Sprzęt i ekspozycja zdjęć w fotografii hemisferycznej w badaniach leśnych.pdf
(
218 KB
)
Pobierz
Bolibok 2010-70-1.vp:CorelVentura 7.0
DOI: 10.2478/v10111-010-0008-z
Leœne Prace Badawcze
(
Forest Research Papers
)
, 2010, Vol. 71 (1): 105–115.
PRACA PRZEGL¥DOWA
Leszek Bolibok
1
Sprzêt i ekspozycja zdjêæ w fotografii hemisferycznej w badaniach leœnych
Equipment and photo exposure in hemispherical photography in forest research
Abstract
. The first and very important step in modeling regime of solar radiation below forest canopies is acquisition
of proper canopy picture. This review is focused on factors influencing quality of hemispherical photographs applied
for modeling of light conditions under canopy. Although numerous cameras and lenses are presently offered on the
market, only few types may be considered useful for this purpose. The quality of picture depends not only on quality of
camera lenses and sensor, but on proper exposure as well. The overexposure (2-3 EV) based on open sky light
measurements is suggested to achieve proper quality photographs with high contrast between sky and forest canopy
elements.
Key words
: equipment selection, lenses optical properties, picture acquisition protocol, exposure correction
1. Wstêp
cyfrowej, metoda ta staje siê coraz ³atwiejsza i tañsza w
stosowaniu.
Zdjêcie hemisferyczne jest projekcj¹ obrazu ca³ej
hemisfery (np. niebosk³onu) na p³aszczyznê (np.
matrycê w aparacie cyfrowym), dokonywan¹ za pomoc¹
specjalnego obiektywu krótkoogniskowego typu rybie
oko. Pierwszy obiektyw tego typu powsta³ na potrzeby
badañ meteorologicznych, aby utrwaliæ kompletny
obraz niebosk³onu w wybranym momencie (Hill 1924,
za Chazdon et Field 1987). Stosunkowo szybko
fotografia hemisferyczna znalaz³a zastosowanie w
badaniach leœnych. Evans i Coombe (1959) próbowali
oszacowaæ przenikanie œwiat³a przez luki w warstwie
koron poprzez nanoszenie wykresu pozornej drogi
s³oñca po niebosk³onie na zdjêcie hemisferyczne
wykonane pod okapem drzewostanu. Anderson (1964)
przedstawi³a podstawy obliczeniowe oszacowania do-
stêpu œwiat³a bezpoœredniego i rozproszonego na podsta-
wie analizy zdjêæ hemisferycznych. Wzrost dostêpnoœci
komputerów i odpowiedniego oprogramowania (Chaz-
don et Field 1987, Rich 1989), wykonuj¹cego d³ugie i
¿mudne obliczenia konieczne przy analizie zdjêæ,
przyczyni³ siê do upowszechnienia tej metody badaw-
czej. Jednoczeœnie poszerzeniu uleg³ zakres stosowania
tej metody. Pocz¹tkowo utrwalony obraz struktury war-
stwy koron s³u¿y³ jedynie do charakterystyki warunków
Badania czynników wp³ywaj¹cych na dynamikê na-
lotów i podrostów maj¹ podstawowe znaczenie w dosko-
naleniu metod odnawiania drzewostanów. Sprzyjaj¹cy
mikroklimat radiacyjny (promieniowanie s³oneczne
docieraj¹ce do dolnych warstw drzewostanu, zarówno
aktywne fotosyntetycznie, jak i cieplne) jest jednym z
wa¿niejszych czynników warunkuj¹cych sukces odno-
wienia. Bezpoœrednia charakterystyka mikroklimatu
radiacyjnego wymaga z³o¿onych pomiarów i doœæ zró¿-
nicowanego oprzyrz¹dowania. W drzewostanach inten-
sywnie penetrowanych przez ludzi (np. grzybiarzy)
ryzykowne mo¿e siê okazaæ pozostawianie w lesie
cennej aparatury do pomiarów bezpoœrednich przez
kilka tygodni czy miesiecy.
