Fotogrammetrian, kuvatulkinnan ja kaukokartoituksen seminaari 1996.
Pertti Onkalo
Kaukokartoituksella tarkoitetaan yleensä satelliitista tai ilma-aluksesta sähkömagneettisen säteilyn välityksellä tehtävää havainnointia ja näin saatujen havaintojen käsittelyä ja tulkintaa. Kaukokartoitus on epäsuora mittausmenetelmä, jossa päätelmät tehdään kohteesta heijastuvan ja/tai emittoituvan sähkömagneettisen säteilyn perusteella. Mittaukset tehdään pääsääntöisesti usealla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituudella.
Kaukokartoitusjärjestelmien pääosat ovat havaintojen suuntauslaitteet, säteilyn lähettäjät ( aktiiviset ilmaisimet ), saapuvan säteilyn kerääjälaitteet, ilmaisimet, signaalin käsittelylaitteet, tiedon tallennuslaitteet ja kalibrointilaitteet. ( Kuittinen s. 199 - 201. )
| ultraviolettivalo | 0.0003 - 0.0004 mm |
| näkyvä valo | 0.0004 - 0.0007 mm |
| lähi-infrapunasäteily | 0.0008 - 0.0024 mm |
| keski-infrapunasäteily | 0.0035 - 0.005 mm |
| terminen infrapunasäteily | 0.008 - 0.022 mm |
| mikroaaltosäteily | 2.0 - 1 000 mm |
Käyttämällä kaukokartoituksen sovellutuksissa tarkoitukseen sopivia ilmaisimia pystytään hankkimaan hyvin käyttökelpoista tietoa kohteesta.
Hankitun aineiston käyttökelpoisuutta kuvaavat parhaiten seuraavat ilmaisimien ominaisuudet:
Ilmaisimen radiometrinen erotuskyky on havainnoinnin kannalta ratkaisevinta, sillä se määrää kuinka paljon säteilyenergiaa tarvitaan kunnollisen havainnon saavuttamiseksi. Spatiaalista ja spektristä erotuskykyä muuttamalla voidaan yleensä rakentaa tarkoitukseen parhaiten soveltuva ilmaisin. (Kuittinen s.199.)
Lentokone on yleisimmin käytetty kaukokartoitusjärjestelmien havaintoalusta. Havaintoalusta luo yhdessä ilmaisimen kanssa edellytykset tiedon hankinnalle. Havaintoalustan ominaisuuksista tärkeimpiä ovat :
Lentokorkeudet vaihtelevat kymmenistä metreistä kilometreihin, mutta yleisimmät korkeudet ovat 1 - 5 kilometriin. Suurin vaikutus lentokorkeudella on kuvan mittakaavaan, kuvan laatuun ja kuvatun alueen suuruuteen sekä näiden kaikkien tekijöiden kautta koko järjestelmän taloudellisuuteen. Koneen vakaus vaikuttaa mitatun aineiston laatuun ja satunnaisten heilahtelujen kautta syntyy suuria geometrisia vääristymiä. Lentokoneen toimintasäteellä on merkitystä mikäli järjestelmää tai konetta ei voida huoltaa tarvittaessa. Suuret lentonopeudet aiheuttavat havaintoaineistoon erilaisia virheitä, joita joudutaan jälkikäteen korjaamaan. Siksi kaukokartoituksessa yleensä suositellaan pieniä lentonopeuksia sillä lentokorkeutta ei voida yleensä nostaa vaikka se vähentäisi nopeuden epäedullista vaikutusta kuvan laatuun. Lentokoneiden etuna satelliitteihin verrattuna on joustava ja valtakunnallisesti itsenäinen käyttö ja niillä on yleensä saavutettavissa suurempi ajallinen erotuskyky eli kuvausten ja mittausten toistettavuus. (Kuittinen s. 215 - 216.)
Näillä ilmaisimilla mitataan sähkömagneettisen spektrin alueella 300 - 2 500 nm siten, että yhden mitattavan spektrinosan pituus on 5 - 10 nm. Mittaus tuottaa kohteen heijastusspektrin. Ilmaisimeen tuleva säteily hajotetaan spektriksi tai spektrin alueesta havaitaan vain osia prismojen tai hilojen avulla. Hyvän spektrisen erotuskyvyn ansiosta kohteesta saadaan paljon havaintoja, mutta mittaus kestää suhteellisen kauan, mikä on rajoittanut mittalaitteen käytön lähinnä tutkimustehtäviin. Perinteisissä spektrometreissä kehitystä on ollut ilmaisinmatriisien käytössä sekä laitteiden massan ja koon pienentämisessä, jolloin niistä on kehittynyt lentokonekäyttöön soveltuvia. ( Kuittinen s. 203.)
