Így mérhetünk a fényképeken

Armstrong árnyéka a Holdon, háttérben a holdkomp. A képen lévő keresztek a méréseket könnyítik meg

Ma már egyre szélesebb körben érhetőek el olyan eszközök és szoftverek, amelyek segítségével a fénykép mérőeszközzé, hétköznapi munkaeszközzé válik.

A 20. század első felében megfigyelték, hogy fényképek alapján a tárgyak számos paramétere meghatározható. A megoldás hamar hasznosult, különösen a század második felében, a világűr meghódítása során. Távoli égitestekről, vagy például a Holdra szállásnál a Hold felszínéről készített fényképek számos olyan információt szolgáltattak a kutatóknak, amiről a képek elemzése nélkül nem lenne tudomásunk.

Relatív rövid időt töltöttünk a Hold felszínén, ezért a fényképezés fontos eleme volt a mintavételnek, hogy a leszállási helyszínek környezete tovább vizsgálható legyen a visszatérés után is. Illetve az űrből a Földet fényképezve olyan léptékben vizsgálhatják bolygónk felszínét, ami korábban nem volt lehetséges.

Sokakban felmerült a kérdés, mik azok a fekete keresztek a Holdon készült fényképeken. Valójában ezek a jelek is a mérést segítik, mert rekonstruálhatóvá teszik a fényképezőgép és a film fényképezéskori helyzetét.

Armstrong árnyéka a Holdon, háttérben a holdkomp. A képen lévő keresztek a méréseket könnyítik meg Forrás: NASA

A fényképfelvétel immár nem csak a kép tartalma alapján dokumentálja a rögzítetteket, de számítógépes elemzések során lehetővé teszi, hogy egzakt, objektív méréseket végezzünk. Igaz, hogy ehhez ismernünk kell a fényképek készítésének körülményeit, így többek között a szenzort, a fényképezett felület távolságát, a kamera fényképezéskori helyzetét és helyét, valamint a leképzett sugarak spektrumát. Ehhez speciális szenzorokkal és kiegészítő mérőműszerekkel fölszerelt berendezéseket helyeznek el műholdakon, repülőgépeken, pilóta nélküli repülőkön (UAV-okon), de számos kézi és laboratóriumi, sőt mikroszkópra szerelhető mérésekre alkalmas fényképezőgép is létezik.

Mit mérhetünk a fényképeken?

A megfelelő spektrumtartományban fényképezve megmérhetjük például egy felület hőmérsékleti viszonyait, hőtérképet alkotva egy berendezés, vagy egy város felületéről. Mérhetjük a növények produktivitását, amiről egy későbbi cikkünk részletesen beszámol, vagy éppen a termőföld minőségét, az erdők fáinak borítását, de ehhez már érdemes megismernünk a vizsgált dolgok tulajdonságait, viselkedését, illetve a térképezés alapelveit, beleértve a vetületeket is, melyeket az alábbi video mutat be.

A hőképek készítésére alkalmas eszközök régóta könnyen elérhetők, a felvételek elkészítése és elemzése azért hozzáértést, utánajárást kíván.

A speciális fényképek jelezhetik a szabad szemmel nem látható szennyezéseket a tájban, vagy a szintén nehezen beazonosítható bőrbetegségeket az emberi test felületén. Érdemes megnézni ezen a videón, hogy mennyivel több sérülés látszik az ultraibolya felvételeken az emberek arcbőrén:

Fényképezhető a domborzat, vagy a tárgyak geometriája is, méghozzá többféle leképzési eljárással. A rádióhullámokkal történő fényképezést radartechnikának hívjuk, a rádióhullámokat a felvevő berendezés adója bocsátja ki és a szenzor a jel visszaverődő hányadát rögzíti. Ebben az esetben többek között a jel visszatérési idejéből meghatározható a tér pontjainak berendezéstől mért távolsága. A rádióhullámokat passzív, azaz jelkibocsátás nélküli mérésekre is használják, például távoli égitestekről érkező hullámok rögzítésekor.

A radarnak bizonyos esetekben alternatívája lehet a lézerszkenner, amely fénykibocsátással és a fénysugarak visszaverődés utáni visszaérkezésével elemzi a távolságokat. Amennyiben változó színképű fénysugarakat bocsát ki a jeladó, bizonyos mértékben a térpont minőségéről is információt nyerünk az így képződő fényképeken.

Az ábra műholdas radarfelvételek alapján mutatja meg a grönlandi jég mozgását Forrás: Nagler et al., 2015

Elsőre furcsának tűnhet, hogy az aktív mérési technikák (mint pl. a radar vagy a lézerszkenner) adatait fényképnek nevezzük, de a szakterületen ez megszokott dolog, mivel ezeknek a láthatatlan adatforrásoknak az eredményeit is meg tudjuk jeleníteni képként, sőt a szabványos tárolási formátumok egy része is raszteres (pixelekből áll). De térmodellt a tárgyakról visszaverődő napsugarakat rögzítő „klasszikus" fényképekkel is készíthetünk. Az eljárást fotogrammetriának nevezik, és komoly szaktudást igényel, mert egzakt mérések csak speciális szakmai, matematikai ismeretek mellett végezhetők, még akkor is, ha a szoftverek ma már bárki számára elérhetők, és bárki készíthet a boltban megvásárolt fényképezőgépéből mérőkamerát.

Eger háromdimenziós modelljének részlete, kizárólag színes légifényképek felhasználásával, fotogrammetriai képfeldolgozással készült Forrás: Interspect Csoport

A lehetőségre tudományterület épül

A fényképfelvételeken mérhető paraméterek, a távolról vizsgálható jelenségek köre folyamatosan bővül a fiatal tudományterület fejlődésével. A távérzékelés foglalja magába azokat az eljárásokat, amelyek lehetővé teszik, hogy közvetlen érintkezés nélkül vizsgáljunk egy távoli objektumot, felszínrészletet. Ennek a következő esetekben van jelentősége:

• A vizsgált felszín veszélyes a felmérést végző személyeknek. Például egy forró kazán falának felületi hőmérsékletét mérjük meg, vagy mondjuk egy fertőzött területet térképezünk fel repülőgépről.
• A vizsgált terület élővilágát megzavarnánk. Például érzékeny, védett állatfajok élőhelyét térképezzük fel, vagy nem akarjuk, hogy a vizsgált közösség viselkedése megváltozzon a felmérés során.
• A nagy távolságból végzett mérés jóval gazdaságosabb a helyszíni részletmérésnél.

A témához tartozó további cikkek, érdekességek az acrsa.hu oldalon olvashatók. Ha többet is szeretnének megtudni a távérzékelésről, számos hazai egyetemen megtehetik, ahol a képzések során elsajátíthatók a tudományterület részeiként felfogható szakmák.