarea sub formă de imagini, a radiaţiilor electromagnetice, emise

de obiecte şi fenomene de pe Pământ sau din Univers, de la distanţă , fără a avea contact

direct cu acestea. Partea finală a definiţiei este menită să precizeze cel mai bine sensul

acestei noţiuni. Distanţa de la care se obţin imaginile este dată de altitudinea de zbor a

diferitelor platforme ce transportă sistemele specializate: sateliţi, sonde, navete sau staţii

spaţiale, avioane şi elicoptere, baloane sau chiar nave (în cazul SONAR-ului).

Figura 1.1., prezintă simplu acest aspect sub forma a două desene. În cel din

stânga se observă diversitatea obiectelor de pe suprafaţa terestră exprimată prin emisii

de radiaţii şi reflectarea radiaţiilor solare existente, care strpbat atmosfera de două ori. În

desenul din dreapta apar principalele platforme de teledetecţie, adică acele mijloace care

transportă sistemele de detectare a radiaţiilor electromagnetice care stau la baza

imaginilor: sateliţi de teledetecţie geostaţionari, sateliţi de teledetecţie, naveta spaţială,

avioane cu plafon de zbor de mare altitudine, avioane cu plafon de zbor mediu şi coborât,

sisteme terestre de măsurare a radiaţiilor prin spectrometrie de teren şi laborator.

Fig.1.1. Obţinerea imaginilor de teledetecţie cu cu ajutorul sistemelor amplasate

pe sateliţi sau pe alte platforme (Sursa: www.gisdevelopment.com).

Teledetecţia nu reprezintă o ştiinţă, ci un ansamblu de aplicaţii ale fizicii,

matematicii, chimiei şi mai ales ingineriei aerospaţiale şi nu numai, destinate obţinerii de

imagini (un domeniu al tehnicii şi mai ales al geotehnologiilor sau geomaticii).

Finalitatea acestui domeniu al tehnicii este imaginea de teledetecţie, obţinută prin diverse

mijloace, pasive sau active, în diverse formate, în diferite scopuri.

Geomatica (termen originar din Canada şi recunoscut în standardele ISO) este o

noţiune tot mai des întâlnită în literatura de specialitate, fiind reprezentată prin totalitatea

instrumentelor, tehnicilor şi metodelor, utilizate în domeniile topografiei, teledetecţiei,

fotogrammetriei, geodeziei, Sistemelor Informaţionale Geografice (SIG), Sistemelor de

Poziţionare Globală (GPS sau altele) etc. în vederea reprezentării pe planuri şi hărţi a

suprafeţei terestre.

Teledetecţia nu este o ramură a geografiei, dar oferă acesteia, la nivelul

aplicaţiilor fiecărei ramuri (geomorfologie, hidrologie, biogeografie, geografie umană

etc.), o sursă de informaţii de mare valoare. Caracterul obiectiv al imaginilor de

teledetecţie, depăşeşte cu mult ceea ce oferă harta sau planul în cercetarea mediului. În

figura 1.2 se poate observa diferenţa dintre harta topografică (de producţie ex-sovietică)

şi imaginea aeriană a aeroportului Hellenikon din Atena (Grecia). Este evidentă absenţa

unor detalii din teren în conţinutul hărţii cum ar fi avioane, case, drumuri şi străzi etc.

Fig. 1.2. Comparaţie între harta topografică şi imaginea satelitară de mare

rezoluţie spaţială. Aeroportul Hellenikon, Atena, Grecia. Sursa: P.R.Galloway, 2007.

Teledetecţia, indiferent de natura aplicaţiilor, pasivă sau activă foloseşte radiaţiile

electromagnetice pentru a obţine imaginile corpurilor, de la altitudine, din avion, satelit,

balon, elicopter, deoarece în acest mod, imaginea se poate utiliza în obţinerea de hărţi şi

planuri, iar interpretarea, analiza obiectelor şi fenomenelor este optimă.

Geografia studiază geosistemul, mediul geografic, landşaftul sau peisajul

geografic la cele mai diverse scări spaţiale, la nivel de component sau componente ori

integral. Abordarea acestei problematici implică informaţie, cât mai diversificată

calitativ şi cantitativ, care de cele mai multe ori a provenit din observaţii şi măsurători pe

teren. Finalitatea o reprezintă o bază de date spaţială, indiferent de format, pe hârtie sau

digital (hărţi, schiţe, grafice, diagrame, tabele etc.).

Teledetecţia integrează în acest lanţ teren-obsevaţii/măsurători-baza de date

spaţială, o verigă nouă, de tipul teren-sistem de teledetecţie (senzor)-imagine de

teledetecţie-observaţii/măsurători-baza de date spaţială (fig. 1.3), fapt ce implică noi

posibilităţi de obţinere a informaţiilor cu localizare spaţială (geografice). Cu toate acestea

achiziţia în timp scurt a unui volum însemnat de date, implică permanent verificarea

acestora la teren. De exemplu, harta utilizării terenului din figura 1.4 se obţine relativ

repede pe computer, dar rezultatul (arealele) necesită verificarea la teren numită şi

validare în teren.

Fig. 1.3. Poziţia şi rolul teledetecţiei în cercetarea mediului terestru (adaptare

după Wan Bakx, 2008).

Geografia, ştiinţa mediului, în general, utilizează asemeni geologiei, silviculturii,

oceanografiei, arheologiei etc., imaginile de teledetecţie ca surse de informaţii obiective.

Metoda ce are ca scop extragerea de informaţii din imaginile satelitare (realizate cu

sisteme montate pe sateliţi de teledetecţie) şi aeriene (numite şi aerofotograme) se

numeşte şi aerofotointerpretare.

Aerofotointerpretarea geografică sau fotointerpretarea geografică

(engl.image analysis) reprezinta o metodă de cercetare, specifică geografiei, dar aplicată

şi în alte ştiinţe apropiate, care utilizează, imaginile de teledetecţie.

Aceasta constă în examinarea sau analiza calitativă şi cantitativă a imaginilor de

teledetecţie, satelitare sau aeriene, în diferite scopuri, legate de mediul geografic şi

componentele acestuia (naturale, antropice), în vederea obţinerii de informaţii privind

obiectele şi fenomenele din spaţiul geografic.

Scopul aplicării acestei metode îl constituie, astfel, culegerea de informaţii,

despre obiectele şi fenomenele din teren, concretizate în final, în hărţi generale (ex.

Observaţii

Măsurători

Bază de date

spaţială

Bază de date

spaţială

Observaţii

Măsurători

Bază de date

spaţială Senzor de

teledetecţie

topografice) şi tematice (ex. harta vegetaţiei şi a utilizării terenurilor numită şi harta

acoperirii terenurilor), planuri, schiţe, tabele, grafice şi documentaţii, ce însoţesc

diferitele studii de specialitate.

În figura 1.4, harta prezentată în scară de gri (considerabil micşorată) corespunde

vegetaţiei şi utilizării terenurilor în Landul Bavaria sau Bayern (Germania). În acest

scop, geograful sau analistul alege, prin interpretarea vizuală, analitică a imaginii, în

concordanţă cu date din teren sau din alte surse (alte hărţi sau imagini aeriene), areale-

eşantion ce corespund celor nouă clase de acoperire a terenului. Computerul poate grupa

automat toti pixelii imaginii în funcţie de particularităţile lor spectrale şi numerice,

folosind diferiţi algoritmi matematico-statistici.

Aerofotointerpretarea geografică realizează legătura dintre teledetecţie şi

geografie. Ea exploatează imaginile şi are ca rezultat informaţii noi cu localizare spaţială.

Este aplicată în toate ramurile geografiei şi oferă un avantaj considerabil în colectarea

rapidă a informaţiilor, localizarea exactă a obiectelor (ex. case, drumuri), în actualizarea

hărţilor şi a diferitelor date auxiliare etc. Mai mult, analiza imaginilor aceleiaşi regiuni,

obţinute în mai multe momente permite urmărirea lesnicioasă a dinamicii unor fenomene

(ex. dinamica urbană, efectele inundaţiilor sau alunecărilor de teren, defrişări, eroziunea

solului etc.). Metoda are o largă aplicabilitate în cercetarea regiunilor întinse şi mai ales a

celor greu accesibile şi fragmentate (gheţari, creste alpine, păduri ecuatoriale, deşerturi

etc.).

Metoda a apărut şi s-a specializat în perioada interbelică, în anii 30, în Germania

şi Franţa, unde din anii 60 apare şi o publicaţie cu această titulatură (Photointerpretation).

Din 1950 există un institut specializat, în Olanda (ITC, la Delft şi apoi Enschede), devenit

astăzi o prestigioasă instituţie de învăţământ şi cercetare.

În literatura de limbă engleză apare frecvent termenul de analiza imaginilor

(engl.image analysis), ce se suprapune noţiunii de aerofotointerpretare geografică

calitativă (interpretarea vizuală) cât şi cantitativă. De cele mai multe ori, acesta apare

legat de o altă aplicaţie sau grup de aplicaţii, numit şi procesarea imaginilor (engl.image

processing, fr. traitement d’ images), sau procesarea digitală a imaginilor. Aceasta are ca

scop preluarea imaginilor brute rezultate în laboratoare din datele provenite de la senzori

sau camere de fotografiere aeriană şi supunerea lor unor proceduri de corectare,

perfecţionare şi extragere a datelor. În volumul I al lucrării noastre (Mihai B.,

Teledetecţie. Vol. I. Introducere în procesarea digitală a imaginilor, 208 p.) este

prezentată o problematică de bază legată de procesarea digitală a imaginilor.

Fig. 1.4. Hartă a utilizării terenurilor în Landul Bavaria cu 9 clase şi unităţile

naturale, Germania, întocmită pe baza imaginilor satelitare prin clasificarea pixelilor

(scară de gri). Sursa: Comisia Europeană (http://ec.europa.eu/agriculture/publi/landscape)

Fotogrammetria (de la germ. photogrammetrie), termen frecvent utilizat şi în

geografie (apărut în secolul 19, la 1864, în Germania, introdus de Meydenbauer) este o

altă aplicaţie ce utilizează imaginile de teledetecţie. Scopul acesteia este elaborarea de

hărţi şi planuri topografice sau tematice, pe baza măsurătorilor precise ale obiectelor

care apar în imagini şi reprezentării precise a acestora, la scară, pe hârtie (formatul

analogic) sau în formatul digital. Fotogrammetria a fost folosită la început în arhitectură

în întocmirea diferitelor planuri ale clădirilor.

Este principala metodă prin care sunt întocmite în prezent planuri şi hărţi

topografice, cadastrale etc. şi a trecut în numai 150 de ani de la etapa analogică (bazată

pe fotograma aeriană pe hârtie sau suport transparent), la cea analitică bazată aparat

matematic complex şi procedee analitice, la aplicaţii în mediu digital (fotogrammetria

digitală, dezvoltată după 1988, figura 1.5).

Fotogrammetria dezvoltă aplicaţii instrumentale folosind aparate mecanice şi

optice dar tot mai frecvent computere de mare performanţă (staţii fotogrammetrice

digitale) ce facilitează calculele şi măresc precizia acestora în contextul construirii

planurilor şi hărţilor pe baza determinării precise a formei şi dimensiunilor obiectelor

extrase din imaginile de teledetecţie. Toate imaginile de teledetecţie sunt integrate în

astfel de aplicaţii care s-au specializat în ultimele decenii (ex. radargrammetrie,

lasergrametrie, hologrammetrie etc.).

Fig. 1.5. Elaborarea unui plan topografic al unei cariere prin fotogrammetrie

digitală, pe baza imaginilor aeriene.

1.2. Repere istorice principale. Evoluţia teledetecţiei.

Primele imagini de teledetecţie au fost fotografiile. Până la apariţia primilor

senzori satelitari, a sistemelor nefotografice, singurele înregistrări utilizate au fost

fotografiile realizate din baloane şi apoi din avioane.

Fotografia este o invenţie din anul 1839, ce apartine celor doi francezi, J.

Daguerre si N. Niépce şi unui englez (N. Talbot). Odată cu brevetarea acestei invenţii de

către Academia Franceză (sub denumirea de dagherotipie), a început apariţia şi

diversificarea aplicaţiilor teledetecţiei. Fotografia color apare în 1895, dar filmul color

este brevetat abia în 1924 (Mannes şi Godowski).

Prezentăm mai jos câteva repere mai semnificative.

în 1850, A. Laussedat realizează prima aplicaţie de fotogrammetrie

terestră, prin desenarea schiţelor şi planurilor cu ajutorul camerei clare;

acesta va inventa mai târziu şi fototeodolitul, destinat ridicărilor

topografice terestre după imagini.

în 1864 apare fotogrammetria (definită în 1893), în Germania, inventată de

Meydenbauer ce foloseste fotografiile terestre pentru măsurători, utilizate

în special în realizarea planurilor pentru construcţii.

în 1858 sunt realizate primele fotografii din balon, de la 80 m altitudine, în

Franţa, lângă Paris (satul Le Petit Bicêtre) de catre un fotograf şi artist

plastic, G. F. Tournachon, având pseudonimul Nadar Fotografia nu se mai

păstrează astăzi. Tot în 1858 prima se realizează o imagine aeriana

aproape verticala din balon, asupra orasului Boston din SUA.

în 1877, Woodbury inventează camera de fotografiere din balon iar în

1887 este brevetată camera automată de fotografiere automată.

în 1888, în Austria, Th. Scheimpflug foloseşte fotografiile stereoscopice

obţinute cu un dirijabil şi pune bazele fotogrammetriei aeriene.

în 1903 sunt folosiţi porumbeii pentru transportul camerelor de

fotografiere aeriană (invenţia lui J. Neubronner în Germania).

în 1904 este realizată prima fotografie aeriană, folosind o rachetă,de către

suedezul A. Maul, bazată pe dinamita descoperită de A. Nobel.

în 1909 este realizată prima fotografie din avion, la Centocelle, în Italia,

de către unul dintre fraţii Wright, unul dintre inventatorii avionului (din

1903), împreuna cu un ofiţer italian.

în anul 1910 este fondată, la Viena, Societatea Internaţională de

Fotogrammetrie (ISPRS în prezent), ce organizează congrese periodice din

1913 (România este afiliată din 1930 când se publică în Buletinul

Societăţii de Geografie un amplu material privind rolul fotografiilor

aeriene în cercetarea geografică).

în 1911 este realizată prima fotografie din avion din România, la

Bucuresti, de către Aurel Vlaicu, iar în 1914 este fotografiat Bucureştiul,

iar la 1916 se realizază fotografii în scop militar în cadrul unei direcţii

speciale a armatei numită Serviciul Fotoaerian.

prima hartă întocmită be baza fotografiilor aeriene datează din 1913 şi a

fost elaborată de Tardivo, în urma unui zbor la Benghăzi (Libia).

în 1937, G. Goddard obţine, în SUA, prima fotografie aeriană în culori,

metodă perfecţionată mai ales în anii 60.

un moment important îl constituie perioada celor doua Războaie

Mondiale, care au însemnat foarte mult pentru fotografia aeriana (aplicaţii

strategice, cu arhive de fotograme verticale păstrate pînă în prezent în

Franţa, Anglia, SUA, Germania, Olanda etc.); în 1918 existau peste 2000

de camere de fotografiere aeriană în Germania, iar în anii 40 sunt realizate

fotograme aeriene de la altitudini de peste 10 mii de metri.

perioada interbelică, şi mai ales anii 30, este caracterizată prin apariţia

primelor aplicatii civile ale fotografiilor aeriene (cartografie, geodezie,

agricultură, silvicultură, urbanism, arheologie); la mijlocului anilor 30, la

Berlin (1935) s-au reunit în cadrul unui congres, geografii interesati în

utilizarea fotografiilor aeriene în cercetările lor.

dupa 1919, şi în Romania, fotografierea aeriană devine şi ea de interes

civil (primele aplicaţii sunt legate de aerofotografierea oraşelor şi satelor).

După Al Doilea Război Mondial, este etapa in care apar primele imagini

de teledetecţie satelitară, folosind alte tehnici decât fotografierea aeriana.

în 1946 se realizează prima fotografie extraatmosferică a Pământului,de pe

racheta V2, capturată din Germania, în deşert, la White Sands, New

Mexico, SUA.

în 1954 se obţin primele imagini de teledetecţie cu sisteme radar lateral

aeropurtat (ziua şi noaptea).

în 1956 se obţin fotografii aeriene falscolor pentru identificarea vegetaţiei

şi culturilor agricole în SUA.

în 1957 este lansat primul satelit artificial, în URSS, ceea ce va deschide

era cosmică.

în 1960 este plasat pe orbită, primul satelit meteorologic, TIROS 1, în

SUA, continuat de sateliţii NIMBUS (din 1964) şi NOAA. Se realizează şi

hărţi sinoptice satelitare.

în 1961, misiunea americană Mercury 4, obţine automat fotografii color de

pe orbită, folosite în studiul geologiei în 1964.

în 1962 se realizează o fotografie preluată de pe orbită de cosmonautul

sovietic Titov, iar în 1964, astronautul G. Cooper obţine fotografii color

utilizabile.

între 1968-1969 se fotografiază suprafaţa Lunii, alb-negru şi color prin

misiunile automate sovietice Zond şi cele pilotate americane Apollo.

în 1969 misiunea Apollo 9, realizează experimental primele imagini de

teledetecţie multispectrale multispectrale prin camere cu mai multe filme

spectrozonale.

în 1972 se lansează cu succes satelitul de teledetecţie ERTS A, SUA, ce va

deschide misiunea de teledetecţie LANDSAT, cea mai longevivă misiune

axată exclusiv pe obţinerea de imagini satelitare de medie rezoluţie

spaţială (15, 30, 60, 120 m etc.). Până în prezent s-au plasat pe orbită şase

sateliţi, ce au oferit o arhivă impresionată de milioane de imagini (fig.1.6).

Fig. 1.6. Satelitul ERTS A, ce a deschis misiunea Landsat în 1972 (Sursa: USGS

Landsat project).

în anii 70 sunt lansate misiuni de teledetecţie şi explorare către Mercur,

Marte şi Venus (Mariner) şi Jupiter (Pioneer).

în anii 80 şi 90, sunt iniţiate şi alte misiuni de teledetecţie orientate către

imagini de medie rezoluţie spaţială, ca de pildă SPOT lansat de ESA şi mai ales

de Franţa (din 1986), IRS din India (din 1988), JERS din Japonia (din 1992),

Radarsat din Canada (1996) etc.

în 1999, pe lângă lansarea ultimului satelit Landsat (L 7 cu senzorii

ETM+) este iniţiată misiunea IKONOS, de către SUA, prima aplicaţie comercială

cu imagini de mare rezoluţie spaţială (4 m, 1 m), urmată în 2001 de misiunea

QuickBird, cu imagini la rezoluţii de 0,65 şi 2,5 m; performanţe comparabile

aparţin senzorilor de pe sateliţii OrbView 2 şi 3.

în septembrie 2008, este iniţiată misiunea GeoEye, cu lansarea primului

satelit, GeoEye 1, cu imagini de 0,41 m în pancromatic şi 1,65 m în multispectral,

o adevărată performanţă în domeniu, superioară chiar fotografiilor aeriene digitale

de pe piaţă.

aplicaţii legate de mediu sunt misiunile TERRA cu sistemele ASTER,

MODIS şi AQUA din SUA-Japonia din 1999 şi ENVISAT- ESA, din 2002.

în România, din 1992 funcţionează CRUTA, centru specializat în aplicaţii

ale imaginilor în agricultură, ce continuă pe o nouă treaptă proiectele începute

după 1960 în cadrul fostului IGFCOT, şi se înfiinţează Agenţia Spaţială Română

din 1995, ce va promova aplicaţii ale teledetecţiei în cercetarea mediului, a

riscurilor naturale, a resurselor etc, inclusiv lansarea unui satelit.

fotografierea aeriană a teritoriului României în alb-negru s-a realizat în

anii 1960-1965, iar în 2005 este încheiată aerofotografierea digitală şi realizarea

ortofotoplanurilor digitale la rezoluţia de 0,5 m.

Teledetecţia se prezintă astăzi drept unul dintre cele mai dinamice sfere

geotehnologice. Senzorii lansaţi până în prezent s-au perfecţionat permanent, în direcţia

îmbunătăţirii rezoluţiei spaţiale, spectrale şi mai ales temporale. În ultimele două decenii,

teledetecţia a pătruns şi mai mult în aplicaţiile specifice SIG, prin diversificarea

algoritmilor de procesare şi analiză a imaginilor implementaţi în pachetele software

recunoscute de întreaga comunitate ştiinţifică.

2. RADIAŢII ELECTROMAGNETICE ŞI ROLUL LOR ÎN TELEDETECŢIE

Teledetecţia reuneşte tehnici de obţinere a informaţiilor despre obiecte şi

fenomene, de la distanţă. Informaţiile de teledetecţie sunt stocate în primul rând sub

forma imaginilor obiectelor şi fenomenelor. Acestea, indiferent de formatul lor, sunt

rezultatul înregistrării răspunsului obiectelor şi al fenomenelor din natură, în urma

interacţiunii lor cu radiaţia solară (sistemele de teledetecţie pasivă) sau cu radiaţii

generate artificial şi controlate sub raportul parametrilor caracteristici (sisteme de

teledetecţie activă).

Indiferent de sistemul tehnic utilizat, teledetecţia are la bază radiaţiile

elecromagnetice, mai precis o parte a acestora, care sunt în fapt purtătoare de informaţie

geografică, recompusă şi vizualitată în imagini (fotografice sau nefotografice, după

principiu).

Teledetecţia nu foloseşte decât radiaţiile care se pot înregistra sub forma

imaginilor fotografice (pe film alb-negru sau color) sau nefotografice (cu senzori speciali

optici şi electronici)..

Radiaţiile electromagnetice reprezintă o formă de manifestare a materiei,

concretizată în emisii energetice, care pot fi detectate, măsurate şi chiar înregistrate,

folosind diferite instrumente, în anumite condiţii.

Radiaţiile mai precis, o parte a acestora pot fi şi generate cu ajutorul unor sisteme

speciale, în laboratoare, în diferite scopuri.

Orice obiect din natură emite radiaţii, indiferent de proprietăţile lui fizice, chimice

ori biologice.

În natură, radiaţiile se diferenţiază în funcţie de caracteristicile lor energetice, de

lungimea lor de undă, frecventa şi modul de propagare. Lungimea de undă (λ) este

elementul cel mai important pentru teledetecţie, aceasta fiind rezultatul raportului dintre

viteza de propagare (c sau viteza luminii în vid, o constantă, c = 3x108

m/s) şi frecvenţă

(ν), aşa cum rezultă din formula de mai jos:

λ= c/ν

Legile fizicii stau la baza aplicaţiilor de teledetecţie. Este vorba mai ales de trei

legi şi anume legea lui Planck, legea lui Stephan- Boltzmann şi legea lui Wien. Cele trei

legi stabilesc legăturile dintre proprietăţile radiaţiei, la nivel de frecvenţă şi lungime de

undă, pe de o parte şi energia corespunzătoare, respectiv potenţialul caloric al corpurilor.

Lumina solară este una dintre principalele surse de energie. Fotonii sunt purtători de

energie, cea poate fi exprimată ca produsul dintre constanta lui Planck (h= 6.6260…x 10-

34 Joules/s ) şi frecvenţa radiaţiei (ν):

Q= hν

2.1 Comportamentul radiaţiilor. Surse de radiaţii în teledetecţie.

Orice corp din natura emite radiaţii în funcţie de proprietăţile sale fizice sau

chimice. Emisiile de radiatie ale corpurilor nu sunt identice, deoarece acestea sunt legate

de individualitatea fiecarui corp.

Două corpuri din natură (ex. un copac înverzit emite radiaţie în infraroşu şi o casă

emite radiaţie în vizibil, zonele verde şi roşu) emit radiaţii cu lungimi de undă diferite,

fapt ce permite identificarea lor. Corpurile din natură pot fi identificate pe baza emisiilor

de radiaţii. Radiaţiile electromagnetice au un comportament diferenţiat, ce se defineşte

prin patru forme (fig. 2.1):

Transmisia sau propagarea radiaţiilor este penetrarea unui mediu

de catre radiaţiile electro-magnetice (trecerea radiatiilor printr-un mediu

oarecare), fără a suferi modificări substanţiale (ex. trecerea radiaţiei solare

directe, de orice lungime de undă, prin atmosferă).

Reflexia se produce atunci când radiaţia se întoarce din mediul de

unde a venit, sub un unghi egal, cu cel de incidenţă, numit şi unghi de reflexie

(ex. radiaţia solară vizibilă la contactul cu un teren calcaros sau cu o

construcţie de culoare albă din zona mediteraneană).

Difuzia reprezintă risipirea radiaţiilor la contactul cu un mediu (ex.

lumina solară la trecerea prin norii compacţi sau prin ceaţă).

Absorbţia este datorată pierderii radiaţiilor intr-un mediu (ex.

radiaţia solară ultravioletă absorbită de stratul de ozon din stratosferă).

Fig. 2.1. Comportamentul radiaţiilor electromagnetice în natură (adaptare după

Short, 2007).

Surse de radiaţii în teledetecţie sunt diversificate şi au un rol diferenţiat în

obţinerea de imagini de teledetecţie.

Soarele - este cea mai importanta sursă, mai ales pentru

teledetecţia pasivă, cu senzor optic. Soarele emite cantităţi imense de radiatie

luminoasă şi calorică, datorită reacţiilor de fuziune nucleară, prin care

hidrogenul devine heliu. Radiaţiile solare sunt reflectate de obiectele şi

fenomenele de pe Pământ în direcţia inversă celor incidente, fapt ce permite

captarea lor cu diverse sisteme de senzori fotografici sau nefotografici, numiţi

şi optici deoarece folosesc lumina solară.

Pământul emite radiaţiile Gamma la nivelul nucleului radioactiv,

care nu au aplicaţii în teledetecţie. Radiaţiile calorice (din zonele infraroşului

termal) sunt emise de toate obiectele mai calde de zero grade Kelvin sau -

237,15˚ C, mai precis de către totalitatea obiectelor şi a fenomenelor din

natură care emit energie. Aceasta se cuantifică prin comparaţia corpurilor cu

modelul fizic al corpului negru (engl. blackbody), adică acel corp care

absoarbe toată energia radiaţiilor pe care le primeşte şi o cedează integral

spaţiului din jur. Obiectele incandescente, ca de pildă pădurile incendiate sau

lava vulcanilor emit şi radiaţii luminoase. Obiectele de pe suprafaţa terestră,

diferitele medii ca apa oceanelor, vegetaţia, culturile agricole sau construcţiile

care se află pe suprafaţa terestră intră în contact cu radiaţia solara şi emit

diferite radiaţii, în funcţie de proprietăţile lor.

Radiaţiile emise artificial, sunt: microundele, generate cu ajutorul

radarelor; lumina polarizată sau laserul, obţinută prin mijloace magneto-

electrice, undele sonore (emise de generatoare electronice de tip SONAR sau

ecosondă). Acestea sunt reflectate de către obiecte şi captate cu proprietăţi

modificate, pentru ca în final să fie transformate în imagini de teledetecţie.

2.2. Spectrul electromagnetic

Spectrul radiaţiilor electromagnetice reuneşte toate intervalele de lungimi de

undă detectabile şi măsurabile de către om cu diferite mijloace (fig. 2.2). Dintre aceste

numai o parte pot fi recompuse sub forma imaginilor ce fac obiectul interpretării

geografice.

Fig. 2.2. Spectrul radiaţiilor electromagnetice. Reprezentare schematică.

Spectrul prezintă o serie de zone, în care radiaţia electromagnetică este delimitată

pe baza lungimii de undă. Aplicaţiile de teledetecţie se limitează la producerea de

imagini, imposibilă în anumite zone spectrale aşa cum vom arăta mai jos..

Radiaţiile Gamma (γ), având sub 0,1 nm, sunt emise de nucleul radioactiv al

Pământului şi nu se folosesc în teledetecţie.

Radiatiile X, cu lungimi de undă cuprinse între 0,1 nm şi 1 nm, pot fi generate

artificial, dar nu se folosesc în teledetecţie, fiind importante în medicină.

Radiaţiile ultraviolete sau UV, sunt absorbite de în mare măsură la nivelul

stratului de ozon atmosferic şi nu se pot folosi în teledetecţie. O excepţie o

constituie radiaţiile ultraviolete UV fotografic, cu lungimi de undă între 300 şi

400 nm (0,3-0,4µ), la limita cu spectrul vizibil. Ele se pot înregistra sub formă de

imagini cu filme sau senzori speciali..

Spectrul vizibil, cuprins între intre 400 şi 700 nm (0,4-0,7µ). În această zonă a

spectrului se formează imaginile pe care le percepe omul prin analizorul vizual.

Este deosebit de important pentru teledetecţie (obţinerea fotografiilor aeriene

color normale sau a imaginilor multispectrale în combinaţiile de culori naturale).

Zona spectrului vizibil este divizată în trei interval : albastru: 400-500 nm (0,4-

0,5µ), verde 500-600 nm (0,5-0,6µ) şi roşu 600-700 nm (0,6-0,7µ).

Infraroşul, cu simbolul IR, între 700 nm (0,7µ) şi 0,1 cm. Sunt foarte importante

în teledetecţie, deşi nu sunt vizibile. Radiaţiile permit obţinerea de imagini cu

senzori optici (infraroşul reflectat) şi termici (infraroşul termal cu două zone,

figura 2.3). O serie de componente de mediu, ca de pildă copacii înverziţi

(clorofila, în general) sau argila reflectă puternic radiaţiile luminoase infraroşii.

Corpurile calde emit radiaţii infraroşii sub forma radiaţiilor calorice (ex. asfaltul

drumurilor sau clădirile din beton, în timpul verii). Pot penetra chiar şi

formaţiunile noroase.

Microundele, cu o lungime de peste 0,1 cm, sunt folosite pentru aplicaţiile radar

de teledetecţie activă şi se propagă în bune condiţii prin diverse medii. Imaginile

rezultate au aplicaţii largi în modelarea digital a reliefului.

Undele radio, cu lungimi de undă de peste 100 cm, nu permit obţinerea de

iamgini dar sunt folosite în transmiterea de la sateliţi la sol a semnalelor ce vor fi

convertite în imagini.

Dintre aceste interval, doar zonele cuprinse între 300 nm (0,3µ) şi 100 cm sunt

importante în teledetecţie, dar, şi acestea, numai parţial, în condiţiile problemelor de

propagare prin atmosferă.

2.3. Comportamentul radiaţiilor electromagnetice în atmosferă.

Atmosfera este un mediu gazos eterogen, un amestec de gaze care conţine şi

particule solide. Atmosfera terestră nu este traversată la fel de către toate radiaţiile

electromagnetice, indiferent de lungimea lor de undă. O mare parte din radiaţii îsi pierd

proprietăţile iniţiale, suferind diferite transformări, legate de refracţie, reflexie, difuzie

sau absorbţie, la interacţunea cu elementele ce compun acest mediu (gaze care absorb

radiaţii, aerosoli care difuzează radiaţii) aşa cum am obsevat anterior (fig. 2.3). Rezultă

faptul că energia caracteristică radiaţiilor solare incidente la partea superioară a

atmosferei terestre este cu mult mai mare decât cea înregistrată la nivelul suprafeţei Păm-

tului (fig. 2.4), dar este sub valoarea dată de modelul fizic al corpului negru, adică al

acelui corp care absoarbe toată energia din radiaţia incidentă şi o emite integral în spaţiu.

De aici rezultă una dintre principalele probleme ale aplicaţiilor de teledetecţie satelitară.

Fig. 2.3. Rolul atmosferei în propagarea radiaţiilor electromagnetice cu aplicaţii în

teledetecţie (după ITC, 2008).

Fig. 2.4. Variaţia energiei specifice radiaţiei solare la partea superioară a

atmosferei, la nivelul suprafeţei terestre.

În teledetectie, radiaţia electromagnetică strabate atmosfera de două ori, ca

radiaţie incidentă, de la Soare către obiect şi in calitate de radiaţie reflectată, de la

obiect către senzorul de teledetecţie aflat pe avion, elicopter sau satelit.

Pentru a defini comportamentul atmosferic al radiaţiilor, se folosesc două noţiuni.

Rata de transmisie atmosferică, reprezintă procentul în care radiaţia cu o anumită

lungime de undă penetrează atmosfera terestră pe toată înălţimea acesteia (fig. 2.5). Opus

acestei noţiuni este termenul de rată de absorbţie atmosferică.

Fereastra atmosferică (engl. atmospheric window) constituie un interval de

lungime de undă caracteristic radiaţiilor din spectrul electromagnetic, care poate trece

prin atmosferă în anumite condiţii (atmosferice). Aceasta se poate defini ca intervalul de

lungimi de undă, în limitele căruia rata de transmitere atmosferică este aproape de 100%.

Aceste noţiuni sunt reprezentate grafic în figura 2.5.

Fig. 2.5. Comportamentul atmosferic al radiaţiilor electromagnetice şi aplicaţii de

teledetecţie (după Sabins, 1997).

În figura 2.5 (sus) este detaliată o parte a spectrului radiaţiilor, respectiv aceea cu

cele mai numeroase aplicaţii în teledetecţia pasivă. Ferestrele atmosferice sunt evidente

prin vârfurile curbei ce semnifică, procentual, rata de transmisie atmosferică, în timp ce

pauzele sunt prezente în condiţiile absorbţiei radiaţiilor de către unele componente ale

atmosferei (ex. ozonul pentru ultraviolete sau unele radiaţii calorice, vaporii de apă sau

dioxidul de carbon atmosferic pentru unele radiaţii infraroşii etc.). Ratele cele mai mari

de transmisie corespund ultravioletului fotografic, dar mai ales radiaţiilor vizibilului

(albastru, verde, roşu) şi parţial, pe intervale, infraroşului.

De asemenea, se observă modul în care sistemele de senzori s-au adaptat

ferestrelor atmosferice. Cele mai multe acoperă aplicaţii în domeniul vizibil, unde şi

captarea se realizează mai uşor ca urmare a transmisiei atmosferice ce depăşeşte 80-90%

şi chiar se apropie de 100% la ultravioletul filtrat de ozon şi albastru. Principalii senzori

combină aplicaţiile aferente vizibilului cu cele ale infraroşului, în scopul obţinerii unui

volum cât mai mare de informaţii privind suprafaţa terestră. Vegetaţia poate fi mai bine

evidenţiată în infraroşu iar apele pot fi detectate şi în profunzime în zona albastrului..

În ansamblul lor, aplicaţiile de teledetecţie cele mai multe sunt în aria vizibilului

şi infraroşului, unde scannerele multispecrale şi radiometrele pot capta maximum de

informaţie prin fereastra atmosferică existentă. Senzorii optici şi radiometrici au aici

putere de rezoluţie spaţială superioară (poate atinge peste 1 m în pancromatic la IKONOS

şi 0,65 m la QuickBird) în comparaţie cu scannerele termice (60 m la LANDSAT ETM+)

dar mai ales cu cei radar (25-100 m, maximum 8 m la Radarsat 1).

În partea de jos a figurii 2.3 se observă comparativ comportamentul în atmosferă

al radiaţiilor din zona microundelor, numite şi unde radar. Dacă la limita cu microundele,

radiaţia infraroşie este absorbită aproape integral de vaporii de apă sau cristalele de

gheaţă, cele din zona microundelor au rate foarte mari de transmisie, indiferent de

condiţiile atmosferice şi au o mare aplicabilitate în aplicaţiile radar (ex. SIR C sau Space

Imaging Radar, sistem ce a funcţionat pe naveta spaţială americană Endeavour).

Aplicaţiile teledetecţiei utilizează astfel ferestrele atmosferice, deoarece radiaţia

electromagnetică tranzitează de două ori atmosfera şi trebuie să ajungă cât mai puţin

modificată la senzori, mai ales în cazul celor satelitari plasaţi pe orbite ce depăşesc limita

atmosferei, la peste 400 km la Ikonos, 700-900 km la Landsat (diferite generaţii) şi chiar

36.500 km la sateliţi meteorologici geostaţionari.

Dezvoltarea aplicaţiilor de teledetecţie necesită costuri însemnate (de ordinul

miliardelor şi zecilor de miliarde de dolari), în cercetare, tehnologie, lansare, întreţinere,

procesarea datelor pentru producţia imaginilor la staţiile de la sol, managementul

arhivelor, gestiunea drepturilor de autor şi comercializarea imaginilor către utilizatori. De

exemplu, proiectul Geo Eye a costat circa 500 milioane dolari, şi a debutat în 2004,

pentru ca satelitul Geo Eye 1 să fie lansat cu succes în septembrie 2008. Acesta este legat

de produderea ce imagini de mare şi foarte mare rezoluţie spaţială, în domeniile vizibil şi

infraroşu apropiat, care va susţine inclusiv baza de date Earth Google. Acesta a implicat

un numeroase mari companii private precum şi laboratoare de cercetare.

În aceste condiţii, proiectarea misiunii trebuie să ţină seama de cererea de pe piaţă

(ex. aplicaţiile de mediu, de dezvoltarea infrastructurilor etc.), dar mai ales de costul

construirii şi întreţinerii senzorilor. Acestea sunt cu atât mai mari cu cât transmisia

atmosferică a radiaţiei este mai slabă. De exemple fotografierea aeriană pe film sau

digitală este mai puţin costisitoare decât scanarea multispectrală cu sisteme satelitare de

teledetecţie.

2.4. Radiaţiile electromagnetice şi raportul cu suprafaţa terestră. Reflectanţa şi

radianţa spectrală.

Radiaţia Solară intră în contact cu suprafaţa terestră, care este un mediu

neomogen . Reflexia, absorbţia şi difuzia în atmosferă sunt procesele ce rezultă la

trecerea luminii solare prin atmosferă către obiectele şi fenomenele de pe suprafaţa

terestră.

Comportamentul obiectelor este diferit în raport cu radiaţia solară incidentă pe

suprafaţa lor. Acesta depinde de proprietăţile lor şi de condiţiile locale. De exemplu

vegetaţia absoarbe în mare măsură lungimile de undă ale albastrului şi roşului dar le

reflectă pe cele din zonele verde şi infraroşu, în funcţie de calitatea clorofilei. Apa poate

permite trecerea şi reflectarea lungimilor de undă ale albastrului dar le absoarbe pe cele

ale infraroşului atunci când ea este curată sau conţine numai sedimente minerale.

Reflectanţa este caracteristica obiectelor ce compun mediul terestru de a reflecta

o parte a radiaţiei solare incidente în direcţia senzorului de teledetecţie, în funcţie de

proprietăţile lor fizice şi chimice. Ea stă la baza celor mai folosite sisteme de teledetecţie,

a celor optice mai ales,care produc imagini în care peisajul poate fi vizualizat şi analizat

tocmai în raport cu aceste caracteristici. Reflectanţa se calculează în procente se exprimă

prin relaţia :

ρλ = ER λ/ EI λx 100 , unde

ρλ – reflectanţa exprimată în procente (%)

ER λ – energia radiaţiei luminoase reflectată (W)

EI λ– energia radiaţiei luminoase incidentă (W)

Obiectele din natură luminate de către Soare răspund diferit în aceeaşi zonă

spectrală. De exemplu, în infraroşu poate fi observată diferenţa dintre pădurea de foioase

şi cea de conifere. În vizibil, diferenţierea dintre acestea se face mai mult pe baza formei

coroanelor arborilor izolaţi, dacă imaginea permite. Culoarea este un element de

diferenţiere doar în anumite momente ale anului ca primăvara şi toamna, în zona

temperată.

Culoarea percepută de ochiul uman, este rezultatul variaţiilor de reflectanţă pe

care corpurile le au în cele trei zone de bază ale spectrului vizibil (albastru,verde şi roşu).

Din combinarea celor trei lungimi de undă rezultă imaginea color cu roate nunaţele

cunoscute. Din combinarea egală a acestora rezultă albul. Cele trei culori aferente

spectrului vizibil se mai numesc şi culori aditive.

Reflectanţa depinde şi de rugozitatea, de neuniformitatea suprafeţelor luminate.

Reflectorii sunt în ansamblu toate suprafeţele ce reflectă lumina. În natură, aceştia nu

sunt omogeni, chiar dacă aparent, proprietăţile lor fizice şi chimice sunt uniforme. Cei

perfecţi se numesc şi speculativi şi nu generează difuzarea luminii (un model fizic). Cei

mai mulţi sunt difuzi şi impun corecţii radiometrice în cadrul preprocesării imaginilor de

teledetecţie. De exemplu apa lacurilor, aparent omogenă duce la difuzarea luminii

reflectate ca efect al ondulaţiilor de suprafaţă sau al conţinutului în soluţii sau suspensii.

Fiecare obiect din natură prezintă o curbă de reflectanţă spectrală. Aceasta

reprezintă un grafic, o diagramă ce artă variaţia reflectanţei unui obiect cu o relativă

omogenitate în funcţie de lungimea de undă a radiaţiei electromangnetice. În acest mod

este posibilă cunoşterea din laborator, prin determinări spectrometrice a aşa numitelor

vârfuri de reflectanţă ale obiectelor. În acest mod, devine evidentă posibilitatea de a

selecta imaginea cea mai potrivită pentru identificarea obiectului, pe baza reflectanţei

acestuia. Fiecare atom sau moleculă are un anumit comportament spectral. O serie de

exemple, legate de trei elemente ale

Vegetaţia conţine clorofilă, substanţă ce îi determină comportamenul spectral.

Clorofila absoarbe albastrul şi roşul în vizibil dar tot aici reflectă verdele, în cazul în care

plantele sunt sănătoase (Fig. 2.6). În cazul degradării clorofilei, ca de pildă prin ploile

acide, răspunsul ei spectral se modifică, deoarece este relectat roşul care în amestec cu

verdele produce culoarea galbenă (Lillesand et al., 2004).

În infraroşul apropiat şi mijlociu, în intervalul 0,7-1,3 μm, răspunsul spectral al

vegetaţiei este mai nuanţat, astfel încât plantele şi arborii, pot fi diferenţiate ca genuri şi

câteodată, ca specii (ex. aplicaţiile în sistemele ASTER, MODIS, NOAA cu ajutorul

radiometriei multispectrale, ori AVIRIS sau GER cu scannere hiperspectrale).

Reflectanţa vegetaţiei depinde şi de consistenţa sau gradul de acoperire pe care îl impune

covorul vegetal asupra terenului.

Detecţia vegetaţiei devine ineficientă dincolo de 1,3 μm, ca efect al absorbţiei

radiaţiilor de către gazele (oxigen, metan, dioxid de carbon) şi vaporii atmosferici.

Umiditatea conţinută de vegetaţie face însă posibilă înregistrarea radiaţiilor reflectate în

ferestrele atmosferice cu vârfurile de 1,4 , 1,9 şi 2,7 μm, cu un optim la 1,6 μm. Eficienţa

procesului depinde de grosimea frunzelor, de volumul de clorofilă stocat între epidermele

acestora.

Fig.2.6.Reflectanţa unor elemente ale peisajului în raport cu vizibilul şi infraroşul

(adaptare dupa Sabins, 1997).

lungime de undă μm

reflectanţa %

Solul sau scoarţa de alterare are reflectaţa condiţionată de textură, de procentul de

argilă, praf ori nisip, de rugozitatea suprafeţei şi de conţinutul în oxizi de fier şi substanţă

organică. Umiditatea mare imprimă de asemenea o reflectanţă scăzută. Nisipul şi solul

nisipos reflectă mult lumina în zona vizibilului, însă solul argilos şi scoarţa de alterare au

o reflectanţă mare în infraroşu, între 1,4 şi 2,2 μm. Solul organic, respectiv turba răspund

mai mult în infraroşu.

Apa are un comportament nuanţat, în funcţie de calităţile ei fizice şi chimice, de

conţinutul ei. În zona vizibilului, apa cu aluviuni are o mare reflectanţă, în special în zona

albastrului, unde lumina poate penetra mediul acvatic şi se pot obţine informaţii despre

colmatarea unor lacuri, transportul solid al râurilor ori sedimenele de pe şelfurile

continentale. În infraroşu, apa absoarbe radiaţiile, însa atunci când conţine alge, clorofilă

în general, are reflectanţă relativ mare. Avantajele analizei multispectrale ating inclusiv

apa cu poluanţi, ce se poate interpreta în infraroşu dar mai ales în cel termal, ca efect al

modificării temperaturii acesteia. Interpretarea pH-ului sau al salinităţii sunt mai dificil de

vizualizat (numai prin spectrometrie de teren şi în laborator).

Fiecare obiect şi fenomen din teren are o personalitate a răspunsului spectral

caracteristic.Aceasta defineşte signatura spectrală ce diferă de la un obiect la altul, chiar

dacă imaginea percepută de ochiul uman are aceaşi culoare. De exemplu, răspunsul

coroanei merilor în luna iunie este identic la prima vedere cu al prunului însă

diferenţierea se face mai mult în infraroşu, deci în afara spectrului vizibil.

Signatura spectrală variază în dependenţă strânsă cu sezonul de vegetaţie (cazul

foioaselor care au frunze doar câteva luni pe an), de momentul fotografierii la elementele

antropice (culturi de camp, clădiri în construcţie), de localizarea în teren a obiectului şi

data/ora înregistrării imaginii (azimutul şi elevaţia Soarelui).

Radianţa, o altă noţiune utlilizată în domeniu, semnifică fluxul de energie

radiantă (care radiază) pe unitatea de unghi solid, ce corespunde unui obiect cu o

suprafaţă relativ omogenă, într-o anumită direcţie, în spaţiu. Aceasta se exprimă în waţi

pe metru pătrat pe steradian, mai exact în unităţi de energie, pe suprafaţă şi unghi solid.

Unghiul solid corespunde conului în limitele căruia se produce emisia de radiaţie la

suprafaţa corpului într-o anumită direcţie (fig. 2.7). Radianţa se poate converti în

reflecţanţă şi reciproc printr-o relaţie matematică asociată unei funcţii de gradul întâi. În

volumul I al lucrării noastre sunt prezentate elemente suplimentare.

În concluzie, suprafaţa terestră poate fi identificată, cartografiată şi analizată pe

baza caracteristicilor spectrale diferite ale obiectelor ce o compun.

Fig. 2.7. Definiţia radianţei. Adaptare după ASPRS şi Short (2007).

3. PRINCIPIILE TELEDETECŢIEI. PRINCIPIILE PASIVE

Imaginile de teledetecţie se obţin prin diferite mijloace. Acestea se constituie în

principii, în tehnici speciale ce utilizează radiaţiile electromagnetice, prin captarea,

măsurarea şi înregistrarea lor, în scopul producerii de imagini. Cel mai vechi principiu

este fotografierea aeriană sau aerofotografierea, ce a fost aproape un secol, singura

modalitate de obţinere a imaginilor de teledetecţie. Din această cauză acesta este definit

drept un procedeu convenţional în aplicaţiile de teledetecţie. După 1960, mai ales sunt

utilizate şi alte procedee, bazate pe senzori diferiţi de camera de fotografiere aeriană,

numiţi şi nefotografici sau neconvenţionali. Aceştia sunt aplicaţii complexe ale fizicii şi

mai ales ale opticii, mecanicii de mare precizie, termodinamicii, electronicii,

radiocomunicaţiilor etc. Aplicaţiile de teledetecţie sau principiile acesteia se pot clasifica

după:

1. Provenienţa radiaţiilor electromagnetice

Principii pasive

Principii active

2. Modalitatea obţinerii imaginilor

Principii convenţionale sau fotografice (aerofotografierea)

Principii neconvenţionale sau nefotografice

Principiile teledetecţiei pasive

Presupun înregistrarea de imagini de la distanţă ale obiectelor şi fenomenelor de pe

suprafaţa terestră (fig. 3.1), utilizând numai radiaţiile electromagnetice emise de acestea. Aceste

aplicaţii presupun înregistrarea radiaţiei solare reflectată de către corpuri (teledetecţia cu senzor

optic folosind senzori de diferite tipuri) sau a radiaţiilor calorice din zona infraroşului termal

(teledetecţia prin scanare termică, bazată pe detectarea şi înregistrarea potenţialului termic al

obiectelor şi fenomenelor).

Explicarea acestor principii nu va insista foarte mult asupra detaliilor tehnice, decât în

măsura în care acestea pot permite explicarea proprietăţilor imaginilor obţinute, care au diverse

aplicaţii în analizele de mediu şi nu numai.

Fig. 3.1. Aplicaţie de teledetecţie pasivă realizată de satelitul european SPOT 5, axată pe

captarea radiaţiilor solare reflectate de diferitele elemente ale mediului geografic. Se observă

faptul că radiaţia solară travesează atmosfera de două ori şi interacţionează diferit cu obiectele ce

alcătuiesc mediul geografic, în funcţie de proprietăţile acestor şi de poziţia Soarelui pe boltă.

Sursa: Centre for Remote Imaging, Sensing and Processing, University of Singapore.

În teledetecţie se folosesc patru principii pasive de obţinere a imaginilor nefotografice.

principiul televiziunii satelitare,

principiul scanării multispectrale,

principiul radiometriei,

principiul scanării termice.

3.1.Principiul televiziunii satelitare

Este probabil unul dintre cele mai vechi procedee neconvenţionale de obţinere a

imaginilor de teledetecţie şi datează de la începutul anilor 60. După încercările de obţinere a

imaginilor satelitare convenţionale (ex. misiunile CORONA cu scop militar), destul de dificile în

ceea ce priveşte recuperarea imaginilor (materialului fotosensibil), s-a trecul la aplicaţiile de

televiziune, combinate de cele mai multe ori cu fotografierea automată a materialului înregistrat

şi transmiterea la staţia de la sol a imaginilor.

Primele misiuni cu astfel de aplicaţii au fost legate de sateliţii meteorologici, mai exact de

primii (TIROS de la engl. Television and Infrared Observation Satellite), la care se adaugă şi unii

sateliţi de acelaşi tip lansaţi de fosta URSS (Molnia, Meteor etc.). Aceste imagini (fig. 3.2) erau

destinate prognozei meteorologice deoarece rezoluţia lor era slabă dar acoperirea spaţială era

foarte mare.

Sistemul utilizează ca senzori camerele de televiziune de construcţie specială (în engl.

vidicon), care captează şi înregistrează de la distanţă, radiaţiile luminoase emise de către corpuri,

în mod selectiv, în mai multe intervale ale spectrului radiaţiilor electromagnetic, de regulă în

zone din vizibil şi infraroşu.

Fig. 3.2. Imagine satelitară TIROS 1, cu hartă sinoptică suprapusă. Se observă masele

noroase în tonuri foarte deschise şi oceanul respectiv uscatul terestru. Sursa www.fas.org.

Televiziunea satelitară are până la un punct multiple asemănări cu cea comercială.

Aceasta se bazează pe conversia radiaţiilor luminoase (fluxuri de fotoni cu o anumită frecvenţă şi

lungime de undă), în imagini vizualizate pe tuburi catodice şi care pot fi transmise prin diferite

mijloace la distanţă. Camera de televiziune primeşte radiaţia luminoasă pe care o transformă în

curenţi electrici sau fluxuri de electroni, proiectaţi apoi sub formă de fascicule de electroni pe

ecranul unui tub catodic. Imaginea rezultă din combinarea punctelor luminoase şi întunecate de

pe ecran, dependente de intensitatea semnalului electric, şi, deşi este neunitară din punct de

vedere tehnic, este percepută de către ochiul uman ca unitară, datorită inerţiei analizorului vizual

(imaginea este păstrată un timp pe retină).

Imaginea de televiziune satelitară prezintă o rezoluţie mult mai mare decât cea de

televiziune comercială (fig. 3.2), deoarece este necesară identificarea cât mai multor detalii din

teren. Diferenţa de rezoluţie între imaginea comercială de televiziune şi cea de teledetecţie prin

televiziune este de peste 10 ori. Astfel imaginea TV comercială normală cuprinde 500-800 de

linii, cea de înaltă definiţie sau HD are 1080 de linii a câte 1400 de puncte iar cea satelitară are

mai mult de 4500 de linii cu mai mult de 4200 de puncte fiecare.

Imaginea de teledetecţie se obţine automat, prin înregistrarea semnalului în diferite

moduri. Teledetecţia satelitară prin televiziune utilizează sisteme de mai multe camere speciale,

mobile în raport cu direcţia de zbor orbital, care pot înregistra simultan aceeaşi imagine în mai

multe benzi sau intervale spectrale, fapt ce o diferenţiază mult în raport cu televiziunea

comercială bazată numai pe captarea radiaţiilor vizibile.

Înregistrarea imaginilor prin televiziune se poate realiza în două moduri: imagine-cadru,

când imaginea în care punctele şi liniile ce o compun sunt înregistrate simultan şi rezultă o

imagine relativ unitară, şi prin baleiere, când înregistrarea imaginii se face punct cu punct şi linie

cu linie. Imaginile sunt înregistrate şi stocate în memorie sau transmise la sol imediat după

înregistrare. Sunt convertite în unde radio şi recompuse la staţia de sol, cu ajutorul computerului,

unde sunt şi înregistrate pe suport magnetic, procesate, analizate etc.

Imaginile rezultate prin principiul televiziunii satelitare sunt imagini alb-negru, fiind

diferite sub raport spectral deoarece ele sunt complementare la nivelul lungimilor de undă.

Aplicaţia, folosită la sateliţii meteorologici sovietici şi americani, la unele staţii spaţiale din anii

60 şi 70 (experimental), s-a consacrat la primele trei misiuni din programul Landsat, numite

atunci ERTS şi devenite apoi Landsat 1, 2 şi 3.

Acestea au folosit sistemul de camere de televiziune RBV (Return Beam Vidicon) în trei

şi mai târziu în cinci intervale spectrale din vizibil şi infraroşu. Sistemul a fost în funcţiune între

1972 şi 1983, cu numerose pauze datorate problemelor tehnice şi a fost abandonat odată cu cea

de-a patra misiune Landsat. Sistemul a integrat trei camere multispectrale, ce acopereau spectrul

vizibil şi puţin din cel infraroşu apropiat la o rezoluţie de 80 m, însă la cea de a treia misiune s-a

utilizat numai o cameră cu o lăţime de bandă mai mare, dar şi cu o rezoluţie îmbunătăţită (40 m).

Date suplimentare sunt prezente şi în volumul I al lucrării noastre, dar mai ales în paginile de

internet ale NASA şi USGS ce au gestionat programul Landsat în ultimii ani. Dimensiunea în

teren a imaginilor era de 98 km x 98 km la Landsat 3. Sistemul RBV a funcţionat în paralel cu

scanerul multispectral (MSS), şi a permis obţinerea de patru imagini prin televiziune în limitele

unei singure imagini realizată prin scanare superficială.

În figura 3.3, se prezintă una dintre imaginile Landsat RBV, o imagine de televiziune din

zona spectrală roşu-infraroşu apropiat, în care apare o diferenţă clară între ocean şi uscat, între

fluvii şi terenurile cu păduri, aşezări, şosele sau construcţii. Imaginile prezintă mărci, cu forma

semnului plus care permit corecţii geometrice destul de precise (asocierea de proiecţii

cartografice).

Fig. 3.3. Imagine RBV, în roşu- infraroşu apropiat, obţinută cu ajutorul unei camere de

televiziune a sistemului de la bordul unui satelit Landsat, deasupra unui sector de la sud de New

York, pe coasta atlantică a SUA. Sursa: The Remote Sensing Tutorial, NASA, Goddard Space

Flight Center.

Televiziunea satelitară este un principiu pasiv tot mai puţin utilizat în prezent. Deşi

numeroase misiuni automate lansate către Lună sau diferite planete ca Venus sau Marte au

utilizat camera de televiziune şi apoi procesarea automată a imaginilor, trimise apoi la sol prin

baleiere simultană, astăzi, scanerele multispectrale au înlocuit acest mod de captare a semnalelor.

Camera se foloseşte frecvent la obţinerea imaginilor în timp real, folosite în supravegherea

traficului, a siguranţei în marile oraşe, a calităţii mediului sau în mass-media, de la altitudini

reduse, din avion sau elicopter, inclusiv în aplicaţii militare (fig. 3.4). Acestea pot opera în

spectrul vizibil, dar şi în domeniul infraroşului, prin folosirea de filtre.

Fig. 3.4. Elicopter MD 900 din Marea Britanie (Sussex Police Force), echipat cu

aparatură de teledetecţie prin televiziune (camera este amplasată în semisfera de sub fuselajul

anterior). Sursa: Copyright free pictures UK.

Imaginile rezultate în acest mod sunt înregistrate direct pe suport de casetă şi vizualizate

în studiouri sau laboratoare specializate sub forma cadrelor filmelor cu multe cadre de pe care

pot fi selectate cadre separate, exploatabile la diverse rezoluţii. Imaginea (fig. 3.5) este de cele

mai multe ori color dar implică probleme de geometrie, deoarece este întotdeauna oblică sau

înclinată.

Fig. 3.5. Imagine aeriană oblică din elicopter (în scara de gri) extrasă de pe caseta video a

filmului asupra clădirii Parlamentului Britanic de la Londra. Sursa: Helivision Co. Ltd., Marea

Britanie.

3.2. Principiul scanării multispectrale

Este unul dintre cele mai folosite principii pentru că obţine imagini de bună calitate la

nivelul rezoluţiei spectrale şi spaţiale, iar prin determinarea exactă a orbitelor circumterestre

heliosincrone, asigură şi o remarcabilă acoperire temporală a unor fenomene (ex. inundaţii,

alunecări de teren, erupţii vulcanice, poluare etc.).

Principiul, perfecţionat în ultimele trei decenii, se bazează pe faptul că în natură orice

obiect sau fenomen emite radiaţii electromagnetice, în funcţie de proprietăţile fizice şi chimice,

prin intermediul cărora acestea pot fi înregistrate, descrise şi analizate. Aceste aplicaţii presupun

cunoaşterea exactă, pe baza unor cercetări în laborator a radiaţiilor electromagnetice emise de

diferite corpuri sau medii în vederea proiectării, construirii şi utilizării unor senzori speciali,

pentru înregistrarea radiaţiilor emise de corpuri sub formă de imagini. Determinarea curbelor de

reflectanţă spectrală, prezentate în capitolul anterior este esenţială pentru dezvoltarea aplicaţiilor.

Scanarea multispectrală utilizează radiaţiile luminoase cu diferite lungimi de undă emise

de către corpurile de pe suprafaţa terestră. Aceste radiaţii sunt, de fapt, radiaţiile solare reflectate

de către obiecte. Imaginile obţinute prin acest principiu sunt numite multispectrale şi sunt

reprezentate prin mai multe înregistrări simultane, ce corespund câte unui interval spectral.

Legate de acestea sunt noţiunile de bandă spectrală, respectiv scenă satelitară.

Banda spectrală reprezintă un interval în limitele căruia rezultă o imagine în cazul unei

înregistrări multispectrale. Înregistrarea imaginilor se realizează întotdeauna pe principiul

baleierii, adică punct cu punct şi linie cu linie. Fiecărei benzi spectrale îi corespunde o imagine

alb-negru, aşa cum se observă în fig. 3.6. Sistemele de scanare pot înregistra astfel mai multe

benzi (ex. 4 pentru Landsat MSS, 7 pentru Landsat TM, 5 pentru SPOT 4, 5 benzi la Ikonos,

QuickBird, GeoEye etc.).

Fig. 3.6. Imagini multispectrale Landsat TM ce corespund aceleiaşi subscene satelitare (după

Short, 2006).

Din examinarea figurii 3.6, rezultă o complementaritate evidentă a imaginilor obţinute

prin scanare multispectrală. Dacă primele trei imagini sunt relativ similare ca tonuri de culoare,

la nivelul spectrului vizibil, la trecerea în spectrul infraroşu vegetaţia apare mai nuanţat, prin

deosebirea terenului cultivat de cel construit, la marginea oraşului. Imaginea din dreapta, în

banda 6, este obţinută, aşa cum se va vedea imediat, printr-un alt principiu, la o altă rezoluţie

spaţială (scanarea termică).

În fig. 2.3, în capitolul anterior, sunt evidenţiate căteva aplicaţii în raport cu spectrul

utilizat, prin segmente de dreaptă ce semnifică de fapt câte o bandă spectrală (ex. 8 benzi la

satelitul japonez JERS cu senzor optic).

Scena satelitară (imaginea satelitară primară) reprezintă o suprafaţă limitată de teren cu

dimensiuni bine precizate, de formă pătrată sau dreptunghiulară (fig.3.7) în limitele căreia se

înregistrează o imagine în mai multe benzi spectrale, prin scanare multispectrală şi nu numai.

Dimensiunile acesteia sunt bine calculate în funcţie de acoperirea spaţială, rezoluţie spaţială,

timpul de scanare, corelat cu viteza satelitului (peste 11 km/s), altitudinea, viteza de rotaţie a

Pământului cât şi poziţia Soarelui pe boltă (ex. latura de 185 km la Landsat, 60 km la SPOT 4, 11

km la Ikonos cca. 7 km la QuickBird etc.). Avantajul acestui mod de preluare a imaginilor este ;i

posibilitatea de a numerota imaginile după orbită pe longitudine (engl. path) şi şir pe latitudine

(engl.row), în scopul integrării lor în arhivele specializate. De exemplu, sistemul WRS 2

(Worldwide Reference System), permite localizarea scenei în care se află Muntenia şi oraşul

Bucureşti prin intermediul codului p183 (nr. orbită) r 029 (şir). Pentru studiul unor areale mai

restrânse se poate extrage o parte dintr-o scenă (subscena satelitară, ca în cazul oraşului

Bucureşti) sau se pot întocmi mozaicuri de scene (în cazul României, acesta ar cuprinde circa 24

de scene şi subscene Landsat ETM+.

Fig. 3.7. Scenă satelitară Landsat MSS micşorată, în scara de gri, a zonei Chicago, cu

ţărmul Lacului Michigan, Illinois, SUA. Configuraţia este dată de traseul orbitei, de la nord la

sud şi de sincronizarea sistemului de scanare cu viteza satelitului pe orbită şi mişcarea de rotaţie

a Pământului (Sursa: The Remote Sensing Tutorial, NASA, Global Space Flight Center).

Înregistrarea se realizează în timpul parcurgerii orbitelor ce au parametrii cunoscuţi (fig.

3.8), de la altitudini de sute de kilometri (400 km la Ikonos, peste 900 km la primii sateliţi

Landsat etc.) la ore exacte, la intervale de timp egale (ex. cca. 18 zile la ERTS A sau primul

satelit Landsat). La ultimii sateliţi cu senzori ce produc imagini de mare şi foarte rezoluţie,

perioada de revizitare, este cu mult mai mică, de la trei zile la Ikonos, la sub o zi la OrbView 2,

pe orbite situate la 680-700 km.

Fig. 3.8. Configuraţia unei orbite heliosincrone în planul polilor la sateliţii Landsat (a) şi

proiecţia traseelor orbitelor la nivelul unor regiuni din America de Nord, b.

(Sursa NASA-Global Space Flight Center).

Sistemul de scanare multispectrală, prezentat simplificat în figura 3.9 a şi b, cuprinde o

serie de componente ce au ca scop captarea, detectarea, înregistrarea şi transmiterea la staţiile de

sol a imaginilor prin unde radio, în scopul obţinerii pe computer a imaginilor.

Fig. 3.9. Sistemul de scanare multispectrală Landsat MSS (după Short, 2006), a şi schema

întregului sistem de teledetecţie Landsat MSS, b (după Academy of Natural Sciences).

Radiaţiile luminoase reflectate de obiectele de pe Pământ sunt captate cu ajutorul unui

sistem de oglinzi speciale, mobile, cu unghi mic de deschidere numit şi unghi de vedere

instananeu (engl. IFOV), prin baleiere sau scanare, mai exact prin explorare punct cu punct şi

linie cu linie.

Direcţia de scanare poate fi paralelă sau perpendiculară faţă de traseul orbitei. Oglinzile

oscilante care cuprind o arie lată de circa 185 km la un anumit unghi maxim de vedere (engl.

AFOV), captează lumina şi o trimit către sistemul de filtre, unde este filtrată după lungimea de

undă şi suferă o serie de conversii pentru a fi sesizată de sistemul cu detectori (6 pentru o bandă

spectrală în fig. 3.9 a, la Landsat MSS). După detectarea selectivă, semnalul radio va fi trims la

sol unde se obţin, la staţiile specializate de pe Glob şi în laboratoare, imaginile digitale formate

din pixeli, recompuse automat prin conversia unor valori numerice în tonuri de culoare, punct cu

punct şi linie cu linie.

Petru a înţelege şi mai mult sistemul de scanare multispectrală la sateliţii Landsat din

toate cele trei generaţii de senzori, recomandăm consultarea capitolului al doilea din volumul I al

lucrării noastre (paginile 19-38).

Sistemul de scanare multispectrală a atins în prezent performanţe deosebite, prin apariţia

scanerului hiperspectral, ce poate detecta şi înregistra simultan un număr foarte mare de lungimi

de undă în limitele unui mare număr de benzi spectrale (ex. scannerul AVIRIS în 224 de benzi

spectrale).

Aplicaţiile imaginilor obţinute astfel sunt deosebit de diversificate şi au o mare utilitate

socială (analiza vegetaţiei, a culturilor agricole, urbanism, investigarea excesului de umiditate,

prospectare geologică etc.).

În fig. 3.10, este prezentată schematic imaginea hiperspectrală obţinută cu sistemul

AVIRIS, proiectat de către JPL din SUA, California. Acesta cuprinde 224 de detectori ce permit

obţinerea de imagini simultane, prin scanare cu o lăţime de bandă de 10 nm, pe o zonă din

spectru cuprinsă între 380 şi 2500 nm. Imaginea este formată din pixeli cu latura de 11 m în teren

(rezoluţia spaţială), iar scena satelitară apare ca o fâşie de 11 km lăţime şi lungime variabilă.

Sistemul este transportat de către avioane şi poate genera un volum de informaţie de 16GB de

date de teledetecţie (pixeli) pe parcursul unui zbor de o zi. Fiecărui pixel îi corespunde conform

figurii 3.10, o anumită semnificaţie în teren, exprimată cu ajutorul curbelor de reflectanţă

spectrală. Aplicaţia este de o mare utilitate în prospecţiunile geologice, în analiza vegetaţiei, a

stării ecosistemelor, culturilor agricole şi productivităţii biologice, în condiţiile cunoaşterii exacte

a curbelor spectrale ale elementelor căutate şi alegerii combinaţiilor color optime.

Aplicaţiile din domeniul hiperspectral necesită cunoaşterea detaliată a signaturilor

spectrale ale diferitelor elemente naturale sau antropice, dar şi efectuarea unor corecţii

atmosferice precise, deoarece constituenţii atmosferici pot altera calitatea signaturilor spectrale,

introducând erori în interpretare. În acest scop s-au generat aşa-numitele biblioteci spectrale,

colecţii de signaturi spectrale, stocate în formate speciale ce se pot consulta împreună cu

imaginile în pachete software specializate pe teledetecţie ca ENVI sau ERDAS. Pot fi amintite în

acest sens biblioteca spectrală a USGS (Comitetul Geologic American) care stochează curbele

spectrale a peste 500 de minerale, plante şi altor componente de mediu. Alte aplicaţii de acest

gen aparţin JPL (Jet Propulsol Laboratory) care a construit colecţii de peste 200 de curbe de

reflectanţă pentru imaginile ASTER (v. subcapitolul următor) sau Centrului de Inginerie

Topografică al Armatei SUA, cu cea mai vastă bibliotecă, ce acoperă lungimi de undă între 0,4 şi

2,5 µm, pentru vegetaţie, minerale, soluri, roci, culturi agricole, bazate de măsurători de

laborator şi de teren.

Fig. 3.10. Principiul imaginii AVIRIS, cu 224 de benzi obţinute simultan. Sursa JPL şi USGS.

Fig. 3.11. Mozaic de imagini AVIRIS, în scara de gri, pe care sunt suprapuse areale de ocurenţă

a unor minerale obţinute prin spectrometrie (după USGS).

3.2.Principiul radiometriei

Principiul radiometriei se bazează, asemeni scanării multispectrale pe detectarea

simultană şi selectivă a radiaţiilor electromagnetice emise de corpuri, la nivel de pixel, în diferite

zone ale spectrului, în diferite momente, de la ultravioletul fotografic la vizibil, infraroşu

reflectat şi chiar infraroşu termal. Sistemele de senzori sunt speciale şi se numesc radiometre.

Radiometrele (fig. 3.12) sunt sisteme complexe sau instrumente de teledetecţie pasivă

care măsoară radiaţiile electromagnetice emise de corpuri sau medii (apa mărilor, soluri,

vegetaţie, roci etc.) prin compararea lungimii de undă specifică acestora cu lungimi de undă

standard ale unor radiaţii generate artificial. Au fost utilizate la început la sateliţii meteorologici

americani Nimbus, dar în ultimii ani aceste sisteme sunt frecvent folosite în diferite analize de

mediu dar mai ales în cartografierea tematică a elementelor de mediu.

Fig. 3.12. Radiometrele sistemului ASTER de la bordul satelitului Terra, destinate

măsurării intervalelor de lungimi de undă din vizibil-infraroşu apropiat (VNIR), infraroşului

mijlociu (SWIR) şi infraroşului termal (TIR). Sursa: Jet Propulsor Laboratory.

Radiometria permite obţinerea prin baleiere a unor imagini multispectrale, similare celor

rezultate din scanarea multispectrală. Prin radiometrie rezultă simultan imagini în intervale mai

înguste din spectrul electromagnetic, fapt deosebit de util în înregistrarea comportamentului

spectral al obiectelor. Prin combinarea imaginilor radiometrice rezultă imagini fals-color în care

culorile naturale au fost înlocuite cu alte culori numite şi culori convenţionale (fig. 3.13).

Pentru ştiinţele Pământului şi mai ales pentru ştiinţa mediului, radiometrele produc

imagini de mare utilitate. Pe baza signaturilor spectrale, calibrate radiometric, inclusiv prin

corecţii atmosferice de mare acurateţe, s-au realizat fie biblioteci spectrale (ex. colecţia de

signaturi realizată de Jet Propulsor Laboratory), fie s-au obţinut hărţi detaliate ale vegetaţiei,

utilizării terenurilor, substanţelor minerale utile, stării mediului sau culturilor agricole etc.

Fig. 3.13. Imagine ASTER falscolor în combinaţia 432 a Pirineilor Centrali cu rezoluţia

de 15 m (data1.08.2000), la graniţa Franţei cu Spania. Imaginea permite diferenţierea pădurii şi a

vegetaţiei în general (verde), de stâncării şi alte terenuri fără vegetaţie, de zăpadă şi firn (bleu),

respectiv de lacuri glaciare (albastru închis) adăpostite în circuri. Sunt evidente cumpenele

principale de apă, dar şi norii cumuliformi.Sursa imaginii:

NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS & U.S./Japan ASTER Science Team.

Aplicaţiile radiometriei satelitare sunt multiple : identificarea tipurilor de minerale şi roci

utile, identificarea tipurilor de vegetaţie, a speciilor de plante, identificarea scoarţelor de alterare

şi a solurilor, analiza şi cartografierea multitemporală a poluării apelor, aerului şi solului,

obţinerea de modele numerice altitudinale ale terenului (MNA) utile topografiei şi studiului

dinamicii reliefului, pe baza proprietăţilor stereoscopice.

Interpretarea imaginilor radiometrice implică o serie de dificultăţi legate mai ales de

corespondenţa culorilor. În acest scop se utilizează colecţii de valori spectrale care caracterizează

diferitele elemente de mediu în vederea identificării acestora. Acestea se mai numesc şi biblioteci

spectrale (ex. biblioteca de signaturi de minerale a USGS). În analizele geografice şi de mediu, în

general, sunt recunoscute două aplicaţii de radiometrie satelitară.

AVHRR sau Advanced Very High Resolution Radiometer este un sistem de senzori

radiometrici aflaţi la bordul sateliţilor cu orbită polară ai NOAA (Administraţia Naţională a

Oceanului şi Atmosferei din SUA), dezvoltat încă din 1978, în scopul obţinerii de date pentru

meteorologie şi mediu în general (în prezent există deja senzorii de a treia generaţie). Aplicaţia

permite măsurarea simultană sub forma matricilor de pixeli, la rezoluţii de circa 1,09 km, a

cantităţii radiaţiilor emise de corpuri în şase intervale de lungime de undă. Astfel, se obţin

simultan cinci imagini alb-negru complementare, la sistemul AVHRR 3, ce acoperă, vizibilul şi

infraroşul între 0,58 şi 12,5µm. Fiecare dintre imagini are aplicaţiile ei, aşa cum se prezintă în

tabelul nr. 3.1.

Tabelul 3.1. Caracteristici ale benzilor spectrale AVHRR 3. Sursa NOAA Satellite and

Information Service.

Banda Rezoluţia

spaţială (km)

Interval

spectral

Aplicaţii

1 1,09 0,58-0,68µm cartografierea

terenului şi a norilor

pe timp de zi

2 1,09 0,725-1,0µm analiza ţărmurilor

3A 1,09 1,58-1,64µm detecţia zăpezii

şi a gheţii

3B 1,09 3,55-3,93µm cartografierea

norilor noaptea şi a

temperaturii la suprafaţa

oceanului

4 1,09 10,30-11,30µm cartografierea

norilor noaptea şi a

temperaturii la suprafaţa

oceanului

5 1,09 11,50-12,50µm determinarea

temperaturii la

suprafaţa oceanului

Datele de acest tip se colectează permanent din anul 1981, însă aplicaţiile s-au

diversificat odată cu perfecţionarea tehnologiilor de procesare a datelor digitale. În acest mod au

rezultat, într-un timp mult mai scurt decât colectarea de date în teren sau din arhive, hărţii destul

de exacte ale stării mediului. În figura 3.14, se prezintă o hartă a temperaturii apei la suprafaţa

oceanului (engl. SST, Sea Surface Temperature) în care sunt evidente diferitele zonalităţi

(latitudinale) ale valorilor, dar şi azonalităţi impuse de curenţii oceanici majori, ce au tendinţa de

a încălzi apele în zonele reci (Gulf Stream) sau de a le răci în zonele calde (Curentul Peru-ului).

Asemenea hărţi digitale, generate periodic, sunt extrem de folosite în contextul analizei la scara

globală sau regională a schimbărilor climatice.

Fig. 3.14. Hartă a temperaturii apei la suprafaţa oceanului, reprodusă în scara de gri, în

valori medii pentru perioada iunie 20-24, între 1985-1997, rezultată prin procesarea unui mozaic

falscolor AVHRR 2 şi 3. Sursa: nationalatlas.gov (Atlasul Naţional al SUA).

Alte aplicaţii pot rezulta din diverse alte combinaţii de benzi spectrale AVHRR. Un

exemplu îl constituie şi monitorizarea deplasărilor noroase sau a emanaţiilor de gaze vulcanice,

în funcţie de care sunt stabilite traseele culoarelor de zbor pentru avioane civile sau militare. Se

adaugă monitorizarea gheţarilor sau a incendiilor din păduri în perioadele de secetă, inclusiv

prevenirea acestora. Un aspect important pentru imaginile radiometrice de acest tip, îl constituie

cartografierea de detaliu, la rezoluţia de 1 km, a vegetaţiei la nivel continental sau naţional, ori

pe suprafaţa unor mari unităţi geografice. În figura 3.15, am preluat, o hartă mult micşorată a i

vegetaţiei din Arctica ce utilizează în egală măsură datele radiometrice AVHRR şi date

geobotanice. În fig.3.16 se prezintă starea de sănătate a acesteia prin intermediul calculării pe

baza valorilor radiometrice măsurate, a indicelui de verde (ce arată intensitatea fotosintezei la

plante) sau a indicelui normalizat de diferenţiere a vegetaţiei în raport cu terenul cultivat, apa,

aşezările, drumurile, zăpada etc. Informaţii suplimentare sunt prezentate în volumul I al lucrării

noastre, unde am inclus şi exemple. Imaginile permit cele mai diverse calcule privind vegetaţia,

inclusiv modelarea în timp a gradului de acoperire al terenului de către vegetaţie (ex. indicele de

înfrunzire, fig. 3.16), fenologia acesteia, calitatea şi productivitatea biologică sau circuitele

biogeochimice.

Fig. 3.15. Harta vegetaţiei Arcticii, elaborată pe baza mozaicurilor de imagini AVHRR,

validate cu ajutorul datelor geobotanice culese în teren. Harta permite delimitarea precisă

la nivel de kilometru a pădurilor boreale, tundrei, gheţarilor şi stâncăriilor. Sursa: UNEP

Grid Arendal, Norvegia, http://maps.grida.no/go/graphic/vegetation-zones-in-the-arctic.

Fig. 3.16. Hartă a indicelui de înfrunzire pe teritoriul Canadei, întocmită prin calcule pe

baza clasificărilor imaginilor radiometrice AVHRR. Sursa: Canada Centre for Remote

Sensing. Natural Resources Canada.

Aplicaţia ASTER este un sistem radiometric lansat la bordul satelitului TERRA în

decembrie 1999, într-un consorţiu americano-japonez. Instrumentele sunt proiectate

pentru măsurători ale radiaţiilor din zonele vizibil (verde, roşu), infraroşu apropiat,

infraroşu mijlociu sau de undă scurtă şi infraroşu termal. În total se obţin scene satelitare

cu latura de 60 km, simultan, în 14 benzi (14 imagini alb-negru), cu o perioadă de

revizitare de 16 zile, la rezoluţii de la 15 m în vizibil şi infraroşul apropiat (4 benzi

VNIR), la 30 m în infraroşu de undă scurtă (6 benzi SWIR) şi 90 m, la infraroşul termal

(5 benzi TIR). Radiometrele permit obţinerea de imagini pe baza comenzilor diferiţilor

beneficiari. Produsele ASTER sunt imagini diversificate, care prezintă terenul sub forma

unor matrici de pixeli care extrimă diferiţi parametri radiometrici: reflectanţa spectrală şi

emisivitatea diferitelor suprafeţe, temperatura corpurilor, strălucirea corpurilor sau chiar

modele numerice ale terenului. Corecţiile atmosferice stau la baza acestor imagini de

mare aplicabilitate practică. Dintre domeniile de utilizare menţionăm cartografierea

geologică şi pedologică, starea şi dinamica vegetaţiei, monitorizarea hazardelor naturale

(alunecări de teren, ca în fig. 3.17, incendii în păduri, erupţii vulcanice, eroziunea

ţărmurilor), analiza dinamicii utilizării terenurilor.

Fig. 3.17. Curgere noroioasă complexă şi lac de baraj natural în cenuşe vulcanice

alterate, pe Valea Gheizerelor în Peninsul Kamceatka, Rusia. Imagini ASTER din

septembrie 2005 (stânga) şi iunie 2007 (dreapta), fals-color 3N21 în scara de gri,

rezoluţia 15 m. Sursa imaginii: NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS & U.S./Japan

ASTER Science Team.

3.3.Principiul scanării termice

Suprafaţa terestră, uscatul sau mările şi oceanele au un potenţial calori extrem de

nuanţat, determinat de proprietăţile fizice şi chimice ale elementelor ce o alcătuiesc (ex.

rocile de diverse tipuri şi subtipuri, solurile, clorofila ce stă la baza asociaţiilor vegetale,

apa în stare lichidă sau solidă- gheaţa, zăpada, ori norii etc.). Toate aceste elemente emit

radiaţii luminoase (fluxuri de fotoni) dar şi radiaţii calorice, ale căror particularităţi

depind de mai mulţi factori, cum ar fi proprietăţile corpurilor, dar mai ales momentul de

timp, respectiv poziţia Soarelui pe boltă (azimut, unghiul faţă de direcţia nordului,

elevaţia, unghiul faţă de linia orizontului) şi mai ales ora (ziua sau noaptea). Imaginile

satelitare Landsat TM sau ETM+, prin intermediul benzii spectrale 6, numită infraroşu

termal arată prin tonuri de culoare diferenţele de potenţial caloric dintre corpuri (fig. 3.6,

imaginea din dreapta).

Aplicaţiile de scanare termică folosesc din spectrul infraroşu numai lungimile de

undă ale infraroşului termal în vederea obţinerii de imagini ale potenţialului caloric al

obiectelor din teren. În figura 2. 3, din capitolul anterior, se observă spectrul infraroşului

termal care prezintă două vârfuri ale ratei de transmisie atmosferică, ce corespund celor

două ferestre atmosferice ale infraroşului termal. Ferestrele atmosferice ce permit aceste

aplicaţii sunt limitate la două intervale ale infraroşului termal, 3-5μm, respectiv 8-14μm.

Cele mai multe aplicaţii de acest tip legate de senzori aflaţi la bordul sateliţilor utilizează

intervalele 3-4 μm şi 10,5-12,5 μm, datorită absorbţiei radiaţiilor calorice datorată

vaporilor de apă, dioxidului de carbon sau ozonului din atmosferă. În realitate rata de

transmitere nu este totală, fapt pentru care aplicaţiile funcţionează optim doar în

intervalele amintite. Mai mult, reflectanţa solară relativ mare în primul interval, impune

utilizarea acestei ferestre atmosferice numai pet imp de noapte în scanarea termică a

terenului (Short, 2008).

Scanarea termică se bazează pe legi ale fizicii bine cunoscute. Acestea pleacă de

la idea că activitatea moleculară la nivelul corpurilor generează căldură sau radiaţii

calorice la temperaturi mai mari de de zero absolut sai -273 grade Kelvin. Legea lui

Planck sau a corpului perfect negru exprimă faptul că un corp negru (model fizic)

absoarbe toată energia calorică incidentă şi o converteşte în energie internă ce determină

profilul sau signatura termică a acestuia. Astfel orice corp din natură, primeşte radiaţia

calorică de la Soare, o stochează în structura lui dar, în timp o cedează spaţiului sub

forma de radiaţii din zona infaroşului termal. În acest mod, fiecare corp emite radiaţii

calorice cu intensităţi diferite în funcţie de temperatură dar şi de lungimea de undă. Legea

lui Wien arată relaţia dintre temperatura corpului şi radianţă (fig. 3.18).

Fig. 3.18. Corelaţia dintre lungimea de undă a radiaţiei şi intensitatea radiaţiei

pentru diferite elemente din natură, la diferite temperaturi (Soarele, lava topită, foc în

pădure, izvor termal, peisaj, gheaţa arctică). După Short (2008).

Graficul din fig. 3.18 exprimă clar faptul că radiaţia solară, emisă la

incandescenţă (6000˚K) este maximă în spectrul vizibil, mai exact în zona în care ochiul

uman funcţionează, în timp ce focul în păduri ori izvoarele calde emit maximum de

radiaţie în infraroşul apropiat şi mijlociu, dar mai ales în infraroşul termal, fapt ce

favorizează aplicaţiile de scanare termică.

Intensitatea radiaţiei reflectate este dependentă de proprietăţile corpurilor dar, aşa

cum am observat, de intervalul din spectru în limitele căruia funcţionează senzorii

respectivi. Fiecărui corp sau mediu îi corespund anumite valori ale capacităţii de stocare a

căldurii, inerţiei termice şi conductivităţii termice. Radiaţia calorică provine din

încălzirea solară, conductivitatea termică, convecţie şi radiaţie.

Imaginile în infraroşu termal ale aceluiaşi corp diferă de în funcţie de natura

materialului şi proprietăţile suprafeţei corpurilor, dar mai ales în funcţie de momentul de

timp la care s-a înregistrat imaginea corpului. Obiectele apar în imagini prin pixeli tot

mai luminoşi, pe măsură ce temperatura lor este mai mare şi suprafaţa lor este mai

uniformă (ex. clădirile de tip bloc din beton, şosele şi autostrăzi, construcţiile din oţel

etc.). Corpurile de culoare închisă, cu suprafeţe mate au cea mai intensă emisie de

radiaţie infraroşu termal (ex. clădirile cu acoperiş izolat cu bitum, terenurile de sport din

beton, parcările etc.). Albedoul este astfel hotărâtor pentru emisia de radiaţii calorice a

corpurilor. Aceasta se poate observa uşor la roci (calcarul este o rocă rece datorită culorii

albe, pe când granitul apare ca un corp cald). Rezultă numeroase aplicaţii în domeniul

cartografierii litologiei şi prospecţiunilor geologice. Activitatea la nivelul structurilor

moleculare diferă în funcţie de momentul ales (fig. 3.19).

Fig. 3.19. Variaţia temperaturilor radiante ale diferitelor elemente de mediu la

diferite momente ale zilei. Sursa: Jensen, 2005.

Diagramele din figura 3.19 exprimă diferenţele de potenţial caloric al corpurilor

ce alcătuiesc elementele de mediu, ceea ce implică şi posibilitatea vizualizării acestora în

imaginile în infraroşu termal. Radiaţia calorică solară permite cel mai bine evidenţierea

solului dezgolit, rocilor la zi şi betonului ca obiecte foarte calde, mai ales în primele ore

ale după amiezii. Apa devine însă uşor de diferenţiat în imaginile pe timp de noapte, după

ce celelalte corpuri s-au răcit. Obiectele metalice nu îşi modifică remarcabil temperatura

radiantă. Un aspect interesant îl reprezintă temperatura radiantă a apei, solului umed şi

vegetaţiei care, în perioada caldă au un microclimat răcoros, evident în raport cu cel al

suprafeţelor construite din oraşe.

Sistemele de teledetecţie obţin imagini prin baleiere, similar sistemelor de scanare

multispectrală, utilizând însă senzori cu trăsături diferite. Senzorii de teledetecţie sunt

sensibili la diferenţele de temperatură. Principiul scanării termice este prezentat

schematic în figura 3.20.

Fig. 3.20. Scanarea termică într-o reprezentare schematică a uneia dintre primele

aplicaţii aeropurtate. Sursa: www.fao.org/DOCREP/003/T0446E/T044615.gif.

În general, senzorii sunt reprezentaţi prin cristale compuse din metale rare

obţinute în laborator. Acestea sunt bazate pe compoziţii diferite în funcţie de lungimile de

undă ale radiaţiilor. De exemplu, pentru intervalul 8-14µm se foloseşte telurura de

cadmiu şi mercur (HgCdTe) sau mercurul îmbogăţit cu germaniu, deşi acesta din urmă

este mai puţin sensibil la unele diferenţe de lungime de undă. Combinaţia indiu cu stibiu

(InSb) este optimă pentru intervalul 3-5µm, în care corpurile emit radiaţii infraroşi mai

ales în timpul nopţii. Senzorii de acest tip sunt sensibili la diferenţele de temperatură,

astfel încât, pentru a se continua scanarea la nivelul fiecărui pătrat din teren, devenit pixel

în imagine, aceştia trebuie răciţi. Agentul de răcire este plasat, aşa cum arată şi fig. 3.20,

într-un container şi este reprezentat printr-un gaz de tipul azotului lichefiat sau heliului,

capabile să coboare temperatura cristalului la 30 sau 70 grade Kelvin. Oglinzile sunt

acţionate de un motor (fig. 3.20) pentru a permite scanarea punct cu punct a terenului şi

linie cu linie pentru a rezulta imaginea acestuia. Semnalul este convertit în curenţi

electrici, este amplificat şi înregistrat, pentru ca în final să fie stocat ca imagine latentă

(pe film) sau digitală (în memorie) şi transmis la staţiile de la sol unde este recompus în

imagine pe calculatoare. Sistemul de senzori trebuie calibrat periodic cu ajutorul unor

termistori, pentru a sesiza corect temperatura radiantă, între valoarea minimă (cele mai

reci obiecte) şi valoarea maximă (cele mai calde obiecte).

Imaginile de teledetecţie prin scanare termică (în unele lucrări, numită eronat

termografiere) sunt alb-negru în care corpurile calde apar în tonuri deschise (fig. 3. 21).

Obţinerea de imagini prin scanare termică este posibilă inclusiv pe timp de noapte.

Imaginile în infraroşu termal diferă în funcţie de momentul zilei când au fost preluate,

deoarece şi comportamentul caloric este diferit. Fiecare modificare de ton de culoare la

altul semnifică şi o anumită diferenţă de temperatură, ce se poate calcula prin aplicarea

unor formule de calcul în funcţie de parametrii de calibrare ai imaginii (stocaţi într-un

fişier împreună cu imaginea).

Fig. 3.21. Imagini în infraroşul termal, obţinute cu ajutorul sistemului de scanare

termică ATLAS al NASA, de la bordul avionului, pe timp de zi (stânga) şi noaptea

(dreapta), în zona unui centru comercial la Huntsville, Alabama, SUA. Sursa : NASA.

Din analiza comparativă a imaginilor din figura 3.21, se observă răcirea evidentă

a unor corpuri şi mai ales a clădirii centrului comercial (mall) din dreapta autostrăzii,

acoperit cu materiale de tipul sticlei sau plasticului, respectiv a vegetaţiei arborescente şi

tufărişurilor. Inerţia termică este ceva mai mare la betonul autostrăzilor şi a caselor

familiale din partea superioară a imaginii. Lacul de agrement de lângă complexul sportiv

din stânga imaginii arată temperaturi reduse pe timp de zi şi o temperatură mai mare a

apei pe timp de noapte.

Aplicaţiile scanării termice sunt importante în domeniul analizelor de mediu, ca

de pildă analiza topoclimatică şi microclimatică, deoarece pixelii care semnifică

reflectanţa în infraroşul termal se pot converti în valori de temperatură radiantă.

Aplicarea parametrilor imaginii (engl. gain şi offset, vezi volumul I al lucrării noastre)

permite generarea unui nou set de date, a unei imagini digitale în care tonurile de culoare

se pot asocia cu nuanţe de culori explicate cu ajutorul unei legende (procedura density

slicing). În fig. 3.22, se prezintă o hartă a temperaturilor radiante la suprafaţa unor

elemente ca apar în contextul unui sector de vale dintr-o zonă de dealuri.

Fig. 3.22. Harta în scara de gri a potenţialului termic al suprafeţei terenului a unui

sector de vale din Oregon, SUA, derivată dintr-o imagine de scanare termică, şi imaginea

aeriană corespunzătoare. Imaginea permite localizarea, în funcţie de temperatură a

zonelor cu izvoare sau cu pânza freatică aproape de suprafaţă (ex. şesul aluvial al văii).

Sursa: Watershed Science Inc., Oregon Dept. of Environmental Quality.

Aplicaţiile scanării termice sunt remarcabile în analiza apelor subterane (fig.3.22),

a vulcanismului activ (prin cartografierea termică a lavelor şi prevederea unor erupţii ca

de pildă în Hawaii, în analizele USGS), analiza specificului utilizării terenurilor şi a

potenţialului pentru anumite culturi cu diferite cerinţe la nivel de regim termic,

urbanismul (analiza topoclimatului urban şi identificarea eficienţei spaţiilor verzi, mai

ales în marile oraşe), analiza tipurilor de minerale şi roci utile, dar şi aplicaţii în domeniul

militar (monitorizarea prin imagini multitemporale a mişcărilor de trupe şi tehnică

militară), aşa cum se observă în figura 3.23.

Analiza poluării mediului este de mult timp o aplicaţie a acestor sisteme. În 1978,

NASA a lansat misiunea HCMM (Heat Capacity Mapping Mission) cu senzori

radiometrici de măsurare a albedoului şi inerţiei termice aparente la nivelul suprafeţelor

de uscat şi acvatice. Cartografierea potenţialului termic are ca finalitate măsurarea

efluenţelor de poluanţi în apele curgătoare şi lacuri. Imaginile de rezoluţie spaţială mare

pe timp de iarnă oferă posibilitatea observării pierderilor de căldură din clădiri sau

conducte termice.

Fig. 3.23. Imagine în infraroşul termal (oblică) a unui portavion militar american,

pe timp de zi. Tonurile deschise exprimă temperatura mult mai mare a punţii ca urmare a

manevrelor avioanelor militare (cele care apar în ton deschis au motoarele pornite sau au

fost oprite de puţin timp iar cele în tonuri închise nu au sau nu au avut recent motoarele

pornite). Apa mării apare în tonuri închise. Sursa: University of California, Santa

Barbara.

Analiza poluării mediului este de mult timp o aplicaţie a acestor sisteme. În 1978,

NASA a lansat misiunea HCMM (Heat Capacity Mapping Mission) cu senzori

radiometrici de măsurare a albedoului şi inerţiei termice aparente la nivelul suprafeţelor

de uscat şi acvatice. Cartografierea potenţialului termic are ca finalitate măsurarea

efluenţelor de poluanţi în apele curgătoare şi lacuri.

Imaginile de rezoluţie spaţială mare pe timp de iarnă oferă posibilitatea observării

pierderilor de căldură din clădiri sau conducte termice.

4. PRINCIPIILE TELEDETECŢIEI. PRINCIPIILE ACTIVE.

Teledetecţia activă utilizează radiaţiile electromagnetice generate artificial, cu ajutorul

diferitelor sisteme, în vederea explorării şi înregistrării sub formă de imagini a obiectelor şi

fenomenelor de pe suprafaţa terestră. Teledetecţia cu mijloace active, determină posibilitatea de a

obţine imagini exacte ale obiectelor, folosind radiaţii ce se pot propaga în condiţii diferite de cele

utilizate în teledetecţia cu pasivă (ex. microundele folosite de sistemul radar sau lumina

polarizată la sistemele LIDAR). Imaginile au aplicaţii variate în analiza mediilor geografice,

fiind complementare imaginilor fotografice sau celor obţinute neconvenţional. Cele mai

însemnate aplicaţii sunt în domeniile geologiei, topografiei- cartografiei şi geomorfologiei.

