Αερομεταφερόμενοι απεικονιστές και δεδομένα

Γενικά στοιχεία για αερομεταφερόμενους απεικονιστές και δεδομένα

Αεροφωτογραφία είναι η φωτογραφία (φωτογραφική απεικόνιση) που λαμβάνεται από αερομεταφερόμενα συμβατικά συστήματα απεικόνισης.

Σήμερα, αυτός ο γενικός ορισμός έχει επεκταθεί αφού πέραν της φωτογραφικής απεικόνισης συμπεριλαμβάνει και τη ψηφιακή. Η κατακόρυφη φωτογράφηση της γης η οποία έδωσε την πρώτη αεροφωτογραφία, πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά τον προηγούμενο αιώνα (περίπου το 1850), όταν ο NADAR πήρε το πρώτο φιλμ, χρησιμοποιώντας για την ανύψωση της μηχανής ένα μπαλκόνι. Από τότε μέχρι σήμερα η χρήση της αεροφωτογραφίας γνώρισαν μια σημαντική εξέλιξη και κυρίως μετά το 1950 οπότε και δημιουργήθηκε το Διεθνές Ινστιτούτο της Φωτογραμμετρίας και Φωτοερμηνείας από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Delf και το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο του Wageningen.

Η αεροφωτογραφία ως σύνθετη πηγή πληροφόρησης δίνει τη δυνατότητα να πραγματοποιηθεί η μελέτη διαφόρων φαινομένων σε σύντομο χρονικό διάστημα και με μεγάλη αξιοπιστία. Από εμπειρία έχει αποδειχθεί ότι ο χρόνος μελέτης μειώνεται μέχρι και 50% με τη χρήση αεροφωτογραφιών. Η μελέτη αεροφωτογραφιών μπορεί να δώσει στοιχεία τόσο ποιοτικά όσο και ποσοτικά των αντικειμένων που μελετούνται.

Οι αεροφωτογραφίες ανάλογα του τρόπου καταγραφής τους διακρίνονται σε αναλογικές και ψηφιακές. Στις αναλογικές αεροφωτογραφίες τα αντικείμενα καταγράφονται φωτογραφικά, δηλαδή οπτικά, σε φιλμ, ενώ στις ψηφιακές τα δεδομένα λήψης αποθηκεύονται ως μια συνεχής εικόνα σε ηλεκτρομαγνητικό μέσο. Τα αναλογικά φωτογραφικά συστήματα απεικόνισης, που αποτελούνται από τη φωτογραφική μηχανή και το φιλμ, μπορούν να καταγράψουν ακτινοβολία μόνο στο ορατό φάσμα και σε τμήματα του κοντινού υπέρυθρου.

Τα σπουδαιότερα αερομεταφερόμενα συστήματα απεικόνισης είναι τεσσάρων τύπων:

• Οι κλασσικές φωτογραφικές μηχανές πλαισίου.

• Οι φωτογραφικές μηχανές συνεχούς λήψεως ή λωρίδας, που λειτουργούν με την αρχή της συνεχούς κίνησης του φιλμ, με βάση το εστιακό επίπεδο της φωτογραφικής μηχανής και με ταχύτητα ανάλογη αυτής του αεροπλάνου.

• Οι πανοραμικές φωτογραφικές μηχανές, που καλύπτουν μεγάλη περιοχή σε μια λήψη με υψηλή και ομοιόμορφη διακριτική ικανότητα.

• Οι πολυφασματικές φωτογραφικές μηχανές, με τέσσερα, έξι ή εννέα φακούς ταυτόχρονης καταγραφής του αντικειμένου.

Οι φωτογραφικές μηχανές που χρησιμοποιούνται και οι παραγόμενες αεροφωτογραφίες είναι διαφόρων τύπων και επιλέγονται ανάλογα με το αποτέλεσμα το οποίο επιθυμείται. Οι φωτογραφικές μηχανές, ανάλογα με την εστιακή απόσταση τους, διακρίνονται σε:

• Μικρής εστιακής απόστασης (μέχρι 150mm)

• Κανονικής εστιακής απόστασης (μέχρι 150-300mm)

• Μεγάλης εστιακής απόστασης (> 300mm)

Τα φιλμ που χρησιμοποιούνται στο φωτογραφικό σύστημα είναι ασπρόμαυρα ή έγχρωμα. Τα ασπρόμαυρα φιλμ διακρίνονται σε:

• Παγχρωματικά (είναι τα κοινά ασπρόμαυρα): αυτά είναι ευαίσθητα σε όλα τα τμήματα του ορατού φάσματος (0,40 - 0,75μm), δηλαδή από την ιώδη έως την βαθιά ερυθρή ακτινοβολία, συμπεριλαμβανομένου και του κοντινού υπεριώδους. Στις φωτογραφίες αυτές τα αντικείμενα αναπαρίστανται, σε τόνους του γκρι, από το λευκό για αντικείμενα ισχυρής ανακλαστικής ικανότητας μέχρι το μαύρο για αντικείμενα ισχυρής απορροφητικότητας.

• Ασπρόμαυρα υπέρυθρα: αυτά είναι ευαίσθητα για όλη την ακτινοβολία στο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος μεταξύ 0,40 - 0,90μm, δηλαδή πέραν του ορατού καλύπτουν κυρίως την υπέρυθρη ακτινοβολία.

• Ορθοχρωματικά: αυτά είναι ευαίσθητα για την ακτινοβολία στο τμήμα μεταξύ 0,35 - 0,60μm, δηλαδή καλύπτουν από το υπεριώδες μέχρι το πράσινο.

Τα έγχρωμα φιλμ απαντούν σε τρεις τύπους, που είναι:

• Τα κανονικά έγχρωμα αρνητικά φιλμ τα οποία εμφανιζόμενα δίνουν έγχρωμο αρνητικό, το οποίο στη συνέχεια θα χρησιμοποιηθεί για την εκτύπωση των φωτογραφιών.

• Τα έγχρωμα διαθετικά, τα οποία εμφανιζόμενα δίνουν έγχρωμες διαφάνειες.

• Τα έγχρωμα υπέρυθρα φιλμ, τα οποία απαντούν σαν διαθετικά κυρίως φιλμ (φιλμ για διαφάνειες).

Στα κανονικά έγχρωμα αρνητικά φιλμ το κάθε χρώμα αναπαριστά το συμπληρωματικό χρώμα του αντικειμένου που φωτογραφίζεται, για παράδειγμα τα αντικείμενα του ερυθρού χρώματος αναπαρίστανται στο φιλμ με το κυανό, του μπλε με το κίτρινο, του άσπρου με το μαύρο κλπ.

Στα έγχρωμα διαθετικά φιλμ το αντικείμενο αναπαρίσταται με το φυσικό του χρώμα και η διαδικασία παραγωγής θετικών διαφανειών γίνεται με τη μέθοδο της αντίστροφης εμφάνισης. Στην περίπτωση των διαθετικών φιλμ (διαφάνειες) τα χρώματα πλησιάζουν τα φυσικά και επομένως η μελέτη τους μπορεί να γίνει στα ίδια τα φιλμ, ενώ στα αρνητικά τα χρώματα είναι τα συμπληρωματικά των φυσικών και επομένως πρέπει να γίνει η εμφάνιση της θετικής φωτογραφίας και μετά να ακολουθήσει η μελέτη της. Οι αεροφωτογραφίες, ανάλογα με το ύψος λήψης, διακρίνονται σε χαμηλής και υψηλής λήψης. Ταυτόχρονα τόσο οι φωτογραφικές μηχανές όσο και οι αεροφωτογραφίες, ανάλογα με την γωνία κάλυψης του πεδίου (σε μοίρες) διακρίνονται σε:

• Μικρής γωνίας λήψης (<60^o)

• Κανονικής γωνίας λήψης (60 - 75^o)

• Μεγάλης γωνίας λήψης (75 - 100^o)

• Υπερμεγέθους γωνίας λήψης (> 100^o)

Οι αεροφωτογραφίες ανάλογα με τη γωνία λήψης τους διακρίνονται σε κατακόρυφες, όταν ο άξονας της φωτογραφικής μηχανής έχει τοποθετηθεί με τρόπο ώστε να βλέπει κατακόρυφα και πλάγιες, όταν αυτός είναι τοποθετημένος με διαφορετική της κατακόρυφου γωνία. Οι κατακόρυφες, που πλεονεκτούν έναντι των πλάγιων, είναι αυτές που χρησιμοποιούνται σήμερα σε όλες τις εφαρμογές. Η ανοχή απόκλισης τους από την κατακόρυφο είναι μέχρι 3⁰.