Kuvaava spektrometri kuvaa kerrallaan rivin kuva-alkioita lentokoneen etenemissuuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa. Jokaisen kuva-alkion kohdalla laite mittaa monikanavaisen, usein tasavälisen spektrin. Näin muodostuu kaksiulotteinen kuva, jonka ensimmäinen ulottuvuus on paikka kohtisuorassa lentosuuntaa vastaan ja toinen ulottuvuus on valon aallonpituus. Lentokoneen liikkuessa kuvista syntyy kolmiulotteinen tietojoukko.
Kuvaavalla spektrometrillä saadaan jokaisesta kuvan elementistä tallennetuksi halutulla spektrisellä erotuskyvyllä kohteen heijastusspektri. Tämän mahdollistaa kuvatasossa käytettävä matriisi-ilmaisin, jonka sarakesuunnassa tallennetaan kunkin keilauslinjan elementin heijastusspektri prisman tai hilan avulla. Tieto kerätään kaksiulotteisella detektorimatriisilla, joka diskretisoi koordinaatit poikittaissuunnassa kuva-alkioihin ja aallonpituuden erillisiin kanaviin. Tietoa kerätään määrätty aika ( integrointiaika ) kerrallaan detektorimatriisiin, josta se siirretään talteen. Näin näytejono diskretisoituu myös lentosuunnassa. Kunkin näytteen koko lentoa vastaan kohtisuorassa suunnassa riippuu lentokorkeudesta, näytteiden määrästä ja laitteen avauskulmasta. Sen sijaan lentosuunnassa kuva-alkion koko riippuu lähes pelkästään integrointiajasta ja lentonopeudesta. (Mäkisara s. 227.)
Yleensä nämä kuvausjärjestelmät ovat ohjelmoitavia, jolloin voidaan valita montako spektrin osaa ja kuinka leveältä spektrin alueelta tallennetaan. Kuvaavien spektrometrien etuna on erittäin hyvä spektrinen ja hyvä radiometrinen erotuskyky. Kuvien esikäsittely on välttämätöntä, koska kuvien geometriset vääristymät on saatava korjattua erittäin hyvin, jotta kuvia voidaan käyttää. Kuvaavia spektrometrejä on kehitetty viime vuosina hyvin intensiivisesti, koska ne soveltuvat erittäin hyvin elinympäristömme muutoksien tutkimukseen. ( Kuittinen s. 208 - 209.)
Kuvaava spektrometri on erittäin lupaava instrumentti sekä avaruus- että lentokonesovellutuksissa, vaikka tällä hetkellä ei avaruudessa toimivia vielä ole. Näitä on kuitenkin suunnitteluasteella useita ja ensimmäiset ovat todennäköisesti valmiita lähetettäviksi avaruuteen lähivuosina. Tärkeimmät spektrometrin ominaisuuksiin liittyvät hyödyt näissä instrumenteissa ovat: ohjelmoitavuus eli pystytään valitsemaan halutut aallonpituusalueet ja kanavien leveydet, kapeiden spektrin piirteiden käyttö, hyvä radiometrinen tarkkuus ja laaja dynaaminen ulottuvuus sekä näiden kaikkien ominaisuuksien käyttö laajalla alueella. Lisäksi on huomattavasti edullisempaa laitteen kehitystyön kannalta, että se on lentokäyttöinen jolloin sen testaaminen on yksinkertaista. Tällä hetkellä kuvaavia spektrometreja on tarjolla useita, mutta ne ovat kalliita ja raskaita, edullisia ja keveitä instrumentteja on vain muutamia.