Principiile cele mai cunoscute sunt legate de folosirea microundelor (radar), luminii polarizate

sau laserului (lidarul), respectiv undelor sonore (sonarul).

1. Radarul

Principiul radarului (engl. Radio Detection and Ranging) se aplică de peste cinci decenii

în domeniul navigaţiei aeriene şi maritime sau fluviale. Aplicaţiile erau centrate pe determinarea

distanţei unui vehicul, avion sau navă în raport cu un obstacol ori ţintă şi vizualizarea la scară, pe

tubul catodic a acestora. Sistemul s-a aplicat în obţinerea imaginilor în anii 50, în condiţiile

războiului rece. Imaginea radar permitea sesizare pe monitoare, în timp util, a obstacolelor

existente în câmpul sau raza de acţiune a sistemului.

Acesta utilizează microundele, mai exact o parte a acestora, cu lungimi de undă mai mari

de 0,5 cm, deoarece aceste radiaţii, vecine în spectru cu undele radio, au o bună rată de

transmisie atmosferică, aşa cum arată fig. 2.3, în partea inferioară. Mai mult, microundele se pot

propaga indiferent de condiţiile atmosferice şi sunt reflectate diferit de obiecte în funcţie de

expunerea lor la fluxuri de undă şi de caracteristicile suprafeţei lor. Vegetaţia însă difuzează

aceste radiaţii.

Radarul de teledetecţie are ca aplicaţie principală obţinerea de imagini ale terenului şi

utilizează microundele generate artificial, cu ajutorul unor sisteme amplasate la bordul

avioanelor, elicopterelor sau sateliţilor. Sistemul este prevăzut cu o antenă mobilă, ataşată la un

duplexer sau switch care separă fluxurile de microunde emise de cele recepţionate. Principiul

acestuia este exprimat în fig. 4.1 a şi b.

a

b

Fig. 4.1. a. schema sistemului radar cu emisie laterală SLAR (adaptare după Sabins,

1997); b. fluxurile de radiaţii (microunde) în cazul unei aplicaţii radar SLAR aeropurtate, în

cazul unor construcţii dintr-o fermă agricolă.

În figura 4.1 a se prezintă modulele aplicaţiei radar. Microundele sunt generate de un

emiţător special sub forma unor pulsuri sau semnale cadenţate. În acest caz, frecvenţa radiaţiilor

(numărul de pulsuri pe secundă), este mai importantă decât lungimea de undă. Emisia se

realizează pe direcţii bine determinate, aşa cum se va observa imediat, cu ajutorul antenei.

Semnalul se recepţionează de asemenea sub forma pulsurilor de microunde reflectate, în timpul

în care emisia este întreruptă cu ajutorul unui întrerupător special automat (engl. duplexer,

switch). Recepţia este însoţită de conversie în semnal electric, vizualizat pe tub catodic sau

monitor.

În figura 4.1 b se observă emisia la interval egale (cadenţată), de radiaţie incidentă, cu

parametri cunoscuţi, în direcţia unor obiecte din teren (construcţii), respectiv depolarizarea

acestor fluxuri la contactul cu obiectele ce au forme diferite. Microundele reflectate sunt captate

după un interval de timp, la bordul avionului, de către sistemul radar, însă cu proprietăţi diferite

în raport cu radiaţiile incidente. Recepţia acestor radiaţii permite, înregistrarea lor, conversia în

curenţi electrici, proiectarea lor pe tuburi catodice, dar mai ales înregistrarea imaginii, fie la

bordul aparatului de zbor, fie la staţiile special de la sol, unde sunt procesate imaginile.

Sistemul radar înregistrează imaginea prin scanare sau baleiere, la nivel de punct şi linie,

din care rezultă o imagine alb-negru, alcătuită din puncte mai luminoase sau mai întunecate în

funcţie de intensitatea semnalului de întoarcere (microunde reflectate).

Aplicaţiile radar în teledetecţie sunt influenţate în mare măsură de factorul timp, deoarece

întoarcerea semnalului necesită timp, în condiţiile în care imaginile au cea mai mare rezoluţie la

distanţă mai mare de antena radar, fapt ce necesită şi un timp mai îndelungat de scanare.

Absorbţia atmosferică şi difuzia radiaţiei sunt neglijabile.

În figura 4.2, se observă specificul aplicaţiilor de tip radar lateral aeropurtat, cu

elementele caracteristice: direcţia de zbor (engl. azimuth direction), direcţia de scanare (engl.

range, look direction), fluxul de microunde de rază îndepărtată (engl. far range), fluxul de

microunde de rază intermediară (engl. intermediate slant range), unghiul de cădere al fluxurilor

de microunde (engl. depression angle). Graficul ataşat exprimă corespondenţa dintre intensitatea

semnalului de întoarcere (engl. return intensity), signatura radar şi tipologia obiectelor din

terenul scanat cu microunde. În tabelul 4.1, se prezintă corespondenţa dintre signaturile radar

(intensitatea punctelor) şi particularităţile terenului.

Fig. 4.2. Principiul radarului lateral aeropurtat (după Sabins, 1997 şi Short, 2008).

Tabelul 4.1. Signaturile radar şi terenul în imagini (adaptare după Sabins, 1997)

Signatura radar Ton de culoare

în imagine

Caracteristici

ale terenului

luminoasă strălucitor abrupturi, versanţi

expuşi către antenă

Tabelul prezentat oferă posibilitatea de a diferenţia cât mai exact signaturile radar, total

deosebite de cele din imaginile obţinute prin sistemele pasive prezentate în capitolul anterior.

Toate acestea au o explicaţie.

Revenind la figura 4.2, se observă interacţiunea componentelor de mediu cu fluxurile

oblice de microunde cu emisie cadenţată (ex. peste 2000 de impulsuri pe secundă la unele

sisteme). Acestea imprimă o reflexie diferită a radiaţiilor incidente, datorată pe de o parte

rugozităţii suprafeţelor, materialelor componente (podul metalic determină un vârf de intensitate

a semnalului de răspuns) şi pe de altă parte un răspuns slab în cazul apei lacului (penetrate de

microunde), dar mai ales pentru suprafeţele ,,ascunse’’ sau ,,umbrite” în raport cu fluxul de

radiaţii. În acest mod, imaginea radar rezultată este o sumă de puncte luminoase şi întunecate, o

imagine alb-negru sau în scara de gri (engl.grayscale) în care suprafeţele expuse spre radiaţia

incidentă sunt deschise ca ton de culoare, iar cele adăpostite apar întunecate, aşa cum se observă

şi în banda ce însoţeşte figura 4.2. De asemenea imaginea suprafeţelor cu o mare netezime (ex.

cele metalice, din sticlă, beton etc.) apare în tonuri deschise datorită dispersiei slabe a

microundelor, în timp ce suprafeţele cu aspect neuniform, rugos apar mai închise datorită

dispersării fluxurilor de radiaţii incidente.

Vegetaţia, datorită complexităţii sau rugozităţii mari a suprafeţelor (frunze, ramuri),

difuzează microundele, risipind energia radiaţiilor, fapt pentru care o mică parte ajunge la antenă,

imaginea fiind difuză. În plus, suprafeţele foarte plane reflectă radiaţia în mare măsurp, dar

direcţia nu este către antena radar, de aceea apar în tonuri foarte închise.

umbrită foarte întunecat abrupturi, versanţi

expuşi ascunşi antenei

difuză intermediar prezenţa vegetaţiei

reflectantă la

colţuri

foarte

strălucitor

poduri, drumuri, aşezări

uniformă foarte întunecat apă, pavaje, lacuri secate ori

colmatate

Fig. 4.3. Imagine satelitară radar ERS-SAR1, asupra golfului Gaeta din vestul Italiei, pe

litoralul tirenian. Se observă ţărmul precum şi relieful predominant montan, fragmentat de

torenţi, cu aspect de cueste (stânga) şi caldera vulcanului Roccamonfina (dreapta). Sursa:

Eduspace, ESA International.

Din simpla analiză a imaginii din figura 4.3, obţinută de către satelitul european rezultă

fizionomia reliefului, în condiţiile incidenţei oblice a fluxului de microunde în raport cu

topografia terenului. Asimetriile culmilor datorate structurii monoclinale, fragmentarea în

suprafaţă şi în adâncime, prezenţa unor martori de eroziune litologici sau a structurilor vulcanice

sunt aspecte mai greu de sesizat pe alte tipuri de imagini. Tonurile diferite în spaţiul marin

exprimă, valurile care se lovesc de ţărm (ton deschis, difuzarea microundelor), respectiv

suprafaţa calmă a apei mării.

Un alt caz în care imaginile se pot aplica îl constituie inundaţiile, deoarece, aşa cum am

observat, terenurile acoperite de ape au o cu totul altă rugozitate în raport cu cele uscate. În plus

intervine şi efectul de dielectric al apei don soluri în raport cu radiaţiile de acest tip (fig. 4.4).

Fig. 4.4. Imagine ERS-SAR 1, micşorată, din ianuarie 1995 asupra centrului Olandei,

rezoluţia 30 m, într-o perioadă cu inundaţii în bazinul Rhin, Waal şi Maas. Sursa: NLR Space

Remote Sensing, Olanda.

Radarul de teledetecţie utilizează numai o parte din spectrul microundelor numite şi unde

radar. Acestea sunt simbolizate cu litere majuscule, rămase din perioada anilor 40 din timpul

războiului. Frecvenţa este o caracteristică fundamentală, deoarece ea ilustrează cadenţa

semnalului sau a pulsurilor de undă şi rămâne constantă indiferent de viteza de propagare sau

lungimea de undă. Simbolurile din tabelul 4.2, desemnează intervale spectrale din zona

microundelor, deoarece multe sisteme pot înregistra simultan signaturi radar în mai multe

intervale, asemeni scanării multispectrale sau celei termice.

Tabelul. 4.2. Caracteristici ale microundelor aplicate în teledetecţie (Sabins, 1997)

Datele

din tabelul de mai

sus exprimă acele

intervale cu cea mai mare rată de transmisie atmosferică. Fiecare interval are un vârf (valoarea

din paranteză) prin care se identifică şi benzile radar pe care le cuprinde o scenă satelitară radar.

De exemplu, multe sisteme radar au un singur inteval detectat (o singură imagine) aşa cum este

cazul imaginilor Seasat (L), SIR-A (L), ERS 1 (C), JERS 1 (L) sau Radarsat (C). La sistemul

SIR C, lansat pe naveta spaţială americană în 1994 au fost prevăzute trei imagini obţinute

simultan în intervalele X, C şi L. Imaginile diferă la nivel de signaturi radar, în condiţiile în care

intensitatea semnalului de întoarcere, dependentă şi de frecvenţă ori lungimea de undă

condiţionează diferenţerea obiectelor în urma interacţiunii cu microundele. Mai mult, la

Banda radar Lungimea de undă λ (cm) Frecvenţa (GHz)

K 0,8-2,4 40-12,5

X (3 cm) 2,4-3,8 12,5-8

C (6 cm) 3,8-7,5 8-4

S (8 cm, 12,6 cm) 7,5-15 4-2

L (23,5 cm, 25 cm) 15-30 2-1

P (68 cm) 30-100 1-0,3

imaginile simultan în trei intervale diferite se pot combina ca imagini falscolor, similar celor

rezultate din scanarea multispectrală.

Sistemele radar folosite în teledetecţie diferă în funcţie de poziţia antenei de emisie şi

recepţie a microundelor în raport cu direcţia de zbor. Aceasta condiţionează de fapt acoperirea

spaţială a terenului înregistrat în imagini, ce depinde în egală măsură şi de altitudinea de zbor.

Astfel, sistemul cel mai vechi cunoscut, dar şi cel mai ineficient este radarul cu emisie verticală,

numit în literatură şi radarul cu apertură sau deschidere reală. Sistemul dispune de o antenă fixă

de o lungime suficientă cât să permită înregistrarea unei imagini asupra unei fâşii înguste, de-a

lungul direcţiei de zbor (azimutale).

Radarul lateral aeropurtat (SLAR, de la engl. Side Looking Airborne Radar) denumit

generic radar cu apertură sau deschidere sintetică (SAR, de la engl. Synthetic Aperture Radar),

este cea mai folosită aplicaţie sau tehnică în teledetecţia radar. Principiul ilustrat în figura 4.5,

arată că undele sunt emise sub forma unui fascicul relativ lat, similar luminii unei lămpi, de la

bordul avionului sau satelitului după caz, de către o antenă dispusă lateral pe fuselaj sau pe

corpul satelitului, mobilă. La baza acestei tehnici stă efectul Doppler, care, similar sunetului

determină variaţia intensităţii semnalului pe măsură ce antena se apropie sau se depărtează de

obiect, similar unei sinusoide. Semnalul de întoarcere este înregistrat electronic la trecerea

fluxului de microunde peste obiectul din teren. Dintre datele înregistrate, sunt păstrate numai

cele utile rezolvării apariţiei în imagine a obiectelor din teren.

Fig. 4.5. Schema sistemului radar lateral aeropurtat sau radar cu deschidere sintetică.

După fao.org.docrep.

În fig 4.5 se observă clar spaţiul în care se realizează imaginea radar prin scanarea pe o

zonă laterală faţă de direcţia de zbor a avionului militar. Doar o fâşie din zona scanată prezintă

un semnal corespunzător obţinerii imaginii radar (engl. synthetic beamwith), fapt pentru care aici

se face înregistrarea în mod selectiv sau sintetic.Sistemul este utilizat de aproape toate aplicaţiile

de teledetecţie de pe piaţă.

Rezoluţia spaţială a imaginilor radar, definită ca dimensiunea în teren a pixelului sau

punctului din structura imaginii, este diferită în funcţie de distanţa faţă de antena radar a

obiectelor, astfel încât, se poate vorbi de o rezoluţie azimutală şi de o rezoluţie radială (engl.

range resolution).

Rezoluţia azimutală este legată de imaginea zonei liniare, din lungul direcţiei de zbor, pe

care radarul o poate acoperi prin emisia verticală de microunde. Pentru ca imaginea radar a unui

obiect să se poată realiza este necesar ca obiectele să fie depărtate în raport cu proiecţia în teren a

direcţiei de zbor cu o fâşie mai lată decât lăţimea fascicului de microunde emis lateral în teren.

Lăţimea unghiulară a fascicului de microunde este direct proporţională cu lungimea de undă şi în

relaţie inversă cu lungimea calculată a antenei (cu cât antena este mai lungă, cu atât rezoluţia

imaginii este mai mare), însă lungimea antenei are limitări tehnice. Sistemul este montat de

regulă la partea inferioară a fuselajului avionului, având mai multe antene şi este protejat de un

scut sau carcasă fixat pe fuselaj (fig. 4.6).

Fig. 4.6. Avion Bombardier Global Express al Ministerului Apărării al Marii Britanii cu

sistemul radar SAR ASTOR la bord. Sursa: www.radartutorial.eu.

Rezoluţia radială a imaginilor sau rezoluţia în raza de acţiune laterală a radarului este

determinată de unghiul de cădere al microundelor şi lungimea fascicului incident de microunde.

Este determinată de apropierea obiectelor din teren, în raport cu direcţia de scanare radar a

terenului la un anumit unghi de cădere al microundelor. La unghiuri mari de incidenţă este

posibilă ratarea unor obiecte, fapt pentru care trebuie coordonat unghiul cu parametrii

microundelor. De aici rezultă efectul de umbrire ce apare la obiecte, în funcţie de poziţia lor în

imaginea obţinută la un anumit unghi de cădere al microundelor. Cu cât obiectul este scanat la un

unghi mai mic de incidenţă, imaginea acestuia lasă o umbră mai lungă. Tehnic există

posibilitatea de a scurta distanţa la care se scanează terenul simultan cu reducerea energiei

semnalului. Aceşti parametri sunt controlaţi pentru a nu scădea sub o limită a intensităţii

semnalului de întoarcere.

În aceste condiţii, rezultă o mult mai bună acoperire a terenului, ce creşte în funcţie de

plafonul de zbor (ex. lăţimea zonei de acoperire în teren atinge 9 km la un plafon de 3000 m,

respectiv peste 20 km la un plafon de cca. 7000 m).

Acoperirea stereoscopică este o trăsătură frecventă a imaginilor radar. Posibilitatea

corectării unghiului de incidenţă al radiaţiilor la scanarea laterală a terenului este utilă pentru a

obţine imagini în benzi paralele cu o suprapunere medie de 60%. În acest context, cuplurile de

imagini prezintă o zonă comună în care obiectele apar sub unghiuri uşor diferite. Din diferenţa de

poziţie a aceloraşi puncte din teren, din deplasarea lor radială, se poate calcula poziţia altimetrică

a tuturor punctelor, în raport cu puncte de altitudini cunoscute, rezultând un model numeric al

terenului, exploatat sub forma curbelor de nivel din harta topografică.

Altă posibilitate este obţinerea de mozaicuri de imagini radar, similar celor de fotografii

aeriene. Pe baza lor se pot genera hărţi topografice, de navigaţie aeriană sau maritimă ori hărţi

tematice diferite, de mare utilitate în analize de mediu şi amenajarea teritoriului (ex. harta

hazardului pentru alunecări ori harta riscului). Hărţile litologice exploatează rugozitatea

imaginilor şi proprietăţile semnalului, mai exact textura diferitelor areale, pe care o asociază,

acolo unde vegetaţia lipseşte (ex.deşerturi şi semideşerturi) cu diverse litofaciesuri, unele de

importanţă economică.

Alte aplicaţii ale radarului sunt legate de polarimetrie şi interferometrie.

Polarimetria radar se referă la adaptarea sistemelor de recepţie a microundelor la

captarea radiaţiilor deviate sau difuzate de terenul fragmentat şi obiectele de la suprafaţa acestora

(ex. văile sau vegetaţia depolarizează radiaţia). Deoarece radiaţia incidentă şi cea reflectată

parcurg aceleaşi trasee, o parte a posibilelor signaturi radar se pot pierde ca urmare a

depolarizării radiaţiilor în câmpul electric şi magnetic terestru. Sistemele cele mai noi mai dispun

de o antenă care poate capta semnalele reflectate sub unghiuri diferite în raport cu cel de

incidenţă. Astfel există imagini cu polarizare orizontală (HH) sau verticală (VV) ori combinate

(HV, VH). Prima literă arată tipul polarimetric de radiaţie incidentă, a doua corespunde celei

reflectate (fig. 4.7).

Fig. 4.7. Imagini radar C-SAR obţinute prin polarizarea radiaţiilor asupra lacului Dauphin

din Québéc, comparate cu imagine Radarsat şi fotograma aeriană, respective harta topografică.

Sursa: Remote Sensing Tutorial, Canadian Centre for Remote Sensing.

Interferometria este un domeniu al fizicii, axat pe detectarea şi înregistrarea radiaţiilor

care interferă din punct de vedere spaţial (fig. 4.8 a). Acestea pot fi fluxuri de microunde (trenuri

de undă) emise în direcţia aceluiaşi teren sau obiect din teren. Între acestea există o diferenţă de

fază, iar prin suprapunere apare o undă rezultantă, care poate fi vizualizată asemeni unei imagini

de teledetecţie radar, în care vârfurilor de intensitate li se asociază tonuri sau nuanţe de culoare.

Imaginea se mai numeşte şi interferogramă (fig. 4.8 b).

a b

Fig. 4.8 Principiul interferometriei radar (a). Interferograma unui vulcan, vizualizată

tridimensional prin transformarea diferenţelor de fază ale fluxurilor de microunde în diferenţe

altimetrice, b (după USGS).

Mijloacele actuale computerizate au atins performanţa de a permite generarea automată a

modelelor numerice sau digitale ale terenului din imagini radar polarimetrice şi interferometrice.

Procedeul este de mare utilitate în analiza dinamicii reliefului dar mai ales în obţinerea

elementelor de altimetrie, necesare hărţilor topografice. În luna februarie 2000, naveta spaţială

americană Endeavour a realizat o aplicaţie de teledetecţie radar în cursul misiunii de 11 zile,

destinată obţinerii de imagini şi în final de modele digitale ale suprafeţei topografice a întregului

uscat terestru, la rezoluţii de 30 m, prelucrate la 90 m. Misiunea SRTM (engl. Shuttle Radar

Topographic Mission, fig. 16) a fost un succes, deoarece în prezent, aceste date topografice sunt

accesibile diferitelor domenii de cercetare teoretică şi aplicată. Sistemul a captat fluxurile de

microunde reflectate după emisia controlată de la bordul navetei, cu ajutorul a două antene

distanţate printr-un braţ mobil, fapt ce a permis polarizarea diferită a fasciculelor şi generarea de

imaginii cu un anumit decalaj, exploatate apoi pe computer. Informaţia este imensă ca volum şi

accesibilă la un anumit nivel de procesare într-un anumit format pe internet, în baze de date

specializate.

a b

Fig. 4.9. a. Misiunea SRTM, cu sistemul de antenă mobilă radar montat pe naveta spaţială (după

USGS), b. Model digital, în scara de gri, al suprafeţei topografice, obţinut prin procesarea

datelor din înregistrările radar din misiunea SRTM (după DLR).

4.2. Sistemul LIDAR

Este un mijloc activ de a obţine imagini de teledetecţie, deşi aplicaţia este folosită şi la

nivelul suprafeţei terestre în geologie, arheologie, arhitectură şi construcţii etc. Sistemul este

similar până la un punct radarului, însă este mai nou, fiind apărut şi perfecţionat după anii 60 şi

folosit pe scară mai largă începând cu anii 70.

Lidarul (de la engl. Light Detection and Ranging) foloseşte în locul microundelor lumina

polarizată numită şi laser. Sistemul mai este denumit şi radar cu laser, dar acest termen este

oarecum impropriu deoarece aplicaţia nu utilizează unde radar sau microunde ci radiaţii

luminoase polarizate. În literatură mai apar termeni sinonimi de tipul altimetrie laser (engl. laser

altimetry, lasergrammetrie (fotogrammetrie laser) sau ALSM (engl. Airborne Laser Swath

Mapping), iar în tehnica militară se utilizează acronimul LADAR.

Radiaţiile luminoase laser (razele laser) cu un fascicul foarte îngust şi un mare potenţial

energetic, cu lungimi de undă din spectrul vizibil sau infraroşu, pot fi generate de către unele

cristale sau substanţe gazoase supuse influenţei unor câmpuri magnetice sau electrice. Acestea

sunt emise sub forma de pulsuri de undă, cadenţat, similar radarului (vezi subcapitolul 4.1), în

direcţia terenului, care le reflectă şi mai ales le modifică caracteristicile.

Principiul (fig. 4.10) utilizează scanarea sau baleierea suprafeţelor de uscat sau acvatice,

situate lateral în raport cu direcţia de zbor, prin coordonarea perfectă cu viteza de zbor a

avionului sau elicopterului ce transportă instrumentul.

La contactul cu obiectele din teren, lumina laser incidentă, cu parametri cunoscuţi este

reflectată, este parţial absorbită, difuzată. Sistemul măsoară de fapt timpul de întoarcere al

razelor laser reflectate, în funcţie de care, acesta calculează automat distanţa dintre aparatul de

zbor şi obiectul scanat sau baleiat. Pe baza acestor valori, se vor determina mai târziu şi se vor

atribui la nivel de pixel, valori altimetrice ale terenului din interpolarea cărora rezultă un model,

destul de detaliat al suprafeţei topografice, al batimetriei sau al altor obiecte ca de pildă vegetaţia

forestieră ori construcţiile..

Explorarea terenului se realizează prin baleiere sau scanare cu fascicul luminos

monocromatic generat la bordul avionului, special echipat pentru asemenea misiuni. Cele mai

moderne sisteme aeropurtate generează chiar şi 20-50 mii de pulsuri pe secundă, fapt ce

îmbunătăţeşte considerabil rezoluţia imaginilor. Aceasta ajunge şi la mai puţin de un metru pe

orizontală, însă mai importantă este cea verticală (diferenţa de nivel altimetric detectată şi

măsurată) care este de ordinul milimetrilor (5-6 mm la multe sisteme aeropurtate).

Lumina laser este generată la un anumit unghi, în limitele unei zone de acoperire

unghiulară numită şi câmp de vedere de la engl. field of view (adesea de circa 40˚). Ea are

aspectul unui spot cu o energie care nu este periculoasă pentru ochiul uman, având lăţimea de

circa 6 mm. Aceasta atinge terenul sau obiectele sub forma unei „ amprente”, de forma unui cerc

(punctuală), în raport de care se apreciază şi rezoluţia spaţială în plan orizontal a imaginii

(diametrul cercului).

Fig. 4.10. Principiul sistemului LIDAR aeropurtat (după USDA, US Forest Service).

Sistemul de scanare cu laser este asistat cu precizie de un sistem de navigaţie aeriană

performant, care oferă pe lângă traseul exact al aeronavei în raport cu harta digitală (prin

sistemul GPS de poziţionare globală) şi ora exactă a înregistrării. De o mare importanţă în

aplicaţia lidar este Sistemul de Navigaţie Inerţial (engl. Inertial Measurement Unit), care asemeni

figurii 4.10, determină permanent, în timpul înregistrării datelor recepţionate, elementele

vectoriale ale navigaţiei aeriene, de care depind calculele şi corecţiile aplicate ulterior (ex.

abaterea de la traseul prestabilit al misiunii, înclinarea aparatului de zbor pe o parte sau alta ori

variaţia plafonului de zbor). Pentru fiecare punct scanat se înregistrează aceste date de navigaţie

dar şi coordonatele precise GPS, raportate la cele trei axe din spaţiu (x, y, z) dar şi calibrate cu

ajutorul unor staţii GPS de la sol, de foarte mare precizie.

Scopul este determinarea cât mai precisă a datelor de altimetrie laser, de mare utilitate în

generarea de modele digitale sau numerice ale terenului (MNA, DEM etc.). În figura 4.11, se

prezintă două modele numerice ale terenului ce corespund unei albii de râu meandrate (fig. 4.11.

a), respectiv unui oraş şi batimetriei unei ape (fig. 4.11 b). Asemenea modele sunt utilizate pe

scară largă în producerea de hărţi şi planuri topografice, dar şi în cartografierea geologică,

geomorfologică, ecologică, în arheologie etc. Ele pot fi generate inclusiv pentru terenurile

abrupte.

a.

b.

Fig. 4.11. Modele digitale precise, în scară de gri, rezultate prin scanare lidar sau altimetrie-

batimetrie laser, reprezentând albia meandrată şi terasele unui râu - a (după River Design Group

Inc.) şi gura de vărsare amenajată a unui fluviu, din SUA – b (Nautical Charts, NOAA).

Imaginea rezultată este în scara de gri şi conţine un mare volum de informaţie, exprimat

şi prin numărul de puncte scanate raportat la suprafaţa de referinţă (ex. peste 250 mii de puncte

pe km2 la unele aplicaţii în mediile urbane unde se pot realiza modele ale clădirilor utile în

arhitectură, inginerie civilă sau urbanism). Imaginea are deja proprietăţi geometrice (proiecţie

cartografică) deoarece punctele sau pixelii se înregistrează la pe fiecare linie scanată, împreună

cu poziţia spaţială, determinată simultan prin semnalul de la sateliţii GPS. Scanarea liniilor se

realizează frecvent pe timp de noapte, cu o suprapunere laterală de 30-50%, pentru a exista o

continuitate în cadrul imaginii.

Diferenţierea obiectelor în imagini se bazează în egală măsură şi pe poziţia lor altimetrică

dar şi pe signatura spectrală. Astfel se utilizează lumina în spectrul vizibil, dar foarte frecvent cea

din zona infraroşului apropiat (1,06µ). La aceste valori, cea mai bună reflectanţă corespunde

vegetaţiei, fapt ce permite scanarea detaliată a formaţiunilor vegetale, mai ales a celor ce implică

şi dimensiunea verticală (ex. pădurile). În acest caz, aplicaţiile sunt deosebit de utile în

silvicultură, deoarece la unghiuri mai mari ale spotului laser ce intersectează frunzele în raport cu

verticala (imagini oblice), se vor înregistra, în detaliu, coroanele copacilor şi trunchiurile (fig.

4.12). Pe baza unor astfel de imagini pot rezulta hărţi precise de amenajment silvic sau hărţi ale

vegetaţiei forestiere.

Fig. 4.12. Imagine Lidar în scara de gri a unei păduri de conifere din Nord-vestul SUA.

Sursa: USDA Forest Service.

Aplicaţiile LIDAR satelitare sunt relativ recente şi în plin proces de perfecţionare. În

acest caz, datorită altitudinii mari si rezoluţia este ceva mai mică decât în cazul imaginilor

obţinute de sistemele aeropurtate, iar numărul de pulsuri scade la circa 40 pe secundă. Cu toate

acestea, imaginile şi măsurătorile de acest tip sunt folosite în analiza formaţiunilor de gheaţă şi

zăpadă, norilor şi fronturilor din atmosferă, respectiv în modificările la nivelul altimetriei şi

batimetriei (inclusiv modificărilor ale nivelului oceanului şi mărilor). În anul 2003, a fost lansat

la bordul satelitului american ICESat, un instrument de scanare laser (GLAS sau Geoscience

Laser Altimeter System). Imaginile rezultate au rezoluţii pe orizontală de 70 m la nivelul urmei

circulare a spotului de lumină în infraroşu şi vizibil. Acestea sunt înregistrate periodic (la

diferenţă de 8 zile sau mai mare) şi permit evaluarea destul de exactă a dinamicii gheţarior din

Arctica şi Antarctica (fig. 4.13). Mai mult instrumentele permit evaluarea contribuţiei gheţarilor

în curs de topire la creşterea nivelului Oceanului Planetar.

Fig. 4.13. Hartă morfodinamică parţială, bazată pe o imagine ICESat a unor gheţari din

Antarctica, pe care au fost marcate elemente dinamice (după USGS).

Prin acurateţea datelor obţinute, aflată în plin proces de perfecţionare, sistemele de

scanare laser sunt în prezent unele dintre cele mai precise sisteme folosite în teledetecţie.

Cercetările în curs de desfăşurare efectuate de NASA, JPL şi alte laboratoare, inclusiv din

universităţi americane de renume, vor îmbunătăţi şi mai mult performanţele şi vor contribui

considerabil la diversificarea aplicaţiilor.

3. Principiul sonarului

Sonarul (de la engl. Sound navigation and ranging), utilizează undele sonore generate în

limitele unor parametri cunoscuţi de către sisteme speciale. A fost inventat în timpul Primului

Război Mondial în scopul localizării ţintelor submarine sau a aisbergurilor. Acestea sunt emise

diferit în funcţie de frecvenţă, astfel încât, calitatea imaginilor rezultate este cu atât mai bună la

nivel de rezoluţie sau detaliere, cu cât distanţa parcursă de sunet este mai mică iar frecvenţa

semnalului sonor mai mare.

Aplicaţiile sunt legate aproape exclusiv de mediul marin, de bazinele acvatice, deoarece

propagarea sunetului este optimă prin apă şi mult mai dificilă în atmosferă. Principiul (fig. 4.14 )

este destul de apropiat de cel al radarului sau lidarului. Undele sonore sunt emise de generatoare

submerse de pe nave sau submarine, în direcţia fundului apei marine, unde interacţionează cu

diferite medii, ca structură şi rugozitate. Sistemul explorează obiectele tot prin scanare sau

baleiere, în limitele razei de acţiune, mai largă sau mai limitată (fig. 4.14), prin emisia ciclică, a

undelor sonore (un ciclu reprezintă perioada dintre emisia unui flux de unde sonore şi recepţia

răspunsului sau ecoului acestuia).

a

Fig. 4.14. Principiul sonarului cu scanare laterală. Scanarea se face cu ajutorul unui

modul legat de aparatura de recepţie de la bordul navei. Măsurătorile sunt poziţionate spaţial cu

ajutorul datelor de localizare de la sateliţii GPS dar şi în raport cu alţi reperi ai serviciului

oceanografic. După Woodshole Oceanographic Institution şi USGS.

Sistemul este acţionat prin comanda de la distanţă prin cablu. Curenţii electrici determină

emisia de unde sonore la nivelul unor membrane. Sunetul creat, cu o anumită frecvenţă poate fi

emis fie vertical, sub forma unui fascicul îngust, fie lateral în raport cu direcţia de deplasare a

modului generator, pe un spaţiu mult mai larg. Reflectate parţial, aceste unde se întorc spre

modul şi apoi către navă unde sunt receptate cu senzori numiţi geofoane, similare unor

microfoane. Semnalul de răspuns este captat, convertit în curenţi electrici, înregistrat, prelucrat şi

vizualizat pe tub catodic, unde apare o imagine alb-negru numită şi sonogramă.. Aceasta arată

destul de fidel, imaginea sedimentelor şi a formelor sau structurilor de pe fundul bazinului

acvatic şi este utilă în studiul reliefului şi geologiei acestora. Din imagini preluate cu o anumită

suprapunere laterală, se pot genera chiar şi modele digitale ale topografiei subacvatice, aplicaţie

ce se poate dezvolta şi din interpolarea unor profile cu o ecosondă portabilă. Suprafeţele expuse

undelor sonore sunt mai deschise ca ton de culoare, comparativ cu cele ascunse fluxului de unde.

De asemenea rocile sedimentare moi absorb sau difuzează undele, mai ales când sunt slab

consolidate, de aceea apar în ton închis, comparativ cu roci sau obiecte dure ce apar deschise.

Fig. 4.15. Scanarea laterală faţă de direcţia de deplasare a navei cu unde sonore cu

ajutorul modului sonarului. Se observă imaginea rezultată, în care apare o porţiune fără date în

vecinătatea liniei de deplasare a navei, tonuri foarte deschise la blocuri (roci compacte), respectiv

mai închise la pietriş (roci neconsolidate) şi destul de închise la nisipuri. Depresiunile apar în ton

foarte închis fiind opuse sau ascunse direcţiei de scanare. Sursa: După Woodshole

Oceanographic Institution şi USGS.

Imaginea este de asemenea uşor de utilizat în aplicaţiile SIG, deoarece, similar imaginilor

LIDAR, aceasta are proprietăţi geometrice asociate fiecărui pixel. În acest mod, se elaborează

hărţi digitale ale reliefului submarin, în care interpretarea tonalităţilor poate permite

cartografierea depozitelor marine la nivel granulometric dar şi litologic (fig.4.16).

Fig. 4.16. Hartă bazată pe o sonogramă sau imagine de la sonar, pe litoralul vestic

al Pensinsulei Florida. Imaginea, micşorată este vizualizată la scară, împreună cu alte

date reprezentând relieful litoralului. Tonurile închise reprezintă mari depuneri de

nisipuri legate de curenţii de coastă. Sursa: USGS Coastal and Marine Geology Program.

Fig.4.17. Harta batimetrică (în scară de gri) a unei porţiuni din litoralul atlantic al

SUA. Imginea surprinde ţărmul, şelful şi taluzul continental, în care un fluviu a creat o

vale la suprafaţă şi un canion submarin în adâncime. Sursa: USGS.

O aplicaţie de mare importanţă este şi generarea hărţilor de navigaţie cu ajutorul

sonarului. Principiul este oarecum similar altimetriei laser, deoarece sonarul ori ecosonda

digitală au posibilitatea de a înregistra simultan şi date de batimetrie, prin baleierea sau

scanarea elementelor de pe fundul mării. În fig. 4.17, se poate observa o hartă

batimetrică, bazată pe un model digital al unei porţiuni din litoralul atlantic al SUA, unde

este evidentă prezenţa unui canion submarin bine adâncit în şelful continental. Pe o

porţiune limitată a fost suprapusă pentru exemplificare, o bandă de imagini sonar care

apar în general în tonuri închise, datorită predominării nisipurilor şi mâlurilor (roci

neconsolidate).

5. Aerofotografierea (fotografierea aeriană).

Noţiuni de bază de fotogrammetrie.

Fotografierea aeriană este un mijloc utilizat în teledetecţia pasivă, ce are ca scop

obţinerea de imagini fotografice (sau digitale), folosind camera de fotografiere aeriană.

Iniţiată de către Nadar în Franţa (1858) şi de către W.Wright în SUA, Italia şi Franţa,

metoda a înregistrat o perfecţionare continuă şi s-a menţinut până în anii 60, ca singura

tehnică de obţinere a imaginilor în teledetecţie. Imaginile fotoaeriene sau fotogramele

aeriene au stat la baza fotogrammetriei şi mai ales a aplicaţiilor de obţinere a planurilor şi

hărţilor topografice, cadastrale etc. În capitolul de faţă, vom prezenta pe scurt principalele

elemente caracteristice fotografierii aeriene, urmând ca în volumul trei al lucrării noastre,

să dezvoltăm o tematică de fotogrammetrie cu aplicaţii în geografie.

5.1. Zborul de aerofotografiere

Fotografierea aeriană presupune obţinerea de imagini în funcţie de necesităţile

unui beneficiar, folosind anumiţi parametrii care vizeaza in egală masura atât imaginea

cât şi aparatura utilizată în acest scop. Aplicaţiile pentru care se realizează misiuni de

fotografiere aeriană sunt diverse, de la cartografie, topografie, la îmbunătăţiri funciare

(irigaţii, lucrări antierozionale, construcţia de baraje etc.), agricultură (ex. construirea

bazelor de date pentru aplicarea subvenţiilor agricole), silvicultură (ex. cartarea

staţiunilor forestiere pe specii de arbori, evaluarea productivităţii biologice a arboretelor

etc.), urbanism şi amenajarea teritoriului (întocmirea de planuri de urbanism, dezvoltarea

de proiecte de infrastructură de transport etc.). Pe lângă aceste domenii, beneficiari ai

fotografierii aeriene sunt şi domenii ale ştiinţei ca geografia fizică şi umană (aproape

toate ramurile), geologia (inclusiv cea economică, legată de resurse), arheologia,

biologia, sociologia etc.

Toţi aceşti beneficiari apelează la firme, companii, instituţii specializate, prin

prezentarea unui proiect, având ca scop precizarea caracteristicilor imaginilor ce urmează

a fi realizate (acoperirea spaţială, scara, rezoluţia, signatura spectrală, format, nivel de

prelucrare etc.).

Fotografierea aeriană este realizată de cele mai multe ori cu ajutorul avionului, şi

mai rar cu ajutorul elicopterelor sau baloanelor. Aeronavele folosite în aerofotografiere

sunt platforme pentru camera de fotografiere aeriană. Teoretic, orice avion se poate folosi

în asemenea misiuni, însă aparatul trebuie să îndeplinească mai multe condiţii: avionul

trebuie să fie stabil în zbor, să dispună de suficientă aparatură de bord pentru corectarea

parametrilor de zbor, să dispună de spaţiu suficient pentru instalarea aparaturii de

fotografiere aeriană, deoarece camera trebuie să fie amplasată într-un loc cu maximum de

vizibilitate (de regulă în centrul de greutate al aeronavei, cu obiectivul neobturat de nici o

piesă de pe fuselaj), să dispună de o autonomie în zbor suficientă încheierii misiunii.

Aparatul de zbor (fig. 5.1) trebuie sa îşi menţină cursul din planul misiunii cât mai precis,

astfel încât se acceptă o abatere de la traseu de ± 3˚ şi o abatere de la plafonul de zbor de

numai ± 2%. De asemenea avionul trebuie să fie manevrabil la schimbarea direcţiei de

zbor planificată. Echipajul unei misiuni trebuie să cuprindă pe lângă pilot şi navigator, un

operator care să controleze parametrii camerei (fig. 5.2), în raport cu cei ai misiunii şi

chiar să schimbe materialul fotosensibil în camera obscură amenajată în fuselaj.

Fig. 5.1. Avion folosit în misiuni de aerofotografiere (bimotorul Super King Air

350 C) de către Oficiul Federal de Topografie al Elveţiei. Sursa: swisstopo.ch.

Fig. 5.2. Camera de aerofotografiere (centru, jos) şi echipamentele auxiliare, la

bordul unui avion de fotografiere aeriană al Institutului Geografic Naţional (Franţa).

Sursa: IGN.

Aerofotografierea presupune mai multe etape, de la pregătirea misiunii la

obţinerea şi livrarea imaginilor.

Etapa pregătitoare este etapa de planificare a misiunii, în cursul căreia se studiază

toţi parametrii zborului. Se intocmeste o documentaţie tehnică, având forma unui proiect,

însoţit întotdeauna de materiale cartografice (hărţi), în care sunt trasate direcţiile de zbor

şi reperele din teren ale traseului.

Elementele cele mai importante în pregătirea zborului sunt:

stabilirea scării imaginilor;

stabilirea caracteristicilor tehnice necesare ale camerei;

stabilirea formatului imaginilor (pentru alegerea camerei şi a peliculei de film);

stabilirea fotobazei aeriene (distanţa dintre punctele centrale ale celor două

fotograme aeriene obţinute consecutiv, necesară pentru a determina intervalul de

timp dintre două deschideri ale diafragmei camerei);

stabilirea distanţei dintre traseele paralele de zbor învecinate;

Pe baza acestor date de, se întocmeşte harta de zbor care prezintă, pe fondul unei

hărţi topografice (fig. 5.3), traseul exact al zborului precum şi parametrii de baza ai

misiunii. Harta este transmisă echipajului misiunii, în format tipărit, dar şi digital,

deoarece aplicaţiile mai recente utilizează monitorizarea pe computer a acoperirii spaţiale

a aerofotografierii.

Fig. 5.3. Exemplu de hartă (şi interfaţă utilizator) destinată zborului de fotografiere

aeriană în formatul digital. Sunt prezentate benzile de imagini, direcţiile de zbor, punctele

centrale, iar în fundal s-a folosit un model numeric al terenului, vizualizat prin metoda

umbririi.

Planificarea misiunii de aerofotografiere presupune respectarea mai multor

condiţii:

tipul de imagini care se vor obţine şi aplicaţiile corespunzătoare (ex: imaginile

folosite în cartografie şi topografie, în cadastru, arheologie, agricultură şi

silvicultură, urbanism);

alegerea momentului optim al zborului de fotografiere, în funcţie de anotimp,

dată, dar şi de momentul zilei (ex. pentru obţinerea de modele numerice ale

terenului sau MNA, din care sunt derivate datele topografice, momentul optim

este primăvara timpurie sau toamna târzie, atunci când vegetaţia se află la

începutul sau la sfârşitul sezonului vegetal, deoarece frunzişul copacilor

reprezintă surse destul de însemnate de erori în modelarea topografică digitală);

cunoaşterea stării vremii (în funcţie de care misiunea este programată sau

amânată, pentru ca imaginile să fie de calitate);

După stabilirea parametrilor zborului, se trece la pregătirea aparaturii de

aerofotografiere, respectiv a camerei şi instrumentelor auxiliare.

5.2. Camera de aerofotografiere

Camera de fotografiere aeriană (camera metrică) este în fapt ,,sistemul de senzori”

ai acestei aplicaţii de teledetecţie pasivă. Aceasta permite obţinerea de imagini cu o

geometrie controlată care poate fi atât fixă (în cazul camerelor fotografice clasice) cât şi o

variabilă, în cazul camerelor foto digitale. Imaginea aeriană se poate obţine pe suport de

film negativ, pancromatic sau spectro-zonal sau pe suport digital (discuri video, sau

compacte, diferite alte unităţi de stocare a datelor).

Fig. 5.4. Camera de aerofotografiere (fără echipamentul auxiliar) şi părţile

componente (a) şi aspectul exterior al unei camere cu film aerofotografic (b).

Componentele camerei de aerofotografiere (fig. 5.4 a şi b), cuprind elementele

sistemului optic (prin care pătrunde lumina reflectată de către obiecte), sistemul de

expunere al filmului la lumină şi sistemul de compartimentul de stocare al materialului

fotosensibil. În lucrarea noastră ne referim la camera metrică clasică, folosind filmul,

deoarece este aplicaţia cel mai mult utilizată de-a lungul timpului. Principalele elemente

sunt:

conul obiectivului (cuprinde obiectivul camerei format din mai multe

lentile);

diafragma, împreună cu obturatorul cu lamele (închide şi deschide accesul

luminii prin obiectiv către materialul fotosensibil);

suportul camerei (batiul camerei), reprezentat prin suportul circular de fixare

al camerei pe fuselajul avionului, pe care este montat corpul camerei;

suportul prezintă şi un sistem pentru atenuarea şocurilor din timpul zborului.

corpul camerei (cu o carcasă de protecţie), care acoperă părţile importante

ale camerei;

placa de presiune pe care filmul este rulat perfect plan, prin vidarea spaţiului

dintre placa de cristal şi materialul fotosensibil.

caseta filmelor (2 bobine de film, una de pe care se ruleaza filmul, numită şi

debitoare, alta pe care filmul este rulat, numită şi receptoare);

instrumentele auxiliare sunt destinate controlului operativ al

aerofotografierii, fiind reprezentate prin: sistem de comandă al camerei care

afişează în permanenţă acoperirea spaţială a imaginii (lunetă de navigaţie

pentru controlul terenului), coordonatele geografice, plafonul de zbor, ora,

viteza avionului precum şi elementele legate de modul de lucru al camerei;

sistemul permite în anumite cazuri chiar afişarea planului de zbor (digital) şi

a punctelor GPS de control în teren, ce corespund poziţiei avionului; se mai

adaugă intervalometrul care permite declanşarea la intervale de timp a

diafragmei camerei, un exponometru (la unele camere, arată date de corecţie

a expunerii), un sistem radar cu emisie verticală care prezintă un profil al

terenului aerofotografiat etc.

Modul de lucru al camerei trebuie să asigure cele mai bune condiţii pentru a

obţine imagini de cea mai bună calitate, folosind puterea de rezolvare a obiectivului şi

alte caracteristici. Rezultatul trebuie să fie o imagine aeriană cu proprietăţi geometrice

cunoscute (în proiecţie centrală), cu aberaţii optice în limite acceptabile, utilizabilă în

diverse aplicaţii şi mai ales în elaborarea de hărţi şi planuri. Modul de lucru trebuie

corelat cât mai bine cu viteza de zbor a avionului, pentru ca obiectele să apară de o

claritate evidentă.

Viteza de deplasare a avionului trebuie corelată perfect cu parametrii reglaţi ai

camerei de fotografiere şi în special cu timpul de expunere şi diafragma. La anumite

viteze apare aşa-numita trenare a imaginii, în care obiectele cu forma liniară au imagini

uşor alungite.