Οι κατακόρυφες αεροφωτογραφίες έχουν καλή και ομοιόμορφη σαφήνεια σε ολόκληρη την επιφάνεια τους και η εδαφική έκταση που καλύπτουν είναι ορθογώνια. Οι πλάγιες αεροφωτογραφίες, που χρησιμοποιούνται μόνο για πολύ συγκεκριμένες ανάγκες, ανάλογα με το μέτρο της γωνίας του άξονα της φωτογραφικής μηχανής ως προς την κατακόρυφο, διακρίνονται σε πολύ πλάγιες ή οριζόντια πλάγιες και σε λίγο πλάγιες.

Οι συνήθεις αεροφωτογραφίες είναι τετράγωνες σε διαστάσεις 14x14, 18x18 και 23x23cm. Επίσης παράγονται και αεροφωτογραφίες ορθογώνιου σχήματος προερχόμενες από μηχανές λωρίδας. Αυτές τυπώνονται με απευθείας επαφή του αρνητικού φιλμ επάνω στο φωτογραφικό χαρτί και συνεπώς αυτές αποτελούν μεγεθυσμένα παράγωγα. Τα προβλήματα που παρουσιάζονται με τη μεγαλύτερη φωτεινότητα των φωτογραφιών, εξαιτίας της απορρόφησης τμήματος του φάσματος από τα στερεά και τους ατμούς που συμμετέχουν στην ατμόσφαιρα, αντιμετωπίζονται με την προσθήκη ειδικών φωτογραφικών φίλτρων.

Η φωτογράφηση μιας περιοχής γίνεται με βάση ένα σχέδιο πτήσης του αεροπλάνου. Το αεροπλάνο κινείται σε καθορισμένες γραμμές πτήσης, οι οποίες είναι παράλληλες μεταξύ τους και προς την επιφάνεια της γης. Κατά την κίνηση του σε μια γραμμή πτήσης η φωτογραφική μηχανή παίρνει σειρά αεροφωτογραφιών που δημιουργούν τη ονομαζόμενη λωρίδα. Το σύνολο των λωρίδων σε σειρές αεροφωτογραφιών και σε γραμμές λήψης τους μας δίνει το χάρτη λήψης των αεροφωτογραφιών.

Ο χρόνος που παρεμβάλλεται μεταξύ της λήψης δυο διαδοχικών αεροφωτογραφιών της ίδιας λωρίδας, κατά την ίδια φορά πτήσης, υπολογίζεται κατά τρόπο ώστε αυτές να έχουν επικάλυψη απεικόνισης τουλάχιστον 60%. Η επικάλυψη αυτή ονομάζεται κατά μήκος επικάλυψη ή επικάλυψη λωρίδας. Η απόσταση μεταξύ δυο διαδοχικών λωρίδων, δηλαδή δυο συνεχόμενων γραμμών πτήσης, καθορίζεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε οι αεροφωτογραφίες των λωρίδων αυτών να έχουν επικάλυψη 20-30%. Η επικάλυψη αυτή ονομάζεται πλευρική επικάλυψη. Οι επικαλύψεις αυτές των αεροφωτογραφιών είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη στερεοσκοπική (τρισδιάστατη) παρατήρηση τους η οποία μπορεί να επιτευχθεί μόνο στους χώρους επικάλυψης τους.

Στοιχεία αεροφωτογραφιών

Τα στοιχεία των αεροφωτογραφιών αποτελούν ένα σύνολο αποτυπωμένων (καταγραφικών) δεδομένων και γεωμετρικών σημείων. Τα γεωμετρικά σημεία των αεροφωτογραφιών καταγράφονται εν μέρει κατά την στιγμή της λήψης και τα υπόλοιπα καθορίζονται στη συνέχεια, επάνω σε αυτές. Αναλυτικότερα, τα σημαντικότερα από τα στοιχεία των αεροφωτογραφιών είναι τα ακόλουθα:

Στοιχεία λήψης: Αναγράφονται στο περιθώριο της αεροφωτογραφίας και αφορούν:

• Τον αύξοντα αριθμό της φωτογραφίας.

• Την ημερομηνία και την ώρα λήψης.

• Το ύψος πτήσης.

• Την οριζοντιότητα της βάσης στήριξης της μηχανής λήψης (με καταγραφή φυσαλίδας οριζοντίωσης).

• Την εστιακή της απόσταση.

Ενδεικτικά σημεία: Είναι τέσσερα σημεία, τα οποία δείχνονται με αιχμές ή βέλη ή σταυρούς στο μέσο των πλευρών ή στις γωνίες της αεροφωτογραφίας.

Ύψος λήψης: Είναι η απόσταση του σημείου λήψης της αεροφωτογραφίας από την φωτογραφούμενη γήινη επιφάνεια. Αυτό προκύπτει όταν, από το ύψος πτήσης του αεροπλάνου Η (απόσταση Ν' - Κ, όπου Κ το κέντρο του φακού λήψης) αφαιρεθεί το μέσο υψόμετρο του γήινου ανάγλυφου h.

Φωτογραφικό Ναδίρ: Είναι το σημείο τομής της αεροφωτογραφίας από την κατακόρυφο που διέρχεται από το κέντρο του φακού. Σαν επίγειο Ναδίρ θεωρείται το σημείο τομής του εδάφους από αυτήν την κατακόρυφο.

Κύριο σημείο: Είναι το γεωμετρικό κέντρο της αεροφωτογραφίας, το οποίο καθορίζεται από την τομή των ευθειών που ενώνουν τα απέναντι ενδεικτικά σημεία. Στις κατακόρυφες αεροφωτογραφίες το κύριο σημείο συμπίπτει με το Ναδίρ, ενώ στις πλάγιες αυτά δεν συμπίπτουν.

Συζυγές κύριο σημείο: Σε μια αεροφωτογραφία το συζυγές κύριο σημείο είναι η απεικόνιση επάνω σε αυτή του κυρίου σημείου της αμέσως διπλανής αεροφωτογραφίας. Σε συνεχόμενες αεροφωτογραφίες με επικάλυψη 60% υπάρχουν, σε κάθε μια από αυτές, δυο συζυγή σημεία, το ένα αριστερά και το άλλο δεξιά του κύριου σημείου, που προκύπτουν αντίστοιχα από τα κύρια σημεία της αριστερής και δεξιάς αεροφωτογραφίας. Δυο συνεχόμενες αεροφωτογραφίες της ίδιας πτήσης ονομάζονται ζεύγος αεροφωτογραφιών.

Απόσταση βάσης: Είναι η απόσταση του κύριου από το συζυγές σημείο στην ίδια αεροφωτογραφία.

Άξονας λήψης: Είναι η ευθεία που ενώνει το σημείο λήψης (κέντρο φακού κάμερας) με το κύριο σημείο της αεροφωτογραφίας.

Διεύθυνση λήψης: Είναι η προέκταση του άξονα λήψης στο χώρο.

Γωνία λήψης: Είναι η γωνία που σχηματίζεται από τον άξονα ή τη διεύθυνση λήψης με την κατακόρυφο.

Γραμμή πτήσης: Είναι η γραμμή που ακολουθεί το αεροπλάνο. Η γραμμή αυτή προκύπτει και από τις αεροφωτογραφίες με την ένωση του κύριου και συζυγών σημείων. Αυτή διαφοροποιείται κατά την πτήση, κυρίως λόγω καιρικών συνθηκών.

Χάρτης πτήσης: Είναι η απεικόνιση των γραμμών πτήσης ή πτήσεων σε τοπογραφικό χάρτη.

<b>Επικάλυψη αεροφωτογραφιών: Είναι η κοινή έκταση που περιλαμβάνεται σε δυο διαδοχικές αεροφωτογραφίες, είτε κατα τη γραμμή πτήσης (κατά μήκος επικάλυψη) και είναι συνήθως 60%, είτε μεταξύ δυο γραμμών πτήσης (κατά πλάτος ή εγκάρσια επικάλυψη) και είναι συνήθως 15 - 30%.

