Capitolul IX

1. ANALIZA IMAGINILOR SATELITARE ÎN SCOPURI TURISTICE

Conf. univ. dr. Toderaş Teodor

1.1. Etapele procesului de analiză şi prelucrare a imaginilor satelitare

Imaginile satelitare ale terenului sunt sursa cea mai actuală şi mai completă de informaţii referitoare la terenul analizat în diverse scopuri, în special în scopuri turistice, în realizarea şi actualizarea hărţilor turistice sau în efectuarea diverselor analize turistice. Etapele de analiză şi prelucrare a imaginilor sunt: aplicarea corecţiilor, efectuarea georeferenţierii sau crearea modelului stereoscopic şi vectorizarea detaliilor geografice şi turistice.

Datorită dezvoltării şi perfecţionării tehnologiei satelitare imaginile satelitare ale terenului pot fi obţinute foarte rapid prin metoda teledetecţiei, la o rezoluţie foarte mare care asigură precizia necesară realizării hărţilor şi în domeniul multispectral sau în zona pancromatică, cu senzori activi sau pasivi.

Teledetecţia, prin definiţie, este o metodă generală de observare, cercetare şi înregistrare de la distanţă a suprafeţei terestre cu tot ce se află pe ea, inclusiv a fenomenelor ce iau naştere din diferite cauze (magnetice, gravitaţionale, electrice, biologice chimice etc.), utilizând un ansamblu de tehnici şi tehnologii moderne adecvate pentru recepţionarea radiaţiilor emise sau reflectate de către corpurile şi fenomenele cercetate şi transformarea acestora în imagine vizuală convenţională sau clasificată, analogică sau digitală.

Majoritatea firmelor furnizoare de imagini satelitare ale terenului livrează imagini satelitare prelucrate preliminar, prelucrare care are ca rezultat imagini corectate de erorile radiometrice şi geometrice produse la înregistrare.

Întrucât datorită tehnologiei moderne de realizare a hărţilor digitale, hărţile turistice sunt realizate în format digital, actualizarea acestora presupune actualizarea bazei de date geografice din care sunt generate.

Procesul de actualizare a bazei de date geografice impune parcurgerea următoarelor tipuri de prelucrări ale imaginilor satelitare:

a) Prelucrarea preliminară a imaginilor satelitareb) Prelucrarea imaginilor satelitare georeferenţiate - este un proces care se

aplică imaginilor satelitare ce conţin suprafeţe de teren din zonele de şes. Procesul de prelucrare, în acest caz, cuprinde următoarele subetape:

151

- georeferenţierea imaginilor satelitare digitale- vectorizarea şi actualizarea bazei de date geograficeCulegerea detaliilor topografice, turistice şi geografice de pe imaginile

satelitare digitale georeferenţiate se poate face prin vectorizare pe straturi separate sau prin filtrarea imaginii cu filtre (formule matematice) de detectare a contururilor acestor detalii şi transformarea acestor contururi în elemente vectoriale.

c) Prelucrarea stereoscopică a imaginilor satelitare - este un proces care se aplică imaginilor satelitare ce conţin suprafeţe de teren din zonele de deal şi munte. Procesul de prelucrare cuprinde următoarele subetape:

- realizarea modelului stereoscopic - vectorizarea pe modelul stereoscopic realizat- actualizarea bazei de date geografice

1.2. Prelucrarea preliminară a imaginilor satelitare

Prelucrarea preliminară are drept scop corectarea radiometrică şi geometrică a imaginilor de teledetecţie.

Prin prelucrarea preliminară se elimină (se corectează) erorile sistematice produse de lanţul (traseul) de achiziţionare şi înregistrare a imaginilor satelitare prin teledetecţie.

Asupra imaginilor de teledetecţie vor fi aplicate următoarele corecţii:a) Corecţii radiometrice care se aplică pentru eliminarea erorile provocate

de către senzorul de teledetecţie şi de mediul înconjurător. 1. Corecţii pentru înlăturarea erorilor produse de către senzor – se

aplică corecţii pentru înlăturarea erorilor:– sistemului de colectare a datelor (erori datorate instabilităţii

necompensate a blocurilor electronice);– sistemului de unghi de baleiere;– produse de perturbaţiilor sistemului de detectare, înregistrare şi

transmitere a datelor. 2. Corecţii ale variaţiilor peisajului şi a mediului înconjurător Acestea

corectează variaţiile de iluminare şi cele atmosferice.3. Corecţii de întărire a imaginii care constau în efectuarea unor filtrări

a imaginii (eliminarea unor perturbaţii sau zgomote), în modificări de densitate (nuanţă de gri sau culoare) atunci când acestea au contrast slab şi în efectuarea codificării color.

4. Corecţii de calibrare radiometrică care se aplică la convertirea valorilor datelor în unităţi fizice.

152

5. Îndepărtarea dungilor (dungile apar în imagine datorită răspunsului inegal al detectorilor în cazul înregistrărilor multispectrale) – se elimină prin prelucrarea histogramei imaginii.

6. Îndepărtarea zgomotului (datorat interferenţei instrumentelor învecinate sau erorilor în transmiterea datelor) – se face cu ajutorul unor filtre de eliminare a perturbaţiilor din imagine.

7. Corecţia de eliminare a variaţiei în timp a luminii solare se aplică analogic sau analitic, prin calcul, pentru fiecare pixel al imaginii.

8. Corecţii de eliminare a erorilor produse de atmosferă se aplică analogic sau analitic, pe baza unor algoritmi de calcul.

b) Corecţii geometrice care se aplică în scopul eliminării erorilor ce deformează geometria imaginilor. Se aplică următoarele corecţii:1. de eliminare a influenţei reliefului, a înclinării imaginii şi a altor

distorsiuni, în vederea comparării mai multor imagini (se aplică prin procesul de redresare);

2. de corespondenţă în vederea comparării imaginilor aeriene cu imaginile satelitare (se aplică analogic sau digital);

3. de registraţie în vederea efectuării corelaţiei dintre înregistrările succesive repetitive, respectiv între înregistrările multicanal (acestea se aplică prin operaţia de registraţie);

4. de eliminare a distorsiunii panoramice care apare datorită neverticalităţii axei optice a staţiei (se aplică analogic sau digital);

5. de distorsiune datorită rotaţiei Pământului se aplică analogic sau digital.

Prelucrarea preliminară a imaginilor satelitare este realizată de regulă de către firma furnizoare de imagini satelitare. Practic, imaginile satelitare se livrează corectate radiometric şi geometric.

1.3. Prelucrarea imaginilor satelitare georeferenţiate

Imaginile satelitare ce urmează a fi utilizate în procesul de actualizare a bazei de date a hărţilor digitale trebuie mai întâi georeferenţiate şi apoi prelucrate digital.

Prin procesul de georeferenţiere imaginea satelitară este adusă în scara hărţii pentru care se realizează baza de date geografice şi se elimină din conţinutul imaginii erorile produse de înclinarea (neorizontalitatea) planului îmaginii din momentul inregistrării şi erorile produse de dispozitivele de înregistrare.

Georeferenţierea fiind, din punct de vedere fotogrammetric o redresare indirectă a imaginii satelitare, presupune utilizarea unui număr de puncte marcate în teren (numite repere fotogrammetrice) cu coordonate geodezice determinate în

153

sistemul de coordonate al hărţii (al imaginii georeferenţiate), a căror imagine apare pe imaginea satelitară ce urmează a fi georeferenţiată.

Pe baza coordonatelor imagine şi a coordonatelor fotogrammetrice a acestor puncte reper fotogrammetric se face transformarea imaginii în sistemul de coordonate al hărţii (al proiecţiei cartografice în care se realizează sau se actualizează baza de date geografice).

După realizarea imaginii satelitare georeferenţiate se poate începe procesul de restituţie a acesteia, proces ce constă în vectorizarea detaliilor planimetrice ce fac obiectul actualizării bazei de date geografice.

Procesul de georeferenţiere se realizează cu ajutorul unui program specializat care poate realiza transformările matematice ale coordonatelor pixelului din sistemul de coordonate al imaginii satelitare în sistemul de coordonate al harţii (al imaginii georeferenţiate).

Pe piaţa de software există mai multe tipuri de software specializate în prelucrarea de imagini satelitare, cum sunt: Global Mapper, ER Mapper, Erdas Imagine, Quantum GIS etc.

1.3.1. Georeferenţierea imaginilor satelitareÎn situaţia în care imaginea digitală a terenului trebuie adusă în scara hărţii

pentru prelucrare, este necesară georeferenţierea (redresarea) acesteia. Imaginile digitale ale terenului obţinute prin teledetecţie satelitară sunt cea

mai valoroasă sursă de date actuale pentru a realiza produse cartografice (hărţi) de calitate.

În general imaginile digitale ale terenului conţin erori geometrice rezultate din procesul de înregistrare a acestora, erori care influenţează poziţia planimetrică a detaliilor topografice înregistrate.

Aceste erori (deformări grafice) au valori diferite pe cele două direcţii de bază modificând geometria imaginii. Este necesar ca aceste erori să fie eliminate pentru a nu influenţa precizia datelor înregistrate în baza de date geografice a hărţii digitale ce se crează sau precizia de creare a modelului spaţial al terenului realizat pe baza acestor imagini digitale.

Eliminarea acestor erori de deformare geometrică a imaginii se poate face prin procesul de georeferenţiere a imaginii.

Georeferenţierea este deci un proces care pe lângă aducerea imaginii în sistemul de coordonate stabilit, elimină şi erorile geometrice din conţinutul imaginii.

Avantajul utilizării imaginilor digitale de teledetecţie este acela că elementele terenului din conţinutul acestora sunt actuale şi concordă cu realitatea din teren.

154

Georeferenţierea este procesul prin care o imagine raster reprezentând o zonă de teren sau o porţiune de hartă este adusă în coordonatele geodezice ale sistemului de proiecţie curent, prin operaţiile de translaţie, rotaţie şi aducere în scară, astfel încât detaliile topografice şi geografice reprezentate în conţinutul acesteia să corespundă cu poziţia lor reală din teren. După efectuarea georeferenţierii imaginii scanate, aceasta se vectorizează (digitizează), fie manual cu ajutorul mouse-ului fie automat cu ajutorul modulului de vectorizare automată a programului de cartografiere utilizat.

Pentru efectuarea georeferenţierii unei imagini raster este necesară identificarea în imagine a pixelilor corespunzători poziţiei planimetrice a punctelor reper înregistrate (detalii topografice punctiforme sau intersecţii ale detaliilor topografice liniare), ce au coordonate geografice sau coordonate geodezice determinate prin metode riguroase.

Aceste puncte reper sunt utilizate pentru determinarea coeficienţilor relaţiilor de transformare a imaginii raster din sistemul de coordonate ale scanner-ului în sistemul de coordonate ale hărţii. Având determinaţi aceşti coeficienţi, ei sunt utilizaţi apoi pentru transformarea imaginii raster în sistemul de coordonate ale hărţii, prin calculul coordonatelor tuturor pixelilor imaginii raster în sistemul de coordonate ale hărţii, operaţiune care se face pe baza relaţiilor de transformare dintr-un sistem de coordonate în altul.

În literatura de specialitate există, din punct de vedere matematic, mai multe tipuri de transformări dintr-un sistem de coordonate în altul, dintre care pentru georeferenţiere sunt utilizate mai frecvent trei: transformarea polinomială, transformarea Helmert şi transformarea afină.

Transformarea polinomială – utilizează polinomul de gradul n pentru determinarea parametrilor transformării şi pentru efectuarea transformării, operaţiune care presupune calculul coordonatelor tuturor pixelilor imaginii în sistemul de coordonate ale hărţii.

(1)

unde: Xi, Yi – coordonatele pixelului în sistemul imaginii digitale; A1, …, 1 şi A2, …, 2 – parametrii polinomului de transformare; Xref, Yref – coordonatele pixelului georeferenţiat (în sistemul de coordonate

geodezic al bazei de date grafice).În cazul imaginilor satelitare se utilizează de regulă polinomul de ordinul II

care impune utilizarea a 6 puncte reper pentru georeferenţiere care au coordonate în ambele sisteme de coordonate (cel al imaginii şi cel al hărţii). Sunt necesare minim 6 puncte reper deoarece ecuaţia de ordinul II ce rezolvă acest tip de transformare

155

Fig.1. Selectarea proiecţiei cartografice în care se va georeferenţia imaginea satelitară

este de fapt ecuaţia unui paraboloid şi paraboloidul este definit prin 6 puncte. Cunoscând valorile coeficienţilor de transformare, se face transformarea tuturor pixelilor imaginii raster în sistemul de coordonate al hărţii pe baza coordonatelor planimetrice (Xi, Yi) ale acestora din sistemul scanner-ului, înregistrate în fişierul imaginii raster.

Transformarea polinomială este utilizată frecvent pentru georeferenţierea imaginilor digitale ce conţin pe lîngă deformările geometrice de scanare şi alte tipuri de deformări geometrice. Ea este inclusă în unele programe de cartografiere computerizată prevăzute cu meniu pentru selectarea transformării.

Transformarea de tip Helmert presupune utilizarea a minim 4 puncte reper, pe baza cărora se determină coeficienţii de transformare.

Relaţiile de transformare Helmert sunt incluse în programele de aplicaţii pentru cartografiere computerizată, prevăzute cu meniu pentru alegerea tipului de transformare.

Transformarea afină presupune utilizarea a minim 4 puncte reper, pe baza cărora se determină coeficienţii de transformare. Relaţiile de transformare afină sunt incluse în programele de aplicaţii pentru cartografiere computerizată, prevăzute cu meniu pentru alegerea tipului de transformare.

Prima operaţiune care se execută în procesul de georeferenţiere este încărcarea imaginii satelitare şi deschiderea acesteia în fereastra softului utilizat pentru prelucrare. În cazul softului Quantum GIS fereastra de încărcare a imaginii se face din opţiunea Georeference (fig. 1).

Apoi pentru măsurarea punctelor reper fotogrammetrice, softul utilizat deschide fereastra de măsurare a punctelor reper fotogrammetrice, în care se

156

Fig.2. Modul de măsurare a punctelor reper fotogrammetrice şi de introducere a coordonatelor geodezice a acestora

Fig. 3. Selectarea parametrilor proiecţiei cartografice, a metodei de transformare a pixelilor şi a metodei de reeşantionare a imaginii georeferenţiate

identifică înregistrează coordonatele măsurate şi coordonatele geodezice ale punctelor reper fotogrammetrice (Fig. 2).

După operaţia de măsurare a punctelor reper fotogrammetrice pentru efectuarea georeferenţierii se deschide fereastra de selectare proiecţiei cartografice în care se va face georeferenţierea imaginii (şi se vor selecta parametrii acesteia), metoda de transformare (polinomială, Helmert, afină etc.) şi metoda de reeşantionare a imaginii transformate (linear, cubic etc.), (Fig. 3).

157

Reeşantionarea imaginii digitale georeferenţiate

Operaţiunea de reeşantionare presupune atribuirea fiecărui pixel georeferenţiat valoarea nuanţei de culoare sau a nivelului de gri (valoarea densităţii de tonalitate) corespunzătoare pixelului corespondent din imaginea sursă (imaginea digitală negeoreferenţiată). Practic se atribuie fiecărui pixel georeferenţiat din fişierul de ieşire, nuanţa de culoare, respectiv nivelul de gri corespunzător pixelului corespondent negeoreferenţiat din fişierul sursă.

În acest scop se retransformă cu relaţiile, coordonatele pixelului georeferenţiat ce trebuie reeşantionat, în sistemul de coordonate a imaginii digitale iniţiale negeoreferenţiate.

Se extrage apoi valoarea nuanţei de culoare (codul de culoare) sau a nivelului de gri a pixelului negeoreferenţiat din imaginea digitală sursă (negeoreferenţiată), identificat prin coordonatele retransformate, şi se atribuie această nuanţă de culoare, respectiv acest nivel de gri, pixelului georeferenţiat.

Acest proces de determinare a coordonatelor retransformate ale pixelului georeferenţiat este necesar a se aplica obligatoriu imaginilor digitale obţinute cu aparate sau sisteme digitale montate pe vehicule spaţiale, deoarece obţinerea acestor imagini digitale cu astfel de tehnici se bazează pe perspectiva centrală şi nu pe proiecţia ortogonală, ele prezentând deformări în poziţia planimetrică pe imagine a detaliilor topografice şi geografice cauzate de diverşi factori, dintre care cel mai important factor este diferenţa de nivel a terenului înregistrat.

Întrucât poziţia pixelului corespondent din imaginea digitală negeoreferenţiată nu se poate identifica riguros (mai ales în cazul imaginilor satelitare preluate din vehicule spaţiale), datorită erorilor de retransformare, pentru extragerea nuanţei de culoare sau a nivelului de gri corespondent pixelului georeferenţiat se poate aplica una din metodele de interpolare: a celui mai apropiat vecin, a interpolării biliniare sau a convoluţiei cubice.

a) Metoda celui mai apropiat vecin constă în atribuirea pixelului redresat (de coordonate xr, yr) a valorii de nuanţă de culoare sau a valorii de gri a celui mai apropiat pixel vecin poziţiei retransformate a pixelului redresat.

Practic, se identifică în imaginea digitală negeoreferenţiată pixelul vecin cel mai apropiat de poziţia pixelului georeferenţiat (de coordonate xr, yr determinate), recalculată în sistemul imaginii digitale negeoreferenţiate şi i se atribuie nuanţa de culoare sau de gri a acestuia. Metoda nu produce pierderi de informaţii de nivel de gri întrucât nu face o mediere a nivelurilor de gri.

b) Metoda interpolării biliniare constă în interpolarea biliniară şi obţinerea unei valori medii a nuanţei de culoare sau de gri pentru pixelul georeferenţiat, care rezultă din valorile nuanţelor de culoare sau de gri a 4 pixeli situaţi într-o fereastră de 22 pixeli în jurul poziţiei retransformate .

158

Fig. 4. Imagine georeferenţiată

c) Metoda convoluţiei cubice constă în interpolarea cu o funcţie cubică a nuanţei de culoare sau a nivelului de gri a pixelului georeferenţiat din 16 pixeli situaţi într-o fereastră de 44 în jurul poziţiei retransformate.

Pentru reeşantionarea imaginilor digitale georeferenţiate este indicată metoda celui mai apropiat vecin întrucât este mai rapidă, mai simplă de utilizat şi nu produce pierderi de informaţii ale nivelului de gri, metodă ce poate fi selectată din meniul software-ului utilizat.

Imaginea satelitară georeferenţiată este adusă în sistemul de coordonate al hărţii, respectiv al bazei de date geografice ce se actualizează (Fig.4).

1.3.2. Vectorizarea detaliilor geografice pe imaginile satelitare georeferenţiate şi actualizarea bazei de date geografice

Imaginea satelitară georeferenţiată este utilizată ca suport pentru vectorizarea detaliilor geografice şi topografice din conţinutul imaginii.

Vectorizarea se face utilizând instrumentele geometrice ale softului utilizat (punct, linie, polilinie, poligon) şi se înregistrează în baza de date geografice ce se actualizează.

Baza de date geografice este constituită din entităţi cartografice reprezentate prin entităţi geometrice şi atribute asociate fiecărei entităţi geometrice. Datele grafice vectorizate sunt un format vectorial de date ce corespunde unui nivel elementar de definiţie în care datele geografice sunt reprezentate sub forma unor şiruri de puncte localizate prin coordonate rectangulare şi care pot recompune vectori prin unire cu segmente de dreaptă sau de polilinie, vectori ce pot defini entităţi geometrice de tip linie sau poligon care constituie entităţi cartografice (reprezentări convenţionale ale detaliilor geografice sau topografice liniare sau de suprafaţă ale hărţii).

159

După cum se observă, structura bazei de date geografice bazată pe acest model de date operează cu entităţi cartografice şi cu entităţi geometrice.

Entităţile cartografice sunt obiecte ale spaţiului geografic cartografiat ce reprezintă detalii topografice, geografice sau fenomene care se reprezintă în baza de date, geometric prin entităţi geometrice şi relaţional prin proprietăţile lor (atribut şi valoare).

Entităţile geometrice sunt descrieri ale formei fizice a detaliilor topografice sau geografice reprezentate, destinate înregistrării pe suportul de informaţie, recompunerii şi reprezentării pe display a acestor detalii. Într-un astfel de model de date entităţile geometrice utilizate pentru reprezentarea elementelor topografice şi geografice sunt: punctul, arcul, linia sau polilinia şi poligonul.

Într-o bază de date geografice structura şi organizarea datelor este diferită pentru datele grafice faţă de datele descriptive înregistrate. Pentru ca datele grafice şi datele descriptive aferente acestora să poată fi regăsite, reconstituite şi afişate pe display, uşor şi rapid, este necesar ca între datele grafice şi cele descriptive să existe o legăriră logică bazată pe coduri şi realizată prin operaţiile de geocodificare.

Organizarea datelor înregistrate în baza de date geografice se face stratificat în funcţie de categoriile de detalii înregistrate, fiecărei categorii fiindu-i asociate seturi de caracteristici geografice sau topografice, pe baza unor proceduri matematice şi legături relaţionale. O astfel de organizare a datelor grafice permite regăsirea foarte rapidă a datelor înregistrate şi a caracteristicilor acestora. Practic, datele spaţiale înregistrate sunt organizate multinivel, fiecare nivel formând un strat (Layer) ce conţine o anumită categorie de elemente topografice, geografice şi turistice, la care se leagă atributele acestora.

Pentru organizarea datelor grafice se utilizează o structură topologică a entităţilor geometrice înregistrate ce reprezintă detalii geografice, topografice şi turistice, structură care presupune realizarea legăturilor matematice (topologice).

Topologia este o procedură matematică de definire explicită a legaturilor spaţiale (topologice, bazate pe teoria grafurilor) între entităţile geometrice ce asigură reprezentarea din punct de vedere geometric a detaliilor topografice sau geografice definite de entităţile geometrice.

Practic, topologia prin legaturile topologice pe care le defineşte între entităţile geometrice (PUNCT, ARC SI POLIGON) pentru reprezentarea geometrică a detaliilor, permite identificarea poligoanelor adiacente şi poate defini un element de suprafaţă sau o entitate cartografică liniară construită din mai multe entităţi geometrice de tip ARC, LINIE sau POLILINIE.

Este necesar deci, ca în realizarea bazei de date geografice pe lângă modelul relaţional al datelor să se definească şi un model topologic al datelor, model care să asigure legăturile topologice între entităţile geometrice în aşa fel

160

Fig. 5. Detalii topografice vectorizate pe imaginea satelitară georeferenţiată

încât imaginea grafică ce conţine aceste reprezentări să poată fi generată (reconstituită) în orice moment.

Organizarea datelor înregistrate se face stratificat în funcţie de categoriile de detalii înregistrate, fiecărei categorii fiindu-i asociate seturi de caracteristici geografice, topografice sau turistice pe baza unor proceduri matematice şi legături relaţionale.

O astfel de organizare a datelor grafice permite regăsirea foarte rapidă şi uşoară a datelor înregistrate şi a caracteristicilor acestora.

Structura datelor descriptive din baza de date a hărţilor turistice digitale este o structura relaţională de organizare a datelor descriptive, deoarece acest tip de structură a datelor prezintă o serie de avantaje în comparaţie cu celelalte structuri cunoscute în literatura de specialitate.

O astfel de structură relaţională este formată din mai multe tabele numite relaţii, tabele ce conţin date elementare fără o legătură aparentă între ele dar care au realizată o legătură relaţională bine definită din punct de vedere matematic.

Odată stabilite asocierile şi relaţiile între entităţile cartografice, este necesar ca în pasul următor să se stabilească atributele entităţilor cartografice reprezentate şi eventual, atributele asocierilor dintre aceste entităţi cartografice.

Crearea sau actualizarea bazei de date geografice este un proces complex în care se realizează legăturile topologice şi relaţionale între datele grafice înregistrate vactorial şi datele descriptive înregistrate alfanumeric.

161

Tehnologia de creare a bazei de date geografice cuprinde etapele ce trebuie parcurse cum sunt: vectorizarea, editarea, validarea şi înregistrarea datelor în baza de date geografice, crearea topologiei straturilor şi realizarea tabelelor relaţionale, conform concepţiei de proiectare a bazei de date geografice şi a structurii implementate în sistemul de gestiune utilizat.

1.4. Prelucrarea stereoscopică a imaginilor satelitare

Prelucrarea stereoscopică a imaginilor satelitare în vederea cartografierii detaliilor topografice este singura metodă care elimină influenţa reliefului în poziţionarea detaliilor planimetrice la înregistrarea acestora în imagine (elimină erorile de poziţionare în planul imaginii), în cazul înregistrării zonelelor de teren cu diferenţe de nivel mari (zonele de deal şi zonele muntoase).

Prelucrarea stereoscopică presupune realizarea modelului stereoscopic (spaţial) a terenului înregistrat la o scară dată (scara hărţii sau o scară arbitrar aleasă), orientarea acestuia în sistemul de coordonate al hărţii şi apoi cartografierea prin vectorizare pe stereomodelul realizat a detaliilor geografice, topografice sau turistice.

1.4.1. Realizarea modelului stereoscopic

Realizarea modelului stereoscopic se bazează pe principiul vederii stereoscopice (binoculare) de a percepe obiectele în spaţiu. Stereoscopia este de fapt acea parte a fizicii aplicate, care se ocupă cu studiul proprietăţilor ce stau la baza formării imaginilor în relief.

În continuare sunt prezentate principiile ce stau la baza realizării modelului stereoscopic, metodele de realizare a acestuia şi modul de efectuare a măsurătorilor în punctele modelului stereoscopic realizat şi a restituţiei (vectorizării) detaliilor topografice a căror imagine este situată pe modelul stereoscopic.

Metode de realizare a modelului stereoscopicPentru realizarea modelului stereoscopic (a stereomodelului) se pot utiliza

următoarele metode (procedee): metoda stereoscopică, metoda anaglifelor, metoda utilizării luminii polarizate, metoda rasterului şi metoda eclipsării luminii de proiectare.

Metoda stereoscopică de realizare a stereomodelului este utilizată în prelucrarea stereoscopică a imaginilor analogice (a imaginilor pe film fototehnic) cu aparatură analogică de tipul stereometrografului sau stereoplanigrafului. Metoda anaglifelor şi metoda polarizării luminii de realizare a modelului stereoscopic se

162

utilizează în prelucrarea stereoscopică pe calculator cu software specializat a imaginilor digitale satelitare.

a) Metoda stereoscopicăMetoda permite realizarea modelului stereoscopic (a stereomodelului) cu

ajutorul stereogramei prin reconstituirea perspectivei spaţiale din momentul aerofotografierii.

Pentru obţinerea efectului stereoscopic, fotogramele stereogramei înregistrate din două centre de proiecţie diferite, situate în spaţiu la distanţa B una faţă de alta, se proiectează cu ajutorul unor aparate speciale, numite aparate stereoscopice, care reproduc fasciculele de raze ce au dat naştere imaginilor fotografice şi creează o imagine virtuală a terenului fotografiat numită model stereoscopic sau stereomodel.

Această operaţie se realizează prin observarea fotogramelor negative sau pozitive perechi (stereograme) la aparate cu dublă proiecţie (fig. 6).

Cele două fotograme ale stereogramei pe baza cărora se obţine modelul stereoscopic trebuie aşezate în aparatul stereoscopic în ordinea lor succesivă în care au fost fotografiate.

La proiectarea celor două fascicule de raze cu ajutorul camerelor de proiecţie ale aparatului stereoscopic se foloseşte principiul reversibilităţii procesului fotografic, adică fasciculele de raze sunt reconstituite prin proiectarea celor două negative sau diapozitive ale fotogramelor (ce alcătuiesc stereograma).

163

Fig. 6. Realizarea stereomodelului prin metoda stereoscopică

Proiectarea se face din centrele de proiecţie O1 şi O2 dispuse la distanţa focală f faţă de planul fotogramelor (egală cu distanţa focală a camerei fotogrammetrice cu care s-a efectuat fotografierea).

Pentru aşezarea camerelor de proiecţie C1 şi C2 în poziţia reciprocă pe care au avut-o fotogramele pe timpul fotografierii, este necesar să fie cunoscute elementele orientării exterioare relative κ, φ şi ω ale fotogramelor stereogramei, definite mai sus. Aparatele construite după acest principiu sunt în general complexe, necesită condiţii de lucru speciale şi personal calificat.

În figura 1.5 este arătat schematic modul de obţinere a modelului stereoscopic cu ajutorul fotogramelor F1 şi F2 prin intersectarea razelor omoloage (p1O1P şi p2O2P). Modelul stereoscopic se obţine prin aducerea camerelor C1 şi C2

în aceeaşi poziţie pe care au avut-o fotogramele în timpul aerofotografierii.. Distanţa B dintre centrele de perspectivă care formează baza de aerofotografiere va fi redusă cu un coeficient de scară m, astfel încât baza modelului stereoscopic ce se formează va fi dată de relaţia:

(2)

unde: b – este baza modelului stereoscopic, adică distanţa dintre camerele de proiectare ale aparatului cu care se exploatează fotogramele:

B – baza de fotografiere, adică distanţa dintre poziţia camerei fotoaeriene între două expuneri succesive în spaţiu.

b) Metoda anaglifelorMetoda utilizează principiul de combinare a culorilor complementare. În

cadrul acestei metode se utilizează două procedee de realizare a modelului stereoscopic.

Procedeul substractiv al anaglifelorProcedeul se bazează pe vederea binoculară a imaginilor celor două

fotograme ale stereogramei, care sunt tipărite, aproape suprapus, în culori complementare (o fotogramă în roşu şi cealaltă în verde-albastru) în proiecţie centrală. Procedeul substractiv realizează scăderea culorilor complementare.

Prin tipărirea celor două proiecţii centrale (a imaginii celor două fotograme) detaliile planimetrice vor prezenta deplasări datorită diferenţelor de nivel ale terenului fotografiat. Aceste deplasări reprezintă paralaxele orizontale ale punctelor detaliilor topografice din cele două imagini.

Dacă privim imaginea tipărită a celor două fotograme ale stereogramei prin intermediul unor ochelari cu filtre (lentile) colorate în aceleaşi culori ca şi imaginile fotogramelor, fiecare ochi va vedea imaginea fotografică de culoare complementară filtrului prin care priveşte.

164

Astfel, ochiul care trebuie să vadă imaginea colorată în roşu priveşte prin filtrul verde-albastru şi ochiul care trebuie să vadă imaginea colorată în verde-albastru priveşte prin filtrul roşu.

Astfel fiecare ochi vede o singură imagine necolorată din cele două imagini colorate ale stereogramei (culoarea imaginii tipărite este anihilată).

Practic, fiecare ochi vede doar imaginea de culoare complementară filtrului. La intersecţia razelor spaţiale, separate de cele două filtre, se realizează modelul stereoscopic ca o imagine spaţială virtuală necolorată.

Procedeul aditiv al anaglifelorProcedeul se bazează pe observarea binoculară a imaginilor necolorate (alb-

negru) a celor două fotograme ale stereogramei, care sunt proiectate suprapus prin intermediul unor filtre colorate în culori complementare, pe un ecran, în proiecţie centrală (o fotogramă este proiectată în roşu şi cealaltă este proiectată în verde-albastru).

Procedeul aditiv realizează adunarea culorilor complementare. Prin urmare procedeul necesită utilizarea a două camere de proiecţie, prevăzute cu filtre de lumină de culori complementare (roşu şi verde-albastru).

Imaginea proiectată pe ecran se priveşte prin intermediul unor ochelari prevăzuţi cu filtre colorate în aceleaşi culori complementare ca şi filtrele camerelor de proiecţie (roşu şi verde-albastru).

165

Fig. 7. Realizarea stereomodelului prin procedeul substractiv

Fig. 8. Realizarea stereomodelului prin procedeul aditiv

Fiecare ochi va vedea imaginea fotografică de culoare complementară filtrului prin care priveşte, întrucât ochiul care trebuie să vadă imaginea colorată în roşu priveşte prin filtrul verde-albastru şi ochiul care trebuie să vadă imaginea colorată în verde-albastru priveşte prin filtrul roşu.

Astfel fiecare ochi vede o singură imagine necolorată din cele două imagini colorate, proiectate pe ecran, realizându-se astfel modelul stereoscopic a terenului (imaginea virtuală spaţială).

Bazat pe acest principiu s-au construit aparate stereoscopice dintre care se poate menţiona Multiplexul.

a) Metoda utilizării luminii polarizateMetoda utilizării luminii polarizate mai poartă numele şi de metoda

polaroizilor şi presupune proiectarea suprapusă a imaginii necolorate a fotogramelor stereogramei pe un ecran, prin intermediul unor camere de proiecţie prevăzute cu polaroizi (filtre de polarizare a luminii care polarizează lumina în două plane perpendiculare unul pe altul).

Astfel, imaginea unei fotograme a stereogramei este proiectată pe ecran cu lumină polarizată în plan orizontal iar a celeilalte fotograme este proiectată cu lumină polarizată în plan vertical. Imaginile proiectate pe ecran se privesc prin ochelari prevăzuţi cu lentile polarizante (filtre de polarizare), aşezaţi astfel încât planul de polarizare a lentilelor ochelarilor să fie paralel cu planul de polarizare a imaginii corespunzătoare ochiului respectiv. Se asigură astfel perceperea de către fiecare ochi numai a imaginii destinate lui, realizându-se modelul stereoscopic (imaginea virtuală a terenului fotografiat).

1.4.2. Vectorizarea pe modelul stereoscopic realizat

166

Fig. 9. Modul de vectorizare spaţială pe stereomodel

Pentru vectorizarea detaliilor topografice, geografice şi turistice pe modelul stereoscopic realizat se utilizează Mouseul virtual (3D) ce se stează din meniul softului şi se vectorizează spaţial cu polilinie sau poligon punctele de contrur ale detaliului situat pe model.

Practic vectorizarea unui detaliu topografic pe modelul stereoscopic presupune activarea cursorului virtual 3D, selectarea instrumentului (butonului) de vectorizare polilinie şi marcarea apoi a punctelor caracteristice sau a punctelor de contrur ale detaliului, menţinând premanent cursorul virtual în contact cu suprafaţa modelului stereoscopic (cu terenul virtual), rezultînd un element vectorial (0 polilinie) sau un contur vectorial (un poligon) a cărui puncte caracteristice au coordonate spaţiale (x, y, z).

Pentru vectorizarea unei curbe de nivel, mai intâi se introduc coordonatele şi cota primului punct (x, y, z) din care începe vectorizarea curbei şi se menţine cursorul virtual la aceeaşi altitudine şi contact cu terenul virtual, rezultând polilinia spaţială (curba de nivel).

În acest mod se culeg toate detaliile topografice, geografice şi turistice, prin proiecţie ortogonală de pe modelul virtual pe planul orizontal, detalii a căror poziţie în plan orizontal nu mai este afectată de erorile cauzate de diferenţa de nivel a terenului din imagine. Aceste detalii vectorizate spaţial se înregistrează apoi în baza de date pe straturi tematice.

1.5. Realizarea bazei de date a hărţii turistice digitale

167

În baza de date geografice a hărţii turistice digitale, datele grafice vectorizate de pe imaginile georeferenţiate sau de pe modelul stereoscopic, sunt organizate stratificat într-o structură topologică, bazată pe legăturile topologice realizate de către funcţiile softului utilizat, iar datele descriptive (textuale sau tabelare) sunt organizate relaţional pe baza algebrei relaţionale.

Pentru ca datele grafice şi datele descriptive aferente acestora să poată fi regăsite, reconstituite şi afişate pe display, uşor şi rapid, este necesar ca între datele grafice şi cele descriptive să existe o legăriră logică bazată pe coduri şi realizată prin operaţiile de geocodificare.

a) Structura datelor graficeOrganizarea datelor înregistrate în baza de date cartografice se face

stratificat în funcţie de categoriile de detalii înregistrate, fiecărei categorii fiindu-i asociate seturi de caracteristici geografice sau topografice, pe baza unor proceduri matematice şi legături relaţionale. O astfel de organizare a datelor grafice permite regăsirea foarte rapidă şi uşoară a datelor înregistrate şi a caracteristicilor acestora. Practic, datele spaţiale înregistrate sunt organizate multinivel, fiecare nivel formând un strat (Layer) ce conţine o anumită categorie de elemente topografice şi geografice, la care se leagă atributele acestora.

Pentru organizarea datelor grafice se utilizează o structură topologică a entităţilor geometrice înregistrate ce reprezintă detalii geografice şi topografice, structură care presupune realizarea unor legături matematice (topologice).

b) Structura datelor descriptiveÎn general, o structură de date se defineşte ca o colecţie de date între care s-

au stabilit o serie de relaţii de legătură, relaţii de legătură care conduc la un anumit mecanism de selecţie şi identificare a componentelor colecţiei de date.

În realizarea bazei de date cartografice necesară hărţii geografice digitale, se optează pentru structura relaţională de organizare a datelor descriptive, deoarece acest tip de structură a datelor prezintă o serie de avantaje în comparaţie cu celelalte structuri cunoscute în literatura de specialitate. O astfel de structură relaţională este formată din mai multe tabele numite relaţii, tabele ce conţin date elementare fără o legătură aparentă între ele dar care au realizată o legătură relaţională bine definită din punct de vedere matematic.

Odată stabilite asocierile şi relaţiile între entităţile cartografice, este necesar ca în pasul următor să se stabilească atributele entităţilor cartografice reprezentate şi eventual, atributele asocierilor dintre aceste entităţi cartografice.

c) GeocodificareaGeocodificarea numită şi geocodare este procesul de legare (asociere) a

datelelor grafice înregistrate în baza de date grafice cu datele atribut aferente înregistrate în baza de date descriptive [Băduţ Mircea, 2004; Imbroane M. Alexandru şi colab., 1999].

168

În modelul relaţional bazat pe date vectoriale, fiecare entitate geometrică înregistrată ca element grafic este asociată cu un tabel în care sunt înregistrate atributele entităţii geometrice respective şi fiecare entitate cartografică înregistrată grafic, ce reprezintă detaliul topografic sau geografic corespondent din spaţiul geografic cartografiat, este asociată cu tabelul cu atribute aferente entităţii cartografice, respectiv detaliului topografic sau geografic corespondent.

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

Imbroane Mircea Alexandru şi colab., (1999), Iniţiere în GIS şi Teledetecţie, Edit. Presa Universitară Clujeană, Cluj-Napoca.

Toderaş Teodor, (1999), Prelucrarea imaginilor digitale în scopuri cartografice, Editura Uiversităţii ,,Lucian Blaga” Sibiu.

Toderaş Teodor, Răducanu Dan, (2002), Baze de date cartografice. Creare şi actualizare, Editura Academiei Tehnice Militare, Bucureşti.

Toderaş Teodor, Dragomir Vasile, (2002), Teledetecţie şi fotointerpretare, Editura Universităţii “Lucian Blaga”, Sibiu.

Toderaş Teodor, (2012), Prelucrarea stereoscopică a imaginilor digitale aeriene în actualizarea hărţilor turistice, Revista Geocarpathica, Anul XII, Nr.12, Editura Universităţii “Lucian Blaga”, Sibiu.

Vasile Loghin, (2004), Teledeteccţia riscurilor majore, Editura Cetatea de Scaun, Târgovişte.

169