Hemispherical photography is a widely used tool for the indirect estimation of forest light environment and quantification of canopy openness, LAI, and direct and diffuse canopy light transmittance. Several comparisons have been made in existing literature between digital and film systems and their performance under different stand structures and light intensity levels, but the conclusions are not always in agreement. The aim of this research is to compare the light estimates coming from analysis of digital- and film-based hemispherical photographs taken in a mountain Norway spruce (
La luce solare incidente è un fattore determinante per lo sviluppo e le dinamiche dei popolamenti forestali. L’ambiente luminoso che si instaura sotto le chiome è essenziale per l’insediamento e lo sviluppo della rinnovazione (
L’intensità e la qualità della luce sotto copertura variano nello spazio e nel tempo, in funzione della distribuzione spaziale e della geometria dei fusti e delle chiome (
I recenti progressi nelle tecnologie digitali (fotocamere e
L’area di studio è rappresentata da due parcelle permanenti (100x100 m) nella riserva forestale integrale della Valbona (46°18’N, 11°45’E) nel Parco Naturale Paneveggio - Pale di S. Martino (TN). La specie dominante è l’abete rosso (
Una griglia regolare a maglia di 12.5 m è stata tracciata all’interno di un
Le fotografie sono state scattate nell’agosto 2005 in condizioni di cielo sereno all’alba o al tramonto o in condizioni di cielo uniformemente coperto. L’esposizione è stata impostata per ogni scatto in base alla luminosità del cielo ricorrendo all’uso di un esposimetro
Il
Per ogni immagine è stato calcolato il valore della
Le distribuzioni delle variabili in
dove
I valori di
I valori medi dei parametri esaminati nei due popolamenti e con le due tecniche di ripresa sono sintetizzati in
La PAR totale trasmessa assume valori compresi tra il 4% e il 14% e tra il 3% e il 61% della PAR incidente, pari a 30.60 e 31.01 mol m-2 d-1, rispettivamente nel popolamento monoplano e in quello stratificato.
Da un punto di vista statistico il
La
La correlazione tra il rapporto digitale/pellicola in termini di LAI e la densità locale nei punti di campionamento, misurata in modo indipendente mediante l’indice di
Coerentemente con quanto riportato in letteratura si è riscontrata nel presente lavoro una forte correlazione positiva tra i risultati ottenuti tramite tecniche di fotografia emisferica su supporto digitale e su pellicola, nonostante la diversa risoluzione utilizzata.
Nel popolamento coetaneiforme, benché la media dei valori registrati con le due tecniche non abbia differito in modo sostanziale, la correlazione è risultata meno forte. Nel popolamento disetaneo, caratterizzato da una tessitura a gruppi che dà luogo ad ampie aperture tra le chiome e ad una minore densità locale, si è osservata una migliore correlazione tra i dati ottenuti con le due tecniche, ma al crescere del grado di apertura delle chiome il rapporto digitale/pellicola è risultato discostarsi progressivamente da 1. All’aumentare della dimensione media dei
Il diverso rapporto di compressione dell’immagine digitale impiegato nelle due aree, fornendo comunque immagini alla stessa risoluzione non pare poter spiegare il comportamento osservato. L’algoritmo di compressione può causare una perdita di informazione, “mediando” i valori di pixel vicini; diversi autori (
Per quanto concerne il valore assoluto delle variabili misurate i nostri dati sono in linea con quelli riportati in letteratura.
La variabilità della CO è sempre maggiore rispetto a quella del LAI e della PAR, indicando come la CO sia il parametro più sensibile all’eterogeneità spaziale della risorsa luce in foresta (cfr.