Z wy¿ej wymienionych powodów równolegle do
metod bezpoœrednich rozwijaj¹ siê metody poœrednie,
które na podstawie analizy struktury sklepienia drzewo-
stanu zmierzaj¹ do charakterystyki warunków wzrostu
odnowieñ (Lieffers et al. 1999, Lhotka et Loewenstein
2006, Fiala et al. 2006). Jedn¹ z najbardziej zaawanso-
wanych metod poœrednich jest analiza zdjêæ hemisfe-
rycznych obrazuj¹cych strukturê sklepienia drzewosta-
nu. Obecnie, w dobie gwa³townego rozwoju fotografii
1
Szko³a G³ówna Gospodarstwa Wiejskiego, Wydzia³ Leœny, Katedra Hodowli Lasu, ul. Nowoursynowska 159,
02-776 Warszawa, Tel. +48 225938106, e-mail leszek.bolibok@wl.sggw.pl
106
L. Bolibok / Leœne Prace Badawcze, 2010, Vol. 71 (1): 105–115.
œwietlnych. Wraz ze wzrostem znaczenia wskaŸnika
powierzchni liœci (LAI) w badaniach ekologicznych,
fotografia hemisferyczna sta³a siê jednym z podstawo-
wych narzêdzi do jego oszacowania (Jonckheere et al.
2004). Analiza zdjêæ hemisferycznych pozwala równie¿
modelowaæ dop³yw promieniowania cieplnego do dna
lasu, co jest wykorzystywane do oszacowania np. tempa
tajania œniegu (Hardy et al. 2004).
Pierwszym warunkiem odniesienia sukcesu w mode-
lowaniu przenikania promieniowania s³onecznego pod
okap drzewostanu jest uzyskanie wartoœciowego obrazu
sklepienia drzewostanu. W dalszej czêœci tego artyku³u
omówione zostan¹ czynniki mog¹ce niekorzystnie
wp³ywaæ na przydatnoœæ fotografii hemisferycznych do
charakterystyki warunków œwietlnych pod okapem drze-
wostanu, w lukach i na gniazdach oraz metodyka usta-
lania parametrów ekspozycji pozwalaj¹cych uzyskaæ
zdjêcia wysokiej jakoœci, przydatne do analiz. Analiza
takich zdjêæ pozwala oszacowaæ warunki œwietlne
porównywalnie, w wiêkszoœci warunków drzewostano-
wych, z pomiarami bezpoœrednimi (por. Chazdon et
Field 1987, Gendron et al. 1998).
w odleg³oœæ
r
.
Najczêœciej stosowane w badaniach s¹ obiektywy z od-
wzorowaniem równoodstêpnym (ang. polar projection,
equiangular projection). W tym odwzorowaniu zapro-
jektowanym przez Hilla (1924, za Chazdon et Field
1987) k¹t zenitalny
obiektu jest liniowo transformo-
wany na odleg³oœæ od œrodka kadru (ryc. 1b). Obiekty
znajduj¹ce siê ni¿ej nad horyzontem bêd¹ odwzorowane
proporcjonalnie bli¿ej krawêdzi kolistego odwzorowa-
2. Obiektywy hemisferyczne
Najczêœciej w badaniach u¿ywane s¹ obiektywy
hemisferyczne typu koliste rybie oko (ang. circular fish-
eye), daj¹ce odwzorowanie hemisfery w postaci kolis-
tego obrazu ca³kowicie wpisanego w kadr i otoczonego
czarnym (nie naœwietlonym) obszarem. Rzadziej stoso-
wane s¹ obiektywy typu rybie oko pe³noklatkowe (Mac-
farlane et al. 2007), w których ko³owy obraz jest opisany
na prostok¹cie kadru (ang. fulframe fish-eye). Obraz
wype³nia kadr ca³kowicie, lecz znaczna jego czêœæ
„wylewa siê” poza kadr.
Po³o¿enie przestrzenne wybranego obiektu na hemi-
sferze (np. punktu „a” na krawêdzi luki w sklepieniu
drzewostanu; ryc. 1a.) mo¿na okreœliæ przez wskazanie
dwóch k¹tów: k¹ta zenitalnego (
0
Θ
k¹t zenitalny
90
0
Θ
k¹t zenitalny
90
).
