NL ENG
20231129_163647

Visible Light Imaging

Remote sensing door middel van visible light imaging is een bekende techniek in de gereedschapskist van archeologische sensortechnieken. Visible light imaging kan binnen de AMZ-cyclus als techniek worden toegepast tijdens de verkennende en karterende fases van een inventariserend veldonderzoek. In gunstige omstandigheden kan deze techniek op landbodems archeologische informatie in kaart brengen.

Wat?

Hoe werkt het?

Visible light imaging beschrijft het proces van het vastleggen van zichtbaar licht door het maken van beelden, ook wel fotografie genoemd.

Er zijn twee hoofdtypen van beeldvorming met zichtbaar licht: analoge fotografie en digitale fotografie. Deze verschillen in de manier waarop beelden worden vastgelegd en opgeslagen. Analoge fotografie omvat het gebruik van een chemisch proces om beelden vast te leggen op een fysiek medium, typisch een filmnegatief. Licht dat door een lens gaat, wordt gefocust op de film, die reageert op het licht en een latente afbeelding produceert. Digitale fotografie daarentegen maakt gebruik van een elektronische sensor om beelden in digitale vorm vast te leggen. licht dat door een lens gaat, wordt gefocust op een elektronische sensor, die het beeld vastlegt als een reeks digitale pixels.

In de archeologie wordt fotografie gebruikt als hulpmiddel bij remote sensing om informatie te verzamelen over archeologische sites en landschappen. Dit gebeurt vaak door foto’s van de grond te maken vanuit een verhoogde positie (zoals een luchtplatform). Van bovenaf kunnen patronen en kenmerken (zoals gewasmarkeringen, grondsporen, en schaduwsporen) die mogelijk niet zichtbaar zijn vanaf het oppervlak, duidelijk worden, wat mogelijk wijst op de aanwezigheid van begraven archeologische kenmerken (afbeelding 1).

Afbeelding 1: Gewasmarkeringen van loopgraafsystemen in de buurt van Deventer, afkomstig uit de Tweede Wereldoorlog, zichtbaar op een oblique optische gegevens beeld (bron: NAR80, © J. van Dalen Fotografie).
Meer weten?

Verdieping X

Zichtbaar licht beslaat slechts een klein deel van het gehele elektromagnetische spectrum, ongeveer tussen 0,4 en 0,7 μm, maar omvat alle kleuren die door mensen waarneembaar zijn (afbeelding 2).

Afbeelding 2: Het overzicht van golflengten in het elektromagnetische spectrum. Het bereik gemeten door visible light imaging is met diagonale strepen aangegeven (geadapteerd van Wikimedia Commons).

Verticale luchtfoto’s worden recht naar beneden genomen, terwijl oblique luchtfoto’s onder een hoek worden genomen. Meerdere foto’s kunnen worden gecombineerd met behulp van fotogrammetrie om 3D-modellen van archeologische sites of artefacten te creëren (afbeelding 3). Dit werkt door een serie overlappende foto’s te gebruiken om een gedetailleerd, nauwkeurig 3D-model van een object of gebied te maken. Veelvoorkomende punten worden in elk van de beelden geïdentificeerd, en worden gebruikt om een 3D-puntenwolk te creëren. Deze puntenwolk wordt vervolgens gebruikt om hoogtemodellen en 3D-meshes te produceren.

Afbeelding 3: Reeks overlappende beelden van een veldonderzoek in Rijnenburg, Utrecht, en de daaruit resulterende puntenwolk (bron: 4D Research Lab).

Wat heb je nodig?

Voor het registreren van visible light beelden (foto’s) worden veelal digitale camera’s gebruikt met een grote sensor en beeldresolutie. Dergelijke camera’s worden soms als onderdeel van een geïntegreerd UAS-systeem (drone) aangeboden, waarbij een directe live-feed op het beeldscherm kan worden getoond, waarbij een directe live-feed op het beeldscherm kan worden getoond, maar er zijn ook oplossingen waarbij de integratie met de hard- en software op de drone minder volledig is. Er kunnen losse foto’s worden gebruikt, maar voor archeologische doeleinden is het nuttiger om reeksen beelden te maken. Met behulp van fotogrammetrische technieken kunnen zo zeer nauwkeurige 3D-modellen gemaakt worden van complete landschappen (afbeelding 4).

Afbeelding 4: Een hoge resolutie 3D-model van de Oudorperpolder, de locatie van kasteel Nieuwburg en vermeende locatie van kasteel De Middelburg, in Alkmaar, Noord-Holland (bron: 4D Research Lab).

Handcamera’s kunnen worden gebruikt om op kortere afstand objecten fotografisch of fotogrammetrisch vast te leggen.

Optische satellieten bieden een waardevol middel om grootschalige landschappen te onderzoeken vanuit de ruimte. Ze maken het mogelijk om op regelmatige basis beelden van dezelfde locaties te verkrijgen, wat handig is om veranderingen in het landschap door de tijd heen te monitoren. In Nederland worden optische satellietdata aangeboden door de Netherlands Space Office op het satellietdataportaal.

Meer weten?

Verdieping X

Met relatief eenvoudige camera’s kunnen er al goed bruikbare foto’s worden geproduceerd. Er zijn voor een nauwkeurig resultaat wel belangrijke technische specificaties waarmee rekening moet worden gehouden. Belangrijke aspecten zijn bijvoorbeeld een vaste lens van voldoende kwaliteit om een hoge scherptediepte mogelijk te maken. In geval van drone fotogrammetrie is een zogenaamde global shutter belangrijk om vertekeningen te voorkomen.

Kan worden gebruikt met..

Door gebruik te maken van een handcamera of een camera vastgemaakt onder een drone kunnen er zeer hoge resolutie beelden op korte afstand worden vastgelegd. Vanwege de opkomst van UAS-technologie heeft, net als multispectral imaging, optische fotografie voor archeologische prospectie flinke sprongen gemaakt, omdat er nu zeer hoge resolutie beelden verzameld kunnen worden op exact bepaalde (en dus potentieel optimale) momenten in het jaar. Wel is er een beperking in geografisch bereik afhankelijk van de wetgeving en beperkte batterijduur.

Meer weten?

Verdieping X

Visible light imaging beelden kunnen ook worden verzameld met camera’s bevestigd aan satellieten en vliegtuigen, die ook voor archeologische toepassingen geschikt zijn. De dekking van luchtfotografie met vliegtuigen en satellieten is vanzelfsprekend wel veel groter in vergelijking met een drone platform. Echter, deze beelden hebben een lagere resolutie, wat hun bruikbaarheid vermindert bij het opsporen van kleinere archeologische sporen vergeleken met dronebeelden. Daarnaast is luchtfotografie minder, en in geval satellieten helemaal niet, geschikt voor fotogrammetrie vanwege de beperkte overlap en het veelal ontbreken van beelden met een oblique oriëntatie. Verder is het exacte moment van de opname van groot belang bij prospectie toepassingen, dus bij gebrek aan controle daarover is het moeilijk de beelden goed op waarde te schatten.

Archeologische Toepassingen

Plaats in het archeologisch proces

Visible light imaging kan, net als de meeste andere archeologische remote sensing methoden, worden toegepast in de verkennende en karterende fasen van een archeologische inventarisatie. Ook worden satellietbeelden vaak ingezet tijdens bureauonderzoek om potentiële locaties of kenmerken te identificeren die verder onderzoek rechtvaardigen. De verzamelde en geanalyseerde beelden leveren een set spectrale anomalieën op, voorzien van een beschrijving en een interpretatie. Deze kunnen gebruikt worden voor het beter begrijpen van de onder- en bovengrondse archeologische sporen, en eventueel nieuw prospectieonderzoek, of gravend onderzoek, informeren. Omdat met visible light imaging in combinatie met fotogrammetrische gegevensverwerking ook tot hoogwaardige 3D-modellen kunnen worden geproduceerd, leiden, kan de technologie ook worden toegepast als documentatiemethode in gravend onderzoek.

Meer weten?

Verdieping X

In combinatie met drone-platforms: door huidige wettelijke (maximale afstand tot piloot, beperkt zicht na zonsondergang) en technische (o.a. batterijduur) beperkingen is de inzet van drones uitgerust met optische camera’s over grote gebieden vaak moeilijk haalbaar. Om deze reden zal dit soort onderzoek vaak plaatsvinden op plekken waar minimaal een sterk vermoeden van de aanwezigheid van archeologische resten is.

Welke typen archeologische materialen/landschappen

Optische fotografie als prospectiemethode is inzetbaar in alle omstandigheden waarin het aannemelijk is dat er kleur of vorm verschillen waarneembaar kunnen zijn tussen archeologische sporen en het natuurlijke landschap. Of de verschillen kunnen worden waargenomen is sterk afhankelijk van de lokale omstandigheden. Typische omstandigheden zijn velden met akkerbouw in de late zomer, waarbij verschillen in de gezondheid van de gewassen vaak maximaal zullen zijn, en dus het beste waarneembaar als cropmarks. Daarnaast kan visible light imaging natuurlijk worden gebruikt als 3D-documentatiemethode, b.v. op een opgraving.

Verder zijn optische camera’s bijzonder effectief bij lage zonnestanden, bijvoorbeeld tijdens zonsopgang of zonsondergang, om schaduwsporen vast te leggen. Bij laagstaande zon werpen kleine hoogteverschillen in het landschap langere schaduwen, waardoor subtiele contouren van onderliggende archeologische structuren zichtbaar worden. Deze schaduwen kunnen aanwijzingen geven over bijvoorbeeld oude greppels, wallen, of fundamenten, die onder normale lichtomstandigheden onzichtbaar blijven.

Meer weten?

Verdieping X

Men dient zich te realiseren dat de mogelijkheid om archeologie in de vorm van gewasmarkeringen waar te nemen sterk afhankelijk is van de staat van de vegetatie, en dus het seizoen en het specifieke groeitraject van een gewas. Daarnaast spelen ook weersomstandigheden een grote rol. In bepaalde jaren met b.v. veel droogte, zullen gewasmarkeringen sneller en duidelijker waarneembaar zijn.

Beperkingen/onzekerheden

Het maken van visible light opnamen voor het traceren van gewasmarkeringen, grondsporen, en schaduwsporen, is sterk gebonden aan de specifieke licht- en weercondities. Bovendien is de fotogrammetrische postprocessing een vrij complex proces dat kwetsbaar is voor vele variabelen die de uiteindelijke output bepalen. Met name in geval het vervaardigen van een hoogwaardig 3D-model het doel is van een opname, zijn een aantal factoren zeer belangrijk, zoals de camera/lens instellingen, lichtcondities, strategie in het nemen van foto’s, etc.

Meer weten?

Verdieping X

Vanwege de veelheid aan landschappen en klimaten wereldwijd, maar ook in Nederland, is de relatieve effectiviteit van optische opnames onderwerp van onderzoek. Een belangrijk aspect van dergelijk onderzoek is dan ook het vastleggen van de situationele parameters ten tijde van het drone onderzoek, en het inzetten van complementaire en potentieel validerende andere prospectietechnieken. Het potentieel van visible light beeldvorming om archeologische kenmerken te detecteren is bovendien afhankelijk van vegetatietypes en groeicycli. Dit maakt het noodzakelijk om de workflows en output te vergelijken met gegevens die zijn verkregen uit andere bronnen.

Casestudies

Ben je nieuwsgierig naar hoe visual light imaging al met succes is ingezet voor archeologisch veldonderzoek? Klik dan op de tegels hier beneden om naar de casestudies te gaan waarin deze sensortechniek wordt toegepast!

Referenties/verder lezen

Van Doesburg, J., van der Heiden, M., Waagen, J., van Os, B., & van der Meer, W. (2022). Op zoek naar lijnen: De waarde van elektromagnetische inductie en optische en thermische infraroodbeelden in Siegerswoude (Friesland). Rapportage Archeologische Monumentenzorg 273.

Netherlands Space Office. Satellietdataportaal

Rensink, E., Theunissen, L., Feiken, R., Bourgeois, J., Deforce, K., van Doesburg, J., Emaus, R., van der Heiden, M., de Jong-Lambregts, N., Karagiannis, N., de Kort, J. W., Liagre, E., van Londen, H., Meylemans, E., Orbons, J., Stichelbaut, B., Terlouw, B., Timmermans, G., Waagen, J., & van Zijverden, W. (2022). Vanuit de lucht zie je meer. Remote sensing in de Nederlandse archeologie. Nederlandse Archeologische Rapporten (NAR) 80.

Waagen, J. (2023). In search of a castle: Multisensor UAS research at the Medieval site of ‘t Huijs ten Bosch, Weesp. 4D Research Lab report series, 4. https://doi.org/10.21942/uva.23375486.v2