Základní pojmy

Prostorové (geometrické) rozlišení


Prakticky všechna družicová data jsou dnes pořizována v digitální podobě a jsou pro každou družici (nebo každý družicový senzor) dodávána ve standardizované velikosti pixelu. Prostorové rozlišení je reprezentováno velikostí jednoho bodu (pixelu), který tvoří základní jednotku každého digitálního obrazu. Skutečné prostorové rozlišení (minimální velikost objektu, který lze na družicovém snímku identifikovat) není vždy zcela totožné s velikostí pixelu. Např. u šikmých scén se skutečné prostorové rozlišení snižuje s narůstajícím úhlem pořízení scény, je také ovlivněno okamžitými meteorologickými podmínkami v čase pořízení scény. Velmi záleží také na tom, jak je objekt, který se na snímku snažíme rozeznat, kontrastní vůči svému okolí. Například vodorovné dopravní značení na silnicích bývá téměř vždy na datech velmi vysokého rozlišení jasně viditelné, přestože šířka těchto značení (středové dělící čáry apod.) je většinou mnohem menší, než je velikost pixelu družicových dat.

Prostorové rozlišení je základním parametrem při výběru typu družicového snímku pro mapování ve zvoleném měřítku.

 

nahoru

Spektrální rozlišení


Ovlivňuje množství a typ tématické informace, kterou je možné z družicového snímku získat (např. odlišení různých druhů vegetace a dalších typů zemského povrchu). Podle počtu a rozsahu spektrálních pásem, ve kterých byla data pořízena, rozlišujeme:

  • Panchromatická (černobílá) data

Panchromatická data jsou pořízená senzorem citlivým na světlo obvykle v celém rozsahu viditelného a částečně i blízkého infračerveného světla. Slovo panchromatický vzniklo spojením řeckých slov pan (vše) a chroma (barva). Panchromatický senzor tedy zachycuje světlo všech barev do jednoho obrazu (jednoho obrazového pásma) a výsledek je černobílý snímek v různých stupních šedi. Vizuálně se pro běžného uživatele příliš neliší od černobílé fotografie.

  • Multispektrální (barevná) data

Při pořizování multispektrálníc dat jsou různé intervaly vlnových délek zachycovány do oddělených obrazových pásem. Slovo multispektrální vzniklo spojením latinských slov multi (mnoho) a spectrum (původně obraz, zjevení). Jednotlivé intervaly vlnových délek obvykle zhruba odpovídají určitým barvám viditelného optického spektra nebo vybraným specifickým částem neviditelné části spektra.

Data z každého pásma, jsou-li zobrazená samostatně, opět vypadají jako černobílý obraz, jsou ovšem pořizována v rozsahu vlnových délek pouze jedné barvy a nepůsobí proto vizuálně tak přirozeným dojmem jako panchromatická data. Pokud se jednotlivé multispektrální pásma zkombinují pomocí tzv. RGB syntézy – v jednom barevném obraze se červené pásmo R (z angl. Red) zobrazí červeně, zelené pásmo G (Green) zeleně a modré pásmo B (Blue) modře – získáme obraz v přirozených barvách (používají se i termíny jako barvy pravé nebo barvy skutečné). V tomto případě se výsledný barevný obraz velmi blíží barvám, v jakých jsou vnímány lidským zrakem. Intervaly vlnových délek jednotlivých multispektrálních pásem se ovšem nekryjí zcela přesně s barvami, jak je rozlišuje lidské oko (např. modré pásmo částečně zasahuje vlnové délky zelené barvy, zelené pásmo přesahuje do vlnových délek žluté barvy apod.). Proto při vytvoření barevné syntézy nebudou barvy nikdy dokonale přesně odpovídat přirozenému vjemu lidkého oka (podobně jako na každé běžné barevné fotografii). Zejména odstíny přechodových barev (zeleno-modrá apod.) mohou být poněkud pozměněné. Většinou jsou ale tato barevná zkreslení nevýznamná a barevnost družicových multispektrální dat v této kombinaci působí vizuálně velmi reálným dojmem.

Pokud se do barevné syntézy použijí pásma jiného spektrálního rozsahu než oblast viditelného spektra, získáme obraz v nepravých (falešných) barvách. Orientace na takto zobrazeném snímku bývá nejprve pro nezkušeného uživatele obtížná, ale ve vhodně zvolené barevné kombinaci může zaškolený interpretátor rozeznat i objekty a jevy, které by byly v kombinaci přirozených barev odlišitelné buď obtížně anebo vůbec. Družicová data jsou nejčastěji dodávána s blízkým infračerveným pásmem, s jehož pomocí lze vytvořit kombinaci velmi vhodnou pro mapování vegetace, která je v této kombinaci jasně červená. Družicová data s nižším prostorovým rozlišením a nejnovější družicová data s velmi vysokým rozlišením nabízí často multispektrální data s vyšším počtem pásem. Další spektrální pásma zasahují dále do oblasti infračerveného spektra nebo podrobněji postihují oblast viditelného a blízkého infračerveného spektrálního rozsahu. Příkladem může být družice WorldView-2, která pořizuje data v osmi spektrálních intervalech. Pro vizualizaci takových dat je možné zvolit libovolnou trojici z nasnímaných pásem nebo lze vytvořit barevný obraz ze všech pásem pomocí matematických operací, jako je například průměrování s vhodně zvolenými váhami pro jednotlivá pásma.

Multispektrální data se zpravidla pořizují současně s panchromatickými daty, ale s nižším prostorovým rozlišením. V případě družicových dat s velmi vysokým rozlišením se zpravidla jedná o 4x nižší rozlišení (například družice pořizující panchromatická data o velikosti pixelu 0.5 metru obvykle pořizují multispektrální data o velikosti pixelu 2 metry). Plocha jednoho multispektrálního pixelu tedy pokrývá 16(=4*4) pixelů panchromatických. Pragmatickým důvodem pořizování multispektrálních dat v nižším rozlišení je výrazné snížení objemu přenášených dat z družice na Zem a dále k uživateli. V nejobvyklejším případě 4 multispektrálních pásem by stejné prostorové rozlišení panchromatických i multispektrálních dat přineslo 64násobný nárůst objemu přenášených dat.

Výrazné snížení rozlišovací schopnosti multispektrálních dat není pro uživatele neřešitelný problém. Méně podrobná multispektrální barevná data lze totiž softwarově zaostřit panchromatickým pásmem a získat tak barevná data s prostorovým rozlišením panchromatických dat. Tato technika se nazývá anglicky Pan-Sharpening a na rozdíl od starších metod kombinace černobílých a barevných dat (např. Image Fuse) nezpůsobuje žádná viditelná barevná zkreslení.

  • Hyperspektrální data

Popisují odrazivost v desítkách až stovkách velmi úzkých spektrálních pásem se zaměřením na odlišení velmi jemných charakteristik zemského povrchu.

  • Radarová data

Popisují odrazivost v mikrovlnné části elektromagnetického spektra, mohou zahrnovat různé typy polarizace nebo měření na více frekvencích.

 

nahoru

Radiometrické rozlišení


Až do příchodu dat s velmi vysokým rozlišením byla družicová data pořizována v 8bitovém radiometrickém rozlišení. Výjimku představují radarová data, která jsou díky svému velkému radiometrickému rozsahu dodávána standardně v 16bitové rozlišení.

Družicová data velmi vysokého rozlišení jsou v naprosté většině pořizována v 11ti bitové hloubce. Prakticky to znamená, že senzor každého pásma je schopen rozlišit až 211, tj. 2048 stupňů jasu. Takový rozsah je mnohem větší, než kolik stupňů jasu (odstínů šedi) dokáže odlišit lidké oko. To zaručuje, že jsou zachyceny i velmi jemné rozdíly v odrazivosti různých povrchů a že se ani nejsvětlejší ani nejtmavší místa nedostanou mimo tento interval. Přestože lidké oko takový rozsah nevyužije, je 11bitová hloubka velkou výhodou pro automatizované vyhodnocování družicových snímků. Protože žádné běžné programy s 11bitovými daty nepracují, je tato bitová hloubka formálně načítána do 16bitových obrazových formátů.

Většina barevných obrazových dat, se kterými se běžný uživatel setkává, jsou 24bitová data vytvořená RGB syntézou (tzn. sestávající se ze tří spektrálních pásem). Každé pásmo má 28, tj. 256 stupňů jasu, a výsledná 24bitová data mohou tedy mít až 256×256x256, tj. 16 777 216 různých barevných odstínů.

Originální digitální družicová data v 11bitovém radiometrickém rozlišení (uložená v 16bitových obrazových formátech) mají buď jedno obrazové pásmo v případě panchromatických dat a nebo 4 a více pásem v případě multispektrálních dat. Většina běžných obrazových prohlížečů není schopna taková data správně zobrazovat. Proto je často prováděn převod (Scaling) do 8bitové hloubky a poté mohou být připravovány standardní 24bitové barevné kombinace v přirozených, případně falešných barvách podle potřeb uživatele. Změna 16bitového na 8bitový rozsah znamená pro každé pásmo převedení intervalu 2048 hodnot do intervalu 256 hodnot. Cílem je provést převod tak, aby vizuálně nedošlo k významné ztrátě informace. Tento postup lze optimalizovat podle potřeb zákazníka a plánovaného použití výsledných dat.

 

nahoru

Velikost scény


Každý družicový senzor má definovanou šířku záběru, která je rozhodující veličinou pro stanovení velikosti družicové scény. Pro některé typy dat představuje družicová scéna minimální plochu, kterou si může zákazník objednat. Často jsou však nabízeny i menší části scény (tzv. čtvrtscény, miniscény). Pokud je zájmové území větší než standardní scéna, pak je nutné zakoupit více družicových scén a provést jejich mozaikování.
V případě družicových dat s velmi vysokým rozlišením zákazník definuje své území obecným polygonem bez ohledu na velikost družicové scény. Při splnění minimální plochy pak obdrží pouze data respektující jím dodanou hranici bez ohledu na klad pořízených scén.

 

nahoru

Formát dat


Mezi jednotlivými provozovateli družicových systémů bohužel neexistuje shoda na jednotném formátu nebo standardu, který by byl pro distribuci dat používán. Přestože trend poslední doby spočívá v používání obecně akceptovatelných formátů (např. GeoTIFF), řada družicových dat je dodávána ve formátech vyvinutých jednotlivými provozovateli družic. Důvody tohoto stavu jsou rozličné, zpravidla je však tato situace způsobena potřebou zapsat vedle vlastních obrazových dat (družicových snímků) také řadu doprovodných metadatových údajů, tzv. orbitálních parametrů.

 

nahoru

Úroveň zpracování dat


Výběr vhodné úrovně zpracovaných družicových dat je závislý zejména na možnostech a rozsahu dalšího zpracování, které uživatel plánuje po nákupu dat (ať již vlastními prostředky nebo formou subdodávky). Většina dodavatelů družicových dat nabízí kromě základní úrovně zpracování také data ortorektifikovaná v různých úrovních přesnosti. Cena za takový produkt je ovšem výrazně vyšší než cena dat nezpracovaných a zákazník se zpravidla musí zavázat k dodání podkladů pro výběr vlícovacích bodů, případně vlícovacích bodů samotných, a digitálního modelu terénu. Nejedné se tedy o nejefektivnější řešení, ať už z pohledu časového nebo finančního, a je vhodnější řešit ortorektifikaci nebo jiný podobný typ zpracování využitím např. našich služeb.

Pokud jde o družicová data v základní úrovni zpracování, zpravidla jsou nabízena ve dvou podobách:
  • nezpracovaná (“raw”) data
  • předzpracovaná (“systém corrected”) data

Předzpracování znamená provedení základních radiometrických a geometrických korekcí, které zvyšují kvalitu dodaných dat v případě jejich přímého použití.

 

nahoru