Viteza de zbor şi timpul de expunere al filmului se aleg în funcţie de conţinutul

imaginii şi de aplicaţiile acesteia. De exemplu, pentru aşezările urbane şi rurale, scara

indicată a fotografierii este cuprinsă intre 1:4000 si 1:12000 iar viteza optimă este mai

mare de 300 km/h. Planurile topografice rezultate au scări între 1:2000 şi 1:5000.

Plafonul de zbor este indicat să fie între 600-800 m şi maxim 1300-1800 m iar timpul de

expunere al filmului de 1/75 secundă şi 1/300 secundă.

Pentru fotografierea aeriană de la mare altitudine, plafonul de zbor este mai mare

de 6000 m, iar masa avionului trebuie să depăşeasca 10 tone. Raza de acţiune a aeronavei

variază între 600-800 km şi 2000-2500 km.

Alegerea camerei de fotografiere aeriană se realizează în funcţie de misiune,

deoarece distanţa focală (distanţa dintre centrul obiectivului şi film) este cuprinsă între 50

mm la fotografierea pe terenuri plate, 70 mm în zonele cu relief relativ fragmentat,

respectiv 100-140 mm în zone montane. Pentru centrele populate se utilizează şi camera

cu distanţa focală de 200-250 mm, deoarece fotografierea impune o scară mai mare şi o

altitudine mai redusa. Intervalul optim pentru zborul de fotografiere aeriana este ora 11-

14 (luminozitate maximă), considerat optim inclusiv pentru fotografierea aşezărilor. La

munte se alege intervalul 8-10 dimineaţa, ca urmare a condiţiilor atmosferice mai

favorabile.

Ciclul camerei reprezinta un interval cu o durata de circa 2-3 secunde, care

variază în funcţie de scara imaginii şi viteza de zbor, de-a lungul căruia camera de

fotografiere aeriană permite obţinerea unui cadru pe film. Acesta începe în momentul în

care, filmul neexpus, perfect plan, este rulat în dreptul obiectivului şi se finalizează în

momentul în care în dreptul obiectivului este rulat filmul neexpus corespunzator cadrului

pe de film imediat următor. Etapele ciclului camerei sunt:

rularea cadrului de pe film pe placa de presiune;

deschiderea diafragmei şi impresionarea (iluminarea) cadrului de pe film

(expunerea filmului);

afişarea simultană cu deschiderea diafragmei a datelor auxiliare

caracteristice fotogramei aeriene (ora fotografierii, înclinarea aparatului de

zbor, altitudinea plafonului etc.)

eliberarea clişeului de pe film de pe placa de presiune şi transportarea

acestuia pe bobina receptoare a camerei.

Urmatorul cadru de pe film este transportat de pe bobina debitoare pe placa de

presiune, dupa care filmul este intins perfect pe aceasta (închiderea ciclului camerei).

5.3 Procesarea imaginilor aeriene

Obţinerea imaginilor aeriene este dependentă de diferenţele de reflectanţă

spectrală dintre obiectele din terenul fotografiat, caracteristicile camerei metrice

(diametrul lentilei, diafragma – reglabile în funcţie de sensibilitatea filmului şi distanţa

focală), sensibilitatea spectrală a filmului (ce lungimi de undă ale radiaţiei pot impresiona

filmul).

Imaginile fotografice se obţin în laboratoare speciale de prelucrare a imaginilor.

Procesul fotografic este identic în linii mari cu obţinerea oricărei fotografii alb-negru sau

color, însă există şi unele cerinţe de care depinde calitatea imaginii. Pentru reglarea

camerelor se ţine seama de mai mulţi parametri.

În domeniul aerofotografierii sunt utilizate pe scară largă atât filme alb-negru cât

şi color, iar imaginile rezultate sunt fie în scara de gri, în culori naturale sau falscolor.

Filmul alb- negru a fost şi este utilizat pe scară largă în aerofotografiere (de peste

un secol şi jumătate). Este alcătuit dintr-un suport (plastic sau celuloid dar şi sticlă, în

trecut) acoperit cu un gel în care sunt incluse cristale de halogenuri de argint (frecvent

clorură de argint, AgCl), amestecată cu un liant sensibil la radiaţii electromagnetice cu

anumite lungimi de undă (ex. raze X, ultraviolet, vizibil sau infraroşul apropiat, în funcţie

de aplicaţie).

Principiul prin care imaginea alb-negru rezultă, se bazează pe faptul că fotonii

(lumina) intră în contact cu cristalele da halogenură de argint, care prin pierderea de

electroni se transformă în ioni. Transformarea este cu atât mai intensă cu cât strălucirea

luminii este mai mare. Fluxul de lumină care atinge filmul poate fi reglat folosind filtrele

adaptate camerelor. Acestea sunt alcătuite din sticlă specială colorată, ceea ce permite

trecerea selectivă a radiaţiilor luminoase.

Procesul de fotografiere este bazat pe o reacţie fotochimică, în timpul căreia

cristalele de halogenură îşi modifică proprietăţile chimice, astfel încât apare imaginea

latentă, iniţial invizibilă, apoi devenită vizibilă prin developarea filmului în laboratorul

foto. Din motive de spaţiu nu vom prezenta în detaliu procesul de developare şi obţinere a

negativului, respectiv pe cel de fixare şi realizare a imaginii pozitive. Acestea vor fi

prezentate în detaliu în volumul destinat problemelor de fotogrammetrie aparţinând

aceleiaşi lucrări.

Obţinerea aerofotogramei pe hârtie fotografică sau peliculă din celuloid implică

transformarea negativului în imagine pozitivă, la nivelul căreia porţiunile întunecate din

negativ devin luminoase pe imagine, iar cele luminoase devin întunecate. Calitatea

imaginii este uşor de controlat în laborator la fixarea emulsiei pe hârtia fotografică sau

pelicula specială, la diferite nivele de sensibilitate, folosind lumina aparatului de mărit

(reglabilă ca intensitate). Acestea se aplică pentru a corecta parametrii folosiţi în procesul

propriu-zis al fotografierii (timp de expunere, diafragma în funcţie de intensitatea

luminii). Astfel sunt posibile corecţii de contrast cu rezultate sensibil îmbunătăţite.

Imaginea alb-negru poate deveni imagine multispectrală dacă se utilizează filtrele

de diferite culori, care permit doar anumitor radiaţii electromagnetice, cu anumite

lungimi de undă să treacă prin obiectiv şi diafragmă până la materialul fotosensibil

(filmul).

În acest caz, culorile sunt transformate în tonuri de culoare (elemente ale scării de

gri), astfel încât obiectele de culori către roşu apar în tonuri închise pe negativ şi deschise

pe fotografie. Elementele de culoare verde (ex. vegetaţia în sezonul de vegetaţie) apar

întunecate, în timp ce, pe filmul sensibil la infraroşu acestea apar în tonuri deschise (fig.

5.5).

Fig. 5.5. Aerofotogramă alb-negru a oraşului San Diego, California, micşorată,

realizată în cadrul programului naţional de aerofotografiere al SUA (NAPP). Sursa:

USGS.

Imaginea din fig. 5.5, este obţinută pe un film pancromatic, sensibil la radiaţia

vizibilă (verde, roşu mai ales) şi infraroşu apropiat (fotografic). Vegetaţia, în tonuri

închise este prezentă pe talvegurile unor torenţi adânciţi în zona colinelor pe care se află

oraşul. Apa oceanului apare în tonuri mai închise, dar nu foarte închise decât construcţiile

deoarece filmul este sensibil la infraroşul apropiat care este absorbit la suprafaţă.

Construcţiile (clădirile, autostrăzile, aeroportul, depozitele din zona industrială etc) sunt

evidente datorită reflectanţei mari în zona vizibilului şi mai ales în verde şi roşu. Există

diferenţe de tonalităţi şi între centrul oraşului (strălucire mai mare datorită oţelului şi

sticlei care predomină) şi cartierele rezidenţiale (strălucire mai redusă ca urmare a

dimensiunilor mai mici ale construcţiilor din cărămidă sau lemn cu grădini).

Filmul color este mai complex decât cel alb-negru. Imaginea se formează în

strânsă legătură cu cele trei straturi de emulsie (gel), alcătuite din clorură de argint

incluse într-un liant fotosensibil. Acestea sunt sensibile în mod selectiv la trei intervale de

lungimi de undă ce reprezintă spectrul vizibil (albastru, verde şi roşu). Între stratul

albastru şi stratul verde există un filtru galben, care reţine lumina ultravioletă şi albastră

care alterează în imaginea finală culorile reale.

Cele trei straturi contribuie la formarea imaginii în mod complementar, folosind

ceea ce se numim culori aditive (albastru, verde, roşu). Ele stau la baza formării tuturor

Vegetatie forestiera

Apa oceanica

Autostrada

Zona rezidentiala

Aeroport

Zona industriala

Centru (city)

culorilor percepute de ochiul uman. Culoarea este o caracteristică subiectivă a corpurilor

rezultată prin combinarea luminii din cele trei zone ales spectrului vizibil (fig. 5.6).

Fig. 5.6. Formarea culorilor în sistemul primar aditiv (roşu, verde, albastru) şi

primar substractiv (cian-turcoaz, magenta-violet şi galben). Raportarea culorilor la

spectrul vizibil şi infraroşu este rezultatul descompunerii luminii albe la formarea căreia

participă în proporţii perfect egale radiaţiile din zona spectrului vizibil (după Short,

2008).

Prin combinarea două câte două a culorilor aditive, rezultă culorile substractive

(fig. 5.6). Acestea sunt exprimate prin cian sau turcoaz, magenta sau violet şi galben.

Cele trei culori substractive combinate în proporţii egale, au ca rezultat negrul, iar

combinarea lor, două câte două, permite formarea culorilor aditive (albastru, verde, roşu),

adică a culorilor din care au fost derivate. Pe acest principiu rezultă imaginile color.

Imaginile se formează pe filmul color prin suprapunere, similar cu formarea de

imagini digitale color prin combinaţii de signaturi spectrale (vezi volumul I al lucrării

noastre). Îmbinarea acestora în sistemul culorilor aditive (RGB, fig. 5.6), presupune de

fapt realizarea de combinaţii ale valorilor spectrale la nivel de bandă sau interval spectral

(albastru, verde, roşu), de la zero (negru) la alb, respectiv 255 (vezi capitolul următor),

ceea ce înseamnă, că rezultatul poate fi exprimat prin mai mult de 16,5 milioane de

nuanţe posibile de culori.

În aerofotografiere, interferenţa dintre albastru şi ultraviolet (fotografic, vezi

capitolul 2) pe de o parte şi verde şi roşu pe de altă parte, determină unele alterări ale

culorilor perceptibile la suprafaţa terenului, în imaginea aeriană în culori naturale. Pentru

aceasta se utilizează filtre. Modul de lucru al acestora este legat de reţinerea unor radiaţii

cu anumite lungimi de undă. De exemplu, filtrul galben îndepărtează alte culori şi

permite trecerea galbenului, rezultat din combinarea radiaţiei verzi şi roşii. Prin

suprapunerea a trei filtre în culorile substractive complementare, lumina va trece doar în

mică măsură şi va fi de culoare cenuşie ori verde închis.

Fig. 5.7. Modul de lucru al filtrelor în culorile aditive primare şi în cele

substractive primare (după Sabins, 1997).

În figura 5.7, se prezintă comportamentul radiaţiei din spectrul vizibil în raport cu

filtrele adaptate camerei de aerofotografiere. În principal se observă că filtrele pentru

culorile aditive (albastru, verde, roşu), permit trecerea exclusivă a radiaţiilor vizibile

corespunzătoare culorii lor. Filtrele pentru culorile substractive (galben, violet-magenta,

turcoaz), permit exclusiv trecerea culorilor complementare lor, mai exact radiaţiile ce

corespund culorilor aditive din care au rezultat (ex. turcoazul lasă să treacă albastrul şi

verdele).

Pe filmul color, imaginea se formează în funcţie de patru reguli: radiaţia

corespunzătoare unei culori primare nu impresionează direct straturile de film în culorile

complementare, filtrul galben situat între albastru şi verde împiedică amestecarea

culorilor şi alterarea lor, roşul se obţine din combinarea violetului şi galbenului (similar

rezultă şi celelate două culori aditive), albul rezultă din proiectarea luminii prin culorile

substractive iar negrul (lipsa luminii) apare transparent pe negativ în cele trei straturi ale

filmului. Pe baza acestor principii rezultă imaginea, mai întâi pe negativul color şi apoi

prin reproducere pe hârtie fotografică specială sau suport transparent (prin proiectarea

selectivă a luminii prin negativ, în laborator). Prin proiectarea luminii prin două culori

substractive de pe negativ, rezultă culoarile aditive corespunzătoare (ex. din violet şi

galben, rezultă prin proiectarea luminii prin negativ, culorile verde şi albastru pe

imaginea finală). Procesul color va fi explicat mai detaliat într-un volum ulterior.

Fotografierea aeriană în culori este o aplicaţie mult mai recentă comparativ cu cea

alb-negru, ca urmare a problemelor tehnice speciale. În multe aplicaţii de acest tip

imaginile au culori uşor alterate în raport cu cele din teren. De multe ori imaginea finală

este lustruită pentru ca emulsia să se păstreze mai mult timp la aceaşi calitate. De aici

rezultă şi modificări cromatice (ex. verdele copacilor poate deveni un verde-gălbui).

Problemele tehnice sunt rezolvate mai uşor în condiţiile imaginilor digitale, la care

saturaţia culorilor poate fi reglată prin sistemul intensitate-nuanţă-saturaţie sau

transformările IHS, prezentate în volumul I al lucrării noastre.

În practică se mai utilizează, destul de frecvent şi filme color infraroşu. Acestea

au un principiu oarecum similar filmului color normal sau convenţional, dar stratul

sensibil la albastru este eliminat şi înlocuit cu un strat de emulsie cu grăunţi de

halogenură sensibil la infraroşul apropiat (numit şi infraroşu fotografic).

Fig. 5.8. Fotogramă aeriană color obţinută pe film color infraroşu a oraşului San

Diego, California, micşorată, realizată în cadrul programului naţional de aerofotografiere

al SUA (NAPP). Semnificaţiile detaliilor sunt aceleaşi cu figura 5.5. Sursa: USGS.

Imaginea din figura 5.8 este obţinută pe filmul color infraroşu şi are o calitate

superioară celei alb-negru, prin claritatea mai mare. Aceasta impune unele dificultăţi în

interpretare, deoarece cromatica este diferită de cea percepută de ochiul uman. Este

evidentă culoarea roşie, cu mai multe nuanţe ce corespunde vegetaţiei din parcuri, grădini

sau peluze ori de pe talvegurile torenţiale. Acestea sunt utile în diferenţierea tipologică a

acoperirii vegetale, de la păduri (conifere mai ales) pe talveguri de torenţi (nuanţe mai

închise) la pajişti sau gazon în parcuri sau în grădini (roşu mai deschis). Apa este mai

bine diferenţiată în raport cu uscatul, comparativ cu imaginea din fig. 5.5, deoarece

radiaţia albastră nu mai impresionează filmul decât poate la limita cu verdele, iar

infraroşul este absorbit în mare măsură în straturile superioare ale apei (din această cauză

mai apar valurile de la ţărm sau datorate vapoarelor şi ambarcaţiunilor care afectează

numai suprafaţa apei). La ape mici, apar şi unele detalii de batimetrie, mai puţine

comparativ cu imaginea în culori naturale.

5.4. Caracteristicile imaginilor aeriene.Tipuri de imagini.

Imaginea aeriană este surprinsă prin deschiderea diafragmei şi accesul luminii

către film, prin lentilele obiectivului şi filtrele adaptate acestuia. Deoarece deschiderea

diafragmei şi timpul de expunere sunt extrem de mici, de ordinul zecimilor, respectiv

sutimilor de secundă, imaginea aeriană este statică (toate obiectele în mişcare cum ar fi

vehiculele sunt surprinse în poziţie statică).

Deschiderea diafragmei camerei impune timpul de expunere, inegal pe suprafaţa

peliculei expuse, deoarece deschiderea se face de la centru către margine. Valorile extrem

de mici ale acestor parametri determină caracterul instantaneu al imaginii.

Imaginea aeriană prezintă terenul la ora aerofotografierii, la o anumită dată bine

precizată, ceea ce o diferenţiază de hartă sau plan care au la bază metode de reprezentare

ce impun o anumită selecţie a obiectelor în funcţie de scară sau conţinut. Imaginea are

astfel un caracter obiectiv. De exemplu, un automobil pe un drum poate să apară pe

imaginea aeriană dar în nici un caz pe hartă care se raportează cel mult la anul de apariţie

sau de actualizare.

Formatul, mărimea şi elementele de identificare ale imaginilor aeriene sunt

determinate de tipul de cameră metrică, ce impune alegerea unui anumit tip de peliculă.

În general, fotograma aeriană are o formă pătrată cu latura de 13, 18, 23 sau 40

centimetri, dar în unele cazuri există şi fotograme dreptunghiulare (13x18 cm, de

exemplu, în cazul unor imagini oblice sau panoramice). În capitolul 6.9 al lucrării noastre

sunt prezentate elemente suplimentare privind datele auxiliare ale imaginilor, ce arată

parametri ai zborului în momentul obţinerii fotografierii (ora, plafon de zbor, înclinarea

axului camerei, etc.).

Imaginea are o scară proprie care însă este variabilă, în condiţiile în care punctele

ce o alcătuiesc au o poziţie altimetrică diferită (aceasta determină o poziţionare diferită în

raport cu obiectivul, vezi capitolul 6.1 al lucrării). Cu toate acestea, fotogramele aeriene

au fost clasificate şi după scară, care impune gradul de micşorare al obiectelor (unele

obiecte mici pot chiar să nu apară distincte). Există trei grupe de imagini după scara

acestora:

- imagini la scară mare, de peste 1:10.000 utile în interpretarea satelor şi

oraşelor.

- imagini la scară medie, cuprinsă 1:10.000-1:30.000 folosite mai ales în

interpretarea padurilor, culturilor agricole sau apelor, unde detaliile

acoperă suprafeţe mai mari decât în primul caz.

- imagini la scară mică, sub 1:30.000, foarte utile în recunoaşterea de

ansamblu a terenului şi în studiile regionale (scara se apropie de cea a

imaginilor satelitare Landsat cu rezoluţia de 30 m, cuprinsă între 1: 30.000

şi 1: 40.000).

Imaginile aeriene sunt destinate observării indirecte a terenului.Ochiul uman

percepe obiectele prin reflectarea luminii solare sau artificiale de către suprafaţa emulsiei

ce alcătuieşte imaginea sau de către pixelii cu străluciri diferite de pe monitorul

computerului (la imaginea digitală). În practică, aceste caracteristici ale imaginilor sunt

adaptate diferitelor instrumente ce permit examinarea lor (ex. stereoscopul cu oglinzi sau

de buzunar, interpretoscopul), corectarea lor (ortofotoscopul) ori exploatarea lor în scop

cartografic (ex. aparatele de stereorestituţie). Imaginea digitală, cu geometrie variabilă

este integrată unor aplicaţii similare bazate însă pe algoritmi matematici, dezvoltaţi în

module speciale ale pachetelor software rulate pe computer sau staţii fotogrammetrice.

Caracteristici fotografice sunt exprimate prin nuanţele sau tonurile de culoare ce

corespund obiectelor din imagine. Din acest punct de vedere diferenţiem imagini alb-

negru (în scara de gri) şi imagini color.

Imaginea alb-negru exprimă diferenţele dintre obiecte prin tonuri de culoare

(treceri de la negru către alb, pe scara de gri). Tonul de culoare corespunde din punct de

vedere spectral, culorii obiectului şi este influenţat de gradul de iluminare solară al

obiectului, albedoul acestuia, sensibilitatea filmului la radiaţiile electromagnetice

(determină strălucirea obiectelor, astfel încât pe filmul obişnuit vegetaţia apare în tonuri

mai închise decât pe cel sensibil la infraroşu).

Cu toate acestea, supraexpunerea filmului la radiaţii luminoase poate duce la

creşterea strălucirii obiectelor şi la un contrast slab al negativului imaginii. Filmul

pancromatic de pildă (frecvent folosit) determină un contrast mai slab decât cel

spectrozonal (sensibil la o anumită parte a spectrului). Calitatea imaginii în acest caz este

strâns legată şi de eficienţa prelucrării în laborator, unde contrastul poate fi controlat şi în

funcţie de scopul utilizării imaginilor (analiza reliefului, vegetaţiei, aşezărilor etc.).

Imaginile pot fi grupate şi după materialul fotosensibil pe care se obţin:

- fotografii pe film pancromatic obţinute pe filme sensibile la radiaţia din spectrul

vizibil;

- fotografii pe film ortocromatic, sensibil doar la radiaţia din spectrul vizibil, de

două tipuri: pancromatice propriu-zise, sensibile în special la verde, roşu şi infraroşu

apropiat şi pancromatice color formate din trei staturi de emulsie şi un filtru pentru

radiaţia din zonele ultraviolet şi albastru.

Imaginea color este mai mult sau mai puţin diferită cromatic faţă de imaginea

color a terenului. Cele trei straturi de emulsie ale filmului color au o sensibilitate relativă

diferită, fapt ce determină unele diferenţieri cromatice faţă de realitate. Obiectele apar în

aceste imagini în funcţie de proprietăţile lor cromatice, de sensibilitatea spectrală a

filmului (film color convenţional sau color infraroşu), de iluminarea obiectului, de filtrele

folosite la fotografiere, timpul de expunere şi corectitudinea procesării în laborator.

Difuzarea radiaţiei la nivelul ultraviolet-albastru sau verde-roşu modifică nuanţele de

culoare (albastrul devine violet iar roşul, se apropie de portocaliu).

Claritatea imaginilor reprezintă gradul în care obiectele fotografiate apar în

imagini prin contururi net diferite, ceea ce permite deosebirea lor şi trasarea precisă a

limitelor. Este esenţială în analiza imaginilor şi poate fi determinată de caracteristica

obiectivului (puterea de rezolvare, vezi capitolul 6.3), planeitatea filmului pe placa de

presiune în timpul deschiderii diafragmei şi mai ales reglarea camerei pe distanţa în plan

vertical. Claritatea se exprimă prin intensitatea iluminării în raport cu distanţa punctului

faţă de marginea fotografiei (curba de claritate).

Imaginea neclară este rezultatul unor imperfecţiuni în funcţionarea camerei,

determinate de lipsa de planeitate a filmului pe placa de presiune dar mai ales de reglarea

necorespunzătoare a timpului de expunere al filmului. În acest caz, trebuie să existe o

corelare cât mai bună între timp de expunere şi viteza de zbor a avionului, deoarece astfel

imaginea obiectelor lineare poate apărea prelungă (trenarea imaginii).Viteza de zbor este

strâns legată şi de scara imaginii astfel încât, pentru imagini la scară de sub 1: 50.000,

viteza optimă poate fi de peste 900 km/h, în timp ce la scara de 1:12.000, viteza optimă

este de circa 225 km/h.

Limita dintre detaliile din imagine este determinată de puterea de rezoluţie sau de

rezolvare a obiectivului, exprimată ca număr de linii albe şi negre ce se diferenţiază pe un

milimetru în imagine. Cele mai bune imagini aeriene sunt cele cu 20 de perechi de linii

pe milimetru (în general aceasta atinge la multe imagini între 5 şi 25 perechi de linii pe

mm). Aceast depinde şi de diferenţa spectrală dintre obiectele alăturate. Obiectivul

camerei necesită periodic reglaje speciale pentru a permite exploatarea camerei la nivelul

de performanţă caracteristic (calibrarea camerei, realizată prin obţinerea de imagini test

cu perechi de linii albe şi negre, pentru determinarea puterii de rezolvare).

Claritatea imaginilor este diminuată de aberaţiile acestora. Acestea sunt

imperfecţiuni care afectează mai ales obiectele mici, determinând chiar şi erori în

interpretare în imagini.

Caracteristicile geometrice sunt determinate de tipologia camerei folosite. Ele

permit, obţinerea de imagini în proiecţia centrală, în care punctul central al imaginii este

Fig. 5.9. Elementele unei proiecţii centrale specifică fotogramelor aeriene

verticale (după Canadian Centre for Remote Sensing).

echivalent cu punctul de perspectivă al proiecţiei (B, în fig. 5.9), filmul pe care se obţine

imaginea este planul de proiecţie (C, în fig. 5.9), liniile de proiecţie sunt razele de lumină

reflectate de obiectele din teren (A, în fig 5.9), iar distanţa principală a perspectivei este

distanţa de la focar (B) la clişeu (C). Proiecţia centrală determină clasificarea imaginilor

şi în funcţie de unghiul format de verticala locului cu axul camerei de fotografiere aeriană

(fig. 5.10): imagini verticale sau nadirale cu unghiul sub 3˚, imagini înclinate (3-15˚) şi

oblice (cu unghi mai mare de 15˚, cu varianta panoramică, în cazul în care imaginea

cuprinde şi linia orizontului, vezi şi capitolul 6.7).

Fig. 5.10. Tipuri de imagini aeriene în proiecţie centrală, diferenţiate după unghiul

axului camerei cu verticala locului.

Scara imaginilor aeriene este exprimată ca raport între dimensiunea detaliului din

imagine şi a celui corespunzător din teren, egală cu raportul dintre distanţa focală şi

altitudinea de zbor. Noţiunea de scară este cu mult mai complexă, datorită efectului

topografic, ce determină modificarea scării în funcţie de altitudinea obiectului respectiv

(vezi capitolul 6.1, unde scara imaginilor este prezentată detaliat).

Deplasarea radială este cea de a doua caracteristică a geometriei imaginilor

aeriene, ce apare ca deformare datorată proiecţiei centrale. Aceasta implică pe de o parte

apariţia deplasată a punctelor din teren de la altitudini mai mari, în raport cu cele joase,

iar pe de altă parte apariţia obiectelor cu o anumită înălţime printr-o imagine diferită de

cea a proiecţiei lor în plan. În capitolul 6.8, se prezintă exemple în acest scop.

Aprecierea deplasării radiale sau de relief, se realizează în raport cu o suprafaţă de

referinţă, sau reper, numită şi plan de referinţă, datum, nivel zero sau elipsoid. În figura

5.11, se prezintă schematic deplasarea radială corespunzătoare unei antene de

telecomunicaţii (H este plafonul de zbor, măsurat între nivelul zero şi punctul focal L, O

este centrul terenului ce apare în imagine, o este punctul central al fotogramei, f este

distanţa focală a camerei, h este înălţimea antenei, D este lungimea proiectată a antenei în

teren sau lungimea umbrei acesteia, R este distanţa vârfului proiecţiei antenei faţă de

centrul imaginii, r este deplasarea radială).

Fig. 5.11. Componentele deplasării radiale şi aprecierea acesteia în cazul unei

antene de telecomunicaţii cu înălţimea h (după Lillesand et al., 2004).

Determinarea deplasării radiale este legată de relaţiile de proporţionalitate ale

laturilor unor triunghiuri asemenea (AA’A’’ şi LOA’’, respectiv Laa’ şi LAA’) din figura

5.11, din care rezultă un raport (D/h = R/H), ce se poate adapta şi la scara imaginii

aeriene (d/h= r/H).

Din aceste formule,rezultă că deplasarea radială este egală cu: d= rxh/H, ceea ce

arată că ea este direct proporţională cu distanţa obiectului faţă de centrul imaginii

aeriene (punctul central) şi cu înălţimea obiectului, respectiv invers proporţională cu

altitudinea plafonului de zbor de la care s-a obţinut imaginea.

Deplasarea radială este o expresie a imaginii oricărui obiect din imaginea aeriană,

dar este evidentă cu deosebire la cele mai înalte, pe măsură ce scara imaginii este mai

mare (obiectul apare şi mai mare în raport cu celelalte din imagine). Aceasta face ca un

bloc cu un număr de etaje să apară şi cu faţada, pe care pot fi numărate chiar şi etajele

dacă acesta se află în imagini la scară mai mare (1:10000, 1:5000 şi chiar mai mari).

La imaginile verticale, deplasarea radială este egală cu zero în centrul imaginii şi

creşte proporţional către marginile acesteia.

Din formula deplasării radiale există şi posibilitatea de a calcula înălţimea

obiectului (în cazul antenei din figura 5.11, înălţimea este h=dxh/r, unde r se poate

calcula pe imagine cunoscând scara acesteia). Calcularea se realizează uşor la imaginile

aeriene care au parametri cunoscuţi (cu elementele auxiliare bine precizate, vezi capitolul

6.9 al lucrării).

Realizarea de hărţi şi planuri folosind imaginea aeriană impune corectarea

deformărilor la nivelul scării dar şi a deplasării radiale. Pe de o parte, obiectele se vor

aduce la aceaşi scară, iar pe de alta, imaginea lor va fi înlocuită pe cât posibil cu cea a

proiecţiei lor în plan.

Procesul se mai numeşte şi ortorectificare sau ortocorecţie şi are la bază algoritmi

matematici complecşi ce au ca finalitate înlocuirea proiecţiei centrale a imaginii cu o

proiecţie ortografică. Imaginea va fi transformată în ortofotogramă sau imagine

ortorectificată (vezi capitolul 6.8).

Importanţa acestor corecţii este mare, deoarece, deplasarea radială implică şi

modificări de poziţie ale punctelor din teren, afectând distanţele şi unghiurile măsurate pe

fotogramele aeriene. În figura 5.12, se observă diferenţa de poziţie a punctelor din teren

şi a corespondenţei lor în imagine, în raport cu planul de referinţă sau datumul, care este

în fapt planul pe care se proiectează elementele din teren pentru obţinerea de planuri sau

hărţi. Centrul imaginii este o şi corespunde în teren cu O, ceea ce semnifică punctul de

defplasare radială zero. Punctele A, B şi C apar deplasate în imaginea aeriană în raport

cu poziţia reală a proiecţiei lor, ceea ce determină segmente ce corespund unor valori

diferite ale deplasării radiale (aa’, bb’, cc’). Prin ortocorecţie, aceste valori sunt mult

diminuate până chiar la eliminarea efectului de deplasare radială.

Fig. 5.12. Deplasarea radială a punctelor de pe suprafaţa topografică, în raport cu

datumul şi imaginea în proiecţie centrală (după Lillesand et al., 2004).

Ortocorectarea (ortorectificarea) este un ansamblu de operaţii ce se pot realiza

prin mijloace optice şi mecanice ori digitale ce au ca scop înlocuirea imaginilor în

proiecţie centrală cu o imagine în proiecţie ortografică, la care efectul topografic

(determinat de variaţia scării în funcţie de altitudinea obiectului) şi deplasarea radială vor

fi în mare masură eliminate sau diminuate. Imaginea rezultată se numeste ortofotogramă.

Imaginea rezultată nu mai are efect de paralaxă, determinat de unghiul sub care

un obiect apare privit din cele două poziţii consecutive în care s-au obţinut cele două

fotograme ale dubletului (vezi capitolul 7.2, interpretarea cantitativă a imaginilor). Cu

alte cuvinte din două ortofotograme consecutive nu se poate genera un stereomodel sau

model stereoscopic. În practică, o ortofotogramă poate fi folosită în acest scop doar

împreună cu o imagine prelucrată geometric (cu paralaxă) numită şi stereomat.

Ortocorectarea sau fotoredresarea se realizează prin metoda analitică şi grafică

(punct cu punct) dar frecvent este aplicată metoda digitală, ce utilizează software cu

module specializate.

Fotoredresarea cu ajutorul ortofotoscopului presupune generarea unei noi imagini

pe hârtie fotografică, în laborator, folosind dubletul, prin care se proiectează lumina de la

două lămpi. Acesta se deplasează în funcţie de profilul topografic al terenului, în vederea

refacerii imaginii la nivelul fiecărui punct. Aparatul se foloseşte tot mai rar, fiind înlocuit

cu mijloace digitale (ex. staţii fotogrammetrice).

Digital, imaginea este recompusă în noua geometrie prin aplicarea unor elemente

de orientare (datele de identificare ale imaginii) şi raportarea la un model numeric al

terenului cu ajutorul unor puncte de control la teren.

Problematica specifică ortorectificării va fi abordată într-un volum ulterior, axat

pe problematica specifică fotogrammetriei aeriene. De asemenea, cartografierea pe baza

imaginilor aeriene (stereorestituţia) va constitui subiectul aceleiaşi lucrări.

Fotogrammetria bazată pe imagini aeriene este o aplicaţie de mare complexitate

tehnică a acestor înregistrări de teledetecţie. Spaţiul limitat al lucrării, adresată mai ales

studenţilor de anul I, ne obligă să procedăm la publicarea unei lucrări speciale în această

tematică.

6. CARACTERISTICILE IMAGINILOR DE TELEDETECŢIE

Imaginile satelitare şi aeriene, sunt reprezentări obiective şi instantanee ale

realităţii terenului, raportate precis la repere spaţio-temporale. Aceast trăsătură le conferă

proprietăţi diferite în raport cu harta sau planul şi le recomandă drept una dintre cele mai

utile şi sigure surse de informaţii cu localizare spaţială sau informaţii geografice. Cu toate

acestea, integrarea lor în diverse aplicaţii necesită cunoaşterea proprietăţilor lor, a

avantajelor şi limitărilor ce rezultă din folosirea lor.

6.1. Scara imaginilor

Scara imaginilor reprezintă raportul de micşorare al unui element din teren care

apare in cuprinsul imaginii. Scara imaginilor este o caracteristică individuala, astfel încât,

fiecare imagine, fie satelitară, fie aeriană, prezinta o scară proprie ce se impune a fi

determinată în cele mai multe cazuri.

Scara unei imagini este un raport al cărui numitor nu este un numar rotund.

Explicaţia trebuie legată de formula de mai jos, pe care o aplicăm unei fotograme aeriene

(aerofotogramă obţinută cu o cameră cu film). Relaţia se poate adapta uşor inclusiv

imaginilor satelitare, prin eliminarea ultimului raport.

1/n = d/D= f/H

unde,

n este numitoril scării hărţii

d este dimensiunea în imagine a unui detaliu din teren (m)

D este dimensiunea în teren a detaliului din imagine (m)

f este distanţa focală a obiectivului camerei de fotografiere aeriană, specificată în

cartea tehnică (mm)

H este plafonul de zbor de la care a fost preluată imaginea, specificat la fiecare

fotogramă aeriană.

Cea mai simplă modalitate de a explica scara unei imagini este reprezentarea

grafică a proiecţiei centrale specifică fotogramelor aeriene, obţinută pe film cu o cameră

specială numită şi cameră metrică (principiul convenţional). Proiecţia centrală este

caracteristică fotogramelor aeriene şi are ca punct de perspectivă focarul (B sau C în fig.

6.1 a şi b). Razele de proiecţie corespund razelor de lumină reflectate de obiectele din

teren, care trec prin focar şi ajung la suprafaţa materialului fotosensibil, la nivelul căruia

are loc reacţia fotochimică. Prin developare şi alte prelucrări de laborator rezultă

fotograma aeriană.

a b

Fig. 6.1.Proiecţia centrală a unei fotograme aeriene verticale. Imaginea suprafeţei

de teren A, este proiectată prin lentilele camerei de fotografiere B, rezultând imaginea

aeriană sau fotograma micşorată C (a). Relaţia de calcul a scării imaginii, pe baza

raporturilor dintre laturile a două triunghiuri asemenea (AB este D din formulă, DE este d

din formulă), b. Adaptare după Canadian Centre for Remote Sensing.

Scara unei imagini de teledetecţie este însă o noţiune mai complexă, în condiţiile

în care punctele şi obiectele din imagini sunt situate în realitate la altitudini diferite, deşi

pe planul imaginii ele apar la acelaşi nivel. Rezultă că obiectele mai apropiate de cameră

sau de senzor, de pildă cele de pe înălţimi, au scara mai mare decât cele mai depărtate,

situate de pildă în văi sau depresiuni. Acestă deformare se numeşte şi efect topografic şi

poate fi corectat prin modificarea proiecţiei centrale şi înlocuirea ei cu cea ortografică

(fig.6.2 ).

Fig. 6.2. Comparaţie între conceptul de scară a unei hărţi şi scara unei fotografii

aeriene. Adaptare după fao.docrep.org.

Fig.6.3. Variaţia scării obiectelor din imagine la nivelul unui versant. Se observă

creşterea treptată a lăţimii şoselei în serpentine, de la baza versantului către partea

superioară a acestuia; de asemenea casele sau arborii de pe versantul superior (dreapta)

apar la o scară mai mare decât la baza acesuia (stânga). În dreapta imaginii apare un

abrupt în şisturi cristaline, deasupra şesului văii. Fotogramă aeriană verticală din 1997,

zona Steg, Valais, Alpii Bernezi, Elveţia. Sursa: Earth Google.

Figura 6.2 prezintă schematic diferenţa dintre noţiunea de scară a unei hărţi, cu

cea de scară a unei imagini aeriene (de teledetecţie, în general). Harta sau planul prezintă

o singură scară, indiferent de poziţia în altitudine a punctului la care ne raportăm. Toate

punctele din teren sunt proiectate pe un plan imaginar, numit şi datum. El corespunde în

fapt elipsoidului, adică formei ipotetice a Pământului, la care se raportează proiecţia.

Toate obiectele apar în hartă prin proiecţia lor în plan, indiferent de altitudinea la care se

află, proporţional cu scara la care s-a elaborat harta.

În desenul din dreapta fig. 6.2, se prezintă deformarea scării la fotograma aeriană

sau la imaginea aeriană, impusă de proiecţia centrală, pe care am prezentat-o anterior.

Punctele din teren se proiectează cu ajutorul razelor de lumină solară reflectată, prin

punctul de perspectivă ce corespunde focarului camerei de fotografiere. De aici rezultă că

imaginea punctelor de pe înălţimi (A, B sau D în desen) apare mai mare pe film (negativ),

comparativ cu cea a punctelor C şi E, aflate în văi sau depresiuni. De aici rezultă că o

imagine aeriană, în proiecţia centrală, are o infinitate de scării deoarece are o infinitate de

puncte situate la altitudini diferite în raport cu datumul sau cu planul de referinţă al

elipsoidului terestru. Cu alte cuvinte, o aerofotogramă sau o imagine de teledetecţie, în

general nu se pretează la elaborarea de hărţi, decât dacă, aşa cum arată şi săgeata din

fig. 6.2, proiecţia centrală este înlocuită cu proiecţia ortogonală sau ortografică, ceea ce

permite unificarea scării pe suprafaţa imaginii.

Figura 6.3 prezintă un exemplu de efect topografic, deosebit de evident ca urmare

a rezoluţiei mari a imaginii aeriene şi a diferenţelor mari altimetrice, de ordinul a peste

200 m, între sectorul de vale şi cea mai înaltă poziţie a drumului de munte. Imaginea este

utilă interpretării vizuale sau cel mult întocmirii unor schiţe cu o scară aproximativă, dar

se impune a fi corectată geometric pe baza poziţiei punctelor sau pixelilor în raport cu

date de poziţie inclusiv cu modelul numeric al terenului (MNA).

În formula scării valoarea plafonului de zbor (H) se va modifica în funcţie de

fragmentarea terenului, care determină o valoare diferită pentru fiecare punct în funcţie

de altitudine. Rezultă că, în imaginea de teledetecţie iniţială, neprelucrată, scara poate fi

calculată pentru fiecare punct. Valoarea ce ţine seama de plafonul afişat pe altimetrul de

pe marginea fotogramei este mai mult orientativă şi are un caracter general.

Asemeni hărţilor, şi imagimile de teledetecţie se pot grupa după criteriul scării,

deşi în acest caz rezoluţia este cea care face diferenţa mai evidentă. După Sabins (1997),

imaginile se împart în trei categorii:

a) imagini la scari mari (mai mari de 1:50 000 ex. fotogramele aeriene,

imaginile satelitare de mare şi medie rezoluţie)

b) imagini la scari medii (între 1:50 000 – 1:500 000, ex. o parte a imaginilor

satelitare de medie şi mică rezoluţie)

c) imagini la scari mici (sub 1:500 000, ex. imagini de la sateliţii

meteorologici geostaţionari, fig. 6.4)

Fig. 6.4. Imagine la scară mică, mult micşorată, obţinută în infraroşu de către un satelit

geostaţionar NOAA-GOES, de pe o orbită la peste 36 mii km deasupra unui punct fix, 28

februarie 2007, reprezentând America de Nord şi de Sud (sursa NOAA).

Noţiunea de scară a imaginilor de teledetecţie a dobândit un nou sens, odată cu

dezvoltarea tehnicilor de procesare digitală. Imaginile digitale, alcătuite din pixeli au

astfel o geometrie variabilă, deoarece ele pot fi mărite sau micşorate în funcţie de

necesităţile de vizualizare. Dacă imaginea prezintă un detaliu important (ex. o aşezare

urbană) ea poate fi vizualizată la o scară mai mare, în timp ce mozaicarea imaginilor

pentru teritoriul unei ţări sau continent, impune diminuarea scării de vizualizare a

imaginii. Cel mai tipic exemplu este cazul aplicaţiilor Google Earth, la care imaginile de

mare rezoluţie spaţială pot fi micşorate pentru a permite navigarea mai rapidă de la o

regiune la alta. În practică, efectul topografic este corectat împreună cu deplasarea radială

sau de relief, prin ortocorecţie. Procedeul este o transformare matematică de mare

complexitate, prezentată pe scurt şi în lucrarea de faţă. Ea stă la baza exploatării

imaginilor în cartografie.

6.2. Rezoluţia imaginilor

Rezoluţia este una dintre cele mai însemnate caracteristici ale unei imagini,

deoarece aceasta permite identificarea unui obiect de către analistul care utilizează

imaginea în diferite scopuri. În identificarea unei imagini, rezoluţia este importantă

alături de tipul de senzor, dată şi natura imaginii. Rezoluţia este o caracteristică a

informaţiei pe care o conţine imaginea. Din acest punct de vedere rezoluţia se poate

defini spaţial, spectral şi temporal.

6.2.1.Rezoluţia spaţială exprimă adesea cât de performantă este imaginea. Ea

reprezinta dimensiunea lineară a celui mai mic obiect din teren prezent într-o imagine.

După Sabins şi Jensen, ea poate fi considerată şi ca lăţimea liniei care separa două

obiecte învecinate de mici dimensiuni dintr-o imagine ca de pildă un automobil şi o

clădire.

La imaginile digitale rezoluţia spaţială corespunde dimensiunii în teren a laturii

unui pixel, cel mai mic element ce alcătuieşte imaginea respectivă. În acest caz, rezoluţia

spaţială este strâns legată de însuşi volumul de informaţie al imaginii. La sistemele ce

captează prin scanare radiaţiile electromagnetice, rezoluţia este data de suprafaţa de teren

vizibilă în câmpul de vedere instantaneu (IFOV sau Instantaneous Field of View) al

sistemului de scanare.

O imagine de rezoluţie mică, permite identificarea unor detalii de mari dimensiuni

(ex. văi, interfluvii sau grupe montane, gheţari de calotă sau sisteme glaciare montane,

metropole, masive forestiere, deşerturi etc.), printr-un număr limitat de pixeli. Aceştia au

şi un grad mare de neomogenitate numit şi impuritate, deoarece într-un singur pixel se

pot afla mai multe elemente ale cadrului geografic sau acoperirii terenului.

La polul opus se află o imagine de rezoluţie mare, ca de pildă o fotogramă

aeriană, în care se identifică detalii mici din teren, de la case de locuit, copaci izolaţi,

autovehicule, marcaje rutiere şi chiar oamenii în grupuri sau izolat. În acest caz şi pixelii

corespunzători imaginii digitale sunt mai numeroşi, dar prezintă şi un grad mai mare de

omogenitate sau de puritate.

În figura 6.5, se prezintă trei imagini la rezoluţii spaţiale diferite, din Alpi şi mai

exact din Alpii Italieni (Valea Adige), respectiv din oraşul Bolzano de pe valea aminitită.

Cele trei imagini reprezintă trei trepte diferite de rezoluţie şi au o acoperire spaţială ce se

restrânge pe măsură ce rezoluţia spaţială e mai mare. Un alt aspect este legătura cu scara.

Rezoluţia imaginii este cu atât mai mare cu cât scara imaginii este mai mare. La o scară

mică, în imaginea NOAA-AVHRR apar marile unităţi geografice dar, în imaginea

Landsat, este posibilă delimtarea şesului văii de versanţi, a pădurilor în raport cu poienile,

ori aşezările, sau albiile şi autostrăzile. Imaginea aeriană prezintă deja cavartalurile de

clădiri cu funcţii diferite, străzile cu traficul şi importanţa lor albii canalizate, stadionul

etc.

a b c

Fig. 6.5. Imagini de teledetecţie la diverse rezoluţii spaţiale. Subscena NOAA-

AVHRR (rezoluţia spaţială 1 km), a; subscena Landsat ETM+ pansharpened 15 m;

fotograma aeriană 1 m. Reproducere în scara de gri. Alpii, Valea Adige şi oraşul

Bolzano, Italia. Sursa: Eur.ac Research.

În figura 6.6, este uşor de sesizat diferenţa dintre imaginile de rezoluţie medie şi

cele de mare rezoluţie spaţială. De exemplu, stadionul din imaginea din dreapta este

imposibil de localizat în imaginea din stânga. Trecerea, în sensul scăderii pragului unei

rezoluţii implică pierderea unor detalii. Din acest punct de vedere imaginile de medie

rezoluţie se folosesc mai ales în aplicaţii ce acoperă mari suprafeţe, ca de pildă zonare

vegetaţei, în timp ce imaginile de foarte mare rezoluţie spaţială sunt utile analizelor de

detaliu, ca de pildă urbanismul sau cadastrul. Alegerea corectă a imaginilor impune mai

întâi o documentare detaliată privind specificul spaţial al obiectului sau fenomenului. De

exemplu, analiza imaginilor pentru tectonică implică o arie de cuprindere mare care

urmăreşte falii, linii de şariaj etc., în timp ce analiza mediului urban se va limita la

perimetrul construit al oraşului sau chiar la un sector al acestuia (cartier) ce apar pe un

număr limitat de fotograme sau o singură scenă satelitară.

Fig. 6.6. Imagini satelitare de la diferiţi senzori, reprezentând acelaşi areal (o

aşezare din SUA), la diferite rezoluţii spaţiale. Volumul detaliilor creşte odată cu

rezoluţia spaţială.

Clasificarea imaginilor în funcţie de rezoluţia spaţială are în vedere

dimensiunea în teren a pixelului care alcătuieşte imaginea. În principal, în literatură apar

trei sau chiar patru categorii de imagini.