Wierzcho³ek k¹ta zenitalnego znajduje siê w œrodku ko³a
(o) stanowi¹cego podstawê hemisfery, jedno z ramion
skierowane jest pionowo w najwy¿szy punkt hemisfery
(z), a drugie przechodzi przez wybrany punkt (a).
Obiektyw typu koliste rybie oko odwzorowuje obraz
hemisfery tak, ¿e zenit niebosk³onu (z) znajduje siê
dok³adnie w centrum kadru, w œrodku ko³a „o”, a
horyzont na krawêdziach kolistego odwzorowania.
Po³o¿enie obrazu obiektu (a
1
) w kadrze mo¿na okreœliæ
za pomoc¹ wspó³rzêdnych k¹towych. W odwzorowaniu
zostaje zachowany azymut (
) i azymutu (
Rycina 1. Projekcja hemisfery na p³aszczyznê: a) k¹t zeni-
talny i azymut opisuj¹ce po³o¿enie punktu (a) w prze-
strzeni oraz odleg³oœæ
r
i azymut opisuj¹ce po³o¿enie
obrazu punktu (a
1
) na p³aszczyŸnie, b) teoretyczna linio-
wa zale¿noœæ pomiêdzy k¹tem zenitalnym a odleg³oœci¹
r
obrazu obiektu (a
1
) od œrodka p³aszczyzny (
o
) w odwzo-
rowaniu równoodstêpnym, c) nieliniowa zale¿noœæ pomiê-
dzy k¹tem zenitalnym a odleg³oœci¹ obrazu obiektu (a
1
)
od œrodka p³aszczyzny w odwzorowaniu dokonywanym
przez rzeczywisty obiektyw
Figure 1. Hemispherical projection: a) zenithal angle and
azimuth describing placement of the point (a) in a three
dimensional space and distance
r
and azimuth describing
placement of the point image (a
1
) on a plane; b) theoretical
linear relationship between zenithal angle and distance
r
from the center of the plane (
o
) to the point image (a
1
)in
equiangular projection, c) nonlinear relationship between
zenithal angle and distance
r
from the center of the plane in
the projection made by real lenses
), natomiast k¹t zenitalny
jest transformowany na odleg³oœæ od œrodka ko³a (
r
).
Sposób odwzorowania hemisfery na powierzchniê
b³ony fotograficznej lub matrycy œwiat³oczu³ej aparatu
zale¿y od konstrukcji optycznej obiektywu (Herbert
1987). Z regu³y obiektywy hemisferyczne nie znie-
kszta³caj¹ wartoœci azymutu obiektu, wiêc ró¿nice miê-
dzy nimi dotycz¹ odwzorowania k¹ta
L. Bolibok / Leœne Prace Badawcze, 2010, Vol. 71 (1): 105–115.
107
nia. Ponadto obiekty (np. luki w sklepieniu drzewostanu)
o tych samych wymiarach k¹towych na hemisferze bêd¹
mia³y takie same rozmiary liniowe w kadrze.
sk³on (liœæmi, ga³êziami, pniami drzew) a nie zas³oniê-
tymi fragmentami nieba (ryc. 2a), pozwalaj¹cy na ich
rozró¿nienie. Niestety nie mo¿na tutaj liczyæ na wbudo-
wan¹ w wiêkszoœæ wspó³czesnych aparatów cyfrowych
automatykê, poniewa¿ ta zosta³a zoptymalizowana pod
innym k¹tem. Zarejestrowany cyfrowo obraz sklepienia
drzewostanu to macierz sk³adaj¹ca siê z pikseli, których
jasnoœæ waha siê zale¿nie od tego, czy przedstawiaj¹
jasne fragmenty zdjêcia (nie zas³oniête niebo) czy
ciemne (ocieniony pieñ drzewa). Jasnoœæ ka¿dego pikse-
la jest okreœlona liczbowo. Wartoœæ piksela jest okreœla-
na jako DN (ang. digital number).
Segmentacja obrazu to proces, w którym poszcze-
gólne piksele tworz¹ce zdjêcie s¹ zaliczane do oddziel-
nych kategorii. Zazwyczaj celem tego procesu jest roz-
ró¿nienie pikseli obrazu przedstawiaj¹cych niezas³oniê-
ty niebosk³on od pikseli przedstawiaj¹cych elementy
sklepienia drzewostanu. Najczêœciej stosowan¹ metod¹
segmentacji, choæ nie zawsze najlepsz¹, jest progowanie
(ang. thresholding). Polega ono na subiektywnym b¹dŸ
zautomatyzowanym ustaleniu progowej wartoœci jas-
noœci piksela (DN). Piksele o wiêkszej jasnoœci s¹ inter-
pretowane jako niezas³oniêty niebosk³on i przypisywana
jest im maksymalna wartoœæ DN (staj¹ siê bia³e). Piksele
o mniejszej lub równej wartoœci DN s¹ interpretowane
jako obraz elementów sklepienia drzewostanu i przypi-
sywana jest im minimalna wartoœæ DN (staj¹ siê czarne)
(ryc. 2 b).
Do interpretacji zdjêcia stosuje siê program kompu-
terowy, który wykorzystuje informacjê zawart¹ w prze-
tworzonym zdjêciu do modelowania warunków œwietl-
nych w miejscu wykonania fotografii. Poniewa¿ nie jest
to pomiar bezpoœredni, program ten liczy tylko, jaka
czêœæ œwiat³a docieraj¹cego nad sklepienie drzewostanu
mog³aby dotrzeæ pod okap drzewostanu do miejsca,
gdzie zosta³ umieszczony obiektyw aparatu. Podstaw¹
do obliczeñ jest ustalenie, jakim wycinkom hemisfery
odpowiadaj¹ poszczególne piksele obrazu. Stosowany
program wykonuje to zadanie, uwzglêdniaj¹c infor-
macjê o projekcji u¿ytego obiektywu fotograficznego.
Obliczenia przebiegaj¹ zazwyczaj dwutorowo, z roz-
biciem na œwiat³o bezpoœrednie docieraj¹ce do badanego
punktu z dysku s³onecznego oraz na œwiat³o rozproszone
docieraj¹ce do badanego punktu ze wszystkich niezas³o-
niêtych fragmentów nieba.
W przypadku analizy dop³ywu œwiat³a rozproszo-
nego kolisty obraz hemisfery jest dzielony na mniejsze
sektory (ryc. 2c), w których ustalany jest procent po-
wierzchni hemisfery zas³oniêty przez czarne piksele
(elementy sklepienia drzewostanu) i na podstawie przy-
jêtych w modelu za³o¿eñ dotycz¹cych intensywnoœci
œwiat³a rozproszonego docieraj¹cego z ró¿nych sekto-
rów nieba szacowany jest procent œwiat³a zatrzymywa-
nego przez korony drzew.
3. Procedura wykonywania i analizy
cyfrowych zdjêæ hemisferycznych
Aby zdjêcia hemisferyczne dostarczy³y informacji
porównywalnych z bezpoœrednim pomiarem warunków
œwietlnych, konieczne jest rygorystyczne przestrzeganie
procedury ich wykonywania i analizy. Procedura ta sk³a-
da siê z nastêpuj¹cych etapów: wykonanie dobrej jakoœci
zdjêcia (ryc. 2a), segmentacja zarejestrowanego obrazu
(ryc. 2b) i interpretacja przetworzonego obrazu obejmu-
j¹ca: oszacowanie dop³ywu œwiat³a rozproszonego (ryc.
2c) i bezpoœredniego (ryc. 2d).
Dobra jakoœæ zdjêcia hemisferycznego oznacza
przede wszystkim, ¿e uzyskano zbalansowany kontrast
pomiêdzy miêdzy elementami zas³aniaj¹cymi niebo-
Rycina 2. Etapy wykonania i obróbki fotografii hemisfe-
rycznej: a) wykonanie zdjêcia, b) segmentacja zdjêcia,
c) analiza przenikania œwiat³a rozproszonego przez skle-
pienie drzewostanu - zliczanie czarnych i bia³ych pikseli
w poszczególnych partiach obrazu, szacowanie a¿urowoœ-
ci i LAI, d) analiza przenikania œwiat³a bezpoœredniego
poprzez wykreœlanie pozornej drogi s³oñca po niebosk³o-
nie. Oryginalne zdjêcie zosta³o przetworzone za pomoc¹
programu GLA 2.0 (Gap Light Analyzer 2.0 http:
//www.ecostudies.org/gla/ dostêp z dnia 2009.08.06)
