Sprzęt i ekspozycja zdjęć w fotografii hemisferycznej w badaniach leśnych.pdf

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

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 (

k¹t zenitalny

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 wartoœæ 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:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: