II. A légifényképek és űrfelvételek készítésével kapcsolatos elméleti alapok

		II. 1 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK (EM)

A távérzékelésben az információt közvetítő közeget az elektromágneses sugárzások jelentik, melyek rögzítésével egységes adatrendszert kapunk a Föld (és más égitestek) felszínéről.

a teljes kép 1966x1043 pixel nagyságban

Az EM sugárzásnak kettős, hullám- és az anyagi jellegéből fakad, hogy a sugárzás energiája fordítottan arányos a hullámhosszal. Tehát, a számunkra fontos, nagy távolságból is fogható hullámok alacsony energiájúak, ezért érzékelésük bonyolult technológiát igényel. A távérzékelésben fontos mennyiségek a hullámhossz és a frekvencia. Ezek alapján spektrumok, hullámhossz tartományok definiálhatók. Az elektromágneses spektrumot az 1. ábrán bemutatott, jelentősebb sávokra lehet felbontani.

E táblázatból az is látható, hogy milyen szűk sávban érzékel az emberi sem és ez épp Nap sugárzási energiájának maximum tartományához közeli intervallum. A többi tartomány érzékelésére speciális rögzítő, valamint megjelenítő berendezések szükségesek.

A tárgyak, jelenségek tulajdonságai szorosan összefüggnek az EM spektrumaival, amely alapján azonosíthatókká válnak. E spektrumok energiája jelentősen függ az objektum felületi hőmérsékletétől, amelyet a Stefan-Boltzman törvény fejez ki. Így a számunkra meghatározó sugárzási források három félék: a Napból, a Föld felszínről származók, valamint mesterségesen (radar) előállítottak.

Minden közvetítő közegnek szóró hatása van a sugárzásra, az energia egy bizonyos része elnyelődik, sőt vissza is verődik, a rezonancia hullámhossz függvényében. Mivel ezek az elnyelő tartományok már ismertek, csak olyan, adott hullámsáv tartományokban, azaz ablakokban mérnek, ahol a sugárzási energia elnyelése a lehető legkisebb, pl. amelyet átenged az atmoszféra. Így a gyakorlatban a természetes sugárzási intervallumból zömmel a 0,2 mm-0,7 mm és az infravörös (0,7-300 mm) tartományban mérnek, míg a radar esetében a mm-es és cm-es nagyságrendűek a regisztrálási sávok .

A görbe alapján megállapítható, hogy a legjelentősebb sugárzási forrás a Nap. A gyakorlatban a terepi objektumokról visszavert napsugárzás hullámait érzékeljük és használjuk fel értelmezéskor. A környezetünkben fellelhető tárgyak, növények, kőzetek stb. általában a közép-infravörös sugárzási tartományban sugároznak a legerősebben. Egyre hangsúlyosabb szerepet kapnak a légi felvevők speciális szenzorai, a hiperspektrális képalkotók, amelyek a távérzékelés új lehetőségeit jelentik, a reflektancia spektrumok igen finom felbontású felvételezése alapján. A hiperspektrális érzékelő berendezések a vizsgált hullámhossz tartományt (általában 0,4-2,5 56 m) folyamatosan fedik le, egyenletes szélességű, nagyon keskeny spektrum-csatornákkal (100-500 közötti csatorna). Ennek köszönhetően a hiperspektrális szenzorok a felszín spektrális tulajdonságairól igen részletes adatokat szolgáltatnak

A hiperspektrális adatok megfelelő részletességű feldolgozása nagyon fejlett kiértékelő kapacitást igényel, részben a feldolgozandó adatok mennyisége, részben azok komplexitása miatt. A hiperspektrális adatgyűjtés jelenleg lényegesen fejlettebb szinten áll, mint az adatok feldolgozása, hasznosítása.

a teljes kép 1781x878 pixel nagyságban

A 1. ábra a növényzet és néhány kőzettípus reflektanciáját szemléltei a hullámhossz függvényében. Ezek alapján a felvételek kalibrációja végezhető el és segítségével növényzet-, kőzettípusok különíthetők el, esetleges szennyező források kiterjedése mérhető térben és időben.

A gamma sugárzási tartomány a távérzékelés szempontjából majdnem érdektelen, mivel a Napból származó sugárzás nem éri el a Föld felszínét. A Földön észlelhető g -sugárzások, amelyek a radioaktív anyagokból származnak, alacsony repülési magasságból végzett légi geofizikai felvételezést igényelnek.

A röntgen- és az ultra-ibolyasugárzást az atmoszféra teljesen elnyeli, ezért mérésükre a távérzékelésben kevés példa létezik. A légi UV felvételezés speciális filmekre történik a 0,3-0,4 mm hullámtartományban, a mérések feldolgozása azonban jelentős és bonyolult légköri korrekciókat igényel.

Az első- és legjelentősebb hatású felvételek a látható tartományban készültek, és napjaink tematikus kiértékelései során is ezek a legelterjedtebbek.

Az infravörös tartományban működő mérőrendszerek kiemelt szerepet kapnak a természeti erőforrások kutatásában. A felszíni képződmények és talajok térképezésére, nyersanyag kutatásra, vegetációs borítottság és minőség stb. megállapítására használják. Külön regisztrálják a visszavert (0,35-2,5 mm) és a termál (3-5 mm és 8-14 mm) infravörös sávokat, mert az anyagi tulajdonságoktól függően a visszavert hullámok spektrumai jelentősen eltérhetnek egymástól.

A mikrohullámok tartományában két módszer használatos: a passzív és aktív észlelés. A passzív mikrohullámú letapogatók a terep, az objektumok saját mikrohullámú sugárzását mérik. E mikrohullámú radiométerek a hőmérséklet és nedvességtartalom, valamint terepazonosításra alkalmas berendezések. A nagy antenna szerkezet és mozgatása miatt felmerült technikai nehézségek mára a többsávú elektronikus letapogatási berendezéseket használják. A nagy zaj- és hibaforrások miatt ezért a passzív mikrohullámú rendszerek részben kiszorultak az aktív rendszerekkel szembe.

A legelterjedtebb, mesterséges sugárzást a mikrohullámok (radar) sávjában működő aktív berendezésekkel gerjesztik.

A mikrohullámok (0,3-300cm), főleg a mesterséges radar módszerek, jelentős teret hódítottak az utóbbi időben, ennek egyik legfontosabb előnye, hogy napszaktól és időjárástól függetlenek, áthatolnak a ködön, a felhőn. A radar a terepalakulatokat súrló fénnyel világítja meg, ezért a felszíni formákat plasztikussá teszik, segítve a morfológiai és tektonikai vizsgálatokat.

		II.2 A FILMEK GEOMETRIAI FELBONTÓKÉPESSÉGE

A különböző képek felbontóképessége alapvetően meghatározza a képen ábrázolható részletek olvashatóságát, a kiértékelő számára a fontos bélyegek felismerhetőségét.

A távérzékelésben és a fotóinterpretációban a geometriai felbontóképesség, avagy a feloldóképesség a képi részletek számát és élességét jelenti és ez a film minőség és a lencserendszer függvénye. E tulajdonság mérőszáma és egysége: az 1mm-en elkülöníthető fekete-fehér vonalpárok száma, azaz 100/mm, annyit jelent, hogy 100db fekete és fehér vonal különíthető el 1 mm-en.

A kiválasztott és alkalmazott leképezési módszerek már meghatározzák a felbontást, ugyanis az űrfelvételek, mint a nagy magasságtartományból észlelő távérzékelési módszer produktumai, zömmel alacsonyabb felbontást tesztnek lehetővé. A szinoptikus értelmezés nem követeli meg a túlságosan apró részletek felismerését, többnyire elég a 10-100m-es terepi felbontó képesség, mert ugyanakkor nagy kiterjedésű területet fed le egy időben, és annak előnyeit használja ki.

A leggyakoribb kereskedelmi műholdak képeinek felbontása:

• a Landsat felvételek többnyire a 30*30m-es terepi felbontóképességet biztosítanak multispektrális csatornáikon, illetve 15*15m-t fekete-fehérben;
• a SPOT felvételek esetén a 20*20m illetve 10*10m a multispektrális és pankromatikus terepi felbontóképesség, ez az érték a High Resolution Geometry nevű új berendezéssel 3- m-re csökkenthető;
• az amerikai IKONOS felbocsátása előrelépést jelentett, a felbontó-képességben, mert világviszonylatban az első olyan kereskedelmi műhold, amely 1 méteres térbeli felbontásával a legjobb minőségű felvételeket készíti (3. ábra), ennél fogva a képekből nyert információk mennyisége jelentősen megnőtt, alkalmazási lehetőségei.kitágultak

Az űrfelvételek terepi felbontóképessége függ az objektumok geometriájától is, azaz vonalas objektumok egy felvétel általános felbontóképessége alatt is felismerhetők.