Figure 2. Steps of hemispherical photography acquisition and
analysis: a) acquisition of good quality picture, b) picture
segmentation, c) analysis of diffuse light penetration through
canopy based on counting of black and white pixels in selec-
ted picture fragments, estimation of canopy openness and
LAI, d) analysis of direct light penetration through canopy
based on modeling of sun disc movement above canopy
108
L. Bolibok / Leœne Prace Badawcze, 2010, Vol. 71 (1): 105–115.
Do oszacowania, jaka czêœæ œwiat³a bezpoœredniego
dociera³aby do miejsca wykonania zdjêcia, niezbêdne s¹
dodatkowe informacje dotycz¹ce szerokoœci geograficz-
nej, na jakiej znajdowa³ siê aparat fotograficzny, oraz
orientacji obrazu fotograficznego wzglêdem kierunków
geograficznych (podczas wykonywania zdjêcia zazwy-
czaj aparat jest ustawiany tak, aby boki kadru by³y
równoleg³e do g³ównych kierunków geograficznych).
Na podstawie tych informacji mo¿na modelowaæ
pozorny ruch s³oñca po niebosk³onie dla ka¿dego dnia w
roku (ryc. 2d) i obliczyæ czas, w którym œwiat³o
bezpoœrednie dociera³oby do obiektywu z dysku
s³onecznego nie zas³oniêtego przez korony drzew (przez
bia³e piksele).
b¹dŸ odwrotnie, w ogóle nie s¹ rejestrowane. Poprawnie
zarejestrowany obraz sklepienia drzewostanu jest
podstaw¹ do prawid³owej segmentacji obrazu. Na
uzyskanie przydatnego do analizy cyfrowego zdjêcia
hemisferycznego maj¹ wp³yw dwie grupy czynników:
w³aœciwoœci sprzêtu fotograficznego (np. rodzaj ma-
trycy rejestruj¹cej obraz w aparacie) oraz technika
wykonywania fotografii (np. wybór w³aœciwej ekspo-
zycji zdjêcia lub terminu wykonania zdjêcia).
5. W³aœciwoœci sprzêtu
a jakoœæ wykonywanych zdjêæ
4. Przyczyny b³êdów szacowania
warunków œwietlnych pod okapem
za pomoc¹ fotografii hemisferycznej
Skompletowanie sprzêtu fotograficznego niezbêd-
nego do rejestracji przydatnych zdjêæ hemisferycznych
mo¿e wi¹zaæ siê z wiêkszymi wydatkami. Niebagateln¹
pozycj¹ w liœcie zakupów jest wysokiej jakoœci obiektyw
hemisferyczny. Tañsz¹, lecz raczej gorsz¹ alternatyw¹,
mog¹ byæ stosowane w fotografii amatorskiej nasadki na
obiektywy standardowe. Pozwalaj¹ one uzyskaæ obraz
podobny do zdjêæ wykonanych specjalistycznym obiek-
tywem. W pocz¹tkach stosowania fotografii hemisfe-
rycznej (Chazdon i Field 1987), jak i obecnie (Strzeliñ-
ski 2006), wykorzystywano takie rozwi¹zania. We
wspó³czesnych publikacjach stosunkowo du¿o uwagi
poœwiêcono nasadce FC-E8 (Hale et Edwards 2002,
Zhang et al. 2005, Inoue et al. 2004, Leblanc et al. 2005)
dedykowanej do popularnych aparatów fotograficznych
serii CoolPix (modele 900, 950, 990, 4500, 5000) firmy
Nikon. Obraz uzyskany w ten sposób jest zwykle gorszej
jakoœci ni¿ uzyskany za pomoc¹ lepszych uk³adów
optycznych (Frazer i in. 2001). Szybki rozwój tech-
nologii aparatów cyfrowych sprawia, ¿e publikacje
naukowe oceniaj¹ce przydatnoœæ konkretnego aparatu
w warunkach terenowych ukazuj¹ siê zazwyczaj, gdy
jest on wycofywany ze sprzeda¿y. Jak wykaza³y badania
Inoue i in. (2004), wybór modelu aparatu cyfrowego
serii CoolPix mo¿e mieæ istotny wp³yw na wyniki badañ.
