Upload
vudung
View
238
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
Analiza i interpretacija snimaka
Dario Perkovi ć 2010
O S N O V E G E O I N F O R M A T I K E
2Analiza i interpretacija snimaka
Analiza i interpretacija snimaka mogu se podijeliti u dvije osnovne
grupe (metode) postupaka:
– vizualna analiza i interpretacija
– računalna (kompjuterska) obrada snimaka
Mnogi te postupke zovu još analogna (vizualna) obrada
snimaka i digitalna obrada snimaka . Optimalni rezultati se
često postižu zajedničkim korištenjem obje metode jer vizualna
obrada osim prikupljenog znanja o nekom problemu sadrži i
iskustvo pa se u sprezi s obradom pomoću računala postižu
najbolji rezultati.
Dvije grupe postupaka
3Analiza i interpretacija snimaka
Mjesto u sustavu daljinskih istraživanja
4Analiza i interpretacija snimaka
Metode obrade
5Analiza i interpretacija snimaka
PRIKUPLJANJE PODATAKA
6Analiza i interpretacija snimaka
Postoje dva načina dobivanja digitalnih podataka (snimaka):
– preuzimanje snimaka dobivenih daljinskim istraživanjima u
analognom obliku (tiskana kopija, hard-copy) i konverzija u
digitalni format procesom digitalizacije
– preuzimanje snimaka dobivenim daljinskim istraživanjima
koji su već u digitalnom obliku , kao npr. oni dobiveni
pomoću Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper Plus
(ETM+) sustava senzora.
Dobivanje snimaka
7Analiza i interpretacija snimaka
Analogno-digitalna konverzija
8Analiza i interpretacija snimaka
stolni denzitometar –instrument za mjerenje
gustoće tona/boje na slici
stolni denzitometar –instrument za mjerenje
gustoće tona/boje na slici
Ureñaji za analogno-digitalnu konverziju
9Analiza i interpretacija snimaka
Ureñaji za analogno-digitalnu konverziju
10Analiza i interpretacija snimaka
Linear Array CCDLinear Array CCD
Linear Array CCD Flatbed DigitizerLinear Array CCD Flatbed Digitizer
Ureñaji za analogno-digitalnu konverziju
11Analiza i interpretacija snimaka
Area Array CCDArea Array CCD
Area Array CCD Image DigitizerArea Array CCD Image Digitizer
Ureñaji za analogno-digitalnu konverziju
12Analiza i interpretacija snimaka
Digitalizacija
13Analiza i interpretacija snimaka
Digitalizacija
14Analiza i interpretacija snimaka
Transformacija već gotovih digitalnih podataka
15Analiza i interpretacija snimaka
REZOLUCIJA
16Analiza i interpretacija snimaka
REZOLOCIJA DALJINSKOG
SENZORA
REZOLOCIJA REZOLOCIJA DALJINSKOG DALJINSKOG
SENZORASENZORA
Prostorna - veličina vidljivog polja npr. 10 x 10 m, najviša prostorna frekvencija, koja se može razlikovati na snimku
Spektralna - broj kanala i veličina (debljina, širina) spektralnih dijelova koje pokriva senzor (plavo, zeleno, crveno, IC, mikrovalovi, itd)
Vremenska - koliko često satelit/senzor prikuplja podatke
Radiometrjska - osjetljivost detektiranja malih razlika u elektromagnetskoj energiji
Prostorna - veličina vidljivog polja npr. 10 x 10 m, najviša prostorna frekvencija, koja se može razlikovati na snimku
Spektralna - broj kanala i veličina (debljina, širina) spektralnih dijelova koje pokriva senzor (plavo, zeleno, crveno, IC, mikrovalovi, itd)
Vremenska - koliko često satelit/senzor prikuplja podatke
Radiometrjska - osjetljivost detektiranja malih razlika u elektromagnetskoj energiji
10 m10 m
BB GG RR
15.0115.01 15.0215.02
10 m10 m
Rezolucija senzora = rezolucija snimaka = mogućnost razlučivanja na snimcima.