1. Imagini de foarte mică rezoluţie spaţială (sub 1000 m sau 1 km), sunt

reprezentate de imaginile cu cea mai mare cuprindere spaţială, obţinute de la altitudini

foarte mari, de ordinul zecilor de mii de kilometri, având un volum limitat de informaţie

la teren, însă de mare utilitate în meteorologie şi oceanografie (ex. imaginile de la sateliţii

geostaţionari ce acoperă o întreagă emisferă, ex. în fig. 6.4).

2. Imagini de mică rezoluţie spaţială (între 1000 m şi 100 m), corespund

imaginilor satelitare obţinute de la altitudini mari, de ordinul sutelor de kilometri, în

special prin scanare termică sau prin radiometrie în infraroşul termal (ex. banda 6 la

scenele Landsat TM cu rezoluţia de 120 m) sau benzile spectrale NOAA-AVHRR cu

rezoluţia de cca. 1 km, vezi şi fig. 6.5).

De multe ori cele două categorii sunt reunite în grupa imaginilor de mică şi foarte

mică rezoluţie spaţială.

3. Imagini de medie rezoluţie spaţială (între 10 m şi 100 m), grupează cele mai

multe imagini satelitare multispectrale şi o parte a celor radiometrice, ca de pildă Landsat

(toate cele trei generaţii), SPOT XS (multispectrale la 20 m) şi HRV (pancromatice la 10

m), ASTER (vizibil şi infraroşu apropiat la 15 m, infraroşu mediu 30 m, infraroşu termal

90 m), IRS (satelit indian cu rezoluţii de 23,5 m, respectiv 56 m în infraroşul apropiat şi

mediu), JERS (satelit japonez) cu 18 m vizibil, infraroşu apropiat şi mediu dar şi cu

imagini în banda radar L cu polarizare HH (oblice) etc.

4. Imagini de mare rezoluţie spaţială (între 10 m şi 1 m) sunt reprezentate de o

parte a fotogramelor aeriene (cca. 1 m), dar mai ales de imaginile satelitare

multispectrale, în special în vizibil şi infraroşul apropiat (în parte în pancromatic)

obţinute de senzori satelitari de ultimă generaţie ca Ikonos (4 m), Quick Bird (2,6 m),

GeoEye (1,65 m) din SUA, Cartosat 1 lansat de India în 2005 (2,5 m), SPOT 5 din Franţa

(5 m în pancromatic, 10 m multispectral), Formosat lansat de Taiwan în 2004 (2 m în

pancromatic, 8 m multispectral) etc.

5. Imagini de foarte mare rezoluţie spaţială (mai mare de 1 m) cuprind cea mai

mare parte a fotografiilor aeriene, ce ating rezoluţii mari mai ales la imaginile digitale (de

multe ori de 0,4-0,1m ), dar şi o serie de imagini în pancromatic ale unor sisteme deja

amintite în categoria anterioară: Ikonos (1 m), QuickBird (0,65 m), GeoEye (0,41 m),

WorldView 1, lansat de SUA în 2007 (0,5 m), EROS B, din Israel, lansat în 2006 (0,7 m).

Sunt imagini obţinute de obicei de pe orbite polare şi heliosincrone ceva mai joase,

situate la 400-500 km altitudine, comparativ cu cele de rezoluţii medii obţinute de pe

orbite mai înalte, la 700-900 km.

În cazul unor imagini satelitare, în special a celor radar şi a celor de rezoluţii mari

şi foarte mari, există posibilitatea tehnică de a înregistra radiaţiile electromagnetice în

sistem nadiral (vertical) şi oblic (extranadiral, de la engl. off nadir). În cazul de faţă,

imaginile sunt rezultate în perechi, dublete sau benzi de imagini paralele, suprapuse pe

60-80%, fapt ce permite exploatare stereoscopică. Aplicaţiile acestora sunt utile

cartografiei, modelării digitale a reliefului şi nu numai. Imaginile de acest tip sunt

precizate două rezoluţii (ex. Cartosat 1), ca de pildă la imaginile pancromatice Ikonos cu

0,82 m la nadir (vertical), respectiv 1 m lateral (la un unghi de 26˚).

Fig. 6.7. Sistemul SPOT 5 de obţinere a imaginilor nadirale şi oblice de pe orbită.

Sursa: Remote Sensing Tutorial, Canadian Centre for Remote Sensing.

Diferenţele de rezoluţie spaţială între imaginile în pancromatic şi cele

multispectrale sunt utile în fuziunile de imagini, ce au ca rezultat imagini color la

rezoluţia pancromaticului. Produsul rezultat este numit în engleză pansharpened şi se

obţine prin aplicarea unor algoritmi matematici în pachete software specializate. Această

problematică este prezentată pe larg în volumul I al lucrării noastre.

Puterea de rezoluţie sau de rezolvare (engl. resolving power) exprimă

performanţa unei camere de aerofotografiere, a unui senzor în general, de a permite

obţinerea de imagini de de cea mai bună calitate sau cât de performantă este camera.

Chiar şi ochiul uman sau orice aparat de fotografiat au această particularitate tehnică.

Aceasta se precizează în manualul intrumentului şi este întotdeauna mai mare decât

rezoluţia spaţială a imaginilor rezultate. Se exprimă în număr de perechi de linii albe şi

negre pe cm sau mm, în imaginea-test obţinută în vederea calibrării instrumentului

(aducerii acestuia la specificaţiile lui tehnice). La sistemele digitale aceasta se exprimă în

volum de pixeli, de ordinul multiplilor (mega sau giga pixeli). Fiecare sistem de preluare

a imaginilor, este mai întâi testat la acest nivel şi apoi lansat la bordul platformelor de

teledetecţie aeropurtate sau satelitare.

6.2.2. Rezoluţia spectrală reprezintă intervalul spectral sau intervalul de lungime

de undă în limitele căruia s-a realizat înregistrarea unei imagini (pentru exemplificare v.

fig. 2.3).

În cazul imaginilor multispectrale rezoluţia spectrala se exprimă, în egală măsură,

prin numărul de benzi sau intervale spectrale în care s-au obţinut în mod simultan

imagini ale aceleiaşi suprafeţe de teren şi raportarea lor la spectrul electromagnetic (ex.

scena satelitară), asemeni fig. 3.6. În literatură se mai foloseşte şi termenul de

sensibilitatea senzorului (acea caracteristică a unui sistem de senzori de a permite

recunoaşterea diferenţiată, selectivă, a radiaţiilor emise de obiecte şi fenomene),

considerat sinonim de către unii autori.

Rezoluţia spectrală permite identificarea unui obiect sau fenomen din teren prin

intermediul radiaţiei electromagnetice reflectate în limitele unei ferestre atmosferice.

Astfel unele obiecte din teren, mai mici decât rezoluţia spaţială a imaginii se pot

identifica datorită rezoluţiei spectrale (sensibilităţii senzorului), care determină o mare

valoare a reflectanţei specifică acestui obiect. Este cazul unui drum ce traversează un

teren cultivat agricol sau o pădure.

Fig. 6.8. Subscenă Landsat din Pennsylvania, SUA, culori naturale 321 (în scara

de gri). După Short (2008), The Remote Sensing Tutorial, NASA, Goddard Space Flight

Centre.

În figura 6.8 se poate observa o imagine la rezoluţia de 30 m (considerabil

micşorată), în care diferenţa de comportament spectral între apa fluviului şi materialele

de constructie permit deosebirea podurilor (cu laţimi mai mici de 30 m), în raport cu apa

şi cu spaţiul construit. În cazul construcţiilor, sensibilitatea spectrală permite chiar la

această rezoluţie spaţială, diferenţierea dintre marile artere şi cvartalurile de locuit. Un

caz similar sunt şoselele şi autostrăzile ce traversează pădurile din imagine.

Rezoluţia spectrală depinde de două elemente, de comportamentul spectral al

obiectelor raportat la lungimea de undă a radiaţiei electromagnetice (exprimat prin

reflectanţă sau radianţă spectrală), respectiv de sensibilitatea senzorului (sau a filmului la

imaginile fotografice), în raport cu diferitele intervale spectrale. În legătură cu această

trăsătură a imaginilor se definesc două noţiuni. La acestea se mai adaugă şi alte elemente

cum ar fi nivelul de calibare al senzorului sau al camerei de fotografiere, aplicarea

corecţiilor radiometrice (şi mai ales a celor atmosferice), uzura senzorului sau diversele

defecte ale imaginii (lineare, punctuale etc.).

Reflectanţa reprezintă procentul din radiaţia solară incidentă pe care un corp

relativ omogen fizic şi chimic, îl reflectă în atmosferă. Depinde de proprietatile corpului

şi de intervalul spectral la care se raportează. Pe baza reflectanţei în raport cu lungimile

de undă ale spectrului electromagnetic, se generează o reprezentare grafică numită şi

curbă spectrală. Aceasta este specifică fiecărui obiect din teren şi exprimă variaţia

relectanţei în raport cu lungimea de undă a radiaţiei reflectate. Imaginile de mare

rezoluţie spectrală (cu un număr mare de benzi spectrale obţinute simultan într-un larg

interval spectral), utilizează curbele spectrale în contextul obţinerii lor prin scanare

multispectrală sau radiometrie (fig. 6.9).

Fig. 6.9. Benzile spectrale suprapuse ale unei imagini de mare rezoluţie spectrală

(cu multe benzi) şi curbele spectrale ale unor elemente de mediu (ex. vegetaţia înverzită,

vegetaţia uscată, solul, caolinitul) pentru intervalul de sensibilitate al senzorului (0,4-2,5

μm). Scannerul hiperspectral aeropurtat NEMO al Marinei Militare Americane - US

Navy (după Short, 2006).

O altă noţiune folosită în definirea rezoluţiei spectrale este radianţa, prezentată de

altfel anterior. Aceasta corespunde valori cantitative a energiei radiante sau emisă în

spaţiu de un obiect cu o relativă omogenitate fizică şi chimică. Este exprimată în unităţi

de energie raportate la unghi solid, suprafaţă şi lungime de undă (mW/cm2/

steradian/μm2). Fiecărui obiect din imagine îi corespunde un anumit nivel al radianţei ce

poate exprima în imagini printr-o anumită strălucire. Aceasta se află în relaţie de

dependenţă lineară cu reflectanţa, exprimată la rândul ei prin numărul digital sau valoarea

spectrală, ce vor fi definite mai târziu. Rezultă că datele din imaginea de teledetecţie

obţinută prin mijloace pasive sunt exprimate spectral în primul rând prin radianţă şi

reflectanţă. Elemente suplimentare sunt prezentate în volumul 1 al lucrării noastre.

Clasificarea imaginilor după rezoluţia spectrală este determinată de numărul de

benzi sau intervale spectrale care se obţin simultan în contextul înregistrării imaginii de

teledetecţie. Acesta poate varia de la un singur interval la fotogramele aeriene, la peste

200 la sistemele de scanare hiperspectrală. Stabilirea acestor limite este determinată de

imaginile de pe piaţă, având diferite aplicaţii. După Satellite Imaging Corporation,

companie profilată pe comercializarea unei largi game de imagini, există trei categorii de

imagini:

Imagini de mică rezoluţie spectrală cu până la trei (patru n.n.) benzi spectrale, ce

corespund în principal imaginilor obţinute în spectrul vizibil sau mai ales vizibil şi

infraroşul apropiat, la rezoluţii mari şi foarte mari. Exemple sunt imaginile Spot 5, Ikonos

sau QuickBird, ori IRS (două benzi din vizibil, două în infraroşu) sau vechile Landsat

MSS. Acestea cuprind şi o bandă pancromatic, care este considerată separat, deoarece ea

se suprapune de regulă vizibilului şi infraroşului apropiat.

Imagini de medie rezoluţie spectrală, cu 3-4 până la 14-15 benzi spectrale sunt de

regulă imagini obţinute prin scanare multispectrală sau radiometrie, dar de medie

rezoluţie spaţială. Ele acoperă în principal, prin intervalele înguste, spectrul vizibil,

infraroşu apropiat, mediu şi cel termal. Limita de 14-15 benzi este dată de imaginile Aster

şi alte aplicaţii similare. În această grupă se înscriu cele mai cunoscute imagini cu

aplicaţii în cercetarea resurselor sau mediului ca de pildă Landsat (7 benzi la sistemele

TM şi ETM+, fig. 6.10), CBERS 2, satelit chinez (5 benzi), ASTER (14 benzi grupate ]n

trei intervale, VNIR, SWIR, TIR), AVHRR (6 benzi la ultima generaţie). Aceste imagine

au un avantaj în plus faţă de cele din categoria anterioară, şi anume accesibilitatea la nivel

de preţuri. Tehnicile de procesare digitală actuale permit de multe ori fuziuni de date între

imagini pancromatice de mare rezoluţie spaţială şi imagini multispectrale de medie

rezoluţie spectrală. Mai mult, în cazul în care lipseşte banda albastru, tehnica permite

simularea imaginii corespunzătoare din imaginile în benzile verde şi roşu. Astfel rezultă

chiar imagini în culori naturale la senzori care au în domeniul vizibil doar benzile verde

şi roşu (ex. SPOT 4 şi 5).

Fig. 6.10. Rezoluţia spectrală a imaginilor Landsat 7 şi ASTER ETM+. Dupa

Satellite Imaging Corporation.

Imagini de mare rezoluţie spectrală cu 15 până la peste 220 de benzi spectrale

obţinute simultan în intervale înguste ale spectrului. În această categorie se înscriu

imaginile hiperspectrale, aplicaţii de mare complexitate ce permit analize la nivel de

componente de mediu sau resurse de subsol cu ajutorul bibliotecilor spectrale special

generate. Exemple de asemenea aplicaţii sunt MODIS (sistem plasat pe orbită împreună

cu ASTER, cu satelitul TERRA, în anul 2000, cu un senzor radiometric ce permite

înregistrarea a 36 de benzi cu destinaţii precise la nivel de aplicaţii),GER (63 de benzi)

DEDALAUS (102 benzi) sau AVIRIS (224 de benzi). Aceste sisteme permit obţinerea

de imagini în intervale înguste la spectrului ce ajung şi la 1-5 nm. Scannerele

hiperspectrale sunt de regulă aeropurtate, aşa cum este cazul lui AVIRIS, ce obţine

imagini de la altitudini mari, de la bordul avioanelor militare de observaţie americane U

2.

Rezoluţia este o trăsătură de bază a imaginilor de teledetecţie. În realitate,

mijloacele tehnice nu au permis obţinerea unor imagini de mare rezoluţie spaţială,

spectrală şi temporală cu un singur sistem de senzori. Cu alte cuvinte, acesta ar fi

sistemul de teledetecţie ideal, cel care poate înlocui, prin înregistrările rezultate, orice

imagine satelitară sau aeriană de până astăzi. Rezultă că imaginile de teledetecţie sunt

complementare la nivelul rezoluţiei.

6.2.3.Rezoluţia temporală, localizează în timp caracteristicile imaginii de

teledetecţie şi reprezintă momentul de timp bine precizat (an, lună, ziuă, oră) la care a

fost inregistrată o imagine. Acesta este precizat împreună cu datele auxiliare care însoţesc

imaginea, indiferent de formatul analogic (pe hârtie sau peliculă transparentă) ori digital

(pe marginea imaginii, dar mai ales în fişierul de date despre imagine).

Un alt mod de a defini rezoluţia temporală îl reprezintă intervalul de timp în

limitele căruia un sistem de teledetecţie a înregistrat imagini sau acoperirea temporală a

arhivei de imagini.

În terminologia curentă apare noţiunea de timp de revizitare (engl. revisiting

frequency, revisiting period), ce exprimă intervalul de timp dintre două imagini

înregistrate consecutiv (una după cealaltă) de către un sistem de teledetecţie. Din acest

punct de vedere, aplicaţiile pot fi grupate în:

- sisteme de mare rezoluţie temporală (revizitare între sub 24 de ore şi 3 zile),

caracteristică sistemelor de aerofotografiere multitemporală la comandă, sau

senzorii GeoEye pentru zone situate la latitudini medii, Quick Bird, ambele cu 1-

3,5 zile sau Ikonos sau SPOT 5 cu 2-3 zile, în medie, Formosat 2 la 24 de ore etc.

- sisteme de medie rezoluţie temporală (revizitare între 4 şi 16 zile), aşa cum este

Cartosat, cu 5 zile sau Landsat cu 16 zile (la limită).

- sisteme de mică rezoluţie temporală (revizitare la mai mult de 16 zile), ca de

pildă Landsat MSS (dezactivat de mult timp) la 19 zile, ASTER la 16 zile, etc.

Arhivele de imagini definesc însă cel mai bine rezoluţia temporală. Misiunea

Landsat, ce a debutat în 1972 are poate cea mai vastă arhivă de scene satelitare de la cele

trei generaţii de senzori, MSS, TM şi ETM+. La nivelul lui decembrie 2006, Comitetul

Geologic al SUA (USGS), care gestionează în present arhiva, amintea că există deja

arhivate 2 milioane de scene satelitare Landsat din 1972 şi până în acel moment (peste

trei decenii cu imagini preluate repetitiv la 16-19 zile, de diferite calităţi). Aceasta este

poate cea mai lungă misiune de teledetecţie cu imagini de rezoluţie medie (nu am luat în

considerare imagini de la sateliţii meteorologici NOAA geostaţionari sau polari, cu arhive

ceva mai mari). Avantajul imaginilor Landsat este astfel remarcabil în contextul analizei

schimbărilor de mediu.

În fig. 6.11, sunt prezentate subscene Landsat prelucrate de către USGS, ale

evoluţiei peisajului din aria vulcanului Mt. St. Helens din statul Washington, SUA.

Acestea permit reconstituirea geosistemului în acesta areal, de la perioada dinaintea

erupţiei, la cea imediată erupţiei (mari curgeri de lave şi cenuşe), respectiv, refacerea

treptată a peisajului forestier pe versanţi.

La polul opus sunt misiunile cu imagini satelitare de mare şi foarte mare rezoluţie

spaţială ca de pildă Ikonos (în curând zece ani), QuickBird (opt ani), SPOT 5 (şapte ani)

sau GeoEye (câteva luni). Există şi numeroase sisteme care au o acoperire temporală

discontinuă prin imagini, aşa cum sunt sunt fotografiile aeriene, deşi în ansamblu acestea

au chiar şi 50-60 de ani sau chiar mai mult, dacă ne raportăm la arhive vechi din SUA,

Marea Britanie, Franţa, Italia, Germania, Elveţia, Canada (cele mai cunoscute sunt cele

cu imagini din perioda Celui de Al Doilea Război Mondial).

Fig. 6.11. Subscene multitemporale Landsat MSS şi TM, ale zonei Mt. St. Helens

din SUA, în combinaţia falscolor 432 (321), în scara de gri. După USGS (United States

Geological Survey).

Asemenea imagini au o mare utilitate în analiza dezastrelor naturale. Poluarea

mediului (fig. 6.12) este de asemenea o aplicaţie de mare însemnătate. Perechea de

imagini Landsat acoperă aproape două decenii, care sunt separate de momentul 1989 al

schmbării de regim politic în România.Pata neagră semnifică impactul ploii acide asupra

vegetaţiei dar şi a oraşului în general. Desfinţarea industriei poluante a prelucrării

neferoaselor a permis restabilirea unui echilibru între activităţile umane şi mediu.

Fig. 6.12. Imagini Landsat TM din 18/09/1986 şi 11/09-2004 (falscolor 742, în

scara de gri, ale zonei Copşa Mică din Depresiunea Transilvaniei, ce arată restrângerea

arealului cu vegetaţie (pata neagră) poluată în urma închiderii combinatului de metale

neferoase). Sursa: Atlasul Mediului, UNEP.

Rezoluţia temporală explică, în egală măsură, prezenţa sau absenţa unui element

din imagine la un moment dat. De exemplu apariţia unor autostrăzi într-o imagine a unei

regiuni dintr-un stat al Europei de Est. Pachetele de programe specializate permit analize

avansate pe imagini multitemporale la nivel de fenomene, fapt ce se constituie în analize

calitative şi cantitative, reunite sub denumirea de analiza detecţiei schimbărilor (engl.

change detection). Elemente suplimentare în acest sens sunt prezentate în volumul I al

lucrării.

6.3.Signatura spectrală

Signatura spectrală reprezintă expresia cromatică sau amprenta cromatică

(nuanţă la imaginile color sau ton de culoare la cele alb-negru) a proprietăţilor spectrale

ale unui obiect relativ omogen, ce apare într-o imagine.

Pentru a înţelege mai uşor această noţiune de bază în teledetecţie, vom folosi

exemplul vegetaţiei în timpul primăverii sau al verii. În figura 6.13, copacul (un fag, de

exemplu) şi frunza acestuia, exprimă elemente ce apar în imaginea de teledetecţie.

EVOLUŢIA POLUĂRII LA COPŞA MICĂ, ROMÂNIA (LANDSAT TM)

Copacul, respectiv frunza primesc radiaţia solară (lumina solară) incidentă sub formă de

radiaţii vizibile şi infraroşii. Acestea sunt absorbite de către clorofilă (radiaţia albastră şi

roşie, vezi în capitolul 2, spectrul electromagnetic), astfel încât vegetaţia reflectă în

atmosferă radiaţiile verzi (vizibil) şi infraroşii. Acest comportament defineşte însăşi

signatura spectrală a corpurilor, explicată cel mai concret prin intermediul curbelor

spectrale (fig. 6.14).

Fig. 6.13. Comportamentul spectral ce defineşte signatura spectrală a vegetaţiei

(după Canadian Center for Remote Sensing).

În aceste condiţii, imaginile în intervalele spectrale verde şi mai ales în infraroşul

apropiat sunt utile în interpretarea vegetaţiei, în timp ce imaginile în benzile albastru şi

roşu sunt mai puţin utilizate în acest scop. Exemple în acest sens sunt imaginile Landsat

prezentate în capitolele 2 şi 3 ale volumului I al lucrării noastre.

Fig. 6.14. Curbe de reflectanţă spectrală sau curbe spectrale ale unor elemente de

bază ale mediului geografic – apa, iarba verde, iarba uscată, solul dezgolit (după Short,

2008)..

Din simpla examinare comparativă a diagramelor din fig. 6.14, se observă că cele

patru componente ale mediului au un comportament spectral diferit, deoarece au

proprietăţi diferite. Însăşi culoarea lor percepută de către om (iarba verde sau cafenie, apa

albastru-verzuie, ori solul brun , de pildă) arată diferenţa de signatură spectrală în spectrul

vizibil. Prin raportarea la cele două axe ale graficului se observă localizarea vârfului de

reflectanţă: apa îşi are vârful în spectrul vizibil (verde), iarba verde în infraroşul apropiat

la limita cu cel mijlociu (datorită reflectanţei mari a clorofilei), iarba uscată în infraroşul

mijlociu la limita cu cel apropiat iar solul în infraroşul mijlociu datorită argilei. Ceea ce

se observă este că acelaşi element natural are o altă reflectanţă dacă proprietăţile acestuia

se modifică (ex. iarba care devine uscată vara care îşi schimbă conţinutul de umiditate la

nivelul ţesutului vegetal şi reflectă altfel radiaţia solară incidentă). Aceste trăsături sunt

utilizate la maximum de aplicaţiile de teledetecţie.

O situaţie similară permite diferenţierea vegetaţiei sănătoase de cea afectată de

poluare sau diferiţi dăunători. Lipsa sau insuficienţa apei din ţesuturile vegetale modifică

structurile celulare de tip mesofil care conferă clorofilei culoarea verde în pe fotografiile

color în spectrul vizibil şi roşu în imaginile pe film color infraroşu.

Din punctul de vedere al signaturilor spectrale, imaginile de teledetecţie se

clasifică în două tipuri: imagini alb-negru sau aşa numitele imagini în tonuri de culoare

(scară de gri, engl. grayscale) şi imagini color.

Imaginile alb-negru prezinta signaturi spectrale sub forma de treceri de la alb la

negru, numite şi tonuri de culoare (ce definesc scara de gri). Acestea sunt de două tipuri:

imagini într-o singura bandă spectrală sau imagini spectrozonale (fig. 3.6), imagini alb-

negru care au fost înregistrate într-un interval spectral îngust aparţinând unui singur

segment al spectrului electromagnetic (ex. benzile spectrale ale unei imagini

multispectrale ca de pildă infraroşul apropiat, verde etc.); imagini pancromatice sunt

imagini alb-negru, înregistrate într-un interval mai larg de lungimi de undă din spectrul

electromagnetic, ce cuprinde, de regulă, o mare parte din spectrul vizibil şi chiar o parte

a infraroşului apropiat. De regulă, imaginile pancromatice se obţin, fie pe film, fie cu

ajutorul scannerelor multispectrale. În al doilea caz, imaginile pancromatice se obţin

simultan cu imaginile în diferite benzi spectrale (spectrozonale). Imaginea pancromatică

obţinută astfel are o rezoluţie spaţială mai mare decât cea a imaginilor obţinute în

diferitele benzi spectrale. Aceasta oferă un mare avantaj în perfecţionarea imaginilor prin

procesare digitală (procedeul image sharpening ce permite îmbunătăţirea rezoluţiei unei

combinaţii de benzi color, cu ajutorul benzii pancromatic). Informaţii suplimentare în

acest sens se află în volumul I al lucrării noastre.

Imaginile satelitare şi fotogramele aeriene sunt iniţial imagini alb-negru (fig.

6.15), cu excepţia aerofotogramelor obţinute pe filmul color sau folosind camere digitale.

Imaginea color rezultă doar prin procesare pe computer prin diferiţi algoritmi, de la

simpla combinaţie de benzi la analiza componentelor principale şi perfecţionarea

rezoluţiei (vezi volumul I).

Fig. 6.15. Fotogramă aeriană alb-negru, micşorată, pe film pancromatic,

reprezentând o zonă costieră. Sunt evidente elemente de morfodinamică litorală,

batimetria, plajele, vegetaţia de pădure şi pajişti şi chiar o serie de deplasări în masă pe

versant, în condiţiile signaturilor spectrale ce corespund vizibilului şi infraroşului

apropiat.

Analiza şi interpretarea în general a imaginilor alb-negru de teledetecţie trebuie să

înceapă prin cunoaşterea semnificaţiei şi naturii signaturilor spectrale în funcţie de tipul

imaginii, de modul ei de obţinere.

Tonurile de culoare au semnificaţii diferite. De exemplu, o imagine în banda

infraroşu apropiat arată, în esenţă, comportamentul spectral al corpurilor în acest interval

(de ex. vegetaţia în plin sezon apare prin pixeli cu tonuri deschise ca urmare a reflectanţei

clorofilei mai mare de 40%). Aceaşi imagine în infraroşul termal, arată vegetaţia în tonuri

închise, deoarece temperatura acestui element este mai redusă decât a unui drum sau a

unei clădiri (vezi în volumul I, capitolele 2-3). În imaginea radar, pixelii în tonuri

deschise corespund unei reflexii puternice a microundelor, la nivelul obiectelor expuse

către senzor, iar cei întunecaţi corespund elementelor ascunse (vezi capitolul 3.1). Există

imagini la care datele asociate signaturilor sunt exprimate prin radianţă (strălucire) dar şi

imagini rezultate din prelucrări, respectiv operaţii de matematică spectrală ce sunt

caracterizate prin valori de indici sau chiar diverşi parametri (ex. temperatura corpurilor,

derivată matematic din signatura lor în infraroşul termal, vezi capitolul 2).

Imaginile color se grupeaza în imagini în culori naturale, la care signatura

spectrală a obiectelor este exprimata prin culori apropiate de cele pe care le percepe omul

(ex. padurea - verde, apa - albastru-verzui, drumurile şi construcţiile în cenuşiu deschis),

respectiv imagini falscolor sau imagini în culori convenţionale ce rezultă din înlocuirea

culorilor naturale cu alte culori pe care ochiul uman nu le percepe în realitate, dar care

aduc informaţii suplimentare (ex. vegetaţia ce apare roşie). Signatura spectrală a aceluiaşi

obiect omogen nu este identică în orice imagine falscolor pentru că imaginile falscolor

rezultă din cele mai diverse combinaţii de benzi spectrale, în conţinutul cărora obiectele

apar diferit în funcţie de reflectanţa lor (fig. 6.16).

Fig. 6.16. Imagine satelitară color Landsat MSS din California, SUA, ce exprimă

diferenţa de signatură spectrală pe coloane, la nivelul celor patru benzi ale imaginii

multispectrale, pentru şapte categorii de acoperire a terenului, de la păduri la ape, teren

agricol, sol dezgolit şi aşezări urbane sau suburbane (după Short, 2008).

Cromatica imaginilor este astfel expresia signaturilor spectrale şi depinde de

combinaţia în sistemul RGB (engl. red, green, blue) al culorilor aditive, ce stă la baza

formării imaginilor în culori pe care omul le percepe cu ajutorul analizorului vizual (fig.

6.17). Formarea culorilor în imagini se realizează din trei signaturi spectrale, diferite,

înlocuind cele trei zone din spectrul vizibil (albastru, verde, roşu).

Fig. 6.17. Reprezentare schematică a sistemului aditiv şi a celui subsractiv de

formare a culorilor în imagini. Astfel culorile obiectelor sunt rezultatul adunării

signaturilor în trei benzi spectrale asimilate roşului, verdelui şi albastrului, dar şi scăderii

signaturilor în sistemul substractiv (violet, turcoaz, galben).

Aplicaţiile imaginilor în analiza elementelor de mediu în imagini color, fie în

culori naturale, fie falscolor trebuie să înceapă prin analiza corelativă a signaturilor

spectrale în raport cu diagramele curbelor spectrale ale componentelor de mediu

analizate. Prin cunoaşterea vârfurilor de reflectanţă (fig. 6.18) şi raportarea lor la

intervalele benzilor spectrale se va stabili combinaţia optimă din care va rezulta cea mai

bună imagine color, cea mai expresivă imagine aplicabilă în interpretarea unui element de

mediu (volumul I, cu aplicaţii la imaginile Landsat ETM+).

Fig. 6.18. Corelarea la nivel de reflectanţă (A) şi de valori spectrale sau de pixeli

(B), a signaturilor spectrale cu benzile 1-4 (albastru, verde, roşu, infraroşu apropiat) de la

senzorul Landsat TM. Sunt prezentate curbele spectrale pentru apă, vegetaţia verde şi sol

dezgolit. Se observă vârfurile de reflectanţă diferite ca valoare şi interval spectral ale

acestore trei componente ale peisajului. După Short (2008).

Din analiza figurii 6.18 A, se observă că au fost alese doar patru din cele şapte

intervale spectrale ce compun imaginea multispectrală Landsat (benzile spectrale din

vizibil, 1,2 şi 3, banda infraroşu apropiat, numerotată cu 4). Urmărind vârfurile curbelor

de relectanţă, se poate observa că apa are maximum în banda verde (banda 2), iar

combinaţia optimă este RGB321 (culori naturale). Pentru vegetaţia verde, vârful de

reflectanţă se află în infaroşul apropiat (banda 4), iar combinaţia optimă este falscolor sau

RGB 432, echivalentă cu imaginea din figura 6.16. Pentru soluri, vârful de reflectanţă

este în infraroşul mijlociu (nemarcat pe grafic), iar optimă este combinaţia RGB 742

(falscolor), în care solul apare în nuanţe de roz către violet (vezi volumul I, capitolul 3).

Exemplul prezentat este aplicabil şi altor imagini de teledetecţie, prin compunerea

benzilor spectrale (rezultă imaginile numite şi color compozit). O situaţie similară o

întâlnim la compararea imaginilor aeriene obţinute pe film color normal (în culori

naturale) şi color infraroşu (falscolor). Elemente de diferenţiere în acest sens apar în

tabelul 6.1. Dintre cele mai importante diferenţe sunt cele ce caracterizează vegetaţia (fig.

6.19).

Tabelul 6.1. Signaturi spectrale în imagini aeriene pe film color, respectiv

infraroşu (adaptare după Sabins, 1997).

Element al mediului Imagine color normală Imagine color în

infraroşu

Pădure de foioase verde roşu către magenta

Pădure de conifere verde cafeniu-roşiatic spre

purpuriu

Vegetaţia uscată sau

degradată

verde către verde-gălbui în funcţie de

stadiul de degradare

roz-albăstrui către cyan

Pădure de foioase

toamna

roşu către galben galben către alb

Apa limpede albastru-verzui albastru închis către

negru

Apa cu sedimente verde deschis albastru deschis

Maluri de ape, ţărmuri dificil de trasat uşor de trasat

Umbra obiectelor albastru cu detalii vizibile (valuri,

batimetrie etc.)

albastru cu puţine

detalii vizibile

Fig. 6.19. Secţiuni de fotograme aeriene (micşorate) color pe film color infraroşu

(stânga) şi color normal (dreapta), Avalon, California, SUA. Sursa: Focal Flight.

Imaginea prezintă un bazin al unei văi torenţiale evaluate din zona montană ce debuşează

într-un golf cu un oraş. Versanţii sun acoperiţi de păduri de conifere (pin, mai ales) în

alternanţă cu păduri de foioase şi tufărişuri mediteraneene, iar în luncă apar pajişti relativ

degradate. Umbra versanţilor modifică uşor signaturile spectrale. Delimitarea apei de

uscat este mult mai evidentă în imaginea în infraroşu decât în cea în culori naturale.

6.4. Strălucirea şi tonul de culoare

Această trăsătură exprimă variaţia intensităţii luminii reflectată, difuzată sau

emisă de către obiectele care apar în spatiul cuprins în imagine. Strălucirea este un

component al signaturii spectrale şi contribuie la definirea comportamentului spectral al

unui obiect.

Strălucirea, este după definiţia lui Sabins (1997), mărimea răspunsului spectral al

luminii reflectate de un obiect dintr-o imagine. Strălucirea este percepută subiectiv de

către ochiul uman printr-o senzaţie de o anumită intensitate. De exemplu strălucirea unei

surse de lumină artificială în raport cu cea a unei porţiuni de drum asfaltat, în timpul zilei.

Strălucirea se exprimă cantitativ, cu ajutorul radianţei, mai exact al cantităţii de

radiaţie pe care un corp o emite in spaţiu sub forma unui con sau unghi solid (energia

radiantă, vezi capitolul 2). În literatură mai apare termenul de intensitate luminoasă sau

luminanţă, ce poate fi măsurată cu fotometrul, pentru fiecare sursă luminoasă.

Analiza strălucirii obiectelor în imagini se poate realiza vizual cu ajutorul scării

de gri. Ea cuprinde totalitatea tonalităţilor de culoare de la alb către negru (fig.6.21) şi, în

anumite cazuri poate însoţi imaginile (unele fotograme sau imagini satelitare

spectrozonale Landsat MSS, de exemplu).

Prin conversia reflectanţei obiectelor în radianţa corespunzătoare se poate calcula

un indice de strălucire, ce prezintă cel mai fidel calitatea luminii reflectate de către

obiectele din teren, sub forma uneia dintre componentele unei transformări mai complexe

numită şi tasseled cap. Acest indice numit şi indice de strălucire (engl. brightness) este

calculat ca media ponderată a reflectanţei obiectelor în toate benzile spectrale ce

alcătuiesc scena satelitară (ex. patru valori la Landsat MSS, aşa cum a fosta determinat

iniţial de Kauth şi Thomas, 1976). Indicele este folosit alaături de alţi indici derivaţi în

analiza stării vegetaţiei şi culturilor agricole (delimitare, tipologie, productivitate etc.).

Pentru explicaţii suplimentare se poate consulta volumul I al lucrării noastre.

În figura 6.20, se prezintă o imagine a nivelelor de strălucire ale corpurilor,

exprimate prin elementele scării de gri sau tonurile de culoare corespunzătoare. Imaginea

este rezultată din transformarea tasseled cap. Cele mai mari nivele de strălucire

corespund tonurilor deschise, apropiate de alb, ce exprimă în imagine suprafeţe ce

reflectă o mare cantitate de lumină. În exemplul de mai jos acestea sunt terenurile arate,

neacoperite de vegetaţie, respectiv aşezărilor, în timp ce valori minime sunt specifice apei

râurilor şi lacurilor.

Fig. 6.20. Imaginea indicelui de strălucire exprimată prin tonuri de culoare,

derivată dintr-o imagine Landsat TM, zona Brno, Republica Cehă.

Tonul de culoare reprezintă trăsătura unui obiect de a reflecta radiaţia solară

incidentă, pe fondul caracteristicilor atmosferice şi a sensibilităţii filmului sau senzorului

de teledetecţie. Tonul de culoare constituie modul de exprimare al signaturii spectrale în

cazul unei imagini alb-negru, aşa cum am explicat anterior. Tonul de culoare,

caracteristic aceluiaşi obiect din imagine nu este identic în toate imaginile alb-negru.

Acesta depinde de intervalul spectral în limtele căruia care s-a realizat imaginea,

respectiv sensibilitatea senzorului sau a filmului la anumite lungimi de undă, la care se

adaugă condiţiile atmosferice (prezenţa norilor, vaporilor de apă, pulberilor, gazelor etc.).

În figura 6.21 sunt prezentate diferenţele de strălucire, respectiv de tonuri de

culoare dintre imagini ale aceleiaşi regiuni, în patru intervale spectrale diferite. Din

examinarea vizuală se observă că norii pot induce o strălucire aparte imaginii ce

diminuează, şi deseori complică signatura spectrală a elementelor din teren. Intervalele

vizibilului, în care apar nori impun dificultăţi de interpretare prin numărul mare de tonuri

de culoare apropiate, în timp ce imaginile în infraroşu, cu un grad mic de acoperire

noroasă sunt mai uşor de analizat şi datorită numărului limitat de tonuri, relativ diferite.

O interpretare a tonurilor de culoare este cea legată de signatura spectrală

prezentată în subcapitolul anterior.

Fig. 6.21. Diferenţe de strălucire exprimate prin tonuri de culoare în limitele unei

imagini Landsat TM din Insulele Filipine. În imaginile a şi d prezenţa ceţii şi a norilor

imprimă dificultăţi în diferenţierea tonurilor de culoare, chiar şi cu ajutorul scărilor de

tonuri. Imaginile b şi d sunt cele mai accesibile interpretării vizuale prin diferenţierea

tonalităţilor de culoare.

6.5.Contrastul imaginilor

Contrastul imaginilor numit şi raportul de contrast este exprimat prin raportul

dintre părţile cele mai luminate şi părţile cele mai întunecate ce compun imaginile.

Acesta poate fi exprimat şi mai expeditiv, prin numărul de tonuri de culoare care pot fi

identificate într-o imagine cu ochiul liber sau cu ajutorul scărilor de tonuri sau

eşantioanelor din scara de gri (fig. 6.21). Caracteristicile contrastului depinde de

uniformitatea signaturilor spectrale (obiecte sau medii identice cum ar fi apa mării), de

difuzia radiaţiei datorată norilor din atmosferă şi sensibilitatea filmului sau a senzorului.

O imagine are un contrast bun atunci când numarul de tonuri de culoare ce pot fi

identificate cu ochiul liber este mai mic (7,8 sau cel mult 10). Aceasta nu introduce nici

probleme mari de interpretare vizuală. Imaginile cu un contrast slab nu permit

identificarea exactă a numărului de tonuri de culoare chiar şi cu ajutorul scărilor de ton.

În acest caz, tonurile sau chiar nuanţele de culori, se contopesc iar anumite obiecte sunt

greu de identificat.

Contrastul se poate exprima cantitativ prin intermediul raportului de contrast, cu

formula simplă:

CR = Bmax/ Bmin, unde

CR - raportul de contrast,

Bmax, Bmin – strălucirea maximă şi minimă a punctelor sau pixelilor din aceeaşi

imagine.

Aprecierea cantitativă se face pe o scara de la 1 la 10. Valorile mai mari de 4,5

reprezintă un contrast bun, iar cele sub 1,5, un contrast slab. În cazul în care strălucirea

minimă este zero, raportul tinde către infinit, iar când cele două valori ale strălucirii din

formulă sunt egale, imaginea are contrastul unitar şi apre fie albă fie neagă, fără a mai

distinge elementele de conţinut.

Corectarea contrastului unei imagini este una dintre etapele preprocesării digitale.

Adeseori, anumite signaturi spectrale au o strălucire ce le face greu de identificat în

analiză, în interpretarea imaginii de teledetecţie.

O modalitate de corectare este folosirea histogramei imaginii, ce exprimă

distribuţia numerică a valorilor spectrale sau numărului digital la nivelul unei imagini

alb-negru (fig. 6.22), indiferent de tipul acesteia, pancromatică sau spectrozonală. Rezultă

că imaginile color prezintă trei histograme, câte una pentru fiecare bandă sau canal

spectral combinat în sistemul RGB.

Fig. 6.22. Exemplu de histogramă al benzii 3 (roşu) al unei imagini Landsat TM

(subscena reprezentând Parisul). Pe axa orizontală apar valorile spectrale sau numerele

digitale, precum şi tonalităţile de culoare corespunzătoare. Pe axa verticală este marcat

numărul de pixeli corespunzător valorilor spectrale (numerelor digitale). Sursa:

www.mathworks.com.

Graficul din fig. 6.22 este caracteristic fiecărei imagini de teledetecţie în format

digital. În practică, orice aplicaţie ce utilizează imagini impune mai întâi corectarea sau

îmbunătăţirea contrastului acestora. Aceasta poate fi bazată pe anumite funcţii

matematice (liniare, egalizare, gaussiană, radăcina pătrată etc.) sau poate fi dictată de

către analistul ce utilizează imaginea. Pentru elemente suplimentare se poate consulta

volumul I al lucrării noastre. În fig. 6.23, se observă un exemplu de utilizare a

histogramei în procesul de modificare a contrastului unei imagini. Astfel, imaginea cu un

contrast slab, în care pixelii se află aglomeraţi în zona întunecată (12-43 în cazul

nostru)sunt redistrubuiţi în zone cu o strălucire mai mare.

Fig. 6.23. Aplicarea corecţiei contrastului pe o subscenă Landsat, la nivelul unei

benzii 4, infraroşu apropiat, prin modificarea histogramei originale (pixeli grupaţi în

stânga imaginii în zona întunecată) şi egalizarea sau echilibrarea distribuţiei pixelilor.

Sursa: A. Weese, George Mason University.

Definirea histogramei imaginii digitale implică şi precizarea noţiunii de valoare

spectrală sau număr digital (engl. digital number, prescurtat DN). Acesta este un număr

întreg, cuprins (în cazul imaginilor codificate în sistem byte sau de 8 biţi), între valorile 0

(negru) şi 255 (alb), asociat fiecărui pixel în parte la nivel de imagine alb-negru, fie

spectrozonală (banda spectrală) fie pancromatică (ex. fotograma aeriană). Valorile

acestuia exprimă în fapt tonuri de culoare, ce traduc în sistem cromatic, reflectanţa

corespunzătoare unui pixel ce compune imaginea unui obiect (fig. 6.24). Prin modificarea

acestor valori, ce compun imaginea asemeni unei matrici, rezultă posibilitatea

îmbunătăţirii contrastului, a generării de imagini mai expresive comparativ cu cea

iniţială, ce sunt frecvent integrate combinaţiilor color. Modificarea se poate face fie după

funcţii matematice prestabilite, fie prin redistribuirea valorilor în funcţie de necesităţile

interpretatorului sau analistului.

Fig. 6.24. Exprimarea tonurilor de culoare dintr-o imagine în scară de gri, cu

ajutorul valorilor spectrale sau numerelor digitale (DN). Acestea se prezintă diferite de la

o bandă spectrală la alta, pentru acelaşi pixel la care se raportează. Imaginea se prezintă

ca o matrice, astfel încât acesteia i se poate aplica orice operaţie matematică valabilă în

cazul matricilor (după tutorialul Canadian Centre for Remote Sensing, Canada, 1998).

Avantajul cuantificării valorilor spectrale este important şi în ceea ce priveşte

posibilitatea efectuării de operaţii avansate cu imagini, mai exact cu signaturi spectrale,

destinate izolării unor elemente de mediu, prin evidenţierea pe baza rezultatului

calculului cu matrici a signaturilor spectrale diferite. Un exemplu sunt indicii normalizaţi

de diferenţiere ce se referă la diferite componente de mediu, ca vegetaţia, apa, umiditatea,

construcţiile etc. (vezi volumul I al lucrării noastre).

6.6. Capacitatea de detectare

Capacitatea de detectare (detectabilitatea) sau capacitatea de detecţie exprimă în

ce măsură o imagine de teledetecţie permite analistului sau interpretatorului să sesizeze

prezenţa unui obiect şi a unor caracteristici ale acestuia, folosind ochiul liber dar şi

instrumente optice, inclusiv tehnica digitală de procesare şi analiză a datelor (fig.6.25).

Aceasta depinde de toate proprietăţile importante ale imaginii, dar mai ales de

rezoluţia spaţială (ex. un detaliu are dimensiuni suficiente pentru a fi identificat, ca de

pildă un drum la rezoluţia de 10 m), rezoluţia spectrală (ex. detaliul reflectă lungimi de

undă adecvate pentru a avea o signatură spectrală diferită de cea a obiectelor vecine, ca

de pildă un drum în raport cu un câmp cultivat la 10 m rezoluţie) şi rezoluţia temporală

(dacă detaliul exista în teren atunci când s-a înregistrat imaginea, ca de pildă o autostradă,

ce apare doar în imaginile după anul 2004 din Bărăgan la rezoluţia de 30 m).

Fig. 6.25. Aplicaţie SIG bazată pe interpretarea vizuală a imaginilor aeriene

ortorectificate mozaicate, în format digital, din care rezultă teme vector (linii, poligoane)

ce semnifică diferite tipuri de acoperire a terenului în spaţiul urban. Utilitatea acesteia

este evidentă în construirea bazelor de date spaţiale. Sursa: Housing and Land Use

Regulatory Board, Guvernul Statului Filipine.

Detectarea obiectelor şi a particularităţilor acestora depinde în mare măsură de

experienţa analistului care aplică criterii şi procedee speciale în acest sens, dar şi metode

optice sau digitale adecvate.

Un exemplu este cel din figura 6.26, ce exprimă posibilitatea de a grupa, de a

clasifica, în sistem supervizat, prin cunoaşterea şi identificarea obiectelor, elementele

acoperirii terenului dintr-o zonă costieră din estul SUA. Reprezentarea are capacitatea de

a deveni chiar hartă a acoperirii terenului (include vegetaţia şi utilizarea terenului), prin

capacitatea de a permite detectarea, recunoaşterea obiectelor şi raportarea acestora la

semnificaţia reală, în teren. O altă problemă rezultă din posibilitatea de a diferenţia, de a

separa obiecte cu forme şi signaturi spectrale apropiate (de ex, şosele în raport cu canaluri

şi căi ferate pe imagini de medie rezoluţie spaţială).