Idealny obiektyw powinien odwzorowaæ punktowe
Ÿród³o œwiat³a w obrêbie jednego piksela matrycy. Roz-
proszenie wi¹zki œwiat³a przechodz¹cej przez elementy
obiektywu sprawia, ¿e czêœæ œwiat³a trafia do s¹siednich
pikseli i jest odwzorowana jako tzw. kr¹¿ek rozpro-
szenia. Im mniejszy jest kr¹¿ek rozproszenia, tym ostrzej
obiektyw rysuje obraz. Zjawisko, które jedynie trochê
pogarsza jakoœæ amatorskich fotografii, mo¿e mieæ
istotny wp³yw na wyniki badañ naukowych. Du i Voss
(2004) zbadali rozpraszanie jednobarwnego promienia
laserowego przez elementy optyki obiektywu i stwier-
dzili, ¿e chocia¿ kr¹¿ek rozproszenia ma doœæ ostre
granice, to jednak œwiat³o mo¿e siê rozpraszaæ na
„odleg³oœæ” do stu pikseli od w³aœciwego piksela
przedstawiaj¹cego punktowe Ÿród³o œwiat³a. W bada-
Uzyskanie wiarygodnej charakterystyki warunków
œwietlnych w miejscu wykonania zdjêcia hemisfe-
rycznego wymaga skrupulatnego przestrzegania proce-
dury wykonywania i analizy zdjêæ. Rich (1990) szcze-
gó³owo wymieni³ Ÿród³a b³êdów, jakie mog¹ pojawiæ siê
na trzech g³ównych etapach procedury: 1) przy wykony-
waniu zdjêcia, 2) przy jego skanowaniu 3) przy analizie
obrazu. Rozwój fotografii cyfrowej wyeliminowa³ prob-
lem skanowania obrazów rejestrowanych na kliszy
fotograficznej i liczne Ÿród³a b³êdów, które mog³yby na
tym etapie procedury powstawaæ. Wykonywanie zdjêæ
hemisferycznych za pomoc¹ wspó³czesnych aparatów
cyfrowych pozwala na uzyskanie podgl¹du wykonanego
zdjêcia i na ponowne wykonanie zdjêcia w przypadku,
gdyby poprzednie okaza³o siê byæ niezadowalaj¹ce.
W przypadku zdjêæ wykonywanych tradycyjn¹ metod¹,
efekt by³ widoczny dopiero po odebraniu zdjêæ z labo-
ratorium fotograficznego, co w przypadku niezadowa-
laj¹cej jakoœci zdjêæ oznacza³o koniecznoœæ ponownej
wyprawy do badanego drzewostanu. Dawniej badacze
chc¹c zabezpieczyæ siê przed tak¹ ewentualnoœci¹, w
ka¿dym badanym punkcie wykonywali po kilka zdjêæ,
czêsto z ró¿nymi ustawieniami ekspozycji. W przy-
padku fotografii cyfrowej takie postêpowanie równie¿
mo¿e okazaæ siê przydatne. Ze wzglêdu na du¿¹ pojem-
noœæ pamiêci aparatów cyfrowych bêdzie to o wiele
prostsze i tañsze ni¿ ponowne wizyty w badanym drze-
wostanie.
Za przydatne do analizy mo¿e byæ uznane takie
zdjêcie hemisferyczne, na którym elementy sklepienia
drzewostanu i fragmenty niezas³oniêtego nieba s¹
przedstawione w rzeczywistych proporcjach. Ró¿ne
czynniki mog¹ sprawiaæ, ¿e luki w sklepieniu drzewo-
stanu bywaj¹ rejestrowane jako wiêksze, ni¿ s¹ w istocie,
L. Bolibok / Leœne Prace Badawcze, 2010, Vol. 71 (1): 105–115.
109
niach radiometrycznych sumowanie siê tego zjawiska
daje istotne ró¿nice. Jak zauwa¿aj¹ Kuusk i Paas (2007),
nawet drobne zarysowania zewnêtrznej soczewki
obiektywu lub zakurzenie mo¿e istotnie zwiêkszaæ
wielkoœæ kr¹¿ka rozproszenia.