Ohjelmoitavien kuvaavien spektrometrien myötä (CASI, AISA )on otettu multispektraalisen ( monikanavainen ) käsiteen tilalta käyttöön käsite hyperspektraalinen, jolle ei edes ole olemassa selvää määritelmää. Kuvaava spektrometri muistuttaa monikanavaista keilainta, sillä se tekee instrumentin kattaman näkymän alueelta spatiaalisen kuvan. Erona on se, että kuvaava spektrometri tekee kuvan, joka sisältää useita kapeita spektrin alueita, ei koko spektrin aluetta. Luonteenomaisinta hyperspektraaliselle datalle / moodille on, että se sisältää useita kapeita spektrikanavia optisella aallonpituusalueella. Kanavien lukumäärä voi vaihdella muutamista kymmenistä satoihin kanaviin ja yhden kanavan leveys näkyvän valon alueella voi olla jopa yhdestä nanometristä 20 nanometriin. Kanavan leveys voi olla leveämpi lähi-infrapuna- ja termisen aallonpituuden alueella.
Hyperspektraalisen datan / moodin etuna, että kapean spektrin piirre voi antaa enemmän informaatiota kohteesta kuin on mahdollista saada monikanavisien keilaimien leveillä kanavilla. Haittoina on, että kapeilla spektrin kanavilla ilmakehän vaikutukset dataan on otettava huomioon ja määritettävä korjaukset, sekä informaation käsittely on monimutkaisempaa kuin multispektraalisella datalla.
CASI on kanadalaisen ITRES yhtiön suunnittelema, valmistama ja markkinoima lentokäyttöinen kuvaava spektrometri. ITRES aloitti multispektraalisen kuvaavan instrumentin kehittämisen jo vuonna 1988, tavoitteena yhdistää satelliittikuvaus ja ilmavalokuvaus. Prototyypillä tehtiin ensimmäiset koelennot vuonna 1989 ja nykyinen järjestelmä, jota on kehitetty Kanadan hallituksen ja kansainvälisen rahoituksen turvin, on ensimmäinen kaupallinen järjestelmä. CASI on nykyisin käytössä maailmanlaajuisesti erilaisissa sovellutuksissa, kuten ympäristön kuvaamisessa, maankäytön suunnittelussa, metsätaloudessa, maataloudessa ja vesien seurannassa ja käytössä.
CASI on kevyessä lentokoneessa käytettävä rivi-ilmaisimella varustettu kuvaava spektrografi, joka toimii näkyvän valon ja lähi-infrapuna alueella. Instrumentti toimii 545 nm:n alueella aallonpituuden ollessa 400 nm:n ja 1000 nm:n välillä.
Järjestelmä rakentuu useista erillisistä yksiköistä joita ovat pääsensori- , instrumentin kontrolli-, näppäimistö-, videonäyttö- ja voimalähdeyksikkö. Pääyksikkö sisältää spektrografin ja CCD-sensorin ja on normaalisti varustettu adapterilevyllä optiseen porttiin. Instrumentin kontrolliyksikkö hallitsee datan hankintaa ja näyttöä sekä hyväksyy käyttäjän antamat komennot, jotka tulevat näppäimistöltä. Videonäyttö tarjoaa vuorovaikutteisen tosiaikaisen kerätyn tiedon ja parametrien esittämisen sekä mahdollisuuden instrumentin parametrien muuttamisen.
Järjestelmä käyttää CCD-matriisia ( Charge Couple Device), jonka koko on 288 x 385 kuva-alkiota. Ensimmäinen dimensio matriisissa on näkymä alapuolella ( lentosuuntaan poikittain ), poistaen näin monimutkaisten peilien tarpeen, kunnes valo hajotetaan spektriksi ja projektoidaan toiseen dimensioon eli spektrin alueeseen. Näin ensimmäinen dimensio sisältää spatiaalisen informaation ja toinen spektraalisen informaation. Lentosuuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa instrumentin avauskulma on 37.8 astetta ( mahdollisuus 44.7 astetta ) eli 385 kuva-alkiota ja lentosuunnassa 0.076 astetta ( mahdollisuus 0.092 astetta ). Matriisin lyhyempi sivu on aallonpituusalueen suunnassa 288 kuva-alkiota, joten laitteen aallonpituuskanavien leveys on 1.9 nm. Resoluutio maanpinnalla määräytyy siis lentosuuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa lentokorkeudesta ja instrumentin avauskulmasta kun taas lentosuunnassa lentokoneen nopeudesta ja integrointiajasta eli aikavälistä jolloin tieto luetaan ulos CCD-ilmaisimesta. ( Boxall s. 12. )
Kuva 2. CASI:n rakenteen toimintaperiaate.
CASI on ohjelmoitavissa toimimaan kolmessa eri moodissa ja se käyttää tosiaikaista lentokoneen kallistusten määritystä ja joko differentiaalista tai ei-differentiaalista GPS-mittauksia kuvien tukitietona mm. kuvien oikaisuun, karttojen tulostukseen ja tietojen yhdistämiseen paikkatietojärjestelmiin. Kaikissa käytössä olevissa toimintamoodeissa data digitoidaan 12 bitin tarkkuudella 700 Kb/s nopeudella 8 mm Exabyte-kasetille, jolle pystytään tallettamaan joko 500 Mb tai puolen tunnin enimmäistietomäärä kasettia kohden. Toimintamoodi, konfiguraatio ja integrointiaika voidaan valita käyttäjän toimesta lennon aikana.
CASI:n käyttömoodeja on kolme: Spatial Mode, Spectral Mode ja Full Frame Mode.
Spatiaalisessa moodissa saadaan koko lentosuuntaan nähden poikittain oleva alue eli 512 pikseliä maksimissaan yhdeksääntoista vierekkäiseen spektrin kanavaan, joiden aallonpituusalueiden keskukset ja leveydet voidaan ohjelmoida.
Spektraalisessa moodissa saadaan spektrin 288 pisteestä, jotka ovat 1.9 nm välein muodostettua rajoitettu määrä kanavia (1 - 39 ) koko spektrin alueelta. Samalla saadaan myös ohjelmoitava monokromaattinen kuva täydellä spatiaalisella resoluutiolla. Vaihtoehtoisesti maksimissaan 101 vierekkäistä kanavaa voidaan muodostaa 288 spektrin näytteestä. Tämä moodi muodostaa jatkuvan spatiaalisen ja spektraalisen mittauksen, jota kuvataan ns. data kuutiolla. Spatiaalinen peittävyys kasvaa jos spektraalista resoluutiota vähennetään. Esimerkiksi täydellinen spatiaalinen peittävyys muodostuu 48 spektrin kanavalla noin 12 nm kanavaleveydellä.
Full Frame moodi tallettaa koko CCD-matriisin alueen ja koska tiedon määrälle talletuksessa on olemassa rajoituksia tämä moodi on ensisijaisesti käytössä laboratorio- ja perustutkimuksessa ja datan keräämisessä instrumentin kalibrointiin.
AISA ( Airborne Imager Spectrometer for Applications ) on suunniteltu ja rakennettu Suomessa VTT Automatiikan kaukokartoituslaboratoriossa sekä VTT Elektroniikan optoelektroniikan laboratoriossa Karelsilva Oy toimesta, joka aluksi sitä myös markkinoi. Nykyisin instrumentin kehityksestä ja markkinoinnista vastaa oululainen Spectral Imaging Ltd ( SPECIM ). AISA-projektia on rahoittanut myös TEKES ( Teknologinen kehittämiskeskus ). Laitteen ensimmäiset koelennot on lennetty helmikuussa 1993 ja ensimmäinen kaupallinen versio on toimitettu Metsäntutkimuslaitokselle ( METLA ) 1995.
AISA-projektin tavoitteena on ollut rakentaa joustava ja kohtuuhintainen instrumentti, jota voidaan käyttää yksimoottorisissa pienissä lentokoneissa. Valmiina saatavia osia on pyritty käyttämään laitteen suorituskyvyn kuitenkaan kärsimättä. Lähtökohdista päädyttiin rakentamaan ohjelmoitava instrumentti näkyvän valon ja lähi-infrapunasäteilyn alueelle ( AISA:ssa 450 - 900 nm ). Laitteen sovellutusalue on hyvin laaja, yksinkertaisimmin sitä voidaan käyttää monikanavakeilaimen tavoin. Erona on se, että käytettävät aallonpituuskanavat ( spektrin alueet ) voidaan ohjelmoida lennon aikana. Instrumentin kyvyt tulevat esille kun sitä käytetään keräämään hyvin tarkkaa spektraalista kuvatietoa, jonka perusteella voidaan kehittää uusia kaukokartoituksen menetelmiä. ( Mäkisara s. 228).
AISA-instrumentti koostuu periaatteessa kahdesta osasta: kameraosasta ja tiedonkeruuosasta. Kameraosa sisältää spektrografin, CCD-matriisin ja ohjauselektroniikkaa. Kameraosan kuvausobjektiivina on hyvälaatuinen kameraobjektiivi. Sen polttotasossa on 23 mikrometrin levyinen rako, joka päästää läpi kuvattavan poikittaislinjan kuvan. Spektrografi hajoittaa kuvan värikomponentteihin kaksiulotteiselle CCD-matriisille. Spektrografi muodostuu kahdesta tripletistä ja näiden välissä olevasta patentoidusta prisma-hila-prisma-elementistä ( PGP ), jossa on holograafinen hila.
Spektrografin CCD-matriisille muodostaman kuvan aallonpituusalueeksi valittu 400 - 900 nm perustuu sekä käyttäjien toiveisiin että CCD-matriisin herkkyyskäyrään. CCD-matriisin koko on 288 x 384 kuva-alkiota. Matriisin lyhyempi sivu on aallonpituusalueen suunnassa, joten laitteen aallonpituuskanavien leveys on 1,56 nm. Lentosuuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa on 384 kuva-alkiota. Instrumentin avauskulma on 21 astetta, joten kuva-alkioiden leveydeksi tulee yksi milliradiaani. Näin esimerkiksi 1 000 metrin korkeudesta tulee kuva-alkioiden leveydeksi yksi metri. Leveyttä voidaan tarvittaessa säätää muuttamalla lentokorkeutta ja / tai etuobjektiivin polttoväliä. Kuva-alkioiden koon lennon suunnassa määrittävä integrointiaika on valittavissa neljästä millisekunnista ylöspäin 350 millisekuntiin, mutta yleensä on käytetty 20 - 50 millisekuntia. ( Mäkisara s. 229. )
Kuva 3. AISA:n rakenteen toimintaperiaate.
Tiedonkeruuosa tallentaa kameraosan keräämän tiedon 8 mm Exabyte-kasetille. Kameraosa lähettää kuva-alkiot jonona analogiamuodossa tiedontalletusosalle, joka muuntaa ne numeromuotoon ja tallettaa nauhalle. Näytteet digitoidaan 12 bitin tarkkuudella ja tallennusnauhurin suurin tallennusnopeus on 500 kB/s, joten sekunnissa voidaan tallettaa 375 000 näytettä ja yhden tallenninnauhan kapasiteetti on 700 Gbyteä. Tämä ei riitä kaiken tiedon tallentamiseen CCD-matriisista normaalilla lentonopeudella, joten laite on ohjelmoitavissa siten, että käyttäjä voi tallennusnopeuden puitteissa valita talletettavat spektrikanavat ja / tai kuinka monta kuva-alkiota talletetaan. Talletettaviksi valittavat spektrikanavat voidaan muodostaa 1 - 6:sta CCD-rivistä, joten spektrikanavien leveys voidaan valita väliltä 1,56 - 9,4 nm.
Ohjelmoitavuus on toteutettu AISA:n neljän toimintamoodin puitteissa. Eri toimintamoodien tarvitsemat parametrit kootaan konfiguraatiotiedostoihin, joita voidaan ottaa käyttöön lennon aikana. Kuvatiedon lisäksi tiedonkeruuosa tallettaa myös tukitietoa instrumentin toiminnasta sekä sarjalinjaa pitkin tulevan NMEA0183-standardin mukaisen tiedon, jota tuottavat esimerkiksi GPS-laitteet. Tiedonkeruuosa näyttää myös mustavalkoisen quick-look-kuvan tietokoneen monitorille. ( Mäkisara s. 229 - 230. )
AISA:n neljästä käyttömoodista, jotka ovat A, B, C ja D, on käytännön merkitystä moodeilla B ja C.
Moodi A:ssa, jossa kaikki CCD-matriisilta tuleva tieto tallennetaan, on lyhin mahdollinen integrointiaika 350 ms. Näin pitkä integrointiaika ei ole kovin hyvä vaihtoehto, sillä kuva-alkion koko lentosuunnassa riippuu pelkästään integrointiajasta ja koneen lentonopeudesta. Moodin käyttö sopii lähinnä laboratoriomittauksiin.
Moodi B:ssä talletetaan kaikki kuva-alkiot valituilta spektrikanavilta, joiden leveydeksi voidaan valita 1.6 - 9.4 nm, mutta kanavia voidaan myös summata toisiinsa jälkikäteen mikäli halutaan leveämpiä kanavia. Talletettavien kanavien määrää rajoittaa tallennusnauhurin nopeus, sillä esimerkiksi 20 ms integrointiajalla voidaan tallettaa 16 kanavaa. Moodin käyttö sopii operatiiviseen toimintaan kun tiedetään tarvittavat spektrikanavat.
Moodi C:ssä kaikki 288 spektrikanavaa talletetaan 47 maastoon tasavälisesti sijoitetusta näytejonosta. Moodissa lyhin mahdollinen integrointiaika on 55 ms. Moodin katsottiin aluksi olevan käyttökelpoinen tutkimustarkoituksiin kun etsitään sopivia kanavia uusiin sovellutuksiin, mutta sillä ei ole ollut merkitystä, sillä moodi C on vain erikoistapaus moodista D.
Moodissa D käyttäjä valitsee haluamansa joukon spatiaalisia kanavia ja sen lisäksi joukon näytejonoja, joilta talletetaan kaikki spektraalinen tieto. Moodin rajoituksen on käytettävän tallennusnauhurin nopeus. Moodi on ollut yleisimmin käytössä AISA:n tutkimustoiminnassa, sillä siinä on C moodiin verrattuna käytettävissä spatiaalisia kanavia spektraalisten kanavien paikantamiseksi. Tässä moodissa toteutuu lentokäyttöisten kuvaavien spektrometrien tärkein hyöty eli ohjelmoitavuus.
Iso-Britanniassa käynnistyi rannikkovesien tarkkailu jo vuonna 1991 National Rivers Authrorityn toimesta. Projektin tavoitteena oli selvittää mittausmenetelmän sopivuutta rannikkovesien rutiinitarkkailuun sekä yksilöidä fysikaalisten ja biogeokemiallisten termien arvoja kerättävästä datasta. Mittauksia on tehty sekä lentokoneesta että paikanpäällä tutkimusaluksista, joilta kerättyä tietoa käytetään lähinnä kalibroimaan kaukokartoituksella kerättyä tietoa.
Ensimmäisissä kartoituksissa käytettiin Daedalus Airborne Thematic Mapperia ( ATM ), jonka pääinformaatio sisältyy lähi-infrapunasäteilyn alueelle. Instrumentin 12 kanavasta vain kuudella on käyttöä vesien tutkimuksessa, joten seuraavana instrumenttina tutkittiin CASI:n käyttöä. Järjestelmän keräämä data huomattiin paljon käyttökelpoisemmaksi, sillä datalla spatiaalinen informaatio on tarkempi ja resoluutio parempi kuin muilla lentokäyttöisillä järjestelmillä ja lisäksi data sisältää spektraalisen tiedon. Järjestelmä on myös halvempi kuin ATM ja sillä on enemmän operatiivisia hyötyjä: se ei sisällä monimutkaisia liikkuvia osia, ja se käyttää uutta testattua teknologiaa, jonka ansiosta päästään luotettaviin ja kompakteihin instrumentteihin, jotka käyttävät vain vähän virtaa toimiakseen. CASI:a käyttämällä ei myöskään tarvita välttämättä laivoilta kerättävää tukitietoa.
Haittapuolena CASI:n käytössä on termisen alueen kanavan puuttuminen, sillä sen on todettu olevan sekä hyödyllisen täydentäjän ja joissakin tapauksissa tarjoavan erilaisen näkökulman kuin CASI. Projektissa on myös jouduttu määrittämään mitä tietoa spektri sisältää, sillä meren heijastusspektri on monimutkaisempi kuin yleensä maanpinnalla mitatuilla kohteilla. ( Boxall s. 8 - 11. )
Kuva 4. CASI:n heijastusspektrejä ( Boxall s. 26 - 27).
Projektissa on päädytty käyttämään CASI:a ja termisen alueen kameraa sekä värillistä videojärjestelmää ilmasta kerätyn tiedon hankintaan. Useita kanavia ohjelmoidaan tietyille spektrin alueille, joilla pystytään esittämään yleisiä ja erityisiä veden tai maan piirteitä. Mittauslaitteessa käytetään myös lentokoneen asentoilmaisinta sekä GPS:ä kuvien hankinnan yhteydessä geometristen korjausten määrittämiseksi. Järjestelmä ei korvaa laivoilta tehtäviä mittauksia ja ennustavia malleja. Se täydentää niitä, hankkii erilaisen perspektiivin ja toimii syötteenä malleihin. Aina ei ole myöskään mahdollista tehdä mittauksia laivoilta. ( Boxall s. 14 - 15.)
Nykyisin kaukokartoitettava alue sisältää 15 000 neliökilometriä merta Englannin ja Walesin rannikolla alueilla, jotka ovat jo rehevöityneet tai uhkaavat rehevöityä. Laajoja mittaussarjoja on tehty vuodesta 1992 ja mittauksia on tehty kolme kertaa vuodessa, touko-, heinä- ja syyskuussa. Jokainen kartoitus sisältää 189 lentolinjaa rannikkoalueella. Toistaiseksi yhdeksän kartoitusmittausta on suoritettu, yleensä yli 95 % kattavuudella.
Suomessa CASI:in markkinoinnista vastaa Finnish Remote Sensing Ltd , joka on suorittanut koetöitä mm. vesien laadun seurannasta.
AISA:n käyttöä tutkitaan tällä hetkellä METLA:ssa projektissa, joka on ajoitettu vuosille 1995 - 1996. Projektin tarkoituksena on selvittää kuvaavan spektrometrin käyttöä yhtenä komponenttina metsien monimuotoisuuden tutkimuksessa. Tämä projekti on ensimmäinen, jossa METLA käyttää AISA:aa, jonka vuoksi tiedon analysoinnin lisäksi koko tarvittava infrastruktuuri instrumentin käyttämiseksi on rakennettava.
Ensimmäisenä tehtävänä on opetella, mikä on luonteenomaista instrumentille, sillä siitä ei ole vielä riittävän yksityiskohtaista tietoa. Radiometrinen ja geometrinen tarkkuus sekä instrumentin stabiilisuus täytyy määrittää kehitystyön pohjaksi. Geometrinen korjaus käytettäville kuville tehdään esikäsittelyohjelmistoilla. Korjaukset määritellään differentiaalisen GPS-havaintojen avulla, joita tehdään mitattaessa yhden sekunnin välein. Mahdollisesti apuna tullaan käyttämään myös asentoilmaisinta lentokoneessa, jolloin tiedetään myös instrumentin kallistukset ja kierrot mittauksen aikana. Muita apuvälineitä geometrisen korjauksen määrittämiseen ovat numeerisen korkeusmallin käyttö taustatietona ja operaattorin osoittamat tuki- ja liitospisteet, joiden avulla kuvaa oikaistaan. Oikaisu suoritetaan iteroiden yhdelle kanavalle, jolta nähdään mahdollisimmin hyvin identifioitavia tukipisteitä ja lopullinen oikaisu suoritetaan lopuksi kaikille kanaville. Radiometrisessä korjauksessa ennalta määritetään kerroin jokaiselle CCD-solulle kalibroinnin avulla. Käytettäessä erittäin kapeita spektrin alueita myös ilmakehän vaikutukset mitattaviin pieniin signaaleihin täytyy määrittää. Ilmakehä ja valolähde ( aurinko ) ovat vahvoja komponentteja mitattavassa spektrissä. Ilmakehän vaikutusta hyperspektraaliin data ei voida kokonaan poistaa, mutta on tiedettävä kuinka voidaan kompensoida ilmakehän muutoksia.
Kuva 5. Lowtran7 simulaatio ilmakehän vaikutuksen määrittämiseksi.
Seuraavana vaiheena kerätään materiaalia testilennoilla algoritmien kehittämistä varten. Kerättävät kuvat tutkitaan sekä spektrisesti että alueellisesti jotta nähdään kuinka erilaiset ilmiöt, jotka ovat metsien inventoinnille ominaisia, tulevat esiin kuvilla. Tämä luo varsinaisen perustan tulevalle kehitykselle. Algoritmien kehittäminen keskittyy etsimään menetelmiä joilla voidaan estimoida metsän parametreja. Viimeisenä vaiheena projektissa arvioidaan kehitettyjen menetelmien vaikutusta metsien inventoinnissa eri mitoissa.
Palautetta voi antaa sähköpostiosoitteeseen ponkalo@snakemail.hut.fi