În practica analizei imaginilor de teledetecţie, există algoritmi matematici şi

statistici care utlizează din plin această proprietate. Aceştia permit clasificarea automată

a pixelilor şi se numesc şi clasificări tematice (clasificări de pixeli). În funcţie de

informaţia din teren şi algoritmul utilizat, există două tipuri principale de clasificări.

Clasificările nesupervizate, bazate exclusiv pe datele spectrale ale imaginii, mai

exact pe numerele digitale ale pixelilor. Aceştia sunt grupaţi în funcţie de diferenţa

spectrală, reflectată prin valoarea numărului digital, prin precizarea unor variabile simple

de tipul numărului de pixeli într-o clasă sau numărul de rulări ale algoritmului (treceri ale

matricii de clasificare). Clasificarea nu impune cunoaşterea semnificaţiei în teren a

pixelilor, deoarece clasele obţinute (areale omogene ca semnificaţie) vor fi asociate cu

semnificaţia lor la final. Rezultatul sunt hărţi ale vegetaţiei şi utilizării terenului

(acoperirea terenului).

Clasificările supervizate au o legătură mult mai strânsă cu detectabilitatea

imaginilor, deoarece presupun cunoaşterea de la început a semnificaţiei în teren a

signaturilor spectrale ale elementelor de mediu. Aceasta este posibilă prin documentarea

prealabilă la teren şi pe materiale cartografice. Analistul crează sau generează grupări de

pixeli cu rol de eşantion, numite şi zone-test, cu o omogenitate cât mai mare a

signaturilor spectrale. Acestea vor fi preluate ca bază în rularea algoritmilor utilizaţi, care

sunt aleşi în funcţie de complexitatea imaginii. Pixelii sunt grupaţi în clasele predefinite

ca zone-test, rezultând imagini cu grupări de pixeli policrome, ce pot deveni hărţi ale

vegetaţiei sau utilizării terenurilor. O astfel de aplicaţie este cea din figura 6.26.

Rezultatul poate fi îmbunătăţit prin diverse metode. Elemente suplimentare sunt

prezentate în volumul I al lucrării noastre.

Fig. 6.26. Imagine Landsat TM falscolor 432, în scara de gri, din estul SUA

(1995), rezoluţia de 30 m, interpretată vizual în vederea elaborării unei clasificări

supervizate a pixelilor (după Short, 2006).

6.7. Acoperirea spaţială a imaginilor

Prezintă o mare însemnătate în alegerea acestora pentru diversele aplicaţii. Ea

exprimă cât de extins este terenul ce corespunde unei scene satelitare sau unei fotograme

aeriene. De cele mai multe ori imaginile au un format pătrat sau dreptunghiular, dar prin

prelucrări sau procesări există posibilitatea creării de noi formate, dar şi de extindere prin

mozaicare analogică sau digitală a ariei acoperite de imagini.

Acoperirea spaţială se exprimă fie prin dimensiunea în teren a laturii sau laturilor

imaginii (ex. 40x 40 km), fie prin număr de pixeli pe lungime şi lăţime (ex.14.000x

14.000 pixeli sau celule). Cele două moduri sunt legate prin posibilitatea de a transforma

valorile pe baza rezoluţiei spaţiale. Situaţiile sunt oarecum diferite la imaginile satelitare,

respectiv la aerofotograme (fotogramele aeriene).

În cazul imaginilor satelitare se precizează frecvent dimensiunea scenei satelitare

în teren, respectiv latura sau laturile acesteia în kilometri şi chiar coordonatele geografice

sau rectangulare ale colţurilor. Aceste dimensiuni sunt standard, dar diferă de la un

senzor la altul în funcţie de rezoluţia spaţială, dependentă la rândul ei de câmpul vizual

instantaneu (IFOV), altitudinea plafonului de zbor, sensibilitatea senzorului şi multe alte

elemente tehnice.

De exemplu, o scenă satelitară Landsat este aproximativ un pătrat cu dimensiunile

185x 185 km la 30 m rezoluţie spaţială (fig. 6.27), o scenă SPOT 4 este un pătrat de 60x

60 km la 10 m rezoluţie spaţială (SPOT HRV, pancromatic), o scenă Ikonos este un

pătrat de 11x 11km, la 4 m rezoluţie în multispectral şi 1 m în pancromatic etc.

Fig. 6.27. Imaginea mult micşorată a unei scene satelitare Landsat ETM+ din

1999, în scara de gri, exprimată sub forma unei hărţi satelitare (după USGS).

De cele mai multe ori, aplicaţiile utilizează fie subscene sau porţiuni din scene sau

chiar mozaicuri de scene ce acoperă suprafeţe şi mai extinse de teren. În acest caz, se

apelează la arhive de imagini satelitare, ce oferă posibilitatea de a achiziţiona datele

dorite în vederea construirii diferitelor aplicaţii. Căutarea în arhive se face după numere

de identificare şi după datele de bază ale imaginilor, dintre care rezoluţia este importantă,

dar şi gradul de acoperire noroasă etc. Pentru teritoriul României, un astfel de mozaic de

imagini reuneşte peste 20 de scene Landsat. De cele mai multe ori, mozaicurile

integrează imagini de calitate apropiată (fig. 6.28), care pot fi obţinute la intervale mari

de timp diferenţă, ca urmare a identificării scenelor pe baza orbitelor şi a şirurilor, pe

harta globului (ex. sistemul de referinţă WRS 2 al imaginilor Landsat, vezi site-ul internet

al USGS, dedicat misiunii Landsat). Astfel imaginile se pot căuta similar unor foi de

hartă topografică (ex. baza de date Global Land Cover Facility a Universităţii Maryland,

vezi volumul I al lucrării noastre).

Fig. 6.28. Mozaic de imagini Landsat în culori naturale (micşorat, în scara de gri),

normalizat la nivelul signaturilor spectrale, al Europei de Nord-Vest. Sursa: NPA

Satellite Imaging.

Fotogramele aeriene sau aerofotogramele au o acoperire spaţială mult mai mică

decât imaginile satelitare. Ele sunt fotografii cu un format de regulă pătrat sau

dreptunghiular, exprimat mai frecvent prin dimensiunile în centimetri ale suprafeţei utile,

deoarece scara diferă de la un zbor la altul (format 18x18 cm, 23x23 cm, 40x40 cm,

18x23 cm etc.). Acoperirea spaţială depinde şi de tipul de imagine, în funcţie de unghiul

de fotografiere, respectiv, unghiul verticalei locului cu axul sistemului optic sau al

camerei de fotografiere.

În acest sens există fotogramele verticale sau nadirale, la care unghiul este de sub

3° (fig. 6.29), prezintă obiectele prin imagini apropiate de proiecţia lor, fiind utilizate pe

scară largă inclusiv la întocmirea de hărţi şi planuri. Acoperirea spaţială se poate aprecia

uşor cunoscând scara imaginii.

a b

Fig. 6.29. Obţinerea fotogramelor aeriene verticale (a) şi porţiune de fotogramă

aeriană pancromatică a unei părţi a New York-ului (b), după USGS.

Fotogramele oblice şi cele înclinate prezintă un unghi al axului optic al camerei

cu verticala locului de 3-15° şi se numesc înclinate, iar cele cu unghiuri mai mari de 15°,

sunt considerate oblice sau panoramice atunci când în imagine apare şi linia orizontului.

Formatul acestora este de regulă identic cu cel al imaginilor verticale, dar acoperirea

spaţială efectivă se calculează mai greu ca efect al variaţiei scării pe axa verticală a

imagini (fig. 6.30). Sunt imagini ce oferă avantajul unei interpretări mai lesnicioase prin

acoperirea mai mare a terenului şi expresivitatea imaginii obiectelor ce se apropie în

cazul celor oblice, destul de mult de imaginea din teren.

În cazul acestor imagini, rezoluţia spaţială prezintă noi dimensiuni, deoarece

aceasta este mai mare pentru obiectele din planuri apropiate şi mai mică pentru cele din

planuri îndepărtate. Această problemă apare şi în cazul imaginilor satelitarea de mare

rezoluţie ce au în specificaţiile tehnice o rezoluţie la nadir (a obiectelor cu imagine

apropiată de proiecţia lor) şi alta extranadirală (a obiectelor privite oblic). Din acest punct

de vedere corecţiile geometrice sunt de o mai mare complexitate, deoarece obiectele vor

trebui aduse la aceaşi rezoluţie spaţială (ex. imaginile GeoEye, Ikonos, QuickBird).

a b

Fig. 6.30. Obţinerea unei imagini aeriene oblice (a) şi imagine panoramică

micşorată, în scara de gri (b), a unei aglomerări urbane din California, SUA şi a unei

intersecţii de autostrăzi (după USGS).

Potenţialul oferit de imaginile aeriene este mai mare decât simpla fotografiere a

terenului la o scară şi o rezoluţie utile studiilor de detaliu. Fotografierea aeriană efectuată

în sistemul benzilor (fig. 6.31), pe trasee paralele de zbor ce acoperă în final zona de

interes în diverse aplicaţii implică posibilitatea extinderii acoperirii spaţiale în mod

considerabil. Informaţii suplimentare privind zborul de aerofotografiere sunt prezente în

capitolul anterior.

a b

Fig. 6.31. Aerofotografierea (a) se realizează în benzi paralele, în care imaginile

se suprapun lateral şi transversal (b), acoperind în final toată zona de interes asemeni unui

mozaic.

Suprapunerea laterală a imaginilor, extinde suprafaţa acoperită de imagini, dar, în

condiţiile în care ea reprezintă un procent mediu de 60% din cele două imagini alăturate.

Astefel se formează un dublet, ce se poate exploata cu aparate optice ce utilizează

principiul stereoscopiei (stereoscop, interpretoscop). Acest model tridimensional, pe care

ochii în percep prin lentilele stereoscopului se mai numeşte şi stereomodel şi are aplicaţii

largi şi în interpretarea calitativă şi cantitativă, respectiv în realizarea de hărţi şi planuri

prin restituţie fotogrammetrică (fig. 6.32).

a b

Fig. 6.32. Dubletul exploatat cu stereoscopul de buzunar (a) şi suprapunerea

standard a imaginilor aeriene ce alcătuiesc dubletul (b).

Extinderea acoperirii spaţiale se realizează prin fotoasamblajele de imagini, care

pot fi expeditive sau necontrolate (imagini nemodificate sub raportul proiecţiei) şi

controlate (imagini la care proiecţia centrală a fost înlocuită cu alte proiecţii). În primul

caz, cele mai simple asocieri de imagini, permit obţinerea dubletului (fig. 6.31) dar şi a

tripletului (o asociere de trei imagini alaturate, în esenţă reprezentată prin două dublete),

multipletul, banda sau seria de fotograme, ce reuneşte parţial sau total fotogramele

obţinute de-a lungul aceleiaşi direcţii de zbor). Aceste simple asocieri limitează oarecum

acoperirea spaţială a fotogramelor, deoarece extind acoperirea spaţială unidirecţional (ex.

pe o vale de râu, un drum sai cale ferată, o aşezare lineară etc.).

Din această cauză se utilizează şi mozaicul de fotograme ce reuneşte mai multe

benzi consecutive de fotograme, obţinute în urma aceluiaşi zbor sau a mai multor zboruri

atunci când este necesară mărirea acoperirii spaţiale pentru analiza fenomenelor dintr-o

zonă vastă (un masiv montan, o depresiune etc.). Mozaicul de imagini aeriene (fig. 40),

este deseori întocmit şi micşorat prin refotografiere şi micşorare, în scopul localizării

după număr şi poziţie în cadrul benzii, a unei imagini, a unui detaliu sau al unui areal. În

acesta caz se numeşte şi fotoschemă şi însoţeşte de cele mai multe ori mapa cu

fotogramele elaborate în urma aceluiaţi zbor, ce au evident scări apropiate, menţionate în

fotoschemă la o valoare medie, rotunjită (ex. 1: 4000), alături de trapezul geodezic,

parametri ai camerei fotogrammetrice, data, localizarea unor puncte de reper în teren etc.

Imaginea micşorată şi fotografiată este evidentă prin limitele suprafeţelor utile ale

imaginilor componente (fig. 6.33). Fotoasamblajele controlate, cealaltă categorie vor fi

prezentate în subcapitolul următor.

Fig. 6.33. Mozaic de aerofotograme aeriene al zonei Baltimore-Golful

Chesapeake din NE SUA, după USGS. Se observă şi unele limite dintre imaginile

asamblate.

6.8.Proprietăţile geometrice

Indiferent de tipologia lor, imaginile de teledetecţie constituie reprezentări în plan,

reduse la scară, ale unor părţi din suprafaţa curbată a Pământului. Indiferent de aria

acoperită, aceste imagini prezintă o anumita proiecţie care poate fi sau nu definită

geometric, prin intermediul punctului de perspectivă, razelor de proiecţie, planului de

proiecţie etc. (al elementelor componente, vezi cursul de cartografie).

Este evident faptul că imaginile prezintă o serie de deformări ce se impun a fi

cunoscute, controlate şi corectate (eliminate) în măsura posibilităţilor. Realizarea de hărţi

şi planuri după imagini satelitare sau aeriene necesită o bună cunoaştere a proprietăţilor

geometrice ale acestora.

Există două cazuri aparte ce definesc specificul geometriei imaginilor.

Fotogramele aeriene se obţin pe film, sau mai recent prim mijloace digitale, cu

ajutorul camerelor speciale. Acestea sunt caracterizate prin proiecţia centrală (vezi

subcapitolul 6.1). În cazul acesteia, atomii şi moleculele ce compun obiectele din spaţiul

fotografiat reflectă raze de lumină solară ce trec sau se proiectează prin focar, pe

suprafaţa filmului (fig. 6.1, fig. 6.2). Focarul este punctul de perspectivă al proiecţiei,

razele de proiecţie sunt totalitatea razelor de lumină reflectate de către obiecte, iar planul

de proiecţie este filmul din camera de fotografiere, întins pe placa de presiune vidată

(perfect plan). Proiecţia centrală, la fel ca orice proiecţie cartografică, prezintă deformări

la nivelul imaginii obiectelor.

Acestea sunt efectul topografic (definit în secţiunea 6.1, ce determină ca scara

obiectelor din imagine să fie diferită în funcţie de poziţia lor în altitudine) şi deplasarea

radială.

Deplasarea radială este o deformare specifică proiecţiei centrale care determină

apariţia în imagine a obiectelor, altfel decât imaginea proiecţiilor în plan (fig. 6.34).

Obiectele cu o anumită înălţime apar printr-o imagine în care se poate identifica de multe

ori atât partea inferioară cât şi cea superioara acestora (ex. blocuri, turnuri, stâlpi, copaci

etc.).

Fig. 6.34. Deplasarea radială (engl. relief displacement) determină obiectele înalte

să apară aplecate către exterior şi creşte pe măsura distanţei de punctul central sau

principal al imaginii aeriene. Este cazul celor turnurilor de răcire ale unei centrale

nuclearoelectrice din SUA, ce apar prin proiecţia lor în partea de jos a imagini (apropiate

de punctul central) şi deplasate radial, în partea de sus a imaginii. Sursa:

http://www.crssa.rutgers.edu/courses/ (după Avery and Berlin, Ed. V-a).

În cazul în care obiectul înalt se află în centrul imaginii ce corespunde proiecţiei

punctului de perspectivă sau focarului, acesta va apărea prin imaginea proiecţiei sale. De

exemplu, un copac va fi vizibil numai prin intermediul coroanei. Deplasarea radială

devine din ce în ce mai mare pe măsură ce obiectul este mai înalt şi mai depărtat de

centrul imaginii. Imaginea aceluiaşi obiect este mai alungită către marginea fotogramei şi

mai scurtă catre centrul acesteia (fig. 6.35). Eliminarea sau mai exact diminuarea acestor

deformări din imagini, prin crearea sau generarea unor imagini noi este posibilă, prin

operaţiunea de ortorectificare sau ortocorecţiei. Elemente suplimentare sunt prezentate şi

în capitolul anterior.

Fig. 6.35. Deplasarea radială în cazul unor arbori (conifere) proiectaţi în imagine,

situaţi la diferte distanţe de punctul central. Copacul din punctul central al imaginii apare

prin imaginea proiecţiei lui în plan, în timp ce copacii situaţi lateral apar prin altă

imagine, în care se diferenţiază atât baza cât şi vârful După Canadian Centre for Remote

Sensing.

Ortorectificarea este procesul prin care este posibilă înlocuirea proiecţei centrale

a unei imagini de teledetecţie cu o proiecţie ortografică, utilă în vederea realizării de

planuri şi hărţi. Ea se aplică cu deosebire imaginilor la rezoluţii mari, unde efectul este

vizibil şi induce erori în interpretare şi extragerea de informaţii în SIG. Ortorectificarea,

numită şi fotoredresare, elimină deformările impuse de proiecţia centrală astfel încât :

imaginea corectată va avea aceeaşi scară, indiferent de poziţia altimetrică a

obiectelor sau de înălţimea lor (ex. blocuri, copaci, turnuri, stâlpi etc.),

obiectele cu diferite înălţimi vor apărea în final prin imagini aproape

identice cu imaginea proiecţiei lor în plan; astfel de imagini stau la baza

elaborării de planuri şi hărţi prin diferite metode de restituţie;

Prin ortorectificare pot rezulta fotograme ortocorectate, numite şi ortofotograme,

respectiv ortofotoplanuri sau ortofotohărţi, ce se aseamănă prin proiecţia ortografică, dar

se diferenţiază prin scară şi acoperire spaţială, toponimie, prezenţa elementelor de

altimetrie (curbele de nivel). Ortofotoplanurile din care sunt derivate ortofotohărţile au

aplicaţii importante în construirea aplicaţiilor SIG. Ortofotoharta include elemente de

toponimie şi rezultă frecvent din combinarea-mozaicarea de ortofotograme (fig. 6.36).

a b

Fig. 6.36. Porţiune de ortofotogramă prezentând un cartier de locuinţe familiale

din San Antonio, Texas, SUA, în care obiectele apar prin imaginea proiecţiei lor (a),

sursa aerometrics.com şi ortofotohartă cu destinaţie turistică a Principatului

Liechtenstein, micşorată, în care a fost introdusă toponimia şi curbe de nivel (b), sursa

cc.gatech.edu (autor B. Watson).

În capitolul anterior sunt prezentate date suplimentare privind proprietăţile

geometrice ale imaginilor aeriene.

Imaginile satelitare şi în special cele de rezoluţii medii şi mici prezintă de multe

ori proiecţii greu de definit din punct de vedere geometric, atunci când acestea nu sunt

specificate. Iniţial, imaginile de acest tip, ca de pildă imaginile Landsat, au o proiecţie

arbitrară, necunoscută, fapt ce necesită, de cele mai multe ori, înlocuirea acesteia cu o

proiecţie cunoscută, raportată la un elipsoid (Datum).

Georeferenţierea sau geocorecţia reprezintă procesul prin care, cu ajutorul

mijloacelor digitale se atribuie unei imagini de teledetecţie o proiecţie cunoscută, cu un

anumit elipsoid. Imaginea brută este o imagine definită doar prin valori spectrale ale

pixelilor şi o proiectie arbitrara. Prin georeferenţiere, imaginea este transformată

geometric datorita deplasarii pixelilor pe noi pozitii definite de coordonate reale, fie

geografice, fie rectangulare (fig. 6.37).

Fig. 6.37. Transformarea geometriei unei imagini de teledetecţie prin

georeferenţiere. Imaginea iniţială, cea din stânga desemnează un spaţiu al pixelilor cu o

proiecţie arbitrară. Imaginea modificată are o nouă geometrie, deoarece pixelii au fost

repoziţionaţi într-un spaţiu definit de coordonate reale şi unităţi de măsură.

Georeferenţierea este în fapt o transformare matematică ce implică alocarea unor

noi poziţii, reale, pixelilor din imagine. Determinare noilor coordonate implică ecuaţiile

lineare din fig. 6.37, în cadrul cărora vechile coordonate ale pixelilor sunt înmulţite cu o

serie de constante, calculate automat în contextul generării statisticilor de pixeli

(explicate în fig. 6.37). Imaginea georeferenţiată poziţionează pixelii prin realocare sau

resampling, după punctele de control în teren prin generarea unei noi matrici definită de

proiecţie şi datum sau elipsoid (vezi volumul I al lucrării noastre). Prin georeferenţiere se

crează posibilitatea dezvoltării de aplicaţii pe imagini în mediul SIG, prin construirea de

baze de date, de hărţi satelitare, de analize spaţiale cu rezultate cartografice tematice etc.

Este pasul descisiv de la imagine la harta digitală bazată pe imagine ca sursă de

informaţii geografice. Prin georeferenţiere, imaginile îşi modifică geometria, având o altă

formă, chiar dacă nu este mult diferită de cea iniţială, iar pixelii noii imagini sunt

repoziţionaţi dar şi deformaţi după sistemul de proiecţie, deoarece ei sunt atribuiţi unor

noi poziţii (fig. 6.37). Mai mult, imaginea este repoziţionată în spaţiul terestru (virtual)

conform noului sistem de proiecţie caracteristic.

În figura 6.38, se prezintă un exemplu de interfaţă de utilizare a unui pachet soft

destinat geocorecţiilor. Câmpurile din cadrul acesteia cuprind totalitatea elementelor

necesare generării noii imagini caracterizată prin proiecţia dorită. Tablelul cuprinde

corespondenţa dintre coordonate arbitrare ale punctelor şi coordonate reale ale acestora,

pe baza cărora se construieşte noul model geometric al imaginii, ce poate fi salvată în

formatul dorit, compatibil cu aplicaţia SIG în care se va folosi imaginea ca sursă de date.

Geocorecţia se impune a fi realizată în etapa preprocesării imaginii, după corecţiile

radiometrice ce vizează signaturile spectrale (vezi şi volumul I al lucrării).

Fig. 6.38. Interfaţa utilizator, pe computer unei aplicaţii de georeferenţiere a unei

imagini de teledetecţie (The Geographic Transformer).

6.9. Cheia de descifrare, legenda şi informaţiile auxiliare

Imaginile de teledetecţie sunt reprezentări obiective ale realităţii terenului,

localizate în timp şi spaţiu, dar şi în raport cu spectrul radiaţiilor electromagnetice (vezi

rezoluţia imaginilor, în acest capitol). Caracterul obiectiv este principala deosebire în

raport cu hărţile şi planurile, care au la bază, frecvent aceste surse informaţionale.

Cheia de descifrare (Sabins, 1997) este o caracteristică legată de fapt de

caracteristicile prin care obiectele apar în conţinutul imaginii şi care au valoarea unor

criterii de interpretare ce permit identificarea, localizarea, descrierea şi analiza

obiectelor. Aceste elemente sunt fie directe (intim legate de imaginea obiectelor), fie

indirecte (legate de asocierea imaginilor obiectelor, în diferite formule). Aceste elemente

(forma, structura, textura, culoarea etc.) vor fi tratate în capitolul următor.

Imaginile satelitare şi mai ales imaginile multispectrale cele din prima generaţie

(ERTS A, B sau Landsat MSS) erau însoţite adesea de scara tonurilor sau nuanţelor de

culoare, în funcţie de caz, asemeni celor din figura 6.21. Acestea permiteau şi o

interpretare mai lesnicioasă a signaturilor spectrale, mai ales în formatul tipărit, având o

calitate (acurateţe primară sau iniţială) în general mai slabă decât cele actuale (Sabins,

1997, Lillesand et al., 2004). Pe lângă acestea erau incluse în egală măsură, datele

suplimentare ale imagini, sub forma unui text pe laterale, respectiv senzorul, satelitul,

numerele de identificare, data, ora înregistrării, poziţia Soarelui pe boltă în momentul

preluării sau scanării multispectrale (azimutul, elevaţia solară), coordonate geografice ale

unui colţ al imaginii, banda spectrală sau canalul, respectiv la imaginea color, combinaţia

de benzi, instituţia furnizoare a imaginii etc.

La imaginile mai recente, în format digital pe suportul respectiv, sunt furnizate

benzile spectrale ce compun scena satelitară dar şi un fişier cu date despre imagine, numit

şi fişier de metadate, ce cuprinde informaţiile menţionate mai sus, dar şi multe date

privind senzorul sau rezoluţia spaţială, absolut necesare în aplicarea de calibrări şi

corecţii radiometrice. Un asemenea fişier în format text însoţeşte orice imagine digitală

de teledetecţie (vezi volumul I al lucrării noastre).

În cazul fotogramelor aeriene, în special al celor în format analogic, pe hârtie,

fiecare imagine este însoţită de datele de identificare, parametrii imaginii, absolut

necesari în realizarea de măsurători, dar mai ales în procesul de ortorectificare sau

ortocorecţie, prin care proiecţia centrală este înlocuită de către proiecţia ortografică,

compatibilă cu harta sau planul. Aceste elemente pot fi eliminate în funcţie de cerere, dar

pot însoţi sub forma unui fişier suplimentar imaginile în format digital. (fig. 6.39).

nivela sferică ceas indicator altimetru contor de poziţii

numărul imaginii şi anul

marcă fiducială

Fig. 6.39. Elementele auxiliare ale unei fotograme aeriene (aerofotograma 18x18

cm, micşorată, IGFCOT ,Cristanul Mare, Masivul Postăvarul, zbor 1985).

Elementele imaginii din fig. 6.39 sunt amplasate lateral în raport cu suprafaţa

utilă sau efectivă a imaginii şi sunt fotografiate pe film în sistem automat, împreună cu

imaginea propriu-zisă.

Nivela sferică indică prin cercuri concentric unghiul dintre axul camerei de

fotografiere aeriană şi verticala locului (fiecare cerc arată un grad). În cazul de faţă

fotograma este verticală sau nadirală, nivela arătând circa 1-2°.

Ceasul indicator arată ora exactă a fotografierii, inclusive în secunde (cel mai

favorabil interval este cuprins între orele 11 şi 14, în funcţie de iluminarea maximă, dar

se poate modifica în alte zone cum ar fi în cele montane ca urmare a condiţiilor de

vreme).

Altimetrul indică plafonul de zbor în metri, raportat la nivelul mării, prin

calibrarea aparatului. Calcularea scării folosind indicaţia acestuia este orientativă, datorită

efectului topografic specific proiecţiei centrale.

Contorul de poziţii indică numărul cadrului de pe film de fotografiere aeriană (în

cazul de faţă imaginea are latura de 18 cm, fiind micşorată).

Numărul imaginii este indicat în colţul din dreapta al acesteia, cu alb, şi se

compune din cifra propriu-zisă ce permite identificarea imaginii în mozaicul zborului şi

în bandă, respective anul fotografierii (1985, în cazul fig. 6.39).

Mărcile fiduciale au aspect diferit (cruciuliţe în cazul de faţă) şi apar în fiecare

colţ al imaginii sau la mijlocul fiecărei laturi. Prin unirea acestora rezultă punctual central

al imaginii, asemeni centrului unui pătrat care semnifică proiecţia focarului sistemului

optic la imaginile vertical (punctul cu deplasare radială zero, în acest caz). Acest punct

este utilizat în măsurătorile de paralaxă care permit calcularea înălţimii obiectelor (ex.

clădiri, stâlpi, abrupturi, maluri de ape, arbori etc.), prin determinarea fotobazei aeriene,

reprezentată prin segmentul care uneşte centrele celor două imagini ce alcătuiesc un

dublet exploatat stereoscopic în contextul măsurătorii cu bara de paralaxă

(stereomicrometrul).

Legenda imaginilor de teledetecţie este valabilă doar pentru prelucrarea avansată

a acestora sub forma hărţilor sau ortofotoplanurilor. Imaginile în starea lor iniţială nu au

legendă ci numai elementele auxiliare pe care le-am prezentat anterior.

Harta satelitară (fig. 6.40) este o reprezentare avansată a datelor de teledetecţie,

folosind de cele mai multe ori subscene satelitare ce au trecut prin etape de procesări

complexe, inclusive prin corecţii radiometrice (unificarea, normalizarea signaturilor

spectrale) şi geometrice (atribuirea unei proiecţii cu un sistem de coordonate, corectarea

deformărilor, chiar prin ortocorecţii). Imaginea sau mozaicul de imagini va avea astfel o

scară unică şi o proiecţie definită de coordonate reale, asemeni oricărei hărţi sau plan.

Fig. 6.40. Hartă satelitară micşorată, în scara de gri, a unei regiuni din Etiopia,

elaborată pe baza unei subscene Landsat ETM+, realizată de către centrul DLR,

Germania, în cadrul programului internaţional umanitar Response.

Din figura 6.40, rezultă că structura unei astfel de reprezentări este chiar mai

complexă decât a unei hărţi obişnuite. Harta cuprinde cadru geografic, frecvent şi un

caroiaj, toponimie de bază, titlu, scara exprimată grafic şi numeric, localizare spaţială,

legenda cu eşantioane din conţinutul hărţii, date de bază ale imaginii, inclusiv proiecţia,

şi, asemeni exemplului de faţă, un text succint explicativ. De asemenea sunt precizate

anul editării şi autorii, respectiv instituţiile implicate care au finanţat proiectul. Marele

avantaj al acestor reprezentări îl constituie gradul mare de obiectivitate, condiţionat

evident de rezoluţia imaginii. Harta foloseşte şi date cartografice suprapuse, în format

vectorial, provenite din aplicaţii SIG, aşa cum sunt apele, drumurile, aşezările, cote

altimetrice etc. Acestea apar suprapuse sub forma unor strate tematice. Pentru exemple şi

explicaţii suplimentare se poate consulta volumul I al lucrării care tratează aplicaţii SIG

ce integrează date de teledetecţie.

6.10. Nivele de prelucrare ale imaginilor

Acestea exprimă complexitatea diferitelor transformări sau modificări aplicate

imaginilor în scopul corectării acestora şi mai ales al imbunătăţirii calităţii lor, al

pregătirii acestor seturi de date pentru diverse aplicaţii. Imaginile de pe piaţa de profil se

furnizează utilizatorilor la diverse nivele de procesare. De foarte multe ori, potenţialii

utilizatori ai imaginilor apelează la firmele furnizoare pentru procesarea la nivel

profesional a datelor şi pregătirea de aplicaţii ,,la cheie”. De exemplu, elaborarea unor

hărţi de sinteză pentru planuri de urbanism generale sau zonale, necesită imagini de mare

rezoluţie spaţială, cât mai actuale, în combinaţii culori naturale şi mai ales având aceaşi

scară şi proiecţie ortografică. Explicaţia este legată de imposibilitatea de a efectua

corecţiile de rigoare în instituţia specializată în analize de urbanism.

Fiecare aplicaţie ce utilizează imagini necesită, de cele mai multe ori, aplicarea

unor procesări sau tratamente acestor date reprezentând realitatea terenului. În practică

se remarca patru niveluri mari de prelucrare a imaginilor (fig. 6.41 a).

a

b

Fig. 6.41. Nivele de prelucrare a imaginilor (a) şi exemplu de normalizare

radiometrică prin eliminarea umbrelor şi de corectare a efectului topografic într-o imagine

multispectrală Landsat, în scara de gri. Sursa: GDA Corporation, SUA (b).

Nivelul 0 (zero) corespunde imaginii brute (engl. raw image), adică al imaginii imediat

rezultată de la senzor. De cele mai multe ori, furnizorii de imagini nu oferă astfel de seturi de

date, decât laboratoarelor de cercetare direct interesate în domeniul principiilor tehnice de

preluare a imaginilor. Din această cauză nivelul nu apare în schiţa din figura 6.41 a.

Nivelul 1A corespunde imaginii la care s-au aplicat corecţiile radiometrice. Etapa este

de cele mai multe ori necesară deoarece pixelii care reprezintă acelaşi element (ex. pădure de

foioase) au străluciri uşor diferite, ca efect la diferenţelor determinate de senzori la scanare

pe fondul iluminării diferite a obiectelor din teren ce apar în imagine. Scopul acestor corecţii

este strâns legat de uniformizarea pixelilor ce reprezintă acelaşi element din teren, chiar dacă

în realitate aceasta nu este posibilă în totalitate (apare aşa-numita deviaţie standard a

numerelor digitale sau valorilor spectrale). Rezultatul influenţează calitatea clasificărilor

tematice de pixeli (vezi volumul I al lucrării).

Nivelul 1B este imaginea calibrată şi corectată radiometric şi restabilită geometric. O

serie de mici imperfecţiuni ale sistemului de scanare sau baleiere, datorate diverşilor factori,

apar în timp ce imaginea este preluată. Mai mult, satelitul îşi parcurge orbita pe fondul

mişcării de rotaţie a Pământului. Din această cauză, imaginea este deseori uşor oblică la

margini şi nu verticală (similar părţii centrale a acesteia), liniile de scanare pot fi uşor

decalate (chiar imperceptibil), dar apar şi alte probleme. Din această cauză se recomandă

eliminarea distorsiunilor la nivelul linnilor şi coloanelor, prin restabilirea sau restaurarea

poziţiei pixelilor şi eliminarea unor defecte liniare sau punctuale, inclusiv prin normalizarea

pixelilor de la marginea imaginilor (deformaţi). Informaţii suplimentare sunt prezente în

volumul I al lucrării noastre. Nivelul posibil al erorilor modelate poate fi de cel mult 100 m

în teren.

Nivelul 2A, corespunde imaginilor corectate radiometric şi geometric, cărora le-a fost

atribuită o proiecţie cartografică, definită de un sistem real de coordonate. Nivelul posibil al

erorilor poate depăşi 100 m în teren. Aşa cum arată figura 6.41 a, acestea sunt de această dată

plasate în spaţiul terestru, definit de orientare şi poziţie geografică precisă.

Nivelul 2B, aparţine tot imaginilor georeferenţiate, dar coînregistrate cu o hartă, prin

realizarea corespundenţei precise dintre pixeli din imagine şi puncte de control ân teren

(GCP, engl. Ground Control Points, de pe harta corespunzătoare imaginii). Scopul este în

ansamblu, creşterea nivelului de acurateţe al localizării pixelilor, în vederea unei precizii mai

mari în analiza spaţială (ex. determinări de distanţe, suprafeţe etc.). În acest mod erorile de

localizare sunt tot mai mici.

Nivelul 3A corespunde imaginilor la care deplasarea radială sau de relief a fost

eliminată prin ortorectificare. În acest mod imaginea va avea aceaşi scară şi rezoluţie spaţială

în orice punct. Sunt imagini care cuprind de regulă zone de munte sau deal, în general

fragmentate, ori oraşe cu blocuri, cu aplicaţii în cartografia digitală, ce necesită aducerea

pixelilor în poziţii reale în spaţiu (nivelul 2B) şi la acelaşi nivel ori în acelaşi plan. Acestea se

pretează cel mai bine cartografierii diferitelor elemente din teren.

În figura 6.41 b, se prezintă o subscentă Landsat din Munţii Appalachi (SUA), în care

relieful structural de culmi paralele şi înguste este reprezentat iniţial prin umbre pe versanţii

opuşi luminii solare. Prin ortorectificare, operaţie ce a urmat corecţiilor radiometrice şi

geometrice s-a ajuns la o imagine în care rezoluţia şi scara sunt unice, chiar dacă pixelii se

află pe creste montane sau în văi (depresiuni). Operaţia are la bază modelul digital al

altitudinilor (DEM, MNA), deoarece aplicaţia software va calcula diferenţa dintre altimetria

pixelului şi planul de referinţă sau datumul la nivelul căruia vor fi readuse datele sau pixelii

noii imagini. Un exemplu de hartă ce foloseşte o imagine ortocorectată este prezentat în

figura 6.42. Pe fondul datelor din imaginea aeriană corectată la acest nivel, au fost suprapuse

date vectoriale reprezentând procesele geomoefologice actuale în arealul oraşului Orşova.

Fig. 6.42. Harta morfodinamică parţială a zonei oraşului Orşova, realizată prin

suprapunerea (overlay) datelor vectoriale pe fondul unui mozaic de imagini aeriene

digitale ortorectificate. Autor Mihai, B., Şandric, I., Chiţu, Z., Săvulescu, I. (2007).

Ortofotograme digitale mozaicate în proiecţie Stereografică 1970, S- 42 Romania, zbor

2005, furnizate de ANCPI Bucureşti prin Fondul Naţional Geodezic, proiect CNCSIS AT

2916 (2006).

Nivelul 3B este cel mai avansat, deoarece implică mozaicurile de imagini,

corectate radiometric, geometric şi ortorectificate, asimilabile produselor cartografice de

mare acurateţe. Este des întâlnit în aproape toate aplicaţiile SIG, deoarece oferă cea mai

precisă informaţie şi permite o bună analiză spaţială. O aplicaţie importantă este

elaborarea de hărţi şi planuri topografice sau cadstrale, dar materialele de acest tip au o

mare utilitate şi în cartografia tematică. Un exemplu în acest sens este harta din fig. 6.42,

în care spaţiul cartografiat este de fapt un mozaic de cel puţin 4 imagini ortorectificate, pe

care s-au suprapus vectori (fişiere vector).

7. Elemente de interpretare a imaginilor

Indiferent de caracteristicile lor, imaginile aeriene şi satelitare se constituie în

surse de informaţii localizate spaţial de o mare însemnătate în diferite aplicaţii. Pentru a

utiliza aceste informaţii, este necesară analiza sau examinarea imaginii, prin ceea ce am

denumit deja, în prima parte a lucrării, interpretarea imaginilor sau

aerofotointerpretarea geografică. Aceasta este în esenţă legătura dintre teledetecţie şi

geografie sau ştiinţa mediului.

Prin interpretarea geografică, imaginea de teledetecţie îşi atinge scopul. O

imagine care nu a fost supusă interpretării reprezintă numai un ansamblu sau o colecţie de

signaturi spectrale, mai precis un volum de date (geografice). Prin interpretare geografică,

imaginea se transformă treptat în colecţie de informaţii geografice, disponibile diverselor

aplicaţii, dar mai ales celor din mediile specifice SIG (Sistemului Informaţional

Geografic). Elemente suplimentare în acest sens sunt prezente în volumul I al lucrării

noastre (aplicaţii SIG ale datelor de teledetecţie).

7.1. Evoluţia istorică a definit acest câmp metodologic prin trecerea de la simpla

examinare vizuală a imaginilor din avion pentru obţinerea de schiţe şi hărţi, la aplicaţii

bazate pe algoritmi specifici matematicii şi mai ales geometriei analitice, implementaţi în

pachete software specializate, în scopul extragerii automate, precise a informaţiilor pentru

planuri, hărţi topografice, tematice, baze de date SIG etc.

De-a lungul istoriei teledetecţiei, interpretarea imaginilor s-a conturat tot mai

evident ca metodă de investigaţie a componentelor naturale şi social-economice ale

mediului geografic. Metoda a fost limitată la începuturi datorită rezultatelor adesea puţin

concludente şi chiar riscante (Lillesand et al., 2004).

Conştinentizarea importanţei acestor abordări este legată de înfiinţarea în 1910, la

Viena, în Austria, de către profesorul Eduard Dolezal, a Societăţii Internaţionale de

Fotogrametrie (ISP), devenită în 1980, Societatea Internaţională de Fotogrammetrie şi

Teledetecţie (ISPRS). Aceasta confirmă vechimea de aproape un secol a acestei metode.

Aceasta publică un jurnal de mare impact sub titulatura Photogrammetry and Remote

Sensing, ce apare permanent de 64 de ani (Editura Elsevier).

Primele preocupări în exploatarea imaginilor aeriene aparţin domeniului militar.

Recunoaşterea aeriană este o metodă aplicată cu siguranţă în Primul Război Mondial. În

al Doilea Război Mondial, interpretarea imaginilor aeriene a asigurat în mare măsurp

succesul unor misiuni decisive ale aviaţiei aliate. În perioada interbelică sunt cunoscute

primele aplicaţii în domeniul civil. În SUA, în anul 1937, de pildă, Departamentul pentru

Agricultură (USDA) a utilizat sistematic fotografii aeriene multitemporale în scopul

îmbunătăţirilor funciare (Lillesand et al., 2004). În aceaşi perioadă, în Germania se

utilizau fotografii aeriene pentru geomorfologie, arheologie, silvicultură sau chiar în

urbanism. În România, se realizau fotografieri aeriene ale oraşelor şi satelor pentru

realizarea de planuri topografice sau pentru organizarea spaţiului urban sau rural (165 de

oraşe au fost fotografiate în 1932-1933). Din anul 1925, datează primul curs destinat

fotogrammetriei şi interpretării imaginilor (I. Vidraşcu). La începutul anilor 30 apar şi în

România primele articole ce popularizează interpretarea imaginilor aeriene (în Buletinul

Societăţii Regale Române de Geografie).

În anul 1938, în Germania şi Franţa s-au reunit pentru prima dată geografii

interesaţi în aplicarea în cercetare aerofotointerpretării, însă marile realizări aparţin

perioadei postbelice.

În 1950, este fondat în Olanda, la Institutul Politehnic din Delft, un institut

internaţional specializat în fotogrammetrie şi fotointerpretare, ce există şi în prezent, la

Enschede, în provincia Twente, în estul ţării, ca unitate de învăţământ postuniversitar şi

de cercetare avansată, sub titulatura ITC (Institute of Aerospace Survey and

Geoinformatics). Acesta este unul dintre principalii poli europeni şi mondiali ai

domeniului (fig. 7.1).

Fig. 7.1. Imagine aeriană oblică a sediului ITC Enschede, Olanda, în

amplasamentul actual (autor P. Hofstee, ITC, Olanda, august 2000).

Din 1961, în Franţa se editează o revistă de specialitate numită

,,Photointerpretation” care a iniţiat o formulă aparte de prezentare a materialelor de

specialitate, sub forma unor mape ce cuprindeau imagini, hărţi, diagrame, schiţe şi texte

de interpretare, în trei limbi (fig. 7.2).

În România, fotografierea aeriană a întregului teritoriu s-a realizat deja în anii 60,

în contextul în care aceste activităţi au trecut din domeniul militar în cel al aplicaţiilor

civile. Principalele aplicaţii au fost legate pe lângă întocmirea hărţilor şi planurilor

topografice, de agricultură, silvicultură şi gestiunea resurselor de apă. În anii 60 şi 70

apar primele lucrări cu tematica de fotogrammetrie şi fotointerpretare tematică a

imaginilor, pe lângă unele traduceri (Drăghindă, 1966 în interpretarea geologică a

imaginilor a elaborat un manual aproape complet) şi primele lucrări cu tematica legată de

aplicaţiile imaginilor satelitare (Zegheru, Albotă, 1979). În 1980 apare primul curs

universitar de interpretare geografică a imaginilor, conceput de către geografi de la

universităţile din Bucureşti, Iaşi şi Cluj (Donisă, Grigore, Tővissi, 1980). Pentru

terminologia în domeniu, amintim dicţionarul explicativ realizat la Universitatea din Iaşi

(Donisă, Donisă, 1979), o lucrare cu un pronunţat caracter tehnic.

Fig. 7.2. Copertele revistelor Photointerpretation. Images et répréséntations

spatiales de l’environnement, Editions ESKA, Franţa (a) şi Photogrammetry and Remote

Sensing, ISPRS, Elsevier, Olanda (b).

Pe lângă publicaţiile menţionate mai sus, în domeniu există numeroase titluri de

periodice cu un mare impact internaţional, ce arată chiar o specializare a direcţiilor de

cercetare. Dintre acestea amintim: Photogrammetric engineering and remote sensing

(publicaţia tehnică a ASPRS din SUA), Remote sensing of environment (cu aplicaţii ale

imaginilor în analize de mediu), International Journal of Remote Sensing (publicaţie de

largă cuprindere a tematicii, de la tehnici specifice la analiza imaginilor), ITC Journal

(publicaţia ITC, Olanda), Canadian Journal of Remote Sensing şi altele. De menţionat că

tot mai numeroase articole din bazele de date cu publicaţii din domeniul ştiinţelor

Pământului, integrează materiale ce utilizează metode de analiză şi interpretare a

imaginilor. Informaţii legate de aceste publicaţii sunt prezente în paginile de web.

Diversificarea imaginilor de teledetecţie după 1960, când au apărut imaginile

satelitare au implicat şi o adaptare a tehnicilor de lucru cu imagini. Daca mult timp,

interpretarea a fost bazată pe analiza vizuală şi cu ajutorul unor instrumente optice

(stereoscoape cu oglinzi sau de buzunar), în prezent computerizarea metodei a implicat

dezvoltarea de algoritmi matematici şi statistici. Cele mai recente tendinţe, vizează

metodele automate de extragere a informaţiilor, bazate pe segmentare de imagini şi

grupare automată a entităţilor prin clasificări centrate pe proprietăţile obiectelor.

7.2. Noţiuni de bază

Interpretarea imaginilor constituie un ansamblu de metode, procedee, criterii ce

au ca scop extragerea, pe baza de analiză calitativa şi cantitativă a informaţiilor despre

obiectele din teren cuprinse in imagine. Interpretare geografică a imaginilor realizează

legaturile dintre domeniile teledetecţiei şi diferitele domenii ale ştiinţelor geografice.

Orice element al mediului geografic poate constitui obiectul interpretării imaginilor (roci,

păduri, relief, aşezări, drumuri etc.). Este o metodă ce s-a perfecţionat în special în latura

exploatării digitale, cantitative a imaginilor, la nivelul signaturilor spectrale. Se aplică

într-un timp mai scurt decât alte metode, permite analiza zonelor greu accesibile dar

necesită şi verificare sau validare în teren a rezultatelor obţinute.

Interpretarea imaginilor prezintă două aspecte:

-Calitativ, care se bazează pe examinarea vizuală a imaginilor, în vederea

extragerii de informaţii de natură calitativă – descrieri, localizări, diferite schiţe sau

reprezentări simple; aceasta înseamna doar o abordare descriptivă a problematicii ce

urmează a fi rezolvată (ex. cartarea unor forme de relief, delimitarea şi cartarea unor

cartiere din oraşe – fig. 7.3 sau delimitarea unor tipuri de culturi agricole sau păduri).

Fig. 7.3. Exemplu de interpretare calitativă a unei imagini satelitare SPOT 4,

Montréal, Canada. Delimitarea pe baza analizei vizuale a imaginii a unor structuri ale

spaţiului urban în vederea cartografierii lor (Sursa: Canadian Centre for Remote Sensing).

- Cantitativ, se referă la utilizarea imaginilor în vederea obţinerii de informaţii

cantitative legate de obiectele şi fenomenele din teren, prin aplicarea de metode bazate pe

algoritmi matematici; se obţin hărţi tematice (exemple sunt harta geologică sau harta

acoperirii terenului obţinute prin clasificări supervizate de pixeli, însoţite de statistici

adecvate, harta intensităţii poluării apelor, harta intensităţii traficului pe şosele şi căi

ferate); rezultatul poate fi completat cu tabele de date, grafice, diagrame etc. (un astfel de

exemplu sunt hărţile rezultate din clasificări de pixeli, asemeni celei din fig.7.4, elaborate

prin algoritmi de geostatistică). Măsurătorile pe baza imaginilor sunt frecvent realizate ca

operaţii de analiză spaţială. Rezultatele acestora stau la baza întocmirii hărţilor şi

planurilor topografice, prin fotogrammetrie (stereorestituţie fotogrammetrică). Aplicaţiile

cele mai avansate de analiză cantitativă utilizează tehnici de procesare digitală a

imaginilor.

Fig. 7.4. Hartă a culturilor agricole (scara de gri) rezultată din clasificarea

supervizată a pixelilor din imaginea Landsat MSS, 1977 din zona Delaware- Chesapeake,

estul SUA. Sursa: NASA Remote sensing tutorial.

Aplicaţiile de analiză cantitativă ale imaginilor s-au perfecţionat mai ales în

ultimele 2-3 decenii în SUA, Canada, Marea Britanie, pe fondul implementării în

structura aplicaţiilor software a unor algoritmi matematici ce operează cu pixelii

imaginilor şi cu signaturile spectrale (a se consulta volumul I al lucrării noastre). În acest

fel s-a dezvoltat un domeniu distinct de cercetare, dar strâns legat de interpretarea sau

analiza imaginilor, denumit procesarea digitală a imaginilor.

Astfel, au apărut noi aplicaţii bazate pe utilizarea de algoritmi matematici prin

intermediul statisticilor ce caracterizează imaginea digitală (alcătuită din pixeli ce au un

număr digital sau o valoare spectrală). Varietatea acestor operaţiuni a impus clasificarea

lor în mai multe grupe (Lillesand et al.,2004).

Rectificarea/repararea imaginilor, numită şi preprocesarea imaginilor, are ca

scop obţinerea de imagini cât mai corecte, în raport cu reprezentarea terenului, prin

calibrărilor radiometrice, corecţiilor geometrice şi de „zgomot” (paraziţilor). Este etapa

ce pregăteşte imaginea pentru procesare şi analiză.

Perfecţionarea sau îmbunătăţirea imaginilor este un ansamblu de operaţii

matematice-statistice, ce permite obţinerea unei imagini de calitate superioară în care

detaliile să poată fi diferenţiate vizual. Este necesară de cele mai multe ori. În final

rezultă fişiere (imagini) noi, de calitate sensibil sporită, mai uşor de interpretat geografic.

Etapa, numită şi procesarea imaginilor implică aplicarea de corecţii de contrast (strech),

filtre sau operatori matematici, analiza Fourier dar şi transformări matematice, de tipul

raporturilor de benzi spectrale, componentele principale şi canonice, componentele

vegetaţiei, transformări sau conversii cromatice etc.

Clasificările de pixeli sunt tehnici cantitative de identificare şi extragere, sub

forma de noi fişiere imagine, a informaţiilor geografice. Sunt aplicaţii statistico-

matematice ce au ca finalitate imaginea categoriilor de acoperire a terenului (vegetaţie şi

utilizarea terenului). Pixelii sunt grupaţi în clase distincte şi rezultă hărţi tematice şi de

regulă strate tematice (layere) utile în analiza SIG.

Validarea sau postprocesarea are ca scop comparea informaţiilor geografice

obţinute în operaţiile anterioare cu realitatea terenului, în vederea pregătirii noilor imagini

pentru analiza şi interpretarea geografică. Se realizează în teren dar şi în laborator prin

comparaţii cu date preexistente (hărţi, imagini etc.).

Integrarea datelor în Sistemul Informaţional Geografic presupune preluarea de

imagini corectate şi perfecţionate, de rezultate din clasificări, în aplicaţiile SIG, prin

integrarea acestora în proiecte, alături de date de topografie, geologie, cadastru, zonare

etc., în scopul obţinerii de hărţi tematice simple (prin vizualizare simultană, exemplul

hărţilor satelitare, ale utilizării terenului sau modelelor tridimensionale) sau prin analiză

matematică (algebră cartografică, cum este cazul hărţilor de risc sau pretabilitate pentru

diferite utilizări).

Interpretarea imaginilor utilizează în principal două procedee. Acestea se aplică

indiferent de problematica ce va fi rezolvată, dar au în vedere mai ales analiza vizuală a

imaginilor în format analogic dar şi în format digital. Aplicarea se bazează şi pe

caracteristicile imaginilor, instrumentele optice sau facilităţile software şi experienţa ori

gradul de pregătire sau informare al analistului sau interpretatorului.

Procedeul căutarii globale, reprezintă identificarea unui obiect din imagine după

ce aceasta a fost examinată, integral, vizual fie cu ochiul liber fie cu aparatura

stereoscopică, în format analogic sau digital (ex. căutarea drumurilor sau aşezărilor într-o

imagine sau mozaic de imagini).

Procedeul căutarii selective, presupune mai multă experienţa din partea

interpretatorului în examinarea imaginilor, obiectele fiind identificate în funcţie de

caracteristicile lor şi contextul în care ele apar (ex. un ostrov apare numai într-o albie de

râu, o alunecare de teren apare doar pe versanţii văilor sau depresiunilor, o gară apare

doar pe traseul unei căi ferate, etc).

7.3.Etapele interpretării imaginilor reflectă specificul metodei aplicabilă în

analiza geosistemului sau mediului geografic, la nivelul interrelaţiilor complexe dintre

componentele naturale şi social-economice. Metoda este un exemplu tipic de investigaţie

indirectă asupra mediului şi componentelor acestuia, pe spaţii ce pot varia de la câţiva

metri pătraţi la teritorii de ţări sau continente, realizată în laborator sau cabinet, dar strâns

legată de recunoaşterea terenului, ca element de finalizare al aplicării acesteia (validarea

în teren).

Prima etapă, documentarea, este comună cu etapa de pregătire a oricărui studiu

geografic. Aceasta presupune documentarea bibliografică şi cartografică a problemelor ce

urmează a fi rezolvate prin interpretarea imaginilor. Sunt culese integral toată bibliografia

existentă legată de problematica studiului, cu o atenţie deosebită asupra metodologiei

folosite de către autori.

În cazul în care există materiale ce au aplicat interpretarea imaginilor într-un

anumit context, în arealul cercetat, acestea vor fi analizate în detaliu, la nivelul datelor

folosite (imagini), procedeelor şi mai ales metodelor calitative şi cantitative integrate. În

egală măsură se vor evalua rezultatel obţinute în raport cu datele folosite şi mai ales cu

metoda, şi, nu în ultimul rând precizia acestora sau modul în care erorile le-au influenţat.

Un aspect tot mai des întâlnit este documentarea în cadrul bazelor de date

internaţionale, accesibile şi în marile biblioteci universitare sau academice din România

în ultimii 5-6 ani. Aceasta multiplică eficienţa documentării, deoarece există posibilitatea

de a colecta în fişiere de texte (formate .pdf mai ales) publicate în paginile celor mai citite

jurnale de specialitate. Un mare număr de materiale, studii, comunicări, note, recenzii,

aduse la zi sunt astfel accesibile doar prin existenţa unui abonament special pe bază de

coduri ale computerelor din reţea (inclusiv materiale în curs de publicare, trecute de

analiza definitivă a referentului). Materialele pot fi studiate sau analizate, mai ales din

perspectiva existenţei unor abordări ale unor probleme identice sau apropiate (ex. analiza

SIG a dinamicii alunecărilor de teren dintr-o regiune, aplicaţii ale imaginilor

multitemporale în studiul dinamicii vegetaţiei, poluarea solurilor într-o regiune

investigată prin imagini satelitare multispectrale, monitorizarea evoluţiei urbane într-un

oraş prin imagini şi SIG, etc.).

Documentarea trebuie continuată cu identificarea şi selectarea materialelor

cartografice existente pentru regiunea studiată, de la hărţi şi planuri topografice la cele

geologice, hidrogeologice, de vegetaţie, soluri etc., în funcţie de scopul cercetărilor. Sunt

analizate şi selectate ca bază de lucru şi de informare cele mai utile materiale de acest tip.

În cadrul aceleiaşi etape sunt identificate şi colectate o serie de alte informaţii, de

tipul datelor statistice, inclusiv a celor climatice, hidrologice, hidrogeologice, pedologice,

geotehnice, silvice etc., în funcţie de scop. Acestea sunt căutate în arhivele instituţiilor

specializate, în strânsă legătură cu tematica aleasă (ex. datele silvice sunt utile analizelor

de dinamică a zonelor şi etajelor de vegetaţie, cele pedologice, în analiza utilizării

terenurilor etc.).

Etapa a doua este destinată alegerii imaginilor sau bazei de interpretare (Donisă

şi colab., 1980). Cunoaşterea problematicii de studiu, din etapa anterioară, permite

stabilirea caracteristicilor imaginilor ce vor fi utilizate (rezoluţie spaţială, spectrală,

temporală, scara, nivelul de procesare etc.). Stabilirea corectă a imaginilor este cheia

obţinerii unor rezultate cât mai sigure în analiza bazată pe imagini satelitare sau aeriene.

Particularităţile fenomenelor studiate vor influenţa considerabil alegerea

imaginilor. De exemplu, analiza dinamicii vegetaţiei într-un masiv montan în ultimele 3-

4 decenii, poate apela la imagini satelitare de medie rezoluţie spaţială dar de o mai mare

rezoluţie spectrală, care să permită obţinerea de date raster privind tipologia pădurilor

după compoziţie (ex. imaginile Landsat MSS, TM şi ETM+, folosite de Mihai şi colab. ,

2006, 2007 în analizele din masivele Bucegi şi Iezer, vezi volumul I al lucrării noastre).

Analiza structurilor urbane din oraşe şi mai ales din oraşele mici şi mijlocii este legată de

utilizarea unor imagini de mare rezoluţie spaţială, datorită detaliilor mici din teren care

impun o detectabilitate tot mai mare în vederea generării de poligoane ân aplicaţiile SIG

(ex. analizele legate de structurile urbane şi construcţiile din bazele de date destinate

analizei riscului geomorfologic la Predeal sau Orşova, Mihai şi colab., 2009).

Analiza multor fenomene impun abordări raportate la mai multe momente de

timp. În acest caz, este deseori obligatorie, găsirea de imagini ale aceleiaşi zone, din mai

multe momente. Este indicată alegerea lor în raport cu date caracteristice (ex. momentul

viiturilor pe un sector de albie, producerea unei alunecări sau a unei avalanşe, construirea

unui drum sau baraj pe un râu etc.), numite şi date aniversare (Lillesand et. al., 2004).

Dificultăţile apar în condiţiile în care imaginile au rezoluţii spaţiale sau spectrale diferite,

ca de pildă imaginile aeriene vechi (fotograme aeriene alb-negru pe hârtie sau în format

analogic), integrate în aceaşi aplicaţie cu imagini satelitare (digitale) de rezoluţie medie

sau mare. De cele mai multe ori, în asemenea cazuri, tehnica de procesare digitală,

permite aducerea în mediu SIG, în acelaşi proiect sau aplicaţie, a acestor imagini atât de

diferite, după aplicarea corecţiilor adecvate şi mai ales a celor geometrice (geocorecţii şi

ortocorecţii).

Alegerea imaginilor este facilitată de numeroasele posibilităţi de achiziţie

prezente în paginile de web ale companiilor furnizoare. Acestea gestionează arhive

întregi de sute de mii şi milioane de imagini, oferind de multe ori şi o prezentare a

imaginii cu datele de bază ale acesteia, de la localizare, senzor cu datele de calibrare, la

rezoluţie, dată, acoperire noroasă etc. O serie de imagini pot fi descărcate şi gratuit din

anumite baze de date (ex. GLCF sau Global Land Cover Facility, fig. 7.5), aplicaţie

prezentată în volumul I al lucrării noastre. Aceasta limitează însă accesul la datele cele

mai adecvate (de exemplu o imagine trebuie să arate suprafaţa acoperită de către apele

Dunării la Brăila-Măcin, în data de 18.05.2007, la maximul viiturii).

Din această cauză se impun cheltuieli suplimentare pentru achiziţia de imagini în

cadrul proiectelor de cercetare fundamentală sau aplicată. Prin completarea unor câmpuri

în baza de date a furnizorului de imagini, dar mai ales prin precizarea coordonatelor

geografice exacte ale colţurilor şi a caracteristicilor de bază ale acesteia, se va obţine o

comandă fermă, care se va concretiza în livrarea imaginii în limitele adecvate, după

achitarea costurilor. Numeroase companii s-au specializat în furnizarea de imagini la

cheie, la diferite nivele de procesare (vezi capitolul anterior). Aceasta permite un câştig

de timp şi bani considerabil, deoarece imaginile vor fi gata pregătite pentru aplicaţia

dorită. De cele mai multe ori, aceasta este soluţia preferabilă, întrucât corecţiile aplicate

sunt realizate de profesionişti, la un nivel de acurateţe considerabil (imaginile din baza

GLCF sunt stocate la nivelul 1B, geocorectate şi ortorectificate).

Fig. 7.5. Interfaţa de utilizare a bazei de date Global Land Cover Facility (GLCF),

gestionată de NASA, în colaborare cu Universitatea din Maryland şi alte instituţii.Prin

interfaţa ESDI este posibil accesul la imagini satelitare selectate Landsat, Modis etc.

Etapa a treia este cea de pregătire a interpretării imaginilor. Este o etapă

facultativă în relativ multe cazuri, mai ales atunci când se utilizează imagini cu un grad

corespunzător de procesare digitală (situaţia prezentată anterior). Etapa are totuşi două

moduri de derulare, în funcţie de formatul analogic sau digital al imaginilor.

Fotogramele aeriene în format analogic (pe hârtie fotografică sau pe suport de

peliculă din celuloid) sunt de regulă caracteristice arhivelor vechi de imagini. În

anumite cazuri arhivele conţin pe lângă negativele rulate (filmul zborului developat)

chiar şi negative sau chiar imagini pozitive pe suport de sticlă (imaginile aeriene din

anii 20-30, aşa cum sunt cele din colecţia Swissair Photo, Elveţia ori KLM Aerocarto,

Olanda). Calitatea acestor imagini este deosebită deoarece suportul de sticlă conservă

foarte bine emulsiile fotografice, rezistând remarcabil în timp (fig. 7.6).

Fig. 7.6. Imagine aeriană oblică, micşorată, realizată pe suport de sticlă, a satului

Zernez din Engadina, Alpii Grisoni, Elveţia, realizată în 1925 de către Walter

Mittelholzer, pionier al aviaţiei elveţiene. Sursa: Wikipedia.org.

În cadrul acestei etape, se întocmesc asamblajele de imagini, fie necontrolate

(dublete, triplete, benzi sau serii de fotograme), fie controlate (ortofotohărţi sau

ortofotoplanuri). Etapa este obligatorie în cazul imaginilor analogice deoarece acestea

vor fi grupate în scopul realizării suprafeţei efective de interpretare, numită şi suprafaţa

utilă a mozaicului. Operaţia necesită spaţiu pentru asamblarea benzilor cu zeci de

imagini şi chiar personal, care prin căutare selectivă a unor indicii vor proceda la

ordonarea imaginilor pe porţiuni şi în final la elaborarea marelui asamblaj (fig. 7.7).

Acesta se va fotografia, într-o singură imagine (cadru), care va fi prelucrat la un format

mic, alături de elemente suplimentare, rezultând o fotoschemă, utilă în căutarea şi

identificarea imaginilor.

Fig. 7.7. Asamblarea pe benzi a imaginilor aeriene obţinute de aviaţia militară

britanică (RAF) în al doilea război mondial, după o misiune de observare asupra

Germaniei (după arhiva Royal Air Force, Marea Britanie).

Ortorectificarea este operaţia de pregătire a imaginilor pentru obţinerea de planuri

şi hărţi. În cazul imaginilor analogice este o operaţie relative dificilă, deoarece impune

refacerea imaginilor, la ortofotoscop, pe baza parametrilor acestora, prin schimbarea

proiecţiilor centrale cu proiecţiile ortografice. Aceasta limitează însă posibilitatea

exploatării stereoscopice a imaginilor, deoarece un dublet de ortofotograme nu permite

obţinerea de stereomodele (modele în relief). Uneori se utilizează o pereche de

ortofotogramă cu o imagine necorectată ortografic cu anumite proprietăţi geometrice

(numită stereomat).

Imaginile digitale, în schimb, oferă noi posibilităţi. Pachetele şi aplicaţiile

software dezvoltate în ultimele două decenii în SUA, Marea Britanie, Franţa, Olanda

etc., permit realizarea tuturor operaţiilor de pregătire a imaginilor (preprocesarea şi

procesarea datelor digitale). De cele mai multe ori, imaginile pot fi achiziţionate la

nivelul de procesare dorit. Imaginile în stare brută (engl. raw image) sunt rareori

comercializate de către companii.

Cele mai frecvente situaţii sunt legate de achiziţia de imagini având corecţii

radiometrice gata realizate (normalizarea, unificarea signaturilor spectrale, eliminarea

unor defecte lineare sau punctuale). Acestea sunt deja corectate şi geometric, deoarece

în acest mod sunt eliminate chiar şi defecte de la scanarea liniilor de pixeli, iar

imaginea este deja asimilată unui model al realităţii terenului. Frecvent corecţia

geometrică este completată de ortocorecţii de o acurateţe relativ mare, aplicate

indiferent de rezoluţia spaţială în scopul unificării scării dar şi rezoluţiei care variază de

la nadir către punctele marginale ale imaginii.

În cazul imaginilor digitale se aplică frecvent tehnica mozaicării digitale. Aceasta

se bazează, în diferite pachete software, pe recunoaşterea proiecţiilor imaginilor, sau, în

anumite cazuri a continuităţii la nivelul valorilor spectrale ale pixelilor de la marginea

imaginilor. În fig. 7.8, mozaicul Landsat al Elveţiei, în culori naturale, este format din

20 de imagini digitale Landsat TM, la rezoluţia medie de vizualizare de 25 m şi o scară

de ansamblu de 1: 100.000. Imaginile preluate între 1990 şi 1994 au fost alese pe

criteriul unui grad cât mai mic de acoperire noroasă şi preluate în acelaşi anotimp

(vara). Prin procesare digitală la nivelul imaginilor componente s-au uniformizat

signaturile spectrale, rezultând un mozaic similar unei imagini unice, în care terenurile

din afara graniţelor au fost vizualizate diferite, combinate cu un fond alb. Toate

imaginile au un grad avansat de prelucrare, la nivelul 3, foarte apropiat de harta

satelitară (vezi volumul I al lucrării).

Fig. 7.8. Mozaic Landsat TM, în culori naturale 321 al Elveţiei, micşorat, în scara

de gri. Se observă uniformitatea signaturilor spectrale. Sursa: Oficiul Cartografic ale

Elveţiei (Swisstopo.ch, Eurimage, ESA).

În cazul imaginilor aeriene digitale, tratamentul este similar cu cel al imaginilor

satelitare. O problemă aparte aparţine imaginilor aeriene în format analogic, pe hârtie

sau peliculă, care vor fi integrate unor aplicaţii digitale. De cele mai multe ori,

pregătirea pentru interpretarea vizuală este relativ simplă, deoarece nu se urmăreşte

elaborarea de hărţi sau de analize cantitative. Simpla corecţie geometrică a imaginilor

scanate poate permite elaborarea unui aşa-zis mozaic de vizualizare. Metoda nu este

tocmai corectă, dar se aplică în cazurile în care lipsesc datele imaginilor ce sunt

neapărat necesare la ortocorecţii (alături de modelul numeric al terenului sau MNA),

caz destul de întâlnit la imaginile din România, realizate în anii 60, 70 şi 80 de către

IGFCOT Bucureşti.

În cazul în care beneficiem de datele auxiliare ale imaginilor aeriene, acestea pot

fi utilizate în aplicaţia de ortocorecţie, prevăzută în toate pachetele software destinate

analizei de imagini. Aceasta necesită datele de orientare interioară şi exterioară ale

imaginii, dar solicită şi un model numeric altitudinal cu date de o acurateţe cât mai

mare, la o rezoluţie cât mai apropiată cu a imaginii. Se obţin imagini noi, având scară

unică şi rezoluţie spaţială unică, ce se pretează la mozaicare digitală şi, în final la

cartografiere pe bază de interpretare sau analiză.

Etapa a patra este interpretarea propriu-zisă a imaginilor. Situaţiile diferă de

asemenea în funcţie de formatul imaginilor şi de specificul aplicaţiilor. În această etapă

imaginile sunt examinate, sunt analizate calitativ şi cantitativ, în vederea obţinerii de

informaţii noi despre obiecte şi fenomene. Aceste informaţii sunt culese de către un

specialist, numit şi interpretator sau analist de imagini, ce poate avea diferite pregătiri,

în funcţie de specificul aplicaţiei (geograf, geolog, biolog, ecolog, fizician etc.).

Interpretarea sau analiza imaginilor analogice, s-a efectuat mult timp cu ajutorul

instrumentelor optice, care exploatează calităţile stereoscopice ale dubletului.

Stereoscopul cu oglinzi sau cel de buzunar sunt cunoscute ca principiu din secolul 19

(1832, inventat de Wheatstone, în Anglia) şi au fost utilizate pe scară tot mai largă în

acest scop, odată cu perfecţionarea camerelor de aerofotografiere (1915, în timpul

Primului Război Mondial, în Anglia). În anii 1940-45, interpretarea vizuală a

imaginilor cu ajutorul stereoscoapelor a fost axată pe recunoaşterea obiectivelor

strategice, destinată întocmirii şi reactualizării de hărţi precise pentru misiunile aviaţiei,

aşa cum se realizau în Marea Britanie, SUA sau în Germania (fig. 7.9).

Fig. 7.9. Interpretarea imaginilor, cu stereoscopul cu oglinzi, în scop militar, în

timpul celui de-al Doilea Război Mondial, în cadrul Forţelor Aeriene Regale Britanice

(fotografie din arhiva Royal Air Force, Londra).

Prin aceste aplicaţii ale instrumentelor optice, exista posibilitatea de a obţine

modelul stereoscopic al terenului, pentru suprafaţa comună a imaginilor ce alcătuiesc

dubletul, a unor schiţe de hartă (ex. schiţa unor forme de relief sau a unor vetre de sate)

şi mai ales a realizării unor măsurători de precizie cu stereomicrometrul sau bara de

paralaxă. Acestea au avantajul de a completa rezultatele măsurătorilor planimetrice

(dimensiuni, distanţe, unghiuri, suprafeţe) cu măsurători ale înălţimii obiectelor. În final

există posibilitatea de a elabora statistici sau chiar hărţi cu date ce vizează dimensiunile

verticale (ex. harta energiei reliefului în diferite bazine torenţiale, harta teraselor

fluviatile cu date precise asupra altitudinilor relative ale acestor trepte, harta regimurilor

de înălţime ale clădirilor din oraşe etc.). Astfel pot fi măsurate inclusiv parametrii unor

ravene sau ogaşe în diferite stadii (pe fotograme multitemporale) sau râpe de alunecări

de teren, rezultând tabele cu date care se pot exploata prin metode specifice

geostatisticii (ex. prin realizarea de regresii lineare între elementele ravenei, în scopul

prezentării tendinţelor evolutive ale acestora). Alunecările de teren, foarte frecvente în

zonele de deal şi munte, pot fi inventariate dar şi măsurate prin analiza stereoscopică a

dubletelor de imagini, aplicaţie realizată de pildă în Italia, la scara a numeroase regiuni

şi provincii (fig. 7.10).

Fig. 7.10. Hartă de inventariere a alunecărilor de teren şi ratei de deplasare

corespunzătoare, obţinută pe baza analizei imaginilor multitemporale radar (ERS,

ENVISAT) şi a interpretării fotogramelor aeriene multitemporale, în cadrul unui proiect

european (SLAM-Terrafirma), la Universitatea din Florenţa (Italia). Fiecare poligon

semnifică o masă de alunecare iar punctele colorate diferit exprimă viteza sau rata de

deplasare în timp a masei de alunecare. Sursa: Terrafirma.eu.

Imaginile digitale oferă însă posibilităţi cu mult mai mari. Imaginile formate din

pixeli, asociaţi cu valori numerice (numere digitale) permit calcule similare operaţiilor

cu matrici, prin aplicarea de formule matematice cu diverse grade de complexitate.

În acest mod, imaginile destinate interpretărilor în diverse aplicaţii sunt de multe

ori îmbunătăţite la nivel de signaturi spectrale, deoarece, în cazul unor rezoluţii spaţiale

medii sau mici (Landsat, SPOT, Aster, Modis etc.), este importantă diferenţierea cât

mai corectă a pixelilor ce reprezintă diverse entităţi sau elemente din teren (ex.

diferenţierea pădurii de pin silvestru în raport cu cea de molid, sau a livezilor de prun în

raport cu cele de meri şi peri etc.). În relativ numeroase cazuri, aceste operaţii pot

produce imagini noi, perfecţionate (engl. image enhancement), cu pixeli mai expresivi

cromatic, prin corectarea contrastului sau aplicarea unor filtre sau matrici (ex.

convoluţii, vezi volumul I al lucrării), dar mai ales prin decorelarea datelor redundante

(identice) aşa cum apare frecvent la imaginile în culorile naturale (analiza PCA sau a

componentelor principale, vezi volumul I , deasemenea). Acestea sunt numai câteva

posibilităţi, deoarece tehnica digitală permite mult mai multe aplicaţii.

Una dintre cele mai utile în analiza imaginilor este fuzionarea datelor cu rezoluţii

spaţiale diferire, care permite generarea unor imagini color la rezoluţii mai mari decât

simplele combinaţii RGB. Aplicaţiile de acest tip (engl. image sharpening), folosesc

diverşi algoritmi matematici aplicaţi imaginilor cu aceleaşi proprietăţi geometrice

(proiecţie, coordonate) şi produc imagini care se pretează mai bine interpretării vizuale

şi altor aplicaţii în mediu digital (fig. 7.11).

Fig. 7.11. Imagine Landsat ETM+ pansharpened falscolor 742 din aprilie 2002, a

oraşului Predeal, jud. Braşov, realizată prin fuzionarea benzii 8 pancromatic (rezoluţia

14,25 m) cu benzile spectrale 7, 4 şi 2 (rezoluţia 28,5 m) prin procedeul PCA sharpening,

în pachetul soft ENVI (autor Bogdan Mihai, 2008). Sursa datelor Landsat: Global Land

Cover Facility, University of Maryland.

pajisti secundare

partii de schi

calea ferata magistrala

constructii teren fara vegetatie

torenti

conifere

fagete

Cab. Trei Brazi

sosea asfaltata

Imaginea din figura 7.11, oferă, la noua rezoluţie de 14,25 m, noi posibilităţi de

interpretare, deoarece volumul de informaţie (numărul de pixeli) este mai mare în raport

cu imaginea iniţială (vezi volumul I al lucrării noastre). Pixelii de culoare roz către violet

deschis semnifică terenul cu solul la zi, lipsit de vegetaţie, datorită reflectanţei mari a

mineralelor argiloase din soluri în banda 7 (infraroşu mediu). Este evidentă diferenţa

dintre pajiştile secundare (verde deschis) şi terenul dezgolit de pe pârtiile de schi şi chiar

din oraş, unde clădirile nu sunt evidente ca urmare a dimensiunilor acestora. Este posibilă

şi deosebirea căii ferate şi a şoselei în raport cu pajiştea secundară, la sud de centrul

oraşului, iar fagul apare destul de clar (verde) în raport cu molidul în pădurile de amestec

(cafeniu), chiar la nivelul unor pâlcuri de copaci. Calea ferată este si mai evidentă acolo

unde dispune de şi mai multe fire de circulaţie (zona gării Predeal). Umbrirea versanţilor,

datorată benzii 2 mai ales, dar şi pancromaticului, impune o diferenţiere mai evidentă a

bazinelor torenţiale la nivelul cumpenelor de ape şi al talvegurilor.

În mod similar, există posibilitatea de a combina date multispectrale şi

pancromatice şi la nivelul altor scene şi subscene satelitare. Un exemplu sunt imaginile

Ikonos, Quick Bird, SPOT sau Geo Eye, pe care le întâlnim în aplicaţia Earth Google în

culori naturale, la o calitate deosebită. Rezultatele sunt remarcabile şi în cazul în care sunt

combinate imagini de la senzori diferiţi, ca de pildă imaginea pancromatică SPOT HRV

(10 m) cu imaginea multispectrală Landsat ETM+ (30 m), aşa cum am prezentat deja în

volumul I al lucrării noastre. Deşi aplicaţia este în linii mari simplificată de interfaţa

software utilizată, totuşi rezultatul trebuie analizat cu atenţie, deoarece culorile obţinute

pot fi diferite de combinaţia multispectrală iniţială. Suprasaturarea este legată de o

anumită exagerare a signaturilor spectrale la nivelul unui interval spectral, caz frecvent la

imaginile în spectrul vizibil, unde apare şi o redundanţă a datelor (corelare lineară,

repetare) în albastru şi verde. Pentru aceasta, un analist va interveni asupra imaginii prin

corecţii de contrast (vezi volumul I).

Extragerea informaţiilor din imaginea digitală este o etapă ce face pasul decisiv

către integrarea rezultatelor interpretării în SIG. În ansamblu există două posibilităţi de a

obţine informaţii din interpretare, în format vectorial sau raster.

Vectorizarea datelor presupune crearea unei aplicaţii SIG, similară unei baze de

date, în care imaginea este vizualizată alături de informaţii în format vector sau raster.

Extragerea informaţiilor presupune generarea de strate informaţionale (layere) vectoriale,

în structura cărora sunt stocate informaţiile de poziţie (coordonate) dar şi atribute în

forma unor tabele de date cu unul sau mai multor coloane sau câmpuri care sunt de fapt

caracteristici ale elementelor introduse (tabelul 7.1). Principala problemă în acest sens

este construirea modelelor topologice care să corespundă poziţiei reale în teren a

vectorilor. Operaţia este de cele mai multe ori echivalentul interpretării vizuale dar în

varianta digitală. Ea presupune experienţă în aplicarea procedeelor şi criteriilor de

interpretare, dar şi cunoaşterea terenului, în multe cazuri, mai ales acolo unde apar

numeroase entităţi spaţiale de aceaşi categorie (ex. blocuri, case, vile în vetre de aşezări,

ravene, ogaşe, torenţi pe un versant, căi ferate normale şi înguste etc.).

Un exemplu de aplicaţie este extragerea informaţiilor de acoperire a terenului

pentru municipiul Orşova, judeţul Mehedinţi. În acest scop a fost utilizat un mozaic de

imagini aeriene digitale ortorectificate la rezoluţia de 0,5 m, din anul 2005. În acest scop

au fost create teme vector, dintre care cea mai importantă este acoperirea terenului (engl.

Tabelul 7.1. Tabela de atribute corespunzătoare aplicaţiei SIG de vectorizare a acoperirii

terenului în municipiul Orşova.

land cover). Generarea informaţiilor este bazată pe legenda standard în sistemul CORINE

Land Cover, ce acoperă totalitatea tipurilor de acoperire vegetală şi utilizare a spaţiului

(fig. 7.12).

Fig. 7.12. Hartă de acoperire a terenului pentru un sector din perimetrul construit

al oraşului Orşova, prin aplicarea legendei Corine Land Cover şi interpretarea unor

ortofotograme digitale FNG, zbor 2005 (autori Bogdan Mihai, Ionuţ Săvulescu, 2008).

Vectorizarea este posibilă şi în sistem stereoscopic, prin utilizarea unor module de

analiză stereoscopică ce rulează în pachetele software instalate pe staţii fotogrammetrice

digitale sau pe computere mai performante (IDRISI Kilimanjaro, ERDAS etc.). Aplicaţia

foloseşte o interfaţă specială cu ferestre în care sunt vizualizate cele două imagini ce

alcătuiesc un dublet pe baza cărora este posibilă generarea automată a unor anaglife din

cele două componente ale dubletului (fig. 7.13). Utilizarea imaginii nou obţinută

presupune obţinerea efectului de paralaxă (pe care se bazează vederea tridimensională),

similar oricărui dublet exploatat stereoscopic şi apoi examinarea imaginii cu ajutorul unor

ochelari speciali numiţi ochelari anaglifici. Aceştia sunt prevăzuţi cu două lentile în

culorile complementare (albastru şi roşu) ale modelului anaglific şi sunt purtaţi de către

analist în vederea extragerii informaţiilor din stereomodelul anaglific. Avantajul este

considerabil, în condiţiile în care imaginea stereoscopică poate fi ajustată dimensional

chiar şi prin vizualizare pe două monitoare, astfel încât numeroase detalii sunt uşor de

recunoscut. Mai mult, limitele dintre obiecte pot fi trasate mai uşor, iar rezultatul este

aproape identic cu cel obţinut din vectorizarea unor ortofotografii sau imagini

ortorectificate. Rezultă aceleaşi tipuri de fişiere vector.

Fig. 7.13. Imagine anaglifică a unor poldere din Olanda, rezultată din combinarea

unor fotografii aeriene preluate consecutiv (dublet de imagini). Se observă cromatica

imaginilor complementare. Efectul stereoscopic rezultă în spaţiul comun al celor două

imagini cu efect de paralaxă, din care rezultă efectul stereoscopic prin suprapunerea celor

două imagini. Anaglifele se exploatează cu ajutorul ochelarilor speciali. Sursa:

historischeluchtfoto.com.

O a doua posibilitate este extragerea de informaţii în formatul raster din imagini.

Această aplicaţie este destinată culegerii automate a informaţiilor spectrale cu localizare

în teren, pe baza unor statistici de pixeli, cu anumiţi parametri şi se numeşte clasificare de

pixeli sau clasificare tematică. Un exemplu de acest tip este prezent în capitolul 6.6 al

lucrării noastre, unde sunt explicate şi cele două modalităţi de grupare a pixelilor, cea

automată (nesupervizată, bazată numai de diferenţe spectrale între pixeli şi cel mult pe

numărul de clase şi grupuri de pixeli sau clustere) şi cea controlată (supervizată).

Ultima, clasificarea supervizată (fig. 7.14), are legăturile cele mai strânse cu

interpretarea imaginilor digitale, deoarece, aşa cum am explicat anterior, analistul alege

din imagini grupuri de pixeli cu valoare de eşantion, a căror semnificaţie la teren o

cunoaşte, şi apoi construieşte statistica de pixeli şi generează noua imagine digitală,

alcătuită din grupări de pixeli cu o cromatică arbitrară sau modificată. Un exemplu în

acest sens este imaginea prezentată în figura 7.4.

Fig. 7.14. Principiul clasificării supervizate, bazată pe generarea de eşantioane de

pixeli cu semnificaţii cunoscute, producerea de statistici pe baza pixelilor din mai multe

benzi spectrale şi gruparea celorlalţi pixeli în funcţie de algoritmul ales. După Canadian

Centre for Remote Sensing.

Pentru clasificarea de pixeli, principala problemă este asocierea, pe cât posibil a

tuturor pixelilor din imagini cu semnificaţia lor în teren. Aceasta este teoretic posibilă,

deoarece mulţi pixeli care semnifică acelaşi element al mediului pot avea variaţii

spectrale care este necesar a fi surprinse cât mai precis în alegerea parametrilor (deviaţia

standard a valorilor spectrale în aceaşi clasă, de pildă) şi mai ales a celui mai potrivit

algoritm de clasificare. De foarte multe ori se apelează la clasificări combinate în care

gruparea automată permite generarea eşantioanelor. Pentru informaţii suplimentare în

acest scop, recomandăm consultarea volumului I al lucrării noastre, în care se explică şi

algoritmii utilizaţi. Aplicarea clasificărilor de acest tip este utilă mai ales la imaginile de

rezoluţii medii, deoarece există o mai mare uniformitate la nivelul diferitelor elemente ale

peisajului.

La imaginile de rezoluţii mari şi foarte mari, diferenţele spectrale sunt mai mari,

deoarece numărul pixelilor este mai mare. Tehnicile actuale permit clasificările orientate

obiect care se bazează pe segmentarea imaginii în praguri de diferenţiere spectrală şi apoi

pe construirea de statistici complexe bazate pe definirea limitelor obiectelor (analiza

fuzzy şi nu numai). Este o aplicaţie de mare utilitate în întocmirea automată sau

semiautomată a planurilor şi hărţilor, deoarece se poate ajunge chiar şi la gruparea

acoperişurilor după material, a copacilor după genuri, a drumurilor după îmbrăcăminte

asfaltică, a culturilor agricole după tipologie etc. Un exemplu în acest sens este figura

7.15, în care o subscenă QuickBird a fost decorelată la nivel spectral, segmentată şi

clasificată la nivel de entităţi spaţiale de detaliu, la o rezoluţie de 0,7 m, cu ajutorul teorei

fuzzy logic ce urmăreşte generarea unor statistici de pixeli la limitele dintre obiecte.

Fig. 7.15. Clasificarea orientată-obiect bazată pe algoritmul fuzzy logic a unei

subscene satelitare QuickBird dintr-un oraş (a). Prin aplicarea PCA pentru decorelarea

datelor (analiza în componente principale, vezi volumul I) şi a segmentării signaturilor

spectrale, a rezultat imaginea b, în care apar ca distncte apa lacului, parcurile şi clădirile

acoperite cu ţiglă. După gisdevelopment.net (autori Xiaoxia, Jixian, Jhengzun, 2004).

În interpretarea imaginilor sunt folosite şi alte modalităţi de extragere a

informaţiilor. În subcapitolul de faţă am prezentat doar cele mai cunoscute posibilităţi în

acest sens. Scopul este obţinerea unui volum maxim de informaţii cât mai sigure legate

de obiecte şi fenomene naturale şi sociale, pentru ca aplicaţiile SIG corespondente să îşi

atingă scopul (cartografiere, baze de date, analiză de piaţă, marketing şi publicitate,

servicii publice, trafic şi infrastructură mass-media etc.). Dintre acestea se pot menţiona

segmentarea imaginilor, indicii normalizaţi de diferenţiere (vezi volumul I), utilizarea

bibliotecilor spectrale, transformarea reflectanţei în radianţă (tasseled cap etc.).Acestea îşi

ating scopul prin obţinerea de noi imagini dar şi a unor statistici cum ar fi acoperirea

terenului, rate de deplasare ale unor procese, valori de trafic, dimensiuni ale unor entităţi

etc. Ele pot să constituie chiar baza unor predicţii sau prognoze (ex. susceptibilitatea

versanşilor la alunecări de teren etc.).

Validarea rezultatelor este etapa care concretizează interpretarea imaginilor.

Rezultatele se impun a fi comparate cu informaţii din surse independente de imaginile

utilizate. De multe ori terenul, realitatea terenului este considerată ca element de referinţă

în analize.

Timpul limitat însă, obligă la alegerea de soluţii alternative, ca de pildă hărţile

topografice sau mai ales tematice, care totuşi sunt limitate de elementul temporal,

deoarece actualizare acestora este deficitară (ex. hărţile de vegetaţie la nivelul României

au scări limitate la scări mici de 1:1.000.000 sau 1:500.000). O situaţie asemănătoare

apare în cazul utilizării terenului, unde, pentru România nu există o bază de referinţă

unitară, asemeni altor ţări (cu excepţia unor regiuni).

Un alt mod de validare sunt datele statistice, folosite mai ales în validare de date

privind utilizarea sau acoperirea terenului, populaţia şi aşezările, traficul etc., şi care se

impun a fi cât mai apropiate de rezoluţia temporală a imaginilor.

Sunt folosite de asemenea şi alte imagini satelitare sau aeriene cu alte

caracteristici, pe care se aplică fie interpretarea vizuală a elementelor de control, fie mai

ales, extragerea digitală a unor informaţii ce vor fi integrate în aplicaţia de interpretare ale

cărei rezultate sunt evaluate. De exemplu, alunecările de teren inventariate din imagini

sunt suprapuse ca areal cu harta morfodinamică a aceleiaşi zone, elaborată pe baza unor

imagini de mai mare rezoluţie. Un asemenea mod de abordare poate fi valabil şi pentru

harta acoperirii terenului, unde pot fi derivate date cadastrale din planurile realizate prin

stereorestituţie.

Verificarea în teren a rezultatelor este deseori aplicată, prin integrarea de date

colectate prin observaţie directă (cartare la teren, fotografii digitale) dar mai ales prin

măsurători instrumentale. Exemple tipice în acest sens, sunt colectarea de puncte GPS în

zone de control şi vizualizarea acestora în interfaţa proiectului SIG de interpretare,

ridicarea topografică folosind staţii totale sau GPS, măsurători spectrometrice şi colectare

de probe analizate în laboratoare (ex. analize geochimice pentru sol, apă, vegetaţie,

culturi agricole sau roci etc.).

Fig. 7.16. Verificarea datelor de interpretare prin suprapunerea de date vectoriale

din alte surse în aplicaţia SIG (imagine Landsat din Filipine).

În marea majoritate a cazurilor, seturile de date obţinute sunt afectate de erori.

Acestea se impun a fi cunoscute deoarece rezultatul analizelor de imagini vor antrena alte

erori în aplicaţiile în care vor fi integrate (ex. atribuirea eronată a semnificaţiei unor

pixeli la clasificarea supervizată, ca de pildă apă în loc de cultură de porumb). În multe

cazuri erorile pot fi modelate numeric (matricea de erori sau de contingenţă, rezultată

automat la aplicaţiile în format digital, care este însoţită de gradul de acurateţe), grafic

(prin regresii între rezultatele obţinute şi alte informaţii din alte surse) sau cartografic (ex.

apariţia pe hartă a zonelor cu erorile cele mai mari). O tendinţă tot mai folosită este

modelarea probabilistică a erorilor (Şandric, 2008, nepublicat).

7.4. Criterii de interpretare a imaginilor

Interpretarea imaginilor de teledetecţie este o metodă mult diferită de

interpretarea imaginilor în general. Aceasta implică o anumită iniţiere, deoarece obiectele

din teren apar într-o configuraţie cu totul aparte în raport cu ceea ce se observă în

realitate. După Lillesand şi colaboratorii (2004), principalele dificultăţi (probleme) în

interpretare sunt determinate de:

a. apariţia obiectelor în imagini din perspectiva verticală (privite de sus, de la

altitudine), mai puţin familiară în mod curent;

b. utilizarea frecventă a unei cromatici diferită de multe ori de cea percepută de

ochiul uman, ca urmare a combinării imaginilor înregistrate în diferite zone ale

spectrului, dincolo de cel vizibil (ex. infraroşu, ultraviolet).

c. aparţia micşorată a obiectelor în imagini, în funcţie de rezoluţia spaţială, la

diferite scări, ce variază în câmpul imaginilor atât în suprafaţă, cât mai ales pe înălţime

sau altitudine (ex. efectul topografic şi deplasarea radială).

Toate aceste aspecte sunt derivate în mod direct din trăsăturile imaginilor (vezi

capitolul 4). Pentru cei care interpretează imagini de mult timp, aceste probleme sunt

rezolvate aproape ,,de la sine”, însă pentru un începător sau neiniţiat, acestea sunt

obstacole ce se impun a fi rezolvate. Aceasta se rezolvă prin folosirea unor caracteristici,

chei de descifrare sau criterii ce rezultă din imaginea obiectului şi nu numai.

Criteriile de interpretare reprezintă caracteristici ale imaginii obiectelor ce apar în

aerofotograme sau imagini satelitare, pe baza carora acestea pot fi identificate, localizate,

descrise şi analizate. În funcţie de legătura cu imaginea obiectului există două tipuri de

criterii:

- criterii directe,

- criterii indirecte.

Ambele categorii de criterii se aplică selectiv în funcţie de proprietăţile obiectului

(formă, culoare, umbră, mărime) şi mai ales în funcţie de caracteristicile imaginilor (ex.

scara şi rezoluţia imaginilor, signatura spectrală, geometria imaginii etc.). De exemplu un

bloc de locuinţe se identifică optim doar în imagini de mare rezoluţie spaţială (1-10 m) ,

însă o pădure de fag se poate identifica şi în imagini falscolor, în infraroşu, la rezoluţii

medii (30-100 m). Folosirea acestor indicii este specifică îndeosebi analizei calitative a

imaginilor sau interpretării vizuale.

7.4.1. Criteriile directe rezultă din caracteristicile individuale ale obiectului;

acestea sunt trăsături intim legate de imaginea singulară a obiectului (forma, culoarea,

dimensiunea sau mărimea). Fiecare obiect are aceste trasaturi, fapt pentru care ele sunt

cel mai simplu de utilizat. Din lipsa de experienţă a celui care analizează imaginea, aceste

criterii pot să genereze unele confuzii, fapt pentru care se impun a fi aplicate cu atenţie şi

de regulă, împreună cu criterii indirecte.

Forma obiectului este cel mai simplu criteriu direct aplicabil însă în anumite

condiţii. Forma obiectelor din imagini nu corespunde de cele mai multe ori cu forma

acelor obiecte privite în teren. Utilizarea formei presupune de multe ori un efort de

imaginaţie al interpretatorului, rezultat dintr-o anumită experienţă. Aplicarea formei

poate fi îmbunătăţită în condiţiile în care imaginea este bine selectată de către

interpretator (fig. 7.17). Criteriul formă se poate aplica în funcţie de mărimea obiectului,

respectiv în funcţie de rezoluţia spaţială şi scara imaginii (ex. un automobil pe o şosea nu

va fi identificat în imagini de medie rezoluţie ca urmare a dimensiunilor lui).

În analiza obiectului după formă, de o mare utilitate sunt imaginile în proiecţie

centrală, respectiv fotogramele aeriene sau imaginile satelitare cu rezoluţii mari.

Obiectele, mai ales cele înalte, sunt afectate de deplasarea radială ceea ce permite

identificarea lor mai uşoara (ex. înălţimea sau numărul de etaje al unui bloc se poate

aprecia prin observarea faţadei, atunci când se află către marginea imaginii). Exploatarea

stereoscopică a imaginii permite de asemenea, creşterea expresivităţii formei obiectului

în modelul tridimensional. Copacii pot fi identificaţi în imagini de mare rezoluţie după

forma coroanei cu ajutorul unor determinatoare (manuale de identificare) speciale.

Fig. 7.17. Aplicarea criteriului formă în identificarea elementelor mediului

geografic ce apar în imagini de mare rezoluţie spaţială. Sector de ortofotogramă digitală,

Medgidia, jud. Constanţa, zbor 2005. Sursa imaginii: Fondul Naţional Geodezic prin

ANCPI Bucureşti.

depou de locomotive

Canalul Dunare – Marea Neagra albie canalizata

(amenajata)

Gara CFR Medgidia

Garnituri de vagoane de marfa

cartier de case

În figura 7.17, s-a ales o imaginea aeriană la rezoluţia de circa 0,5 m, realizată

prin metode digitale, în perioda verii. Criteriul formă permite identificarea relativ uşoară

a unor elemente. Depoul de locomotive are o formă caracteristică dată de placa turnantă

circulară şi liniile de garare dispuse în forma de evantai. Albia Canalului Dunăre- Marea

Neagră este evidentă prin traseul său rectiliniu dat de malurile betonate, diferit de cel al

unei albii în regim natural, la care apar maluri neregulate cu rape, cu vegetaţie sau roca la

zi. Gara CFR Medgidia are o formă diferită de celelate clădiri din imagine, reprezentate

mai ales prin case mici la nivelul solului cu o formă adesea dreptunghiulară. Pe calea

ferată electrificată, cu numeroase fire de circulaţie apar şiruri de vagoane scurte şi de

multe ori identice, reprezentând garnituri de trenuri. Din analiza atentă a imaginii

(micşorată de noi în figura 7.17) se poate observa tipologia vagoanelor după forma lor

(de ciment, pentru cereale, cisternă etc.), fapt ce arată importanţa căii ferate Cernavodă-

Constanţa pentru transportul mărfurilor de aceste tipuri.

Mărimea obiectului poate fi abordată în două modalităţi. Din punct de vedere

calitativ el se aplică prin compararea dimensiunii obiectului cu dimensiunile unor obiecte

similare (ex. primăria unui oraş în raport cu clădirile de locuit, sau în figura 7.17, gara în

raport cu clădirile de locuit). Cantitativ, criteriul direct este aplicat prin determinarea

dimensiunilor obiectelor cu ajutorul unor instrumente optice ca stereoscopul şi

stereomicrometrul, respectiv prin utilizarea aplicaţiilor de analiză spaţială în SIG (ex.

măsurarea suprafeţelor prin crearea de poligoane corespunzătoare parcelelor cultivate).

În aplicarea mărimii este importantă cunoaşterea proprietăţilor geometrice ale

imaginilor (proiecţia, corecţiile aplicate scării sau deplasării de relief).

De asemenea apare posibilitatea măsurarii înalţimii obiectelor folosind cupluri de

fotograme, în proiecţie centrală, exploatate stereoscopic (cu ajutorul stereomicrometrului

sau al barei de paralaxă).

În figura 7.18, se prezintă o imagine a unui sector situat la contactul luncii

Prahovei cu terasele inferioare, în zona subcarpatică. Diversitatea obiectelor este

evidentă. Şoseaua naţională şi europeană DN 1- E 60, se diferenţiază imediat prin lăţimea

mult mai mare comparativ cu drumul judeţean către Şotrile sau uliţele satului răsfirat.

Artera rutieră dispune de două benzi pe sens şi acostamente late, este marcată, fapt ce

arată importanţa ei în cadrul infrastructurii (în plus este traversată de o pasarelă pentru

pietoni, între gară şi staţia de autobuze).Traficul redus în momentul preluării imaginii este

legat de ziua în care a fost obţinută (în timpul săptămânii). Deşi mai greu de identificat ca

urmare a culorii roşietice a pietrei de pe terasament, calea ferată, de mare trafic, este

dublă şi electrificată (reţeaua de contact se observă greu, dar apare locomotiva electrică

având cele două pantografe pe acoperiş). Trenul de călători cu cele 12 vagoane este un

accelerat, care nu opreşte în halta Nistoreşti, fapt arătat de lipsa călătorilor la peron (scurt,

ceea ce exprimă importanţa locală a staţiei). Coroanele copacilor sunt de multe ori de

formă circulară şi mult mai mari decât cele ale arbuştilor din lungul drumului şi al căii

ferate. Livada este evidentă prin copacii de aceaşi mărime şi de acelaşi fel (pruni, meri şi

peri). Clădirile mai mari sunt cele ale haltei şi magazinului cu bufet, ceea ce exprimă

caracterul lor public. În albia Prahovei, scurgerea turbulentă arată că imaginea este

realizată vara, într-o perioadă cu ploi torenţiale (iunie sau iulie). Prezenţa pragurilor de

roci mai dure (gresii, microconglomerate) apare prin praguri, subliniate de marmite. Unul

dintre acestea este mai mare ca pantă şi a fost amenajat prin construcţia a două baraje.

Albia este afectată de resturile balastierelor închise, ce au dus la degradarea vegetaţiei şi

a solului aferent.

Fig. 7.18. Aplicarea criteriului mărimii (relative) a obiectelor din imagine, în

scopul recunoaşterii şi caracterizării acestora. Ortofotogramă aeriană digitală pe Valea

soseaua

DN 1/E 60

calea ferata dubla,

electrificata

tren de

calatori

Halta

Nistoresti

Satul

Frasinet

Albia

Prahovei

drum de exploatare

balastiera

Drumul judetean

spre Sotrile

praguri

minore

prag

baraje in albie

livada

tufarisuri

statie

autobuze

magazine

restaurant

Prahovei în zona satului Frăsinet (oraşul Breaza, jud. Prahova), zbor 2005. Sursa

imaginii: Fondul Naţional Geodezic prin ANCPI Bucureşti.

Măsurătorile pe dublete de imagini oferă posibilitatea achiziţiei de date cantitative

privind înălţimea obiectelor din teren. Pentru aceasta se utilizează stereoscopul cu

oglinzi, dotat cu bara de paralaxă (fig. 7.19) sau interpretoscopul (permite lucrul simultan

a doi analişti de imagini).

Fig. 7.19. Stereoscopul cu oglinzi, dubletul şi bara de paralaxă. După Canadian

Centre for Remote Sensing, Remote Sensing Tutorial.

Principiul măsurătorii este legat de posibilitatea de a observa prin stereoscop,

acelaşi obiect din două imagini consecutive (dubletul), printr-o imagine unică,

tridimensională. Acesta este stereomodelul şi este o reprezentare mentală, subiectivă ce

impune uneori reglarea distanţei interpupilare şi a nivelului de multiplicare al lentilelor

binoculare, precum şi stabilirea unei poziţii optime a imaginilor pe masa de lucru.

În figura 7.20, se prezintă schematic diferenţa celor două imagini ale aceluiaşi

obiect (copacul) privit sub două unghiuri diferite, pe două fotograme preluate consecutiv

din două puncte diferite. Aceasta se exprimă cantitativ prin două valori de paralaxă (la

baza şi la vârful copacului). Cele două valori, exprimate în milimetri se citesc cu ajutorul

barei de paralaxă, prin potrivirea mărcilor acesteia la baza, respectiv la vârful copacului.

Calculele au la bază formula de mai jos:

h = -H/P x dP, unde,

h – înălţimea obiectului, a copacului, în cazul nostru (m)

H – plafonul de zbor al avionului, precizat de altimetrul de pe marginea imaginii

(m)

P – fotobaza aeriană (se mai notează cu b), exprimată ca distanţa dintre centrele

celor două imagini ce formează stereomodelul (mm).

dP – diferenţa de paralaxă, rezultată din scăderea celor două citiri de pe bara de

paralaxă, la baza (P2) şi la vârful copacului (P1).

Ecuaţia se poate aplica oricărui obiect ce are o anumită înălţime şi care apare în

stereomodel, pe suprafaţa comună a dubletului (ex. arbore, construcţie, antenă, stâlp etc.).

Rezultatul poate avea unele erori, iar obţinerea lui presupune transformarea tuturor

elementelor din formulă în acelaşi submultiplu al metrului. Precizia se poate evalua prin

calculul exagerării stereomodelului, formulă prevăzută în manualul de utilizare a

instrumentului.

Fig. 7.20. Principiul măsurătorii înălţimii obiectelor din stereomodele cu ajutorul

barei de paralaxă (adaptare după schiţa lui Colwell, 1955).

Culoarea sau tonul de culoare , al treilea criteriu direct, se poate aplica cel mai

uşor în cazul imaginilor în culori naturale. În acest caz, aplicarea culorii în diferenţierea

obiectelor presupune cunosterea exactă a datei obţinerii imaginii şi a signaturii spectrale a

obiectului, respectiv a rezoluţiei spaţiale a imaginii (ex. figurile 7.17 şi 7.18). Deşi uşor

de interpretat, imaginea în culori naturale oferă un conţinut informaţional destul de

limitat. De exemplu, pădurile temperate sunt uşor de delimitat în imaginile de toamnă în

culori naturale, deoarece ele oferă o diferenţiere mai evidentă la nivel cromatic a tipurilor

de copaci. O situaţie relativ similară apare şi în imaginile de primăvară.

Imaginile falscolor presupun o mai mare experienţă în interpretare, deoarece

cromatica lor este total diferită de cea pe care ochiul uman o percepe. În această situaţie

se impune cunoaşterea precisă a rezoluţiei spectrale a imaginii şi a comportamentului

spectral ce genereaza signatura spectrală ataşată obiectului din imagine. Avantajul

imaginii falscolor este conţinutul informaţional mai consistent în comparaţie cu imaginile

în culori naturale. De exemplu, analiza tipurilor de păduri sau de culturi agricole este

avantajată considerabil de aceste imagini, unde foioasele apar roşii sau galbene, în funcţie

de anotimp, iar coniferele sunt fie cafeniu închis fie roşu către cafeniu. Exemple de

imagini la care se apllică criteriul cromatic sunt incluse în numeroase lucrări.

Recomandăm în acest scop, volumul I al lucrării noastre, unde sunt interpretate

combinaţii multispectrale Landsat ETM+ (capitolul al doilea).

Fig. 7.21. Subscene satelitare Landsat ETM+, din aprilie 2002, reprezentând

Masivul Bucegi, în combinaţia RGB 321, culori naturale (stânga) şi RGB 453, falscolor,

în dreapta. Combinaţii pansharpened (rezoluţia 14,25 m), elaborate de autor. Sursa

datelor: Global Land Cover Facility, University of Maryland.

Imaginile din figura 7.21, au fost alese în scopul sesizării diferenţelor de signaturi

spectrale. Realizate în timpul primăverii (se observă zăpada din etajul alpin al Bucegilor),

imaginile permit diferenţierea etajelor de vegetaţie, cu dificultate la combinaţia în culori

naturale şi mult mai uşor în falscolor. Cele două imagini permit însă deosebiri la nivelul

limitei superioare a pădurii şi pajiştile alpine şi subalpine, mai ales la începutul sezonului

de vegetaţie, când stratul de zăpadă a eliberat pajiştile. În imaginea în culori naturale se

observă nuanţa de cafeniu a solului dezgolit, dată de primul orizont de sol. Zăpada apare

în nuanţa de roz în falscolor, ca efect al conţinutului de apă al acesteia. Un aspect

intersant apare în imaginea falscolor, unde pajiştile şi terenurile cultivate din zona

depresionară de la nord de Bucegi (Piemontul Sohodol) sunt în nuanţe de galben, ca

urmare a conţinutului de clorofilă al vegetaţiei ce şi-a reînceput ciclul la sub 1000 m

altitudine, în timp ce la peste 1600-1800 m, în Bucegi, se constată o întârziere (ex. în M.

Baiului, la est de Prahova, la limita pădurii pe Zamora, Cumpătu şi alte picioare de

munte, de pildă, apar pete galbene ca efect al declanşării sezonului de vegetaţie în

pajiştile şi tufărişurile subalpine). Delimitarea zonelor construite ale oraşelor de pe

Prahova Superioară este deasemenea mai uşoară pe imaginile falscolor.

Tonul de culoare impune o abordare diferenţiată a problematicii de interpretare

(fig. 7.22), în funcţie de caracteristicile imaginii (banda spectrală, signatura spectrală a

obiectului, momentul obţinerii imaginii). Mai mult semnificaţia tonului diferă la

fotogramele aeriene pancromatice la imaginile radar sau lidar, ori la imaginile în

infraroşu termal, elemente explicate în capitolele doi şi trei ale lucrării noastre şi în cele

de al doilea din cadrul volumului I. Acestea vor fi aprofundate volumul următor al

lucrării noastre, în cadrul aplicaţiilor tematice .

Fig. 7.22. Fragment de aerofotogramă în format analogic, pe film pancromatic,

zbor 1973. Imaginea permite o caracterizare detaliată a caracteristicilor vegetaţiei

montane (Valea Azuga la confluenţa cu Valea Limbăşelului). Aerofotograma verticală

IGFCOT.

Analiza imaginii din figura 7.22, permite diferenţerea prin tonuri de culoare a

tipurilor de păduri, dar mai ales a consistenţei acestora. Signaturile spectrale cele mai

diferenţiate aparţin laricei în raport cu molidişurile. Sunt evidente de asemenea şi

suprafeţele defrişate prin extragerea arborilor doborâţi de vânt sau afectaţi de dăunători,

inclusiv cele curăţate total, tăieturile pentru funiculare care transportă buştenii către

drumurile forestiere, precum şi potecile ce traversează pădurea (ex, pe interfluviul Azuga

– Limbăşel, folosite frecvent de turme). Umbrele versanţilor modifică tonurile de culoare,

dar permit trasarea cumpenelor de apă ale bazinelor torenţiale. La nivelul văilor, luncile

impun tonuri deschise pe fondul aluviunilor recente transportate de torenţi, de pe versanţi.

Pajisti

subalpine

larice

poteca

nemarcata

pastravarie

Paduri

de molid si larice

linie de

funicular

Padure

de molid

torent

taietura

dupa doboratura

V. Limbaselului

V. Azuga

Paduri exploatate

(curatate de doboraturi)

7.4.2. Criteriile indirecte rezultă din combinarea imaginilor obiectelor, din

asocierea acestora în structura de ansamblu sau de detaliu a fotogramei aeriene sau

imaginii satelitare. Acestea nu mai depind atât de mult de signatura spectrală cât mai ales

de rezoluţia spaţială şi de acoperirea spaţială a imaginilor. Criteriile se aplică de

asemenea selectiv, mai ales în cazul în care cele directe nu sunt suficiente pentru

identificarea corectă a obiectelor.

Poziţia obiectului reprezintă localizarea obiectului în spaţiu în raport cu alte

obiecte de acelaşi tip sau de tipuri diferite. Anumite obiecte sunt strâns legate între ele.

De exemplu o gară se află întotdeauna lângă o cale ferată (fig. 7.17 şi 7.18). O alunecare

de teren, apare întotdeauna pe un versant, pe un teren în pantă. Un sector de chei pe o

vale apare doar acolo unde valea este adâncită în roci dure. Din analiza poziţiei se pot

obţine informaţii numeroase despre obiecte (de exemplu, identificarea unor şcoli într-un

cartier arată existenţa unei populaţii şcolare importante, prezenţa unui mare număr de

automobile într-o parcare, lângă o clădire întinsă, arată importanţa comercială a acelei

construcţii). Prin exploatare stereoscopică se obţin rezultate şi mai concludente, deoarece

apare şi dimensiunea verticală a obiectelor, ceea ce asigură diferenţierea lor corectă şi

analiza unor trăsături.

În figura 7.23 a fost aleasă o imagine, mai exact un sector dintr-o ortofotogramă,

în zona gării CFR Breaza de pe Valea Subcarpatică a Prahovei. Configuraţia reliefului

explică raportul formelor de relief în raport cu particularităţile geologice locale. Albia

Prahovei este mai largă şi prezintă sectoare de aluvionări mai evidente în sectoarele cu

roci mai moi, ca de pildă gresiile, marnele sau tufurile, aşa cum apar în amonte de podul

de cale ferată, respectiv în aval de gara Breaza. Cele două sectoare cu luncă mai evidentă,

cu ostroave şi renii, sunt separate de un segment îngust, unde talvegul este adâncit în roci

mai dure, cu praguri albe de rocă, în care lipsesc acumulările de aluviuni. Imaginea

permite identificarea cauzei acestei configuraţii. Abrupturile de culoare deschise

corespund conglomeratelor de Brebu, în care gresiile şi microconglomeratele determină

îngustarea văii şi numeroasele rupturi de pantă cu repezişuri (turbulenţa la nivelul

apelor). Poziţia celor două abrupturi, oarecum paralele, subliniază o structură geologică

monoclinală, ce corespunde de fapt flancului de sud al sinclinalului Breaza- Buciumeni.

În perimetrul acestei bare de roci, văile sau torenţii au talveguri bine adâncite şi

împădurite cu pini sau cu tufărişuri. La sud de îngustare, valea se lărgeşte acolo unde, în

Stratele de Cornu, alcătuite din marne şi gipsuri, valea devine din nou mai largă. Poziţia

abrupturilor doar pe versantul stâng nu se continuă pe cel drept. Aici terasa Breaza, cu un

pod larg şi neted, se suprapune peste aceleaşi roci, aşa cum sunt gresiile monoclinale ce

apar în fruntea terasei, în dreptul podului de cale ferată. Alte exemple pot fi legate de

poziţia vegetaţiei forestiere şi arbustive, pe crestele de hogback, în talveguri de torenţi

(ex. Valea lui Sărăcilă), pe frunţi de terase la Breaza şi la Cornu, fapt ce arată pantele

mari ale terenului, limitând potenţialul de utilizare. Construcţiile apar în ansamblu în cele

mai sigure poziţii, pe podurile terasei a doua la Breaza şi Cornu, parţial pe conurile de

dejecţie care au fost integrate în glacisuri stabile, fixate de vegetaţie (ex. la baza terasei

Breaza). De asemenea, calea ferată şi şoseaua, ambele de mare trafic sunt situate pe trepte

mai înalte ale văii, fiind ferite de inundaţii dar şi de viiturile torenţiale (bazine torenţiale

inactive).

Pod cale ferata Sector de

cheie

Gara Breaza

Podul terasei Breaza

Podul terasei Cornu

SINCLINALUL BREAZA- BUCIUMENI

Conglomeratele de Brebu (monoclinale)

Strate de Cornu

Lunca Prahovei

Soseaua DN1-E 60

Calea ferata Dubla, electr.

Gresii monoclinate

Valea lui Saracila Canion in gipsuri

Con de dejectie

Fig. 7.23. Aplicarea criteriului poziţie pe un sector de ortofotogramă digitală în

zona gării Breaza de pe Valea subcarpatică a Prahovei. Sursa imaginii: Fondul Naţional

Geodezic prin ANCPI Bucureşti.

Umbra obiectului este o caracteristică a imaginii în spectrul vizibil sau a imaginii

falscolor care se suprapune şi unei părţi din spectrul vizibil (se adaugă şi imaginile în

infraroşul apropiat, respectiv cele pancromatice). Umbra depinde de momentul în care s-a

realizat imaginea astfel încât ele apar cu umbre mai lungi în timpul iernii şi mai scurte în

timpul verii, dar şi mai scurte la amiază şi mai lungi dimineaţa sau către apusul Soarelui.

În infraroşul mijlociu şi termal, obiectele nu mai prezintă umbră. Umbra depinde şi de

înalţimea obiectelor astfel încât ea poate fi utilizată în interpretarea obiectelor înalte cum

ar fi copacii sau clădirile. Criteriul se aplică mai uşor la obiectele izolate, mai înalte, care

dau imaginea proiectată a formei lor, ca de pildă copacii rari, cei din lungul drumurilor,

zgârie norii din oraşe etc. Pe baza umbrei se poate estima ora la care imaginea a fost

preluată.

Un exemplu de aplicare a acestui criteriu indirect este prezentat în figura 7.24.

Imaginea corespunde unui sector limitat dintr-o ortofotogramă digitală, de pe Valea

Prahovei, în zona Comarnic. Imaginea este în culori naturale, în spectrul vizibil, fapt ce

permite aprecierea, folosind umbra momentului când a fost obţinută. Imaginea surprinde

şi un sector al albiei Prahovei, în care forma ostroavelor din luncă (ascuţită către aval,

datorită curgerii turbulente), permite orientarea acesteia pe direcţia nord. După

configuraţia umbrelor, destul de bine diferenţiate, de la ENE către VSV, rezultă că

imaginea este obţinută înainte de miezul zilei, aproximativ la orele 9.30-10.30, ţinând

seama şi de claritatea deosebită, legată de lipsa vaporilor de apă, în acest areal

depresionar submontan. Se constată de asemenea că momentul anului este o lună de vară

(iunie- iulie), datorită căpiţelor de fân care marchează fâneţele recoltate, identificate mai

mult prin umbră dar şi prin forma caracteristică (ce determină umbra). Se observă că

versantul vestic, semiînsorit, are aproape toate fâneţele recoltate, la nivelul luncii înalte

sau terasei de luncă a Prahovei (uşor de diferenţiat prin umbra frunţii, proiectată în albia

minoră). Aplicarea criteriului este deosebit de utilă pentru diferenţierea terasei a doua a

Prahovei, cu o frunte abruptă, umbrită, acoperită de pădure de fag şi gorun (mai greu de

specificat ca urmare a consistenţei şi umbririi). Diferenţierea copacilor este relativ uşoară

acolo unde aceştia apar izolat (merii şi prunii din curtea gospodăriei) sau în grupuri

liniare, în lungul drumurilor (ex. sălciile şi plopii din preajma luncii, molizii din lungul

drumurilor etc.). Din examinarea imaginii apare şi diferenţerea dintre culturile nerecoltate

(ex. porumb) sau fâneţe necosite etc., un tren de marfă, la care vagoanele au umbre

scurte, dar se poate identifica şi casa de locuit în raport cu anexele gospodăreşti, prin

lungimea umbrelor. Noile case de tip vilă sunt evidente şi prin umbrele mai mari.

Fig. 7.24. Aplicarea criteriului umbră în identificarea obiectelor şi a trăsăturilor

acestora. Sector de ortofotogramă digitală din zona Comarnic, jud. Prahova. Sursa

imaginii: Fondul Naţional Geodezic prin ANCPI Bucureşti.

Criteriul dispersiei exprimă gradul de împraştiere în spaţiu a obiectelor de acelaşi

fel. Acesta oferă explicaţii privind natura unor fenomene. De exemplu dispersia copacilor

în poieni sau pe suprafaţa topografică în ansamblu arată faptul că aceşti sunt un rest dintr-

o veche pădure. Un relief ondulat în care sunt dispersate forme de relief pozitive identice,

orientate în aceaşi direcţie, separate de lacuri, exprimă un relief rezultat din acţiunea

anterioară a gheţarilor de calotă (ex. drumlinuri, eskersuri, blocuri eratice etc.).

Terasa a doua

a Prahovei

Fruntea de

terasa

Muchea

terasei

Capite

de fan

Vegetatie higrofila

Salcie, plop

Mal

inalt

Lunca inalta Terasa de lunca

a Prahovei

Capite de fan

tren de

marfa

Livada

pruni, meri

porumb

nerecoltat

Livada

pruni, meri, peri

culturi

de cartof

molid

Fig. 7.25. Aplicarea criteriului dispersiei în reconstituirea pădurii pe masele de

alunecare din Culmea Gurga, Subcarpaţii Prahovei, pe versantul către Valea Proviţei.

Sursa imaginii: Fondul Naţional Geodezic prin ANCPI Bucureşti.

În imagine din figura 7.25, prin aplicarea dispersiei este posibil să reconstituim

impactul antropic în arealul versantului stâng al Proviţei.

Prima etapă, cea a evoluţiei naturale este destul de dificil de apreciat numai prin

interpretarea imaginii. Pădurile de fag şi gorun au mai rămas doar pe interfluviile

deluroase (Culmea Gurga între Prahova şi Proviţa), fiind similare cu porţiunea împădurită

din dreapta jos a imaginii.

Padure

de fag si gorun

Alunecare

masiva

Alunecare

masiva

Alunecare masiva cu alunecari areale superficiale

suprapuse

Capite de fan

dispersate

Satul Valea

Tarsei

Tufarisuri

Alunecare masiva cu alunecari areale superficiale

suprapuse

1

2

3

3

1

) zone umede (inmlastiniri)

A doua etapă se poate reconstitui prin fragmentele de pădure, relativ degradate ca

urmare a circulaţiei, tăierilor şi păşunatului, în care copacii sunt greu de definit ca

indivizi, deoarece apar în alternanţă cu arbuşti şi tufărişuri. Gradul de degradare este

evidenţiat de dispersia suprafeţelor mai deschise la culoare ce semnifică al doile orizont

de sol, scos la zi de spălarea în suprafaţă şi şiroire, în partea central-dreapta a imaginii.

A treia etapă este exprimată de prezenţa versanţilor cu vegetaţia total modificată.

În vecinătatea satului Valea Târsei apare o alternaţă de pomi fructiferi cu resturi ale

pădurii. Cele mai evidente sunt alunecările de teren de diverse tipuri, care au apărut pe

fondul defrişării masivului forestier, pe versanţii vestici ai Culmii Gurga, unde alternanţa

gresiilor cu marne şi tufuri a menţinut condiţii optime. Ceea ce reţine atenţia este

dispersia microformelor specifice, cu râpe înierbate sub cumpana apelor, şi valuri de

diferite dimensiuni, inclusiv cu microdepresiuni umede cu mici mlaştini sau chiat

tufărişuri. Aceasta confirmă existenţa unor alunecări areale, cu cel puţin 2-3 generaţii de

relief (mase mari de alunecare, vechi, alunecări masive de versant şi curgeri noroioase,

alunecări superficiale), reunite într-un mare complex de alunecări. Dispersia nuanţelor de

culoare (alternanţa verde-cafeniu deschis-cafeniu închis) permite chiar şi sesizarea

arealelor cu diferite grade de umectare a solului. Căpiţele de fân dispersate pe versant,

arată utilizarea predominant ca fâneaţă a terenului şi poate explica reactivările de mică

amploare la ploile mari sau după topirea zăpezilor.

Densitatea exprimă gradul de concentrare al obiectelor de acelaşi tip pe unitatea

de suprafaţă. O mare densitate de clădiri de locuit cu mai multe etaje într-un oraş sau

cartier exprimă o mare densitate a populaţiei. Densitatea mare a vehiculelor pe o şosea

sau autostradă în raport cu cea mică de pe o şosea naţională sau regională exprimă cel

mai important flux de trafic,ca orientare, structură pe tipuri de vehicule şi chiar localizare

temporală (traficul este mai mare la orele de vârf în jurul marilor oraşe, iar pe drumurile

spre zonele de turism montan, la sfârşit de săptămână). Pădurile cu cei mai deşi arbori

sunt cele primare, în timp ce plantaţiile sunt caracterizate prin arbori egal distanţaţi.

În figura 7.26 a fost ales un exemplu de aplicare a criteriului densitate în

interpretarea imaginilor. Imaginea aeriană digitală oblică prezintă un nod de căi rutiere

(autostrăzi, şosele) de mare trafic din vestul Olandei (intersecţia sau joncţiunea dintre

autostrăzile A4, Amsterdam-Rotterdam şi A12 Den Haag-Utrecht-Arnhem), în care se

remarcă patru niveluri de artere rutiere. Imaginea este realizată în octombrie, înaintea orei

12.00, într-o zi a săptămânii, fapt pentru care traficul de autoturisme este mai puţin dens.

Ceea ce este evident, este marea densitate a camioanelor de transport internaţional pe

artera a A 4, care leagă Amsterdam de aeroportul Schiphol şi portul Rotterdam, dar şi de

Belgia. Densitatea redusă a automobilelor pe racordurile de acces dinspre oraşele

învecinate arată importanţa mai limitată a şoselelor (de altfel mai înguste, comparativ cu

autostrada) şi chiar intervalul orar în care s-a obţinut imaginea. Un alt element este

densitatea mai mare a mlaştinilor (verde închis), a lacurilor şi bălţilor, precum şi prezenţa

turbăriei din dreapta imaginii, fapt ce arată că toate amenajările sunt amplasate pe

terenuri cu exces de umiditate, ceea ce implică numeroase lucrări. Densitatea acestora

este mare, în imagine apar deja o suită de ramblee şi deblee legate de fiecare arteră

rutieră.

Fig. 7.26. Aplicarea densităţii în analiza traficului în joncţiunea rutieră de

autostrăzi Prins Clausplein, de la est de Haga (Den Haag), vestul Olandei. Imaginea arată

marele curent de trafic de camioane pe A 4, comparativ cu traficul mult redus de pe

racordurile către oraşe. Imagine digitală oblică, autor Bogdan Mihai, 18 octombrie 2008.

Un alt exemplu de aplicare al criteriului, dealtfel destul de frecvent întâlnit, este

cel din figura 7.27. Imaginea ortocorectată din zona satului Poiana-Comarnic arată o serie

de diferenţe de densitate a copacilor care permit explicarea originii lor. În dreapta

imaginii, apare o pădure masivă de molid (identificabil prin forma stelată a coroanei şi

umbra ce cade spre stânga), compactă, însă alcătuită din copaci de vârste egale şi o

densitate medie către mare. Aceştia sunt poziţionaţi relativ ordonat, pe rânduri, fapt

pentru care se poate aprecia că pădurea respectivă, în totală discordanţă cu restul

vegetaţiei este o plantaţie de molid cu o vârstă de circa 50-60 de ani (după mărimea

copacilor). Altitudinea zonei, după harta topografică, este de circa 700 m, ceea ce

exclude, originea naturală a pădurii de molid. Pădurea primară este cea de fag, din care se

păstrează numai unele resturi, la limita cu satul Poiana, mulţi copaci fiind tăiaţi cu secole

în urmă pentru a extinde păşunile şi fâneţele. Resturile de pădure nu permit diferenţierea

prea uşoară a coroanelor de arbori, fapt ce arată că aceştia au o origine naturală şi au

vârste diferite. Densitatea este mai mare la copacii rămaşi din pădurea naturală

(fundamentală), decât la cea plantată în scop antierozional în cazul de faţă. Densitatea

copacilor scade mult şi în cazul livezilor de pruni, meri şi peri. Casele, gospodăriile de la

marginea satului Poiana, indică fragmentarea terenului, deoarece satul este răsfirat,

AUTOSTRADA A 4 Amsterdam- Rotterdam

Autostrada A 12 Den Haag- Utrecht

Calea ferata dubla, electr.

Den Haag- Gouda-Utrecht

Turbarie Stadion

alungit pe interfluviu, fiind înconjurat de fâneţe, păşuni şi livezi, ceea ce arată şi funcţia

economică (pomicultură, creşterea animalelor şi secundar forestieră, legată de

exploatarea pădurii în scop ecologic).

Fig. 7.27. Aplicarea criteriului densitate în analiza vegetaţiei forestiere. Imagine

aeriană digitală din zona Poiana- Comarnic, Valea Prahovei, jud. Prahova (pădurea

Boncu). Sursa imaginii: Fondul Naţional Geodezic prin ANCPI Bucureşti.

Padure plantata de molid

Drum forestier

Resturi din padurea primara (fag)

Livada de pruni si meri

Pasune supraexploatat

a

Satul POIANA

faneata

Resturi din padurea primara (fag)

Structura desemnează modul de organizare în spaţiu al imaginilor obiectelor.

Criteriul este aplicabil tuturor componentelor de mediu, naturale sau antropice, indiferent

de mărimea lor. O imagine nocturnă a Europei poate arăta structura reţelei de aşezări

prin intermediul modului de combinare spaţială a punctelor cu diferite grade de strălucire.

Se identifică imediat ariile marilor grupări urbane prin gruparea punctelor cu cea mai

mare luminozitate. În egală măsură, criteriul este aplicat şi în interpretarea reliefului

condiţionat de structura geologică, deoarece acesta impune la rândul lui un anumit mod

de asociere al văilor şi interfluviilor (ex. divergenţa văilor în piemonturi ori pe conurile

vulcanice), la care se adaptează şi celelalte componente ale mediului. O aşezare veche are

de regulă un plan neorganizat, deoarece evoluţia ei nu s-a bazat pe un plan prestabilit

(excepţii sunt aşezările de colonizare ca cele din Transilvania ori Banat). O aşezare nouă

are o structură ordonată, geometrică ori rectangulară (fig. 7.28).

GOLFUL

CERNA

Blocuri de locuinte

Cazarma

Scoala

Complex comercia

l

Cartier

de vile

Blocuri de locuinte

Debusare scurgere ape

versanti

Canal de scurgere torential

ameamenajat

Padure plantata

Captare apa

potabila

Faneata cosita

Fig.7.28.Aplicarea criteriului structurii analiza unui cartier rezidenţial din

municipiul Orşova, jud. Mehedinţi. Imagine aeriană digitală, zbor 2005. Sursa imaginii:

Fondul Naţional Geodezic prin ANCPI Bucureşti.

În fig. 7.28, prezentăm o imagine a unei părţi din perimetrul construit al

municipiului Orşova, în scopul aplicării criteriului structură în interpretare. Cartierul arată

o organizare geometrică a tramei stradale, fapt ce explică vârsta relativ recentă (începutul

anii 60-70, în condiţiile strămutării Oraşului şi refacerii acestuia pe noi amplasamente).

Structura rectangulară este evidentă la cartierul de vile, iar cea geometrică, ordonată

apare la cvartalurile de blocuri. Străzile principale sunt trasate pe curba de nivel, paralel

cu malul Golfului Cerna şi intersectate la unghiuri de 90 sau 30-60 de grade de către cele

secundare. Casele de tip vilă sunt aproape identice şi dispuse ordonat, la intervale egale,

separate de grădini egale ca suprafaţă. Întreg cartierul este situat în pantă, pe un rest de

glacis sau terasă glacisată, fapt dovedit canalul de scurgere al unui fost torent, în prezent

amenajat şi acoperit de vegetaţie, care este folosit la drenarea apei pluviale din depozitul

de versant. Cartierul are în structural lui şi un complex comercial, o biserică, o şcoală (în

construcţie, în imagine), rezervoare pentru captarea de apă potabilă, conectate la un

sistem de distribuţie gravitaţional (sunt situate la partea superioară a versantului), spaţii

de parcare în jurul blocurilor, scuaruri şi mici parcuri (insuficiente) dar şi terenuri virane.

La margine apare şi o cazarmă militară cu birouri, dormitoare, cantină etc. La marginea

cartierului, la baza dealului (Dl. Moşului) apar fâneţe cosite, ce arată contactul cu spaţiul

agricol aferent. Suprafaţa este redusă, ceea ce arată că funcţia zootehnică este limitată

doar la nivelul unor gospodării. Versantul este amenajat prin corectarea topografiei, în

condiţiile în care au fost create trepte în profilul glacisului (se observă în vecinătatea

castelului sau rezervoarelor de apă).

Textura rezultă din combinarea signaturilor spectrale la nivelul imaginii unui

obiect neomogen. Este aplicabilă în primul rând în interpretarea obiectelor ce acoperă

suprafeţe mai extinse (roci ce par la zi, vegetaţie, culturi agricole etc.) dar şi celor

punctuale (coaroane de copaci, acoperişuri de case).

În cadrul imaginilor în format analogic, pe hârtie, textura este gradul de

omogenitate al punctelor ce compun imaginea unui obiect. În cazul imaginilor digitale,

alcătuite din pixeli, textura reprezintă gradul de omogenitate al pixelilor ce alcatuiesc

imaginea obiectului.

Textura poate fi clasificată după omogenitatea punctelor sau pixelilor în :

textură fină, cu mare grad de omogenitate, este specifică obiectelor sau

mediilor cu o omogenitate mai mare a proprietăţilor fizice (ex. apa unui lac neafectată de

vânt, mâlurile şi argilele din albii, pajiştile necosite, culturile de cereale păioase înainte de

recoltare etc.)

textură medie, cu un grad de eterogenitate mediu, în care încep să se

distingă puncte sau pixeli cu tonuri sau nuanţe diferite (ex. lanurile de porumb sau

floarea- soarelui, unde apar rândurile de culturi, fâneţele imediat după cosire, pietrişul şi

nisipul din albii etc.).

textura grosieră şi foarte grosieră are cel mai mare grad de eterogenitate,

cu puncte sau pixeli mari şi diversificaţi, relativ uşor de diferenţiat (ex. grohotişurile,

bolovănişurile din unele albii, livezile, plantaţiile viticole unde se pot distinge rândurile

etc.).

Pe lângă acestea există şi tipuri texturale intermediare, dar şi scări texturale utile

în delimitarea diferitelor obiecte din teren. Analiza texturală se poate face şi automat prin

operaţii de postprocesare a imaginilor digitale (indici de puritate ai pixelilor, clasificări de

pixeli, segmentarea imaginilor în praguri de signaturi spectrale etc.). Un element esenţial

este alegerea adecvată a imaginilor, în funcţie de rezoluţia lor. De exemplu analiza

texturii pentru delimitarea culturilor agricole se realizează mai ales pe imagini la rezoluţii

cât mai mari.

Fig. 7.29. Diferite exemple de texturi la parcelele din polderul olandez

Haarlemmermeer. Imagine aeriană panoramică, octombrie 2008, autor Bogdan Mihai.

În figura 7.29, imaginea aeriană oblică permite realizarea unei legături şi mai

simple între caracteristica texturii şi elementul identificat. Transformată în scară de gri şi

procesată la nivel de contrast, imaginea permite diferenţierea culturilor de iarbă furajeră

(fină şi foarte fină, asemeni pajiştilor), de terenurile nisipoase arate, înierbate (nisipul

impune variaţii de textură) şi de cele floricole (lalele pentru bulbi, în asolamente cu

material organic adăugat şi repartizat uniform pe teren), terenul de golf, unde denivelările

şi potecile alternează cu mici lacuri şi aşezările, unde acoperişurile sunt de forme,

materiale şi culori diverse (similar cu ferma, unde pe lângă grajduri apar instalaţii, maşini

agricole etc.). Parcelele sunt organizate conform reţelei de drenaj a polderului care

T 1 Grosiera Teren de golf T 2 Medie

Teren nisipos arat

T 3 Fina Plante furajere

T 4 Grosiera asezare

T 5 fina Culturi floricole

T6 Grosiera ferma agricola

întreţine un nivel coborât al apei freatice. Verificarea în teren se impune mai ales la

texturile fine şi medii, în vederea stabilirii exacte a diferenţelor date de culturi.

Fig. 7.30. Aplicarea criteriului textură în diferenţierea plantaţiilor viticole

intensive din Podgoria Murfatlar, la nord-est de Medgidia, jud. Constanţa. Imagine

aeriană digitală, în scara de gri, rezoluţia 0,5 m, zbor 2005. Sursa imaginii: Fondul

Naţional Geodezic prin ANCPI Bucureşti.

În figura 7.30 este prezentat un areal din Podgoria Murfatlar, în perioda verii.

Principalul tip de textură este cea grosieră, bine ordonată, ce corespunde plantaţiilor de

viţă-de-vie (se observă liniile date de spalierii pe care s-a fixat viţa-de-vie precum şi

spaţiile ce îi separă). Textura este uşor diferită la parcelele cultivate cu viţa-de-vie,

datorită condiţiilor locale dar şi soiurilor plantate. Textura specifică viilor cultivate este

total diferită de cea caracteristică terenului arat. Perioada în care s-a realizat imaginea

T 1 Grosiera

Vita de vie

Ferma

viticola

T 2 fina- medie

Teren arat

T1 medie- grosiera

Vita de vie

T 3 fina Drum de

exploatare

Punct geodezic

T 4 medie

teren arat

T 5 medie Teren arat

erodat

T6 grosiera

teren nefolosit

Canal de irigatii

este cea de vară, deoarece numeroase culturi de cereale şi plante tehnice nu apar pe

parcelele arate iar vegetaţia de pe terenul nefolosit este verde închis (în imaginea

originală). Texturile fine şi medii, specifice terenului arat sunt diversificate prin apariţia

unor areale albe, de formă lineară, ce arată o spălare în suprafaţă destul de semnificativă,

pe versanţii uşor înclinaţi ai podişului. Drumurile prezintă texturi fine (drumuri uscate de

pământ, acoperite de praf) şi converg către ferma viticolă şi punctul cel mai înalt al

terenului, marcat prin piramida punctului geodezic.

Concluzie Criteriile de interpretare se aplică în mod selectiv pe cele mai diverse

categorii de imagini. Analistul trebuie să aleagă mai întâi cele mai potrivite imagini şi

apoi să treacă la identificarea obiectelor. Există situaţii când se aplică doar criterii directe

(relativ rare) dar şi cazuri ce necesită combinarea aproape a tuturor criteriilor prezentate.

Pentru a multiplica acurateţea rezultatului interpretării, se aplică de regulă mai multe

criterii în analiza unui singur obiect sau grup de obiecte. Exemple în acest sens au fost

prezentate în capitolul de faţă, deşi ele au fost centrate pe aplicarea unui singur criteriu.

Specificul aplicaţiei este esenţial în aplicarea criteriilor.

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

Armaş, I., Damian, R., Şandric, I., Osaci-Costache, G. (2004) Vulnerabilitatea

versanţilor la alunecări de teren în sectorul subcarpatic al Văii Prahova, Ed. Fundaţiei

România de Mâine, Bucureşti.

Bonn, F., Rochon, G. (coord.) (1992) Précis de télédétection, Vol.1 : Principes et

methodes, Presses de l'Université du Québéc.

Bonn, F. (coord.) (1996) Précis de télédétection, Vol. 2: Applications

thematiques, Presses de l'Université du Québéc.

Donisă, I., Grigore, M. Tövissi (1980) Aerofotointerpretare geografică,

Ed.Didactică şi Pedagogică, Bucureşti.

Donisă, V. (2004) Procesarea numerică a imaginilor, Ed. Azimuth, Iaşi.

Donisă, V., Donisă, I. (1998) Dicţionar explicativ de teledetecţie şi Sisteme

Informaţionale Geografice, Ed. Junimea, Iaşi.

Grigore, M. (1996) Aerofotointerpretare geografică, Ed. Fundaţiei România de

Mâine, Bucureşti.

Ielenicz, M. şi colab. (1999) Dicţionar de geografie fizică, Ed. Corint, Bucureşti.

Jensen, John R., 2005, Introductory Digital Image Processing, 3rd Ed., Upper

Prentice Hall.

Jensen, J.R. (2007) Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource

Perspective, 2nd Ed., Prentice Hall.

Lillesand, T., Kiefer, R., Chipman, J. (2004) Remote sensing and image

interpretation, J. Wiley and Sons, London.

Mihai, B. (2005) Munţii din bazinul Timişului (Carpaţii Curburii). Potenţial

geomorfologic şi amenajarea spaţiului montan, Ed. Universităţii Bucureşti.

Mihai B., Săvulescu, I., Şandric, I. (2006) Apports de la méthode de détection des

changements pour l’évaluation de la dynamique de l’étagement de la végétation dans les

monts de Bucegi (Carpates Méridionales, Roumanie), Télédetection, 6, 3.

Mihai, B.A. (2007) Teledetecţie. Introducere în procesarea digitală a imaginilor.,

Ed. Universităţii din Bucureşti

Niţu, C. şi colab. (2002) Sisteme Informaţionale Geografice şi cartografiere

computerizată, Ed. Universităţii din Bucureşti

Petrescu, F. (2007) Sisteme informatice geografice în urbanism şi amenajarea

teritoriului, Ed. Matrix Rom, Bucureşti

Rădoane, M., Rădoane, N. (2007) Geomorfologie aplicată, Ed. Universităţii din

Suceava

Richards, J.A., Xiuping, J. (2006) Remote sensing digital image analysis,

Springer

Sabins, F.F. (1997) Remote sensing. Principles and interpretation, Freeman

Săvulescu, I., Sandric, I., Mihai, B. (2005) Dinamica etajelor de vegetaţie în Masivul

Iezer. Analiză Change Detection., Comunicări de Geografie, 9, Bucureşti

Săvulescu, C. şi colab. (2000) Fundamente GIS, Ed. H.G.A., Bucureşti

Short, N. (coord.) (2006) The Remote Sensing Tutorial, rst.gsfc.nasa.gov, site

administrat de NASA.

Sidjak, R.W., Wheate, R.D. (1999) Glacier mapping of the Illecillewaet icefield,

British Columbia, Canada, using Landsat TM and digital elevation data, , International

Journal of Remote Sensing, 20, 273-284.

Wan Bakx (2008) Principles of remote sensing. Module 2. Presentations, ITC

Enschede.

Zha, Y., Gao, J.,Ni, S. (2003) Use of normalized difference built-up index in

automatically mapping of urban areas from TM imagery, International Journal of Remote

Sensing, 24, 583-594.

Zăvoianu, F. (1999) Fotogrammetria, Ed.Tehnică, Bucureşti

Zegheru, N., Albotă, M. (1979) Introducere în teledetecţie, Ed. Ştiinţifică şi

Enciclopedică, Bucureşti

x x x (2001) ENVI tutorials. Research Systems – Kodak

RESURSE INTERNET

Lista de mai jos cuprinde numai adrese de site-uri de importanţă didactică, dar

utile într-o anumită măsură şi cercetătorilor interesaţi a se iniţia sau documenta în acest

domeniu. Ordinea este cea dată de importanţa acestor adrese. Adresele reflectă situaţia

din luna februarie 2007 şi se pot modifica în timp.

NASA – Goddard Space Flight Centre.The Remote Sensing Tutorial http://rst.gsfc.nasa.gov/ Canada Centre for Remote Sensing. Tutorial. Fundamentals of remote

sensing. http://ccrs.nrcan.gc.ca/resource/tutor/fundam/index_e.php GIS development.Remote sensing tutorial. http://www.gisdevelopment.net/tutorials/tuman008.htm

CRISP Singapore. Remote sensing tutorial.

http://www.crisp.nus.edu.sg/~research/tutorial/rsmain.htm

The Remote sensing tutorial

http://www.fas.org/irp/imint/docs/rst/index.html

Chesapeake Bay and Mid Atlantic from Space. Remote sensing tutorial. Glossary.

http://chesapeake.towson.edu/glossary.asp

Aerial photography and remote sensing (tutorial)

http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/remote/remote_f.html

Wikipedia. The free encyclopaedia (definiţii, linkuri)

http://en.wikipedia.org/wiki/Remote_sensing

The remote sensing and GIS facility (linkuri)

http://geospatial.amnh.org/remote_sensing/resources/tutorials.html

USGS Remote sensing links

http://terraweb.wr.usgs.gov/resource.html

Remote sensing links

http://www.acadweb.wwu.edu/gis/links/rs.htm

NASA Landsat programme page

http://geo.arc.nasa.gov/sge/landsat/landsat.html

Global Land Cover Facility. University of Maryland (Landsat data source)

http://glcf.umiacs.umd.edu/data/landsat/

NASA Landsat page

http://landsat.gsfc.nasa.gov/education/tutorials.html

Landsat user’s handbook (manualul Landsat)

http://landsathandbook.gsfc.nasa.gov/handbook.html

Landsat USGS page

http://landsat.usgs.gov/

Center for Earth Resources Observations and Science

http://glovis.usgs.gov/