الكاميرات والتصوير الجوي في المساحة

تعد الكاميرات واستخدامها في التصوير الجوي من أبسط وأقدم أجهزة الاستشعار المستخدمة في الاستشعار عن بعد لسطح الأرض، الكاميرات هي أنظمة تأطير تحصل على “لقطة” شبه فورية لمنطقة (أ) من السطح، أنظمة الكاميرا عبارة عن مستشعرات ضوئية سلبية تستخدم عدسة (B) (أو نظام عدسات يشار إليه مجتمعة باسم البصريات) لتكوين صورة على المستوى البؤري (C) المستوى الذي يتم فيه تعريف الصورة بشكل حاد.

التصوير الفوتوغرافي

الأفلام الفوتوغرافية حساسة للضوء من 0.3 ميكرومتر إلى 0.9 ميكرومتر في الطول الموجي الذي يغطي الأشعة فوق البنفسجية (UV) والمرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، بانكروماتيكالأفلام حساسة للأشعة فوق البنفسجية والأجزاء المرئية من الطيف.

نتيجة لذلك يتم تسجيل انعكاس الأشعة فوق البنفسجية من الأهداف فقط، لا يتم استخدام التصوير بالأشعة فوق البنفسجية على نطاق واسع بسبب تشتت الغلاف الجوي والامتصاص الذي يحدث في هذه المنطقة من الطيف، يستخدم التصوير بالأشعة تحت الحمراء بالأبيض والأسود فيلمًا حساسًا لنطاق الطول الموجي الكامل من 0.3 إلى 0.9 ميكرومتر وهو مفيد للكشف عن الاختلافات في الغطاء النباتي نظرًا لحساسيته لانعكاس الأشعة تحت الحمراء.

يتضمن التصوير الفوتوغرافي الألوان الزائفة (أو الأشعة تحت الحمراء الملونة CIR) استخدام فيلم من ثلاث طبقات مع كل طبقة حساسة لنطاقات مختلفة من الضوء، بالنسبة للصورة الملونة العادية تكون الطبقات حساسة للضوء الأزرق والأخضر والأحمر مثل أعيننا، تظهر هذه الصور لنا بنفس الطريقة التي ترى بها أعيننا البيئة حيث تشبه الألوان تلك التي قد تبدو لنا “طبيعية” (أي تظهر الأشجار باللون الأخضر).

مبدأ عملية التصوير الفوتوغرافي

في التصوير الفوتوغرافي للأشعة تحت الحمراء الملونة (CIR) تكون طبقات المستحلب الثلاث حساسة للأخضر والأحمر والجزء الفوتوغرافي من الأشعة تحت الحمراء القريبة، والتي تتم معالجتها لتظهر باللون الأزرق والأخضر والأحمر على التوالي، في صورة ملونة زائفة، الأهداف ذات الانعكاس القريب من الأشعة تحت الحمراء تظهر باللون الأحمر والأهداف ذات الانعكاس الأحمر العالي تظهر باللون الأخضر والأهداف ذات الانعكاس الأخضر العالي تظهر باللون الأزرق، مما يمنحنا عرضًا “خاطئًا” للأهداف بالنسبة إلى اللون الذي نراه عادةً يكون.

يمكن استخدام الكاميرات على مجموعة متنوعة من المنصات بما في ذلك المراحل الأرضية والمروحيات والطائرات والمركبات الفضائية، تعد الصور التفصيلية للغاية المأخوذة من الطائرات مفيدة للعديد من التطبيقات التي تتطلب تحديد التفاصيل أو الأهداف الصغيرة، تعتمد التغطية الأرضية للصورة على عدة عوامل بما في ذلك البعد البؤري للعدسة وارتفاع المنصة وشكل الفيلم وحجمه.

البعد البؤري يتحكم بشكل فعال في مجال الرؤية الزاويللعدسة (مشابه لمفهوم مجال الرؤية اللحظي الذي تمت مناقشته في القسم 2.3) ويحدد المنطقة “التي تراها” الكاميرا، الأطوال البؤرية النموذجية المستخدمة هي 90 مم 210 مم والأكثر شيوعًا 152 مم، كلما زاد الطول البؤري كانت المساحة المغطاة على الأرض أصغر ولكن بتفاصيل أكبر (أي مقياس أكبر).

الصور الجوية

يتم تصنيف معظم الصور الجوية على أنها إما مائلة أو رأسية اعتمادًا على اتجاه الكاميرا بالنسبة إلى الأرض أثناء الاستحواذ، يتم التقاط صور جوية مائلة مع توجيه الكاميرا إلى جانب الطائرة، عادةً ما تتضمن الصور المائلة العالية الأفق، بينما لا تحتوي الصور المائلة المنخفضة على ذلك.

يمكن أن تكون الصور المائلة مفيدة في تغطية مساحات كبيرة جدًا في صورة واحدة ولتوضيح تضاريس التضاريس وحجمها، ومع ذلك فهي لا تُستخدم على نطاق واسع لرسم الخرائط؛ لأن التشوهات في المقياس من المقدمة إلى الخلفية تمنع القياسات السهلة للمسافة والمساحة والارتفاع.

الصور العمودية التي يتم التقاطها بكاميرا ذات إطار أحادي العدسة هي الاستخدام الأكثر شيوعًا للتصوير الجوي لأغراض الاستشعار عن بُعد ورسم الخرائط، تم تصميم هذه الكاميرات خصيصًا لالتقاط تسلسل سريع للصور مع الحد من التشويه الهندسي، غالبًا ما يتم ربطها بأنظمة الملاحة على متن الطائرة للسماح بتعيين إحداثيات جغرافية دقيقة على الفور لكل صورة، تشتمل معظم أنظمة الكاميرا أيضًا على آليات تعوض عن تأثير حركة الطائرة بالنسبة إلى الأرض من أجل الحد من التشويه قدر الإمكان.

عند الحصول على صور جوية عمودية، تطير الطائرة عادة في سلسلة من الخطوط ، يسمى كل منها خط طيران، يتم التقاط الصور في تتابع سريع بالنظر مباشرة إلى الأسفل على الأرض غالبًا مع تداخل بنسبة 50-60 في المائة بين الصور المتتالية، يضمن التداخل تغطية كاملة على طول خط الرحلة ويسهل أيضًا المشاهدة المجسمة، تعرض أزواج الصور المتتالية منطقة التداخل من منظورات مختلفة ويمكن عرضها من خلال جهاز يسمى مجسم لرؤية منظر ثلاثي الأبعاد للمنطقة يسمى نموذج الاستريو، تستخدم العديد من تطبيقات التصوير الجوي التغطية المجسمة وعرض الاستريو.

تكون الصور الجوية مفيدة للغاية عندما تكون التفاصيل المكانية الدقيقة أكثر أهمية من المعلومات الطيفية، حيث أن الدقة الطيفية بشكل عام تكون رديئة عند مقارنتها بالبيانات الملتقطة بأجهزة الاستشعار الإلكترونية، إن هندسة الصور الرأسية مفهومة جيدًا، ومن الممكن إجراء قياسات دقيقة جدًا منها لمجموعة متنوعة من التطبيقات المختلفة (الجيولوجيا والغابات ورسم الخرائط وما إلى ذلك).

إجراء القياسات من الصور الفوتوغرافية

يُطلق على علم إجراء القياسات من الصور الفوتوغرافية القياس التصويري وقد تم إجراؤه على نطاق واسع منذ بدايات التصوير الجوي، غالبًا ما يتم تفسير الصور يدويًا بواسطة محلل بشري (غالبًا ما يتم عرضها بشكل مجسم)، يمكن أيضًا مسحها ضوئيًا لإنشاء صورة رقمية ثم تحليلها في بيئة كمبيوتر رقمية.

التصوير متعدد النطاقات

يستخدم التصوير متعدد النطاقات أنظمة متعددة العدسات مع مجموعات مختلفة من مرشحات الأفلام للحصول على صور في وقت واحد في عدد من النطاقات الطيفية المختلفة، تتمثل ميزة هذه الأنواع من الكاميرات في قدرتها على تسجيل الطاقة المنعكسة بشكل منفصل في نطاقات أطوال موجية منفصلة، وبالتالي توفير فصل أفضل وتحديد الميزات المختلفة.

ومع ذلك قد يكون التحليل المتزامن لهذه الصور المتعددة مشكلة. الكاميرات الرقمية، التي تسجل الإشعاع الكهرومغناطيسي إلكترونيًا تختلف اختلافًا كبيرًا عن نظيراتها التي تستخدم الأفلام، بدلاً من استخدام الأفلام تستخدم الكاميرات الرقمية مجموعة شبكية من أجهزة (CCD) المطلية بالسيليكون (أجهزة مقترنة بالشحن) تستجيب بشكل فردي للإشعاع الكهرومغناطيسي.

تتسبب الطاقة التي تصل إلى سطح أجهزة (CCD) في توليد شحنة إلكترونية تتناسب من حيث الحجم مع “سطوع” منطقة الأرض، يتم تخصيص رقم رقمي لكل نطاق طيفي لكل بكسل بناءً على حجم الشحنة الإلكترونية، التنسيق الرقمي للصورة الناتجة قابل للتحليل الرقمي والأرشفة في بيئة الكمبيوتر، بالإضافة إلى الإخراج كمنتج مطبوع مشابه للصور العادية.

توفر الكاميرات الرقمية أيضًا دورانًا أسرع للحصول على البيانات واستعادتها وتسمح بتحكم أكبر في الدقة الطيفية، على الرغم من اختلاف المعلمات إلا أن أنظمة التصوير الرقمي قادرة على جمع البيانات بدقة مكانية تبلغ 0.3 م وبدقة طيفية من 0.012 مم إلى 0.3 مم، يختلف حجم مصفوفات البكسل بين الأنظمة، ولكنه يتراوح عادةً بين 512 × 512 إلى 2048 × 2048.