Κλίμακα αεροφωτογραφίας: Αυτή καθορίζεται από τη σχέση Κ=1/Η/f

Όπου Η= ύψος λήψης αεροφωτογραφίας, f=εστιακή απόσταση φακού σε mm.

Στην περίπτωση που δεν έχει αναγραφεί στην αεροφωτογραφία το ύψος πτήσης, τότε κλίμακα υπολογίζεται με το καθορισμό δυο σημείων της αεροφωτογραφίας στον αντίστοιχο τοπογραφικό χάρτη, όπου μπορεί να καθοριστεί η απόσταση τους και στη συνέχεια η αναγωγή της απόστασης αυτής στην αεροφωτογραφία.

Σφάλματα και παραμορφώσεις των αεροφωτογραφιών

Συχνά υπάρχει η τάση να θεωρείται ότι μια αεροφωτογραφία δίνει εικόνα εδάφους όμοια με εκείνη του χάρτη, θεώρηση όμως η οποία δεν είναι σωστή. Ο τοπογραφικός χάρτης είναι μια σμίκρυνση της γήινης επιφάνειας (δηλ. του ανάγλυφου) σε ορθή προβολή επάνω σε ένα επίπεδο, το οποίο είναι το επίπεδο της θάλασσας που λαμβάνεται και ως επίπεδο απόλυτου υψομέτρου μηδέν. Η αεροφωτογραφία όμως, σε αναφορά με το ίδιο βασικό επίπεδο του χάρτη, αποτελεί κεντρική προβολή του εδάφους στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο. Μια επίσης σημαντική διαφορά είναι το ότι, η αεροφωτογραφία είναι μια αντικειμενική παρουσίαση της εικόνας των αντικειμένων σε σχέση με το χάρτη όπου ορισμένα αντικείμενα μεγεθύνονται για τεχνικούς λόγους, κυρίως παρουσίασης τους, ενώ κάποια άλλα, που μπορεί να είναι σημαντικά σε μια θεματική έρευνα, υποβαθμίζονται.

Εάν θεωρηθεί μια λήψη θετική, με άμεση επαφή κλισέ και εδάφους, τότε για το σημείο Μ του εδάφους ορίζεται στη φωτογραφία το σημείο m' το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ως προβολή σε σχέση με το σημείο Ο και με την ίδια εστιακή απόσταση f. Αυτή αποτελεί και μια αρχή επάνω στην οποία στηρίζεται η μελέτη των αεροφωτογραφιών. Έτσι, η λήψη αεροφωτογραφιών και αν ακόμη γίνει με τις πλέον ευνοϊκές συνθήκες, συνοδεύεται από ορισμένα σφάλματα και παραμορφώσεις που οφείλονται κυρίως στα ακόλουθα:

Στη δυσκολία του αεροπλάνου να διατηρήσει ευθύγραμμη πορεία και σταθερό ύψος:

Το γεγονός αυτό συμβαίνει γιατί στα χαμηλότερα ατμοσφαιρικά στρώματα οι καιρικές συνθήκες μεταβάλλονται πολύ γρήγορα. Για το λόγο αυτό σπάνια και μόνο σε ειδικές περιπτώσεις επιχειρείται λήψη αεροφωτογραφιών μιας περιοχής από ύψος μικρότερο από 2km. Όσο μεγαλύτερο ύψος έχει η πτήση, τόσο οι δυσκολίες αυτές μειώνονται, όποτε και οι αεροφωτογραφίες παρουσιάζουν καλύτερη κυρίως γεωμετρική και κατά επέκταση τοπογραφική ακρίβεια. Η παρέκκλιση του αεροπλάνου από την προγραμματισμένη πορεία μεταβάλλει την παραλληλία των γραμμών πτήσης και κατ' επέκταση τις σχέσεις μεταξύ του κέντρου και των συζυγών κέντρων των αεροφωτογραφιών, με αποτέλεσμα η απεικόνιση σε δυο διαδοχικές αεροφωτογραφίες της ίδιας περιοχής να παρουσιάζει παραμορφώσεις στην ανάλυση της.

Στη δυσκολία διατήρησης της απόλυτης οριζοντιότητας του αεροπλάνου κατά την πτήση: Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την απόκλιση του άξονα λήψης της αεροφωτογραφίας από την κατακόρυφο. Το γεγονός αυτό έχει ως συνέπεια την παρουσία παραμορφώσεων εξαιτίας της έλλειψης σε διαδοχικές αεροφωτογραφίες παραλληλίας των αξόνων τους.

Σε προβλήματα ή ελαττώματα του συστήματος απεικόνισης των αεροφωτογραφιών: Τα προβλήματα αυτά έχουν σχέση με τη φωτογραφική μηχανή, τους φακούς, τα φίλτρα και τα φιλμ.

Στην απουσία κάθετης προβολής των σημείων της γήινης επιφάνειας στην αεροφωτογραφία: Η αεροφωτογραφία αποτελεί κωνική αποτύπωση των σημείων της επιφάνειας και όχι κάθετη προβολή όπως αποτελεί ο τοπογραφικός χάρτης. Το γεγονός αυτό δημιουργεί ακτινωτή μετατόπιση των σημείων της επιφάνειας της γης στην αεροφωτογραφία. Όσο μικρότερη είναι η γωνία λήψης τόσο μικρότερη είναι και η μετατόπιση αυτή.

Στην απουσία σταθερότητας της κλίμακας της αεροφωτογραφίας: Η κλίμακα στις αεροφωτογραφίες μεταβάλλεται όχι μόνο από τη μια φωτογραφία στην άλλη, αλλά ακόμη και από θέση σε θέση στην ίδια αεροφωτογραφία, σε αντίθεση με τον τοπογραφικό χάρτη, ο οποίος παρουσιάζει ίδια κλίμακα σε όλη την επιφάνεια του. Το γεγονός αυτό οφείλεται στη συνεχή μεταβολή του ύψους του ανάγλυφου σε μια περιοχή. Όσο η μεταβολή αυτή είναι συχνότερη και εντονότερη, για παράδειγμα συχνές εναλλαγές ορεινών και πεδινών τοπίων, πολύ υψηλές και οξύληκτες κορυφές, τόσο η παραμόρφωση (διόγκωση) του ανάγλυφου στην αεροφωτογραφία είναι εντονότερη.

Η κλίμακα μιας αεροφωτογραφίας που έχει ληφθεί με μια φωτογραφική μηχανή εστιακής απόστασης φακού f, από ένα ύψος πτήσης Η και η οποία απεικονίζει σημεία διαφορετικού υψομέτρου δίνεται από τον τύπο 1/Κ=f/H-h. Από τη σχέση αυτή, και δεδομένης της εστιακής απόστασης f σταθερής, προκύπτει ότι, οι μεταβολές στο λόγο 1/Κ, δηλαδή στην κλίμακα, προέρχονται τόσο από μεταβολές του ύψους πτήσης (Η) όσο και από τα διαφορετικά υψόμετρα που έχουν τα διάφορα σημεία που απεικονίζονται (h).

Προκειμένου να υπολογίσουμε τη μεταβολή της κλίμακας όταν μεταβάλλεται το υψόμετρο αντιστρέφουμε και διαφορίζουμε την παραπάνω σχέση, οπότε μετά από κατάλληλη μαθηματική επεξεργασία έχουμε τις ακόλουθες σχέσεις:

dK=1/fxdH-1/fxdh.

Θεωρώντας ότι το ύψος πτήσεως Η του αεροσκάφους είναι κατά προσέγγιση σταθερό, δηλαδή dH=0, η παραπάνω σχέση μετατρέπεται σε dK=-1/fxdh. Το αρνητικό σημείο δείχνει ότι με τη μείωση του h αυξάνεται το K και αντίστροφα. Επομένως ο τύπος προσδιορισμού της νέας κλίμακας γίνεται 1/Κ'=1/(Κ+dK)=1/(K-dh/f)=f/(Kxf-dh)δηλαδή 1/Κ'=f/(Kxf-dh)

Η παραπάνω σχέση δίνει τη νέα κλίμακα σε σχέση με τη μεταβολή του υψομέτρου ενός σημείου της αεροφωτογραφίας. Για παράδειγμα αεροφωτογραφία κλίμακας 1:33.300 που λήφθηκε με φωτογραφική μηχανή εστιακής απόστασης f = 150mm, η κλίμακα της γίνεται 1:11.667 για υψομετρική διαφορά 500 μέτρων και 1:8.333 για υψομετρική διαφορά 1.000 μέτρων. Η μεταβολή της κλίμακας μιας φωτογραφίας εξαιτίας των διαφορετικών υψομέτρων των σημείων οφείλεται στη μετατόπιση των σημείων σε άλλες θέσεις, ανάλογα με το υψόμετρο τους, εξαιτίας της κωνικής απεικόνισης. Οι μετατοπίσεις αυτές είναι δυνατόν να υπολογιστούν με την ακόλουθη σχέση, που προκύπτει από τα όμοια τρίγωνα:

r'= f x Δ x h_A / Η x (H-h_A) όπου

f = εστιακή απόσταση φωτογραφικής μηχανής. Δ = απόσταση του σημείου Α από το κύριο σημείο της αεροφωτογραφίας. h_A = υψόμετρο του σημείου Α. H = ύψος πτήσης του αεροσκάφους. r'= σφάλμα θέσεως.

