Távérzékelés

Ebben a fotóalbumban különböző ásványt, kőzetet, talajt, növényeket, vegyi anyagot, felszínborítást tartalmazó területek távérzékeléssel történő vizsgálati módszerét foglaljuk össze. Az összefoglalás alapja és a szemléltető képek forrása: Deákvári József, Kovács László (FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet, Gödöllő) által készített " AISA hiperspektrális távérzékelő rendszer ismertetése" című anyaga.

A távérzékelésről

A távérzékelés az égitestek felszínéről, légköréről, jelenségeiről tényleges fizikai kapcsolat nélkül, közvetett módon történő információszerzést jelent, amelynek eszköze általában az elektromágneses sugárzás. Jól azonosítható fényvisszaverési görbéje (spektruma, spektrális „ujjlenyomata”) van az egyes molekuláknak, ásványoknak vagy a növényfajoknak, a legtöbbször vizsgált 0,4-2,5 µm sávban. Ezekről laboratóriumban pontos (és pontszerű) mérések készültek, melyek spektrumkönyvtárakból lehívhatók és összehasonlíthatók a terepi mérésekkel.
A távérzékelés kezdetben nagyon hasonlított a fényképezéshez, bár a speciális kamerákban nagyobb méretű és más hullámhossztartományra érzékeny filmet használtak. A technikai fejlődés eredményeként azonban a távérzékelési eszközök jelenleg már digitális pásztázó elven működnek, hasonlóan a szkennerekhez. Különböző hullámhossztartományban működő szenzoraik elemi képrészletenként (pixelenként) érzékelik a felszínről visszaverődő sugárzás intenzitását, s ezekből a sugárzási értékekből épülnek fel a digitális űrfelvételek.
A távérzékelési berendezések sokféleképpen csoportosíthatók. Egyrészt passzív és aktív eszközökre: a passzív eszközök a felszín által visszavert napsugárzást érzékelik, az aktív eszközök pedig a műholdon elhelyezett adóberendezés jeleinek visszaverődését (ilyen például a radar). Másrészt az alkalmazott hullámhossz szerint: például optikai, infravörös, ibolyántúli vagy mikrohullámú eszközökre. Harmadrészt pedig a részletesség alapján, elkülöníthetők kisfelbontású (néhány 100 m/pixel) és nagyfelbontású (néhány m/pixel) felvételek.
A legtöbb távérzékelési műhold egyszerre több hullámhossz-tartományban (spektrális tartományban) működik, így az űrfelvételeknek több spektrális sávja van, hasonlóan az egymásra helyezett írásvetítő fóliákhoz. Tehát ezeken a multispektrális felvételeken a felszín sugárzási képe egyszerre több hullámhossztartományban is tanulmányozható. Ezen spektrális sávok képi megjelenítése tetszőlegesen kombinálható, s ezáltal az eltérő jellegű területek kiemelhetők.

A távérzékelés előnyei:

-nincs közvetlen kapcsolat a mérőeszköz és a vizsgált objektum között,

-megfigyelhetők az emberi szem számára láthatatlan jelenségek is,

-különböző magasságból, tetszőleges időben és kívánt hullámhossz tartományokban készíthetők felvételek,

-nyomon követhetők a jelenségek állapotváltozásai,

-nagy területen homogén mintavételezést tesz lehetővé,

-tervezhető időben és térben.

 A távérzékelési eljárásokkal a 400nm-7500nm közötti elektromágneses hullámok érzékelhetők. A látható fény a 400-700nm hullámhossztartományba esik. Egy tárgyról visszavert elektromágneses hullámok nagyságának hullámhossz függvényében történő grafikus ábrázolásával kapjuk a spektrális reflektanciagörbéket (fényvisszaverődési görbe). A reflektanciagörbe az anyag és a felszín tulajdonságaitól függ, és tájékoztat arról, hogy a tárgy mely hullámhossztartományokban vizsgálható távérzékelési módszerekkel.

 A távérzékelő rendszerek csoportosítása a felhasznált hordozó alapján:

-műholdas távérzékelő rendszerek,

-légi járműre szerelt távérzékelő rendszerek, mely hordozó lehet:

-sárkányrepülő,

-repülőgép,

-hőlégballon.

 A távérzékelő rendszerek csoportosítása a detektált elektromágneses hullámhossz sávszélességek és sávszámok alapján:

-multispektrális távérzékelő rendszerek: jellemzőjük 2-20 spektrális sáv érzékelése, sávonként 20-100nm sávszélességgel.

-hiperspektrális távérzékelő rendszerek: jellemzőjük több száz spektrális sáv érzékelése, sávonként 1-10nm sávszélességgel

A hiperspektrális távérzékelésről

A képalkotó spektrometriában, más elnevezéssel hiperspektrális távérzékeléssel (imaging spectroscopy, hyperspectral remote sensing) egy nagyobb területet képelemekre bontva végezzük el (közel) egyidejűleg minden képelemre a teljes spektrális mérést, így egy összefüggő területről kapunk teljes spektrális információt, miközben ily módon minden képelemről rendelkezésre áll egy csaknem folyamatos spektrumgörbe. Az egy területről felvett adatmennyiséget hiperspektrális adatkockának nevezzük. Az adatkocka tartalma közvetlenül maximum 3 sávot felhasználó színes képként, egy képelem információtartalma pedig spektrumgörbeként jeleníthető meg. A folyamatos spektrumgörbe vizsgálata új megközelítés a kőzeteket, növényzetet, talajt, stb. külső megjelenési jegyei vagy spektrumgörbéje néhány pontja alapján történő meghatározása mellett. A hiperspektrális távérzékelés során számos (10-100-as nagyságrendű) sávban készül spektrum az adott terület egyes pontjairól; az egyes spektrumokat magában foglaló képpontokból pedig kép állítható össze (képalkotó spektrometria). A hiperspektrális távérzékelő eljárást eredetileg idegen égitestek felszínének geokémiai vizsgálatára dolgozták ki. A spektrometria jelenleg is a leghatékonyabb módszer például a Mars felszíni anyagainak vizsgálatára (A Mars Express OMEGA műszere ilyen képalkotó spektrométer). A földi alkalmazásokban az 1980-as évektől elsősorban ásványtérképezési céllal használták a hiperspektrális technológiát. A növényzettel és sokszor felhőkkel is borított Európában főleg bányászati szennyeződések kimutatására használják, a száraz területeken a felszín geológiai térképezésére is. A hiperspektrális távérzékelés a legújabb, felszínborítást vizsgáló eljárások egyike. Hazánkban először 2002-ben készítettek képalkotó spektrometriát használó légifelvételeket.

 A távérzékelő rendszerek csoportosítása a detektálás módszere alapján:

-analóg érzékelők

-digitális érzékelők, melyek lehetnek:

-Wiskbroom

-Pushbroom rendszerűek.

 A hiperpektális méréstechnika alkalmazási területei:

-földhasználatok felvételezése, ellenőrzése, a változások követése,

-felszínborítottság detektálása,

-biomassza felmérése,

-felszíni vizek fitoplankton tartalmának meghatározása, vízszennyezések detektálása,

-növényi vegetációk állapotértékelése,

-talajfelszín talajállapot értékelése,

-nedvességtartalom, ásványi-anyag összetétel, sivatagosodás vizsgálata,

-szennyezések kiterjedése, a terjedések mértékének nyomon követése.

A hiperspektrális felvételek feldolgozása

A felvételek feldolgozásánál  atmoszférikus korrekcióra is szükség van, mert a légkör egyes hullámhosszúságú elektromágneses hullámokat elnyel. A pontos mérésekhez a repüléssel egy időben a terepre kihelyezett ismert reflektanciájú anyagok alkalmazása, továbbá a repüléssel egyidejűleg a terepen végzett spektrométeres mérések szükségesek. A  hiperspektrális felvételen geometriai korrekciót is végeznek, majd távérzékelési adatfeldolgozó szoftverek segítségével további analízist végeznek. Általában a feladatnak megfelelő osztályozott képek a végső eredmények.