Come osservato, al diminuire della densità di fusti e del fogliame, le immagini digitali tendono a produrre stime di trasmittanza progressivamente minori rispetto alle immagini tradizionali, soprattutto in presenza di struttura stratificata. Le differenze maggiori sono riscontrate nelle stime del LAI, la cui variabilitàè amplificata dal fatto che tale variabile ha una relazione logaritmica con la
In fase di ripresa l’esposizione è stata determinata in modo da attribuire al cielo un’intensità di grigio standardizzata. Tuttavia, le immagini digitali appaiono più scure di quelle riprese con fotocamera tradizionale e digitalizzate successivamente. Confrontando gli istogrammi (
Secondo
Sebbene entrambe le fotocamere siano limitate dalla qualità dell’ottica utilizzata, le riprese digitali sono soggette ad ulteriori forme di rumore relative alle caratteristiche del sensore CCD e all’elettronica di supporto, che possono influenzare negativamente la qualità spettrale e spaziale dell’immagine (
Ulteriori fonti di errore in fase di analisi sono relative alla differente proiezione geometrica utilizzata dall’ottica impiegata, e alla fase di
In questo lavoro si è riscontrata la necessità di fare ricorso, almeno parzialmente, ad un
Il potere risolutivo della fotocamera (capacità del sensore) riveste un ruolo importante. Secondo
Infine, il confronto tra sistema di ripresa digitale e analogico non può essere effettuato prescindendo dal mezzo utilizzato. La fotografia digitale può offrire vantaggi oggettivi, eliminando almeno quella parte di variabilità dovuta alle differenze tra le emulsioni. Tuttavia, anche l’ottica utilizzata è dotata di caratteristiche specifiche, quali il rendimento dell’obiettivo descritto dalle curve MTF -
La comparabilità di fotografie emisferiche riprese con tecnica tradizionale e digitale è innanzitutto funzione della struttura del popolamento analizzato. Sotto una copertura coetanea densa e in presenza di struttura monostratificata le fotografie digitali forniscono stime di trasmittanza comparabili a quelle derivanti da immagini su pellicola. In un popolamento disetaneo, con tessitura a gruppi e aperture tra le chiome di dimensioni maggiori, la fotocamera digitale ha invece prodotto stime di trasmittanza significativamente inferiori (fino al 32%). Tale effetto è attribuito alla differente esposizione delle immagini, dovuta alle caratteristiche della fotocamera e al processo di digitalizzazione dei negativi, e al fenomeno del
La tecnica digitale gode di indubbi vantaggi tecnici e logistici rispetto a quella tradizionale per quanto riguarda le fasi di ripresa ed acquisizione dell’immagine. Tuttavia, il sistema ottico, la capacità risolutiva e la sensibilità (
L’analisi dell’ambiente luminoso in foresta mediante fotografia digitale deve avvalersi del più completo controllo sui processi ottici caratteristici delle fasi di ripresa e digitalizzazione. Ai fini della comparabilità dei risultati, non è possibile prescindere dallo specificare le caratteristiche tecniche dei mezzi di ripresa utilizzati, i possibili errori che questi introducono e la scelta delle misure adottate per correggerli.
In questo studio il termine “luce” e “trasmittanza” si riferiscono rispettivamente alla densità di flusso fotosintetico (PPFD [mol m-2 d-1 ]) nello spettro della PAR (
In questo lavoro un angolo di 0° indica convenzionalmente lo zenit.
Struttura e distribuzione diametrica (da
Esempio di istogramma dei valori di grigio di una fotografia emisferica e modalità di determinazione del valore soglia (freccia) per la classificazione binaria delle immagini e la discriminazione tra elementi di chioma (bianco) ed elementi di cielo (grigio). L’asse delle ordinate è in scala logaritmica (da
Correlazioni tra i risultati ottenuti da analisi di foto emisferiche digitali e tradizionali nei due siti analizzati. - a.
(a)
Rapporto tra LAI digitale e da pellicola nei due siti in funzione (a) della densità di fusti (indice di competizione secondo
Istogramma della scala di grigi relativo al punto 1 del sito disetaneo (a. immagine digitale, b. immagine tradizionale), in scala logaritmica. Si constata il rapido decadimento dell’immagine digitale nella zona del bianco, così come l’intensità minima pari a 30 risultante dalla digitalizzazione dell’immagine su negativo. L’intensità media (DN) è 10.269 (
Potere risolvente di un’immagine da pellicola (a, successivamente digitalizzata a 2200 dpi) e di un’immagine digitale (b, TIFF a 300 dpi). Si noti la differenza nella dimensione dei pixel, nel dettaglio delle foglie e dei
Caratteristiche delle aree di studio.