ČETIRI VRSTE REZOLUCIJE SNIMAKA
Rezolucija senzora za daljinska istraživanja
17Analiza i interpretacija snimaka
Spektralna rezolucija
18Analiza i interpretacija snimaka
Bjelogorica i crnogorica na istom snimkuSpatial Emerge digitalna kameraprostorna rezolucija, PR=1 x 1 m
u crvenom, zelenom i bliskom IC spektralnom kanalu
Bjelogorica i crnogorica na istom snimkuSpatial Emerge digitalna kameraprostorna rezolucija, PR=1 x 1 m
u crvenom, zelenom i bliskom IC spektralnom kanalu
Jensen, 2007Jensen, 2007
Spektralna rezolucija
19Analiza i interpretacija snimaka Jensen, 2007Jensen, 2007
Sullivanov otok, SC, USAAVIRIS spektrometar
PR=1 x 1 m
Sullivanov otok, SC, USAAVIRIS spektrometar
PR=1 x 1 m
Spektralna rezolucija
20Analiza i interpretacija snimaka
Rezidencijalne kućeMechanicsville, NYdigitalna kameraPR=0.3 x 0.3 m
Rezidencijalne kućeMechanicsville, NYdigitalna kameraPR=0.3 x 0.3 m
Spektralna rezolucija
21Analiza i interpretacija snimaka Jensen, 2007Jensen, 2007
Aerodrom Ronald ReaganWashington,DC
Digital GlobePR=1 x 1 m
Aerodrom Ronald ReaganWashington,DC
Digital GlobePR=1 x 1 m
Spektralna rezolucija
22Analiza i interpretacija snimaka
1. lipanj, 2006
1. lipanj, 2006
17. lipanj, 2006.
17. lipanj, 2006.
3. srpanj, 2006.
3. srpanj, 2006.
Prikupljanje podataka daljinskog senzoraPrikupljanje podataka daljinskog senzora
16 dana16 dana
Jensen, 2007Jensen, 2007
Vremenska rezolucija
23Analiza i interpretacija snimaka
Vremenska rezolucija
24Analiza i interpretacija snimaka
Vremenska rezolucija
25Analiza i interpretacija snimaka
8-bit(0 - 255)
8-bit(0 - 255)
9-bit(0 - 511)
9-bit(0 - 511)
10-bit(0 - 1023)
10-bit(0 - 1023)
0
0
0
7-bit(0 - 127)
7-bit(0 - 127)0
11-bit(0 - 2047)
11-bit(0 - 2047)
0
starijisateliti
novijisateliti
Radiometrijska rezolucija
26Analiza i interpretacija snimaka
Ovisnost vremenske i prostorne rezolucije o primjeni daljinskih istraživanjaOvisnost vremenske i prostorne rezolucije o primjeni daljinskih istraživanja
27Analiza i interpretacija snimaka
VIZUALNA ANALIZA I INTERPRETACIJA
28Analiza i interpretacija snimaka
• Registriranje i prepoznavanje (identificiranje) različitih korisnih
podataka s pomoću osjeta vida.
• Metoda se zasniva na registriranju postojećih općepoznatih
karakteristika objekata i veza meñu njima u prirodi.
• Prirodne uzajamnosti se iskazuju tj. manifestiraju na površini
Zemlje (kopnenoj i vodenoj) i objektivno se prikazuju na
snimcima.
• Analiziranje može biti 2D ili 3D (stereoskopski, 3D oblik
perspektivnog lika). U novije vrijeme se izvode i satelitska
stereoskopska snimanja, pa je moguće teren analizirati na
prostornom modelu fotogrametrijskim instrumentima
(stereoskopi) i računalnom tehnikom.
Osnovni pojmovi
29Analiza i interpretacija snimaka
• ton i boja• geomorfološke karakteristike• struktura i strukturna svojstva• vegetacija• drenažna mreža
5 osnovnih kriterija kod geološke analize terena:
• veličina• boja - kontrast objekata s okolinom• oblik i položaj objekata (sjene)• tekstura
Ostali parametri/kriteriji:
Kriteriji i parametri pri analizi
30Analiza i interpretacija snimaka
Ono što još moramo znati je:
• kontrast slike
• koji spektralni kanal se koristi
• iz kojih kanala je izrañen kolorni kompozit
• kojim senzorom su načinjeni snimci
• koja je rezolucija snimaka
• koja je tehnika primijenjena pri procesiranju snimaka
• karakteristike refleksije različitih objekata
Kriteriji i parametri pri analizi
31Analiza i interpretacija snimaka
� karakteristike refleksije različitih objekata (vegetacija, tlo,
otkrivene stijene, voda, oblaci, snijeg,…)
� odražavanje objekata u različitim područjima spektra (npr.
IC)
� sadržaj vlage u tlu je značajan kriterij na IC snimcima (tla s
povećanom vlagom imaju tamniji ton)
� poznavanje tzv. pseudoboja na IC snimcima (za razlikovanje
pojedinih tipova vegetacije, bolesne i zdrave vegetacije).
Još treba znati
32Analiza i interpretacija snimaka
Svaki problem koji se rješava vizualno može se rješavati bolje i
kvalitetnije digitalnom tehnikom. Neki problemi kao npr. analiza
multispektralnih i multitemporalnih snimaka koja zahtijeva
istovremeni prikaz iz više spektralnih kanala i vremena snimanja
mogu se rješavati jedino pomoću digitalne obrade slike (snimaka).
Još treba znati
33Analiza i interpretacija snimaka
IKONOS pankromatski stereoparIKONOS pankromatski stereopar
STEREOPAR/STEREOGRAM
34Analiza i interpretacija snimaka
džepni stereoskop (Wild, 1985)
“zoom” stereoskop
postoje još mosni stereoskop, zrcalni sa stereomikrometrom, dvostruki i dvostruki zrcalni itd.
Ureñaji
35Analiza i interpretacija snimaka
RAČUNALNA OBRADA SNIMAKA
36Analiza i interpretacija snimaka
Snimak je slika, fotografija, ili bilo koji drugi oblik koji
dvodimenzionalno (rasterski) prikazuje objekte ili površine
(scene). Informacije sadržane u snimcima prikazane su u sivim
tonovima ili bojama (prirodnim ili pseudobojama).
Digitalizirani snimak (scena) sadrži ogroman broj podataka i
informacija. Svaki djelić digitalnog snimka zove se piksel (engl.
pixel-picture element), a broj koji pokazuje razinu sivila piksela
zove se digitalni broj i on označava vrijednost piksela.
Digitalni snimak
37Analiza i interpretacija snimaka
pankromatskipankromatskiinfracrveni crno-bijeliinfracrveni crno-bijeli
rijeka Hudson, NYrijeka Hudson, NY
Digitalni snimak
38Analiza i interpretacija snimaka
Razine sivila idu od nule za crni ton do nekog većeg broja (8 bita=256 vrijednosti) za bijeli ton . Satelitski snimci su obično višekanalni pa je intenzitet sivila različit na snimcima iz pojedinih spektralnih kanala.
Digitalni snimak
39Analiza i interpretacija snimaka
Važnije prednosti digitalnih snimaka nad analognim snimcima su:
• ne mijenjaju se zbog vanjskih utjecaja kao obični snimci
• mogu se umnožavati velikom uvijek jednakom točnošću,
bez promjene ili gubitka informacija
• mogu se matematički obrañivati radi dobivanja novih
snimaka bez bojazni od oštećenja originala
• mogu se analizirati i prikazivati pojedinačni elementi slike
• mogu se obraditi i analizirati velike količine podataka u
relativno kratkom vremenu
• mogu se elektronski transportirati na različite udaljenosti bez
gubitka infrormacija (Internet)
Prednosti digitalnih snimaka
40Analiza i interpretacija snimaka
Digitalni snimci se dobivaju nizom matematičkih operacija koje se
izvode digitalnim brojevima snimaka, pa se te operacije općenito
nazivaju digitalno procesiranje snimaka (engl. digital image
processing). To uključuje sve tehnike:
– prikaz snimka na monitoru (c/b, kolor)
– analogno-digitalna konverzija
– geometrijska i radiometrijska korekcija
– različite tehnike poboljšanja slike (povećanje kontrasta,
filtriranje slike, klasificiranje, izdvajanje objekata) i dr.