Az alacsonyabb magassági tartományból, légi eszközökkel nyert távérzékelési anyagok nagyobb felbontást tesznek lehetővé, így a légifelvételeken a filmek minőségétől, típusától a repülési magasságtól és a felvevő kamerák műszaki paramétereitől függően apró részletek is azonosíthatókká válnak. Ha az azonosítandó objektum (pl. hordó) mérete, meghaladja a felbontást, akkor gyakorlatilag lehetetlenné válik az azonosítása. A környezetet szennyező tárgyak, objektumok felismerése csak a megfelelő felbontású, nagy méretarányú képekről végezhető el. Ennek érdekében elsődleges a megfelelő filmminőség kiválasztása, érzékenységének ismerete, ugyanis a felbontóképesség 80-400vonalpár/mm között váltakozhat filmtípustól függően. A készítés során fennálló légköri, időjárási viszonyok szintén hatással befolyásolják az objektumok azonosíthatságát.

Szemléltetésként az alábbiakban bemutatunk egy adott területről származó, de különböző távérzékelési módszerekkel készült felvétel sorozatot, a felbontás jelentőségét hangsúlyozva.

Az 1. melléklet egy Landsat űrfelvétel M = 1 : 50 000-es nagyításban, ahol gyakorlatilag megjelennek az egyes képpontok, a finom részletek azonosíthatatlanok.

A 2. melléklet egy magasrepülésű, M »1: 64 000-es, pankromatikus légifelvétel részlete, ugyanarról a területről.

A 3. melléklet színhelyes, M »1: 10 000-es eredeti méretarányú légifotó kivágata, ahol az 1m-nél kisebb kiterjedésű objektumok is elkülönülnek. (A kivágat raszterre bontott képrészlet, ezért az analóg - fotografikus - kép részletességét nem adja vissza tökéletesen.)

A 4. melléklet az M »1: 64 000-es légifelvétel részletének nagyítása M = 1: 10 000-re, ugyanarra a területre mint a 3. mellékleten.

Az 5. melléklet az M »1: 10 000-es légifelvétel 1cm ² -es részletének tízszeres nagyítását ábrázolja. Ekkorra a kontakt kép nagyíthatósága elérte szélső határát.

Minden analóg (fotográfiai) művelet, mint a kontaktolás, képnagyítás, nyomtatás, valamint digitalizálás (szkennelés) a legideálisabb feltételek esetén is legfeljebb megtartja az eredeti információtartalmat, de általában valamennyit ront. Ezért minél kevesebb, standardizált lépésben, és csak legszükségesebb helyzetben javasolt ezek végzése.

A Magyar Köztársaság modernizációs programjához kapcsolódva OMFB tanulmány készült 1997-98-ban, összefoglalva az ország légi módszereit a különféle felvételezések technikai paramétereitől a térképek és egyéb, tematikus felhasználási lehetőségek, létező és tervezett projektek ismertetéséig. Ez az áttekintés felsorolja a már meglévő légifénykép készítési szolgáltatásokat, a légifényképek tematikus, elsősorban földtudományi célú interpretálásban elért eredményeit, valamint a különféle távérzékelési eljárásokat és azok hazai felhasználási perspektíváit, továbbá azokat a jogszabályi kereteket, amik a kivitelezést, szabványosítást és a tárcák közötti együttműködést szabályozhatják. Bizonyos részeinek használhatósága időben természetesen korlátozott, de általános, elméleti szakaszai és a megvalósult programok ismertetője megfelelő alapismereteket nyújt mindenki számára.

		Irodalom:

CSORNAI G. - DALIA O., 1991.: Távérzékelés. – Kézirat. EFE Földmérési és Földrendezési Kar, Székesfehérvár

DOMOKOS Gy.-né, 1983.: Fotogrammetria és távérzékelés. – BME Mérnöktovábbképző Intézet, Budapest

F. F. SABINS, Jr., 1978.: Remote Sensing – Principles and Interpretation. – Freeman Co. San Francisco

Magyarország légi felmérése. – OMFB Tanulmány. Budapest, 1998. február.

The Manual of Remote Sensing, 3 ^RD edition. – American Society of Photogrammetry and Remote Sensing

MIKE Zs., 1976.: Légifénykép-interpretálás és a természeti erőforrások feltárása - Akadémiai Kiadó Budapest

A távérzékelés mezőgazdasági alkalmazása. – Tankönyv. MÉM MÉVTI-FÖMI, Budapest, 1987.

WINKLER G., 1991.: Információgyűjtő módszerek a távérzékelésben – Műegyetemi Kiadó, Budapest

Electromagnetic Spectrum: Spectral Signatures:
http://rst.gsfc.nasa.gov

USGS Digital Spectral Library: http://speclab.cr.usgs.gov/spectral.lib04/spectral-lib.desc+plots.html