Από τη σχέση αυτή φαίνεται ότι στη δημιουργία σφαλμάτων επιδρά αφενός η απόσταση από το κύριο σημείο της αεροφωτογραφίας και αφετέρου το υψόμετρο του σημείου (h_A), η αύξηση του οποίου επιδρά διπλά στην αύξηση της αριθμητικής σχέσης, αφού υπάρχει πολλαπλασιαστικά στον αριθμητή και αφαιρετικά στον παρανομαστή. Προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση των αλλαγών του υψομέτρου h ενός σημείου και στην απόσταση Δ από το κύριο σημείο της αεροφωτογραφίας, γίνεται ανάλυση των σφαλμάτων της σχέσης.

Για τη σωστότερη μελέτη των αεροφωτογραφιών για γεωτεχνικές εφαρμογές απαιτείται η ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων αυτών. Αυτό έχει ως συνέπεια την ανάγκη διερεύνησης των σειρών πτήσεων με τις οποίες έχει καλυφθεί κατά καιρούς μια περιοχή, έτσι ώστε να επιλεγεί αυτή που παρουσιάζει τα λιγότερα σφάλματα. Γενικά, οι αεροφωτογραφίες που προορίζονται για γεωτεχνικές έρευνες και μελέτες πρέπει να πληρούν τους ακόλουθους όρους:

• Δεν πρέπει να παρουσιάζουν στην επιφάνεια τους λευκές περιοχές, φαινόμενο που οφείλεται κυρίως στην παρουσία νεφών κατά το χρόνο της λήψης τους.
• Να είναι κατά το δυνατόν κατακόρυφες.
• Να υπάρχει καλή παραλληλία στις διαδοχικές πορείες πτήσης.
• Να επικαλύπτονται, με το κατά το δυντόν υψηλότερο ποσοστό κάλυψης.
• Το ύψος πτήσης του αεροπλάνου κατά τη λήψη αεροφωτογραφιών να είναι σταθερό.
• Να είναι απαλλαγμένες από συστηματικά σφάλματα τα οποία οφείλονται στα συστήματα απεικόνισης.

Στερεοσκοπική εικόνα

Η επικάλυψη μεταξύ δυο διαδοχικών αεροφωτογραφιών της ίδιας πτήσης (ζεύγος αεροφωτογραφιών), που συνήθως είναι 60% κατά μήκος και 20-30% κατά πλάτος, δίνει την δυνατότητα στερεοσκοπικής παρατήρησης στις περιοχές που επικαλύπτονται. Η δυνατότητα αυτή οφείλεται στην ιδιότητα της όρασης να συνθέτει στερεοσκοπική εικόνα με την παρατήρηση από τους οφθαλμούς των ίδιων σημείων με διαφορετική γωνία. Η παρατήρηση λοιπόν ίδιων σημείων σε δυο συνεχόμενες αεροφωτογραφίες με διαφορετικό οφθαλμό το καθένα δημιουργεί οπτικά στερεοσκοπική εικόνα. Με κατάλληλη άσκηση λοιπόν είναι δυνατόν να επιτύχουμε με γυμνούς οφθαλμούς στερεοσκοπική παρατήρηση σε δυο διαδοχικές επικαλυπτόμενες αεροφωτογραφίες, γεγονός όμως που είναι κουραστικό.

Η στερεοσκοπική παρατήρηση των αεροφωτογραφιών υποβοηθάτε με όργανα που καλούνται στερεοσκόπια. Τα όργανα αυτά έχουν κατασκευαστεί με τρόπο ώστε πέραν από την ευκολία στερεοσκοπικής παρατήρησης, με τη βοήθεια διατήρησης σταθερής απόστασης μεταξύ των αεροφωτογραφιών και οφθαλμών, να παρέχουν δυνατότητες ακριβέστερης ανάλυσης των αεροφωτογραφιών. Τα στερεοσκόπια που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι γενικά τριών τύπων:

• Τα στερεοσκόπια τσέπης.
• Τα κατοπτρικά στερεοσκόπια.
• Τα κατοπτρικά στερεοσκόπια ρυθμιζόμενων φακών μεγάλης μεγένθυσης.

Τα στερεοσκόπια τσέπης αποτελούνται από δυο απλούς φακούς στερεωμένους επάνω σε ένα πλαίσιο με πτυσσόμενα πόδια. Η μεγέθυνση στα στερεοσκόπια αυτά είναι σταθερή και δεν ξεπερνάει το 2 έως 3Χ. Σε μερικούς τύπους η απόσταση μεταξύ των φακών είναι δυνατόν να αυξομειωθεί, έτσι επιτυγχάνεται καλύτερη παρατήρηση, αφού μπορεί να ρυθμιστεί η απόσταση των φακών με βάση την απόσταση των οφθαλμών που είναι διαφορετική από άνθρωπο σε άνθρωπο. Το πρόβλημα στον τύπο αυτό είναι η δυνατότητα παρατήρησης μικρού πεδίου, ενώ για τη δημιουργία στερεοσκοπικής εικόνας απαιτείται αναδίπλωση της μιας εκ των δυο αεροφωτογραφίας (στερεοσκοπικό ζεύγος). Τα στερεοσκόπια του τύπου αυτού χρησιμοποιούνται κυρίως στην ύπαιθρο.

Τα κατοπτρικά στερεοσκόπια στηρίζονται σε ειδικά διαμορφωμένη βάση στα πλάγια της οποίας είναι τοποθετημένα τα κάτοπτρα, τα οποία μαζί με τους προσοφθάλμιους μεγεθυντικούς φακούς και με δυο παρεμβαλλόμενα πρίσματα αποτελούν δυο επιμέρους συμμετρικά οπτικά συστήματα στο ενιαίο σύστημα. Οι φακοί στον τύπο αυτό είναι δυνατόν να αυξομειωθούν, ενώ υπάρχει δυνατότητα μεγαλύτερης από τα προηγούμενα ρυθμιζόμενης μεγέθυνσης (6 έως 8Χ). Το όλο οπτικό σύστημα του τύπου αυτού, πέραν της μεγαλύτερης μεγένθυσης, δίνει τη δυνατότητα παρατήρησης μεγάλων περιοχών των αεροφωτογραφιών. Τα στερεοσκοπία αυτά χρησιμοποιούνται κυρίως στο εργαστήριο.

Τα στερεοσκόπια ρυθμιζόμενων φακών μεγάλης μεγένθυσης είναι βαριά και δύσκολα μεταφερόμενα όργανα, για αυτό χρησιμοποιούνται μόνο στο εργαστήριο. Αποτελούνται από ένα σύστημα κατόπτρων και ρυθμιζόμενων φακών και έχουν αυτόνομο φωτισμό, τον οποίο δεν διαθέτουν οι δυο προηγούμενοι τύποι. Επίσης παρέχουν την δυνατότητα ταυτόχρονης παρατήρησης από δυο άτομα. Στις αεροφωτογραφίες μια από τις βασικές προϋποθέσεις για τη δημιουργία στερεοσκοπικής εικόνας είναι η μεταξύ τους κατάλληλη επικάλυψη. Στη στερεοσκοπική εξέταση, οι δυο με κανονική επικάλυψη διαδοχικές αεροφωτογραφίες (κατά 60% περίπου) της αυτής φωτογραφικής σειράς ονομάζονται στερεοσκοπικό ζεύγος.

Για μια πρόχειρη εξέταση ενός στερεοσκοπικού ζεύγους, μετακινούμε με αργές κινήσεις τις αεροφωτογραφίες κάτω από το στερεοσκόπιο τσέπης για να είναι δυνατή η επίτευξη της στερεοσκοπικής εικόνας. Προκειμένου όμως για εργασία μεγαλύτερης ακρίβειας ή για φωτογραμμετρικές μετρήσεις, η τοποθέτηση των αεροφωτογραφιών γίνεται με τον ακόλουθο τρόπο:

• Παίρνουμε δυο γειτονικές αεροφωτογραφίες της ίδιας φωτογραφικής σειράς.
• Βρίσκουμε τα γεωμετρικά τους κέντρα.
• Βρίσκουμε, στερεοσκοπικά, τα συζυγή κέντρα της καθεμιάς αεροφωτογραφίας πάνω στη διπλανή της. Έτσι σε κάθε αεροφωτογραφία έχουμε δυο σημεία.
• Τοποθετούμε τις δυο αεροφωτογραφίες πάνω στο τραπέζι εργασίας σε κατάλληλη μεταξύ τους απόσταση και κατά τρόπο ώστε τα τέσσερα σημεία κέντρα τους βρίσκονται πάνω στην ίδια ευθεία.
• Θέτουμε το στερεοσκόπιο παράλληλα προς την ευθεία, πάνω στην οποία βρίσκονται τα τέσσερα παραπάνω σημεία, που είναι στην πραγματικότητα η γραμμή πτήσης του αεροπλάνου.

Εάν όλες οι παραπάνω εργασίες έγιναν καλά, θα έχουμε μια πάρα πολύ καλή στερεοσκοπική εικόνα. Στη θέση αυτή στερεώνουμε τις αεροφωτογραφίες, οι οποίες, έτσι, είναι έτοιμες για τη στερεοσκοπική εξέταση τους. Εφόσον η περιοχή παρουσιάζει υψηλό ανάγλυφο διαπιστώνεται εύκολα μια κατακόρυφη διόγκωση, η οποία όπως έχει προαναφερθεί οφείλεται στην επιμήκυνση των κατακόρυφων αποστάσεων σε σχέση με τις οριζόντιες. Η διόγκωση αυτή βοηθάει πολύ την παρατήρηση σε περιοχές χαμηλού ανάγλυφου, ενώ δημιουργεί προβλήματα σε περιοχές υψηλού και οξύληκτου ανάγλυφου.

Ψηφιακές αεροφωτογραφίες

Η παραγωγή ψηφιακών αεροφωτογραφιών σε αντίθεση με τις αναλογικές αεροφωτογραφίες απαιτεί περισσότερο εξελιγμένα συστήματα λήψης, αρχειοθέτησης και παραγωγής τα οποία πέραν των άλλων έχουν υψηλό κόστος. Η επιλογή τους θα πρέπει να έχει ως στόχο την άμεση συνεργασία τους με συστήματα ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών. Για το σκοπό αυτό οι ψηφιακές αεροφωτογραφίες θα πρέπει να έχουν διορθωθεί από τα σφάλματα τους. Οι αεροφωτογραφίες που έχουν υποστεί γεωγραφική διόρθωση ονομάζονται ψηφιακές ορθοφωτογραφίες. Υπάρχουν δυο τρόποι παραγωγής ψηφιακών αεροφωτογραφιών:

• Η παραγωγή τους με κατευθείαν ψηφιακή λήψη.

• Η παραγωγή τους από ψηφιοποίηση αεροφωτογραφιών αναλογικής μορφής.

Η απευθείας λήψη αεροφωτογραφιών σε ψηφιακή μορφή γίνεται με ειδικά όργανα καταγραφείς, ψηφιακές κάμερες και video. Μια συνήθης καταγραφή είναι αυτή με ψηφιακή video camera, όπου η περιοχή κατά μήκος της γραμμής πτήσης του αεροσκάφους αποθηκεύεται ως μια συνεχής εικόνα σε μαγνητικό μέσο. Στη συνέχεια χρησιμοποιείται ένα video frame - grabber για να ληφθούν οι αεροφωτογραφίες μεμονωμένες. Η μέθοδος αυτή παρά την εύκολη λήψη έχει πολλά μειονεκτήματα εξαιτίας της μειωμένης ανάλυσης της λαμβανόμενης ψηφιακής εικόνας, της δυσκολίας βαθμονόμησης της κάμερας, της επίδρασης της θερμοκρασίας και της δυσκολίας συγχρονισμού της κάμερας και του συστήματος video frame - grabber. Το μοναδικό ίσως πλεονέκτημα είναι το χαμηλό κόστος. Μια άλλη συσκευή λήψης είναι οι φωτογραφικές μηχανές ψηφιακής λήψης ή κάμερες φωτοευαίσθητων κυττάρων, όπου στη θέση του φιλμ υπάρχει ένας πίνακας φωτοευαίσθητων κυττάρων που λαμβάνει τις τιμές φωτεινότητας του εδάφους που φωτογραφίζεται, οι οποίες στη συνέχεια καταγράφονται σε μαγνητικά μέσα. Οι περισσότερες ψηφιακές μηχανές λήψης που κυκλοφορούν σήμερα χρησιμοποιούν αισθητήρες CCD (Change Coupled Devisers). Τα μειονεκτήματα των συσκευών αυτών αφορούν κατά κύριο λόγο το περιορισμένο μέγεθος του πίνακα φωτοευαίσθητων κυττάρων (55mm x 55mm) και το σχήμα των εικονοστοιχείων (pixels), που είναι ορθογώνια αντί για τετράγωνα με αποτέλεσμα να έχουμε σφάλματα στη ψηφιακή αεροφωτογραφία. Πρόσφατες επιστημονικές έρευνες οδήγησαν στην κατασκευή περισσότερο εξελιγμένων αισθητήρων, τελείως διαφορετικής αρχής, τους CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductors), οι οποίοι χρησιμοποιούν στα modem, μνήμες και ολοκληρωμένα κυκλώματα. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα τους είναι η οικονομική παραγωγή και η μικρή ηλεκτρική κατανάλωση (100 φορές μικρότερη των CCD). Στην τεχνολογία των ενεργών κυψελίδων (ή εικονοστοιχείων, active pixels) CMOS κάθε στοιχείο περιέχει όχι μόνο το τμήμα αισθητήρα, αλλά και την ενισχυτική βαθμίδα ώστε να μεταφέρει τα δεδομένα κατευθείαν.

Στις ΗΠΑ σήμερα προωθείται η τεχνολογία APS (Active Pixel Sensor), με την οποία εξαφανίζεται ο ηλεκτρικός θόρυβος, πρόβλημα που δεν επέτρεπε την εμπορική αξιοποίηση CMOS σε ψηφιακές εφαρμογές εικόνας και σάρωσης. Τα κύρια χαρακτηριστικά των ψηφιακών μηχανών, πέραν των όσων αφορούν όλες τις μηχανές λήψης (φακοί, εστίαση κλπ), αφορούν τον τύπο του αισθητήρα (sensor), την ανάλυση (optical resolution), τα χρώματα (σε bit), την κύμανση της πυκνότητας (density range), το χρόνο σάρωσης (scan time) και την επεξεργασία του σήματος (signal processing). Οι έγχρωμες εικόνες έχουν περίπου 16 εκατομμύρια χρώματα, βάθος 24 bit και ανάλυση 1600x1200 εικονοστοιχείων, χωρίς συμπίεση. Υπάρχουν ειδικά λογισμικά, που συνοδεύουν τη μηχανή, τα οποία εξασφαλίζουν τη μεταφορά των εικόνων και την αποθήκευση τους απ' ευθείας στον υπολογιστή. Πέραν από αυτά, σημαντικό ρόλο παίζουν τα παρελκόμενα και η συμβατότητα τους με άλλα αναγκαία συστήματα, όπως υπολογιστές, εκτυπωτές, λογισμικά, κλπ. Οι δυνατότητες των ψηφιακών μηχανών που κυκλοφορούν στο εμπόριο σήμερα, έχουν χωρητικότητα 40-60 εικόνων και μπορούν να συνδεθούν απευθείας με ηλεκτρονικό υπολογιστή. Η ανάλυση τους κυμαίνεται από 800x600 έως 1600x1200, δηλαδή είναι πέντε φορές υψηλότερη των συμβατικών αναλογικών συστημάτων. Οι ψηφιακές μηχανές λειτουργούν σε περιβάλλον MAC και WINDOWS και χρησιμοποιούν σύνδεση SCSI που εξασφαλίζει τη μεταφορά δεδομένων από τη μηχανή στον υπολογιστή σε λίγα δευτερόλεπτα. Αρκετές από αυτές έχουν και μετατροπέα SCSI σε PCMCIA, για σύνδεση της μηχανής με τη θύρα PCMCIA του υπολογιστή. Για την εκτύπωση των ψηφιακών εικόνων, δηλαδή την παραγωγή τους σε αναλογική μορφή, υπάρχουν ειδικοί εκτυπωτές (film printers) οι οποίοι παίρνουν τα αρχεία των εικόνων από τον υπολογιστή και εκτυπώνουν τόσο φωτογραφίες όσο και διαφάνειες. Ένα πλήρες σύστημα λήψης, αποθήκευσης, επεξεργασίας και εκτύπωσης ψηφιακών εικόνων περιλαμβάνει ψηφιακή μηχανή, ηλεκτρονικό υπολογιστή και εκτυπωτή, τα οποία είναι συμβατά και κατάλληλα συνδεδεμένα μεταξύ τους. Η πλέον ασφαλής και αξιόπιστη μέθοδος λήψης ψηφιακών φωτογραφίων είναι με τη χρήση αυτόματων σαρωτών ή ψηφιοποιητών (scanners). Υπάρχουν ειδικοί σαρωτές (film scanners) οι οποίοι μετατρέπουν αναλογικές εικόνες, θετικά ή αρνητικά φιλμ, έγχρωμα ή ασπρόμαυρα, σε ψηφιακές. Ειδικά για τη ψηφιοποίηση αεροφωτογραφιών υπάρχουν στην αγορά μόνο λίγα μοντέλα φωτογραμμετρικών ψηφιοποιητών, τα οποία όμως είναι πολύ ακριβά. Αυτά μπορούν να ψηφιοποιήσουν αεροφωτογραφίες με διακριτική ικανότητα 7 μικρά ή 3387 dpi(dots per inch) ή και περισσότερα. Στη ψηφιοποίηση των αεροφωτογραφιών υπάρχουν δυο αλληλοσυγκρουόμενοι παράγοντες που είναι η ανάλυση σάρωσης, από την οποία προκύπτει η λεπτομέρεια της λαμβανόμενης πληροφορίας και το μέγεθος των αρχείων αποθήκευσης πληροφοριών που δημιουργούνται.

Όσο πιο υψηλή είναι η ανάλυση σάρωσης (resolution), που εκφράζεται σε τελείες ανά ίντσα dpi, άρα και η λαμβανόμενη πληροφορία πιο λεπτομερής, τόσο πιο μεγάλα αρχεία δημιουργούνται, με αποτέλεσμα να χρειάζονται μεγάλοι αποθηκευτικοί χώροι σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι από τη ψηφιοποίηση μιας ασπρόμαυρης αεροφωτογραφίας μεγέθους 23cmx23cm, σε ανάλυση 20m, προκύπτει ένα αρχείο δεδομένων 126 Mbytes. Το αρχείο αυτό εκτός από τις απαιτήσεις που έχει για μαγνητικούς χώρους απαιτεί και πολύ μεγάλης δυναμικότητας ηλεκτρονικούς υπολογιστές για την επεξεργασία του. Η αναλογική εικόνα με την ψηφιοποίηση της μετατρέπεται σε ένα σύνολο από στοιχειώδη αυτοτελή τετράγωνα τεμάχια τα εικονοστοιχεία (pixels). Κάθε ένα από αυτά έχει τις δικές του ιδιότητες, όπως για παράδειγμα τη δική του τιμή χρώματος. Με τον τρόπο αυτό σε μια ψηφιοποιημένη παγχρωματική ασπρόμαυρη αεροφωτογραφία το κάθε εικονοστοιχείο μπορεί να έχει τιμή 0-255, δηλαδή 256 τιμές, όσοι και οι τόνοι του γκρίζου. Σε μια έγχρωμη αεροφωτογραφία το εικονοστοιχείο μπορεί να παίρνει 16,7 εκατομμύρια τιμές, διότι κάθε χρώμα προκύπτει από μίξη των τριών βασικών χρωμάτων, του κόκκινου, του πράσινου και του μπλε, που κάθε ένα από αυτά έχει 256 διαβαθμίσεις, άρα συνολικά 256x256x256=16.777.216 τιμές χρωμάτων. Στην περίπτωση της ασπρόμαυρης αεροφωτογραφίας το βάθος του εικονοστοιχείου είναι 8, διότι 2⁸=256, ενώ στην περίπτωση της έγχρωμης αεροφωτογραφίας το βάθος είναι 24, διότι 2²⁴= 16.777.216.

Οι ψηφιακές αεροφωτογραφίες μπορούν να βελτιωθούν σημαντικά με ειδικές επεξεργασίες, οπότε και είναι ποιο εύκολη η ανάκτηση περισσότερων πληροφοριών. Προκειμένου αυτές να χρησιμοποιηθούν από ένα Γεωγραφικό Πληροφοριακό Σύστημα (Geographical Information System, GIS) πρέπει να υποστούν διάφορες εκτενείς επεξεργασίες και μετασχηματισμούς. Η πρώτη βασική επεξεργασία είναι η ρύθμιση των μεγάλων χρωματικών αντιθέσεων (contrast). Με την επεξεργασία αυτή οι πολύ σκοτεινές και οι πολύ φωτεινές περιοχές μειώνουν τις χρωματικές αντιθέσεις τους, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται περισσότερες λεπτομέρειες. Η μείωση του contrast μπορεί να γίνει και σε επιλεγμένες περιοχές της ψηφιακής αεροφωτογραφίας και όχι υποχρεωτικά σε όλη την έκταση της. Η επέμβαση αυτή της ρύθμισης του contrast γίνεται σε κάθε εικονοστοιχείο, ανεξάρτητα με τα γειτονικά του.

Η δεύτερη επεξεργασία αναφέρεται στο φιλτράρισμα της ψηφιακής αεροφωτογραφίας με χρήση διάφορων φίλτρων. Με το φιλτράρισμα γίνεται ένας μετασχηματισμός των τιμών των εικονοστοιχείων, ο οποίος δεν εξαρτάται μόνο από την τιμή του εικονοστοιχείου που μετασχηματίζεται, αλλά και από τις τιμές των γειτωνικών εικονοστοιχείων. Για το σκοπό αυτό απαιτούνται ογκώδεις υπολογισμοί σε Η/Υ, ο οποίος πρέπει να διαθέτει μεγάλη υπολογιστική ισχύ. O σημαντικότερος μετασχηματισμός των ψηφιακών αεροφωτογραφιών είναι η ορθοαναγωγή. Ο όρος αυτός αναφέρεται στη διόρθωση των σφαλμάτων της εικόνας εξαιτίας της κύμανσης του υψομέτρου. Για τη διόρθωση των σφαλμάτων αυτών είναι αναγκαία η δημιουργία ψηφιακού μοντέλου ανάγλυφου (Digital Elevation Model-DEM) της περιοχής που καλύπτουν οι ψηφιακές αεροφωτογραφίες που πρόκειται να διορθωθούν. Άλλος αναγκαίος μετασχηματισμός είναι η αναγωγή των αεροφωτογραφιών σε ένα γνωστό γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς, για παράδειγμα στο ΕΓΣΑ'87, στο UTM κλπ. Ο μετασχηματισμός αυτός μπορεί να γίνει με τη βοήθεια γνωστών σημείων ελέγχου (control points), τα οποία υπάρχουν στη ψηφιακή εικόνα και έχουν γνωστές συντεταγμένες στο επιθυμητό γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς. Τα σημεία αυτά μπορεί να ληφθούν γραφικά ή να μετρηθούν απευθείας στο έδαφος. Για περιοχές που δεν υπάρχουν γεωδαιτικές πληροφορίες χρησιμοποιούνται τα Δορυφορικά Συστήματα Εντοπισμού Θέσεως (Global Position Systems GPS). Ο μετασχηματισμός αυτός γίνεται με τη βοήθεια πολυωνύμων και με υπολογισμό των αντίστοιχων συντελεστών τους, με τη μέθοδο των Ελαχίστων Τετραγώνων (ΜΕΤ).

Χ=a_o+a₁X+a₂Ψ+a₃Ψ+a₄X²+a₅Ψ²

Ψ'=b_o+b₁X+b₂Ψ+b₃Ψ+b₄X²+b₅Ψ²

Όπου Χ και Ψ οι συντεταγμένες του επιθυμητού γεωδαιτικού συστήματος αναφοράς και Χ' και Ψ' οι συντεταγμένες της ψηφιακής εικόνας. Μετά από τις παραπάνω επεξεργασίες και μετασχηματισμούς, η αξιοπιστία της εικόνας βελτιώνεται σημαντικά και έτσι μπορεί αυτή να χρησιμοποιηθεί για το συνδυασμό των δεδομένων της με δεδομένα χαρτών ή άλλων εικόνων τα οποία έχουν δημιουργηθεί σε Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών ή σε Συστήματα Ψηφιακής Επεξεργασίας εικόνας.

Ψηφιακές ορθοφωτογραφίες

Ψηφιακή ορθοφωτογραφία (έγχρωμη ή ασπρόμαυρη) λέγεται η ψηφιακή αεροφωτογραφία η οποία έχει διορθωθεί από τα σφάλματα μετατόπισης των σημείων εξαιτίας του ανάγλυφου και επομένως η αεροφωτογραφία έχει μετατραπεί από κεντρική σε ορθή προβολή. Άμεση συνέπεια της διόρθωσης αυτής είναι η ενιαία κλίμακα που αποκτά η αεροφωτογραφία, δηλαδή αυτή κατέχει θέση χάρτη. Η ορθοφωτογραφία πλεονεκτεί σε σχέση με το χάρτη στο ότι απεικονίζει πρόσφατες επιπεδομετρικές λεπτομέρειες του ανάγλυφου και στο φυσικό τους μέγεθος, όπως αυτές είναι στην πραγματικότητα και όχι με σύμβολα όπως στο χάρτη.

Η ενιαία κλίμακα της επιτρέπει ακριβείς μετρήσεις αποστάσεων εμβαδών και γωνιών. Με την εμφάνιση των ψηφιακών φωτογραμμετρικών συστημάτων (ΨΦΣ) η παραγωγή ψηφιακών ορθοφωτογραφιών απλοποιήθηκε σημαντικά σε σχέση με τις κλασσικές μεθόδους παραγωγής αναλογικών ορθοφωτογραφιών, η κατασκευή των οποίων απαιτούσε εξειδικευμένο οπτικομηχανολογικό εξοπλισμό, πολύ έμπειρους χειριστές φωτογραμμετρικών οργάνων, έμπειρους φωτογράφους κλπ. Η παραγωγή ψηφιακών ορθοφωτογραφιών ακολουθεί ορισμένα στάδια εργασιών τα οποία στη συνέχεια και αναλύονται σε συντομία. Η μετατροπή αυτή έχει αναφερθεί σε προηγούμενο σημείο και αυτό το οποίο πρέπει να τονιστεί και εδώ είναι το ότι η βασικότερη παράμετρος στη ψηφιοποίηση των αεροφωτογραφιών είναι η ανάλυση σάρωσης, η οποία και καθορίζει τις δυνατότητες του τελικού προϊόντος.

Η ψηφιοποίηση γίνεται με τη χρήση φωτογραμμετρικών σαρωτών υψηλής ακρίβειας (ανάλυση σάρωσης πάνω από 4.000 dpi), οι οποίοι για την αποφυγή σφαλμάτων ψηφιοποιούν φιλμ (διαθετικά), σε μορφή ρολού ή ακόμη και μεμονωμένων αεροφωτογραφιών. Ένας συνήθης κανόνας για τη σχέση ανάλυσης σάρωσης και ακρίβειας της παραγόμενης ψηφιακής αεροφωτογραφίας είναι η πλευρά του εικονοστοιχείου, η οποία πρέπει να είναι ίση με το 1/3 της ζητούμενης ακρίβειας. Μια συνήθης ανάλυση είναι τα 1.700dpi. Μετά τη ψηφιοποίηση για κάθε στερεοσκοπικό ζεύγος (γειτονικές με επικάλυψη αεροφωτογραφίες) δημιουργείται ένα στερεοσκοπικό μοντέλο, το οποίο όταν το εμφανίσουμε στην οθόνη του Η/Υ μπορούμε να δούμε στερεοσκοπικά με χρήση ειδικών γυαλιών. Για να δημιουργηθεί το στερεοσκοπικό μοντέλο πρέπει στο ΨΦΣ να ανακτήσουμε (προσομοιάσουμε) τις ίδιες συνθήκες που επικρατούσαν τη στιγμή της λήψης των αεροφωτογραφιών από το αεροσκάφος. Αυτό πραγματοποιείται με τις διαδικασίες των προσανατολισμών που εκτελούνται στο ΨΦΣ. Οι προσανατολισμοί αυτοί είναι ο εσωτερικός, ο σχετικός και ο απόλυτος προσανατολισμός.

Με τον εσωτερικό προσανατολισμό γίνεται ακριβής αναπαραγωγή της δέσμης των ακτινών φωτός, σε κάθε μια από τις αεροφωτογραφίες ξεχωριστά, όπως ήταν κατά τη στιγμή λήψης. Αυτό γίνεται με την εισαγωγή στο ΨΦΣ των ακριβών στοιχείων της φωτομηχανής (εστιακή απόσταση φακού και καμπύλη βαθμονόμησης για διόρθωση των σφαλμάτων), καθώς και τη θέση του κύριου σημείου των αεροφωτογραφιών. Όταν τα στοιχεία αυτά δοθούν τότε εκτελείται με χρήση ειδικού προγράμματος ο προσανατολισμός αυτός.

Με το σχετικό προσανατολισμό οι δυο αεροφωτογραφίες του στερεοζεύγους λαμβάνουν τη μεταξύ τους θέση που είχαν τη στιγμή της λήψης, δημιουργώντας έτσι ένα στερεομοντέλο το οποίο αναφέρεται σε ένα ανεξάρτητο σύστημα συντεταγμένων, το σύστημα συντεταγμένων μοντέλου. Ο σχετικός προσανατολισμός γίνεται πάλι με κατάλληλο πρόγραμμα και υλοποιείται με εκτέλεση τριών περιστροφών ω, φ, κ, γύρο από τους άξονες Χ, Ψ, Ζ, αντίστοιχα και τριών κινήσεων κατά τους άξονες Χ, Ψ, Ζ, με τέτοιο τρόπο ώστε οι δυο αεροφωτογραφίες να έχουν μεταξύ τους την ίδια σχετική θέση που είχαν τη στιγμή λήψης, ώστε να δίνεται η δυνατότητα στερεοσκοπικής παρατήρησης. Με τους δυο προσανατολισμούς που προαναφέρθηκαν επιτυγχάνεται η δημιουργία ενός στερεομοντέλου, που όμως δεν έχει συγκεκριμένη κλίμακα, δεν είναι σωστά προσανατολισμένο σε σχέση με το έδαφος και δεν αναφέρεται σε ένα γνωστό σύστημα συντεταγμένων και προβολής.

Τα προβλήματα αυτά έρχεται να αντιμετωπίσει ο απόλυτος προσανατολισμός, με τον οποίο γίνονται πάλι περιστροφές και κινήσεις του στερεομοντέλου γύρω από τους άξονες Χ, Ψ, Ζ. Για τη μετατροπή των συντεταγμένων του στερεομοντέλου σε πραγματικές γεωδαιτικές συντεταγμένες εδάφους απαιτούνται τουλάχιστον τρία σημεία με γνωστές συντεταγμένες εδάφους. Τα σημεία αυτά ονομάζονται φωτοσταθερά σημεία ή σημεία προσαρμογής αεροφωτογραφιών (ΣΠΑΦ) και οι γεωδαιτικές συντεταγμένες τους προσδιορίζονται στην ύπαιθρο, είτε με τις κλασικές τοπογραφικές μεθόδους μέτρησης (τριγωνισμός, εμπροσθοτομία, οπισθοτομία), είτε με τη χρήση GPS. Ακόμη, οι συντεταγμένες των ΣΠΑΦ μπορούν να προσδιοριστούν και γραφικά από χάρτες μεγαλύτερης κλίμακας και επομένως μεγαλύτερης ακρίβειας. Εάν η περιοχή ενδιαφέροντος καλύπτεται από περισσότερα από ένα φωτομοντέλα τα οποία συνιστούν ζώνη ή μπλοκ (πολλές ζώνες μαζί), δεν απαιτείται να έχουμε σε κάθε ένα φωτομοντέλο τρία σημεία, άλλα μόνο σε ορισμένα από αυτά, συνήθως στην αρχή και το τέλος και σε κάποια ενδιάμεσα για έλεγχο. Με τη βοήθεια των σημείων αυτών υπολογίζονται με ειδικά προγράμματα οι συντεταγμένες και στα υπόλοιπα σημεία τα οποία είναι απαραίτητα για την σύνδεση των φωτομοντέλων μεταξύ τους. Η διαδικασία αυτή προσδιορισμού των επιπλέον σημείων λέγεται αεροτριγωνισμός. Μετά το τέλος των προσανατολισμών με κατάλληλο αλγόριθμο και με χρήση προγράμματος, το στερεοσκοπικό είδωλο του φωτομοντέλου που εμφανίζεται στην οθόνη του Η/Υ έχει γνωστή κλίμακα και καθορισμένες συντεταγμένες, στο προβολικό σύστημα στο οποίο αναφέρονται οι συντεταγμένες ΣΠΑΦ που έχουν οριστεί στην προηγούμενη διαδικασία.

Το ψηφιακού μοντέλου ανάγλυφου (ΨΜΑ) είναι ένα πλέγμα σημείων με γνωστές επιπεδομετρικές συντεταγμένες (Χ, Ψ) και υψόμετρο (h). Η δημιουργία των ΨΜΑ ή αλλιώς ΨΜΕ (Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους, Digital Terrain Model, DTM) είναι απαραίτητη διότι η γνώση των υψομέτρων στην περιοχή που επικαλύπτονται οι αεροφωτογραφίες είναι αναγκαία στη διόρθωση των σφαλμάτων τους εξαιτίας του ανάγλυφου. Είναι φανερό ότι η ποιότητα του ΨΜΑ καθορίζεται από την πυκνότητα των σημείων του. Η δημιουργία ενός ΨΜΑ είναι δυνατόν να γίνει με τους ακόλουθους τρόπους:

• Αυτόματα ή ημιαυτόματα από το δημιουργούμενο στερεοζεύγος στο επικαλυπτόμενο τμήμα με χρήση ειδικών προγραμμάτων των ΨΦΣ. Τα συστήματα αυτά για μια πιστότερη αναπαραγωγή του ανάγλυφου επιτρέπουν την εισαγωγή γραμμών έντονης αλλαγής του εδάφους (breaklines), με σκοπό την κατασκευή όσο το δυνατόν ακριβέστερου και πιο αξιόπιστου ΨΜΑ.

• Με τον ίδιο τρόπο από στερεοζεύγος δορυφορικών εικόνων.

• Από ψηφιοποιημένες υψομετρικές καμπύλες χαρτών και διαγραμμάτων, οι οποίες μετατρέπονται σε ΨΜΑ μετά από κατάλληλη επεξεργασία με ειδικό πρόγραμμα.

• Από αναλυτικά φωτογραμμετρικά όργανα με μέτρηση των υψομέτρων από τον χειριστή με πυκνότητα ανάλογη με την ποιότητα των ΨΜΑ που θέλουμε να παράγουμε. Η μέθοδος αυτή είναι η πλέον ακριβής, είναι όμως αρκετά χρονοβόρος και για αυτό το λόγο κοστίζει αρκετά και εφαρμόζεται μόνο σε εργασίες υψηλής ποιότητας. Χρησιμοποιώντας τη ψηφιακή αεροφωτογραφία και το αντίστοιχο ΨΜΑ με χρήση κατάλληλου προγράμματος πραγματοποιείται η διόρθωση των σφαλμάτων εξαιτίας του ανάγλυφου, οπότε η ψηφιακή αεροφωτογραφία μετατρέπεται σε ψηφιακή ορθοφωτογραφία ενιαίας κλίμακας.

Το ψηφιακό αρχείο της ορθοφωτογραφίας στέλνεται σε εκτυπωτή ή σε αυτόματο σχέδιο για εκτύπωση. Η εκτύπωση στον εκτυπωτή γίνεται σε περιορισμένο αριθμό αντιτύπων, ενώ στον εικονοθέτη, όπου παράγεται φιλμ της ορθοφωτογραφίας, γίνεται σε πολλά αντίτυπα. Παράλληλα η εικόνα αποθηκεύεται σε μαγνητικά μέσα μεγάλης χωρητικότητας (μαγνητικές ταινίες, οπτικοί δίσκοι κλπ). Η διαδικασία παραγωγής ορθοφωτογραφιών από δορυφορικές εικόνες είναι σχεδόν η ίδια με μερικές μόνο διαφορές, όπως για παράδειγμα οι δορυφορικές εικόνες δεν απαιτούν ψηφιοποίηση αφού σήμερα όλες διατίθενται σε ψηφιακή μορφή. Σήμερα με τα εξελιγμένα συστήματα λήψης, οι ψηφιακές αεροφωτογραφίες παρέχουν μεγαλύτερη ακρίβεια από τις δορυφορικές εικόνες. Ο απαιτούμενος εξοπλισμός για την παραγωγή ορθοφωτογραφίων σε ψηφιακή μορφή είναι μεγάλος και απαιτεί υψηλό κόστος.

Ο εξοπλισμός αυτός περιλαμβάνει Η/Υ και πολλά περιφερειακά συστήματα, καθώς και μεγάλη σειρά από προγράμματα. Σε συντομία αυτά είναι τα ακόλουθα:

• Φωτογραμμετρικός σαρωτής, μεγάλης ακρίβειας με οπτική ανάλυση τουλάχιστον 2.000 dpi και ραδιομετρική ανάλυση τουλάχιστον 256 τόνους του γκρι (24 bit) για ασπρόμαυρες εικόνες και 16,7 εκατομμύρια χρώματα (24 bit) για έγχρωμες εικόνες.

• Η/Υ, ο οποίος θα υποστηρίζει τον σαρωτή.

• Ψηφιακό φωτογραμμετρικό σύστημα, το οποίο πρέπει να αποτελείται τουλάχιστον από:

• Η/Υ με τη μεγαλύτερη δυνατή RAM και σκληρό δίσκο πολύ μεγάλης χωρητικότητας,

• Έχρωμη οθόνη ανάλυσης τουλάχιστων 1280 x 1024 εικονοστοιχείων, μεγέθους μεγαλύτερου των 19 ιντσών και refresh rate τουλάχιστον 120 frames/sec, με δυνατότητα στερεοσκοπικής παρατήρησης με χρήση ειδικών γυαλιών.

• Μαγνητικά συστήματα αποθήκευσης αρχείων.

• Απαιτούμενος εξοπλισμός σύνδεσης με δίκτυο.

Τα προγράμματα εκτέλεσης των εργασιών, τα οποία θα πρέπει να λειτουργούν σε περιβάλλον UNIX ή WINDOWS NT, είναι τα ακόλουθα:

• Σάρωσης και επεξεργασίας ψηφιακής εικόνας, με δυνατότητες εκτέλεσης προσανατολισμών, παραγωγής στερεοσκοπικού ειδώλου, στερεοσκοπικής παρατήρησης στην οθόνη, συλλογής και επεξεργασίας επιπεδομετρικών λεπτομερειών.

• Δημιουργίας Ψηφιακού Μοντέλου Ανάγλυφου.

• Διόρθωσης σφαλμάτων ανάγλυφου.

• Διαχείρισης δικτύου.

• Συμπίεσης - αποσυμπίεσης ψηφιακών αρχείων.

Σχετικές σελίδες

• Γενικά στοιχεία για αερομεταφερόμενους απεικονιστές και δεδομένα

• Στοιχεία αεροφωτογραφιών

• Σφάλματα και παραμορφώσεις των αεροφωτογραφιών

• Στερεοσκοπική εικόνα

• Ψηφιακές αεροφωτογραφίες

• Ψηφιακές ορθοφωτογραφίες

• Τηλεπισκόπηση

• Συστήματα καταγραφής - Είδη αισθητήρων