Œwiat³o bia³e przechodz¹c przez soczewki obiekty-
wu ulega refrakcji (rozszczepieniu, tak jak w doœwiad-
czeniu z pryzmatem) na granicy oœrodków. W uk³adach
optycznych refrakcja powoduje aberracjê chromatyczn¹
widoczn¹ na granicach kontrastowych obszarów (kra-
wêdzie koron drzew) pod postaci¹ kolorowej obwódki
(pomarañczowej lub niebieskiej) W obiektywach wyso-
kiej jakoœci materia³, z którego wykonane s¹ soczewki,
w znacznym stopniu ogranicza to zjawisko. W tañszych
rozwi¹zaniach optycznych pojawia siê rozszczepienie
kolorów, zw³aszcza przy krawêdziach kadru. Szcze-
gólnie Ÿle pod tym wzglêdem wypada wspomniana
nasadka FC-E8 (Frazer et al. 2001). Nieskorygowanie
aberracji chromatycznej mo¿e mieæ negatywny wp³yw
na przebieg procesu progowania zdjêcia i co za tym idzie
– na ocenê warunków œwietlnych.
Obiektywy typu rybie oko mog¹ siê ró¿niæ sposobem
odwzorowania obrazu. Je¿eli chodzi o badania warun-
ków œwietlnych pod sklepieniem drzewostanu, to sposób
odwzorowania w³aœciwie nie ma znaczenia, natomiast
znaczenie ma model obiektywu. Dwa obiektywy o takiej
samej ogniskowej i o takim samym odwzorowaniu, ale o
ró¿nej jasnoœci, mog¹ tworzyæ istotnie ró¿ne odwzoro-
wania obrazu sklepienia drzewostanu na matrycy apa-
ratu fotograficznego. Wynika to ze zjawiska okreœlane-
go jako dystorsja obrazu. Jest to wada uk³adu optycz-
nego polegaj¹ca na ró¿nym powiêkszeniu obrazu w
zale¿noœci od jego odleg³oœci od osi optycznej instru-
mentu. W przypadku odwzorowania równok¹tnego
zale¿noœæ pomiêdzy k¹tem zenitalnym obiektu w skle-
pieniu drzewostanu a odleg³oœci¹ obrazu obiektu od
œrodka matrycy powinna mieæ charakter liniowy (ryc.
1b). Na skutek dystorsji zale¿noœæ ta nie jest prosto-
liniowa nawet w wysokiej klasy obiektywach. Herbert
(1987) wykaza³, ¿e nieuwzglêdnienie dystorsji obiekty-
wu podczas interpretacji zdjêcia mo¿e prowadziæ do
istotnych b³êdów w oszacowaniu warunków œwietlnych.
Z tego powodu w wiêkszoœci algorytmów do analizy
zdjêæ hemisferycznych przewidziano opcjê korekty
dystorsji. Przed zakupem obiektywu nale¿a³oby spraw-
dziæ, czy dany model obiektywu zosta³ uwzglêdniony w
u¿ywanym oprogramowaniu i czy bêdzie mo¿liwe
stosowanie poprawki. Je¿eli nie zosta³, to kupuj¹c taki
obiektyw nale¿y siê liczyæ z koniecznoœci¹ samodzielnej
kalibracji obiektywu (ustalenia matematycznej formu³y
funkcji opisuj¹cej rzeczywiste odwzorowanie obiekty-
wu – por. Schwalbe 2005) i wprowadzenia funkcji kory-
guj¹cej do posiadanego oprogramowania (je¿eli takie
uzupe³nienie jest mo¿liwe).
Jasnoœæ obiektywu, rozumiana jako iloœæ œwiat³a
przepuszczanego przez obiektyw do wnêtrza aparatu,
charakteryzowana za pomoc¹ tzw. liczby przys³ony
F,
mo¿e mieæ istotne znaczeniu przy fotografowaniu
sklepienia drzewostanu Im mniejsza jest wartoϾ
F,
tym
jaœniejszy jest obiektyw. Jaœniejszy obiektyw pozwala
na stosowanie krótszego czasu rejestracji obrazu. Dziêki
temu liœcie i pêdy drzew na obrazie sklepienia pozostaj¹
nieporuszone, a zdjêcie jest przydatne do analizy.