Digitalno procesiranje
41Analiza i interpretacija snimaka
Procesiranjem se poboljšava kvaliteta snimaka u smislu bolje
čitljivosti i zapažanja detalja, te identificiranja i klasificiranja
željenih podataka. Na taj način postiže se mnogo bolja
analiza i interpretacija sadržaja snimka, što je od izuzetne
važnosti u daljinskim istraživanjima (npr. Landsat TM snimak
sadrži oko 40 milijuna piksela što je nemoguće obraditi bez
računala).
Digitalno procesiranje
42Analiza i interpretacija snimaka
Postoje 3 osnovne faze u digitalnoj (računalnoj) obradi snimaka:
�pre-procesiranje
�procesiranje
�post-procesiranje
Postoji više različitih programskih paketa (softvera) za digitalnu obradu satelitskih snimaka, meñu kojima se ističu :
– Erdas-Imagine - ER Mapper– ILWIS - IDRISI– ENVI - ESRI ArcGIS Image Analyst
Ovi programi sadrže različite algoritme za obradu snimaka u različite namjene. Hardverski preduvjeti za njihovo kvalitetno korištenje nisu danas previsoki i ne traže snažne serverske konfiguracije kao nekada.
SOFTVER
Faze digitalne obrade
43Analiza i interpretacija snimaka
PRE-PROCESIRANJE SNIMAKA
44Analiza i interpretacija snimaka
Satelitski podaci putuju dugo od trenutka snimanja do korisnika i
pri tomu doživljavaju višekratne promjene: u atmosferi od Sunca
do Zemlje, u atmosferi od Zemlje do senzora (satelita), u satelitu,
od satelita do zemaljske prijemne stanice, od stanice do sustava
za njihovo snimanje i pripremu za operativno korištenje. Zato je
često potrebno popraviti podatke prije interpretacije snimaka.
Prevoñenje podataka u odgovaraju ći format korisnika
(konverzija slike) i korekcija snimaka zbog mogu ćih
pogrešaka (radiometrijske i geometrijske), provodi s e u tzv.
fazi pre-procesiranja.
Objašnjenje faze
45Analiza i interpretacija snimaka
U pre-procesiranju razlikujemo sistemske i nesistemske
korekcije . Sistemske korekcije, odnosno one kojima se pogreške
mogu otkloniti pomoću konstrukcije modela pogreške su:
• konverzija podataka
• radiometrijska korekcija
• geometrijska korekcija
Radiometrijska pogreška utječe na radiometrijske vrijednosti
piksela u slici, npr. može se dogoditi da nedostaje jedan red
piksela u slici. Geometrijska pogreška utječe na lokaciju piksela na
slici (zbog rotacije Zemlje ili reljefa terena).
Postupci u pre-procesiranju
46Analiza i interpretacija snimaka
Nesistemska korekcija može se ukloniti uspostavom specifičnog
modela, npr. promjena geografske širine na kojoj se u datom
momentu nalazi satelit. Za svaki skup satelitskih podataka potrebno
je napraviti kalibraciju podataka, koja sadrži geografsku širinu svake
pozicije satelita u skupu podataka, a to se radi prije izvoñenja
korekcije.
Podaci snimljeni posredstvom satelita (izvorni podaci) često su
opterećeni pogreškama, koje mogu biti uzrokovane senzorima za
snimanje (senzor ne funkcionira dobro), geometrijom orbite senzora,
rotacijom Zemlje, formatom senzorskog snimanja i dr. Otklanjanje, ili
barem umanjivanje takvih pogrešaka obično se provodi prije prikaza
i analize snimaka.
Postupci u pre-procesiranju
47Analiza i interpretacija snimaka
U konverziji podataka radi se:
� digitalizacija
� uzorkovanje i kvantizacija
� kompresija zapisa slike
� matemati čke transformacije
Sliku najprije treba digitalizirati, odnosno konvertirati kontinuirane (analogne) funkcije u diskretni (digitalni) oblik. Digitalizacija prostornih dimenzija slike naziva se uzorkovanjem slike.Uzorkovanje je postupak koji omogućava opis kontinuirane funkcije slike konačnim skupom diskretnih brojeva. Nakon uzorkovanja slijedi kvantizacija slike što predstavlja diskretizacijurazina sivila slike. Kvantizacija je najčešće linearna pa se zajedno s uzorkovanjem opisuje linearnom jednadžbom.
Konverzija podataka
48Analiza i interpretacija snimaka
Ova korekcija uključuje:
� korekciju zbog gubitka linija skeniranja (uslijed lošeg
funkcioniranja jednog od senzora/detektora)
� korekciju zbog periodi čnih pruga na slici (neki od
detektora snima više ili manje iznad ili ispod normale)
� korekciju zbog slu čajnog šuma (buke)
� atmosfersku korekciju
Najvažnija meñu njima je pogreška zbog gubljenja podataka u liniji skeniranja (nedostaju pojedini pikseli). Kod ove korekcije bitan je još i postupak udruživanja histograma podataka nakon čega se računaju tzv. kumulativni histogrami .
Radiometrijska korekcija
49Analiza i interpretacija snimaka
Greške mogu nastati zbog različitih uzroka:
� pogreške u instrumentima (geometrija senzora)
� orbitalne geometrije satelita
� rotacije Zemlje i njene zakrivljenosti
� nestabilnosti platforme senzora (skretanje po pravcu,
rotiranje, brzina, visina)
� panoramske (reljefne) distorzije
� razlika u uzorkovanju i dr.
Geometrijska korekcija
50Analiza i interpretacija snimaka
Postupak geometrijske korekcije može se podijeliti na dva dijela: postupak temeljen na geometriji satelitske orbite i postupak koji se temelji na kontrolnim točkama na Zemlji. Geometrijski korigirani snimci transformirani u neku kartografsku projekciju nazivaju se georeferencirani snimci , a postupak daljnjeg poboljšavanja snimaka naziva se geokodiranje .
Geometrijska korekcija
51Analiza i interpretacija snimaka
PROCESIRANJE SNIMAKA
52Analiza i interpretacija snimaka
U fazi procesiranja snimaka, provode se različite tehnike obrade s
ciljem poboljšanja interpretacijske vrijednosti snimka (lakše i
pouzdanije izdvajanje podataka na snimku). Najčešći postupci su:
• transformacija snimka (kodiranje, poboljšanje i obnavljanje
snimka, interpretacija)
• povećanje kontrasta
• filtriranje digitalnih snimaka
• transformacija osnovnih komponenti snimka
• obrada kvocijenta spektralnih kanala
• klasifikacija (jednokanalna i multispektralna)
Postupci procesiranja
53Analiza i interpretacija snimaka
POST-PROCESIRANJE SNIMAKA
54Analiza i interpretacija snimaka
Na kraju se izdvojeni podaci (informacije) eksportiraju u prikladni
format, kako bi se informacije mogle koristiti (papirnate tvrde kopije,
film i neki drugi mediji).
Često se koristi upravo GIS za daljnje proučavanje i pohranjivanje
podataka. U GIS-u je omogućena integrirana analiza različitih tipova
podataka u geografskom kontekstu. Izlazni podaci digitalnog
procesiranja snimaka u daljinskim istraživanjima mogu biti ulazni
podaci za daljnja proučavanja u GIS-u. Postoji interakcija izmeñu
digitalnog procesiranja i GIS-a što treba rezultirati nečim
kvalitetnijem od običnog spajanja dva skupa podataka.
Sve aktivnosti obrade podataka koje se provode u ovoj završnoj fazi
mogu se nazvati post-procesiranje .
Postupci post-procesiranja