Sito | Quota (m) | Pendenza | Esposizione | Piante ha-1 (DBH >7.5 cm) | G (m2 ha -1) | Età media | D medio (cm) | Hdom (m) | Struttura |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 1815 | 25° | NO | 508 | 76.2 | 177 | 43.6 | 33.5 | Coetaneiforme |
2 | 1895 | 20° | NO | 540 | 43.5 | 139 | 25.2 | 30.3 | Disetaneiforme |
Parametri adottati nell’analisi delle fotografie emisferiche con
Parametro | Valore | Riferimenti |
---|---|---|
Solar constant | 1367 kWm-2 | ( |
Cloudiness Index | 0.43 | Stazione meteo Bolzano (11.31° W; 46.50° N) (integrazione dati mensili) |
Spectral fraction | 0.457 | ( |
Beam fraction | 0.33 | algoritmo ( |
Clear sky transmiss. coeff. | 0.62 | ( |
Step di simulazione | 2 min | |
Durata stagione vegetativa | 1/5 30/9 | ( |
Statistiche descrittive di
Parameter | Sito 1 Struttura coetaniforme (N = 23) | Sito 2 Struttura disetaneiforme (N = 25) | ||||||
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Min | Max | Media | Errore std | Min | Max | Media | Errore std | |
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||||||||
digitale | 2.63 | 8.16 | 5.962 | .277 | 2.62 | 26.88 | 13.971 | 1.409 |
film | 2.81 | 8.22 | 5.343 | .255 | 2.49 | 41.58 | 20.202 | 2.117 |
|
||||||||
digitale | 2.99 | 4.76 | 3.703 | .085 | 1.25 | 4.98 | 2.630 | .204 |
film | 3.23 | 4.79 | 4.002 | .088 | .73 | 5.61 | 2.134 | .248 |
|
||||||||
digitale | .04 | .22 | .107 | .010 | .01 | .58 | .200 | .027 |
film | .02 | .17 | .078 | .008 | .01 | .70 | .286 | .036 |
|
||||||||
digitale | .05 | .13 | .089 | .004 | .03 | .42 | .228 | .023 |
film | .05 | .14 | .086 | .004 | .03 | .58 | .294 | .031 |
|
||||||||
digitale | .05 | .13 | .095 | .005 | .03 | .46 | .220 | .023 |
film | .04 | .14 | .084 | .005 | .03 | .61 | .292 | .031 |
Statistiche descrittive della differenza tra le medie di
Sito | Min | Max | Media | Errore std | Valore di |
P |
---|---|---|---|---|---|---|
|
||||||
Sito 1 | -1.14 | 2.20 | .619 | .188 | 3.290 | .003 |
Sito 2 | -14.70 | .13 | -6.231 | . 728 | -8.551 | .000 |
Totale | -14.70 | 2.20 | -2.948 | .631 | -4.671 | .000 |
|
||||||
Sito 1 | -1.23 | .73 | -0.298 | .088 | -3.381 | .003 |
Sito 2 | -.63 | 1.49 | .496 | .080 | 6.198 | .000 |
Totale | -1.23 | 1.49 | .115 | .082 | 1.400 | .168 |
|
||||||
Sito 1 | -.05 | .10 | .028 | .007 | 3.788 | .001 |
Sito 2 | -.22 | .02 | -.085 | .013 | -6.429 | .000 |
Totale | -.22 | .10 | -.030 | .011 | -2.701 | .010 |
|
||||||
Sito 1 | -.02 | .02 | .003 | .002 | 1.394 | .177 |
Sito 2 | -.16 | .01 | -.066 | .008 | -7.594 | .000 |
Totale | -.16 | .02 | -.032 | .006 | -4.763 | .000 |
|
||||||
Sito 1 | -.02 | .04 | .010 | .003 | 3.533 | .002 |
Sito 2 | -.16 | .01 | -.072 | .009 | -7.784 | .000 |
Totale | -.16 | .04 | -.032 | .007 | -4.115 | .000 |