Winietowanie jest wad¹ obiektywów polegaj¹c¹ na
niedoœwietleniu brzegów kadru. W przypadku obiekty-
wów typu rybie oko oznacza to gorsze rejestrowanie luk
w sklepieniu drzewostanu, które maj¹ wysok¹ wartoœæ
k¹ta zenitalnego. Silne winietowanie obiektywu mo¿e
oznaczaæ, ¿e przy brzegu kolistego obrazu niektóre luki
nie zostan¹ zarejestrowane w ogóle (zwykle te najmniej-
sze). Inne bêd¹ zarejestrowane jako obszary o ma³ej jas-
noœci i w procesie progowania bêd¹ zakwalifikowane do
kategorii „elementy sklepienia drzewostanu”, co zafa³-
szuje wyniki analizy warunków œwietlnych (Wagner
1998). Nawet w przypadku obiektywów sygnowanych
przez dobrych producentów sprzêtu optycznego nasi-
lenie winietowania mo¿e byæ znaczne (Wagner 2001).
Istnieje kilka przes³anek technicznych mog¹cych
wp³ywaæ na wybór aparatu fotograficznego. Pierwsz¹ z
nich jest wielkoœæ matrycy wyra¿ona w pikselach. Im
wiêksza jest matryca, tym z wiêksz¹ rozdzielczoœci¹
mo¿na bêdzie zarejestrowaæ obraz. Spadnie wówczas
odsetek tzw. pikseli mieszanych, obejmuj¹cych wycinek
niebosk³onu, w którym wystêpuj¹ razem elementy
sklepienia drzewostanu i otwarte niebo. Przy du¿ej
matrycy zamiast jednego piksela o uœrednionej jasnoœci
(DN) uzyskuje siê w obrazie kilka pikseli ciemnych
(sklepienie) i kilka jasnych (niebo). Du¿a rozdzielczoœæ
obrazu zdecydowanie poprawia precyzjê interpretacji
zdjêcia (Blennow 1995, Inoue et al. 2004, Macfarlane et
al. 2007). Ostatnio nawet popularne kompaktowe apara-
ty amatorskie maj¹ matryce typu CCD (ang. Charge
Coupled Device) o bardzo du¿ej liczbie pikseli. Niestety
du¿e upakowanie elementów œwiat³oczu³ych na malej
powierzchni potêguje zjawisko przelewania siê ³adun-
ków elektrycznych (ang. blooming) z intensywnie na-
œwietlonych pikseli do pikseli przyleg³ych. Na skutek
tego zjawiska obraz ma³ych silnie naœwietlonych luk jest
nieproporcjonalnie du¿y do ich rzeczywistej wielkoœci.
Matryce fotograficzne o innej konstrukcji, typu CMOS
(ang. Complementary Metal Oxide Semiconductor), s¹
mniej podatne na takie zak³ócenia. Ten typ matryc jest
czêsto stosowany w dro¿szych aparatach (g³ównie
cyfrowych lustrzankach). Podjêcie decyzji o zakupie
wymiennego obiektywu typ rybie oko bardzo ogranicza
wybór modelu cyfrowego aparatu fotograficznego.
Musz¹ to byæ aparaty tzw. pe³noklatkowe. To ¿argono-
we okreœlenie oznacza, ¿e rozmiary fizyczne matrycy
Plik z chomika:
jadzika16
Inne pliki z tego folderu:
Barwny atlas uszkodzeń drzew leśnych.zip
(120750 KB)
Ekonomika leśnictwa - skrypt.doc
(1725 KB)
Zasady , Instrukcje LP.rar
(17721 KB)
Rozpoznawanie szkodliwych owadów i chorób drzew leśnych.pdf
(17197 KB)
Dendrometria A Bruchwald.rar
(18965 KB)
Inne foldery tego chomika:
Angielski na mp3 (mir)
Biologia
Botanika
budownictwo
Chemia
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin