Multispec Lab Werapong

0 Introduction to Multispec

Introduction to Multispec for Windows

By

Werapong Koedsin

สารบญ


Topics Pages แนะน า Multispec 2 Exercise#1 Introduction to MultiSpec Freeware 5 Exercise#2: Comparison of Common Remote Sensing Data 9

Exercise#3: Exploring Spectral Regions 10 Exercise#4: Image Enhancement 12 Exercise#5: Enhance specific features for interpretation 15 Exercise#6 Overlay Shape File on Image Window 17 Exercise#7 Mosaic 18 Exercise#8 Geo-referencing with QGIS 20 Exercise#9 Unsupervised Classifications 33 Exercise#10 Supervised Classifications 37 Exercise#11 Feature Selection 46 Exercise#12 Confusion Matrixes 51 Exercise#13 Creating Vegetation Indices Image (NDVI in this case) 42 Exercise#14 Change Detection 56 More information 60


แนะน า Multispec

MultiSpec เปนซอฟตแวรประมวลผลทางดาน Remote Sensing ซงเปนการพฒนาตอยอดจาก

ระบบ LARSYS ซงเปนหนงในซอฟตแวรยคแรกทเกยวของกบระบบประมวลผลภาพถายหลายชวงคลน

(Remote sensing multispectral data processing systems) ซงพฒนาขนเมอป ค.ศ.1960 และตอมา

ไดเปลยนชอมาเปน MultiSpec โดยทมพฒนาหลกจาก School of Electrical and Computer

Engineering, ITaP และ LARS ณ Purdue University โดยมวตถประสงคการพฒนาเพอสนบสนนการ

วเคราะหขอมล Multispectral และ Hyperspectral และถายทอดองคความร และเทคโนโลยตางๆ ไปยง

กลมผใชงาน เพอใหผใชงานสามารถน าไปใชงานโดยไมมคาใชจายใดๆ รวมไปถงเปาหมายทก าหนดให

เปนโปรแกรมทงายตอการใชงานอยางรวดเรวในการทาความเขาใจ โดยรวมแลววตถประสงคของ

MultiSpec สามารถแบงออกไดดงน

1. สามารถใชงานไดในระบบคอมพวเตอรทมความสามารถพอควรในราคาทไมแพงมากจนเกนไป

2. โปรแกรมงายตอการใชงาน

3. สามารถใชงานไดกบขอมลหลากหลายชนด น าเขาขอมลชนดตางๆ ไดงายดายและสามารถ

แสดงผลทไดในหลากหลายรปแบบไมวาจะเปนตารางหรอ Thematic map

MultiSpec ไดถกออกแบบและพฒนาอยางตอเนอง และมเครองมอสนบสนนการทางานดานการ

วเคราะหขอมลทางดาน Remote Sensing โดยเฉพาะขอมล Multispectral และ Hyperspectral

ความสามารถตางๆ ของ MultiSpec ประกอบดวย

การน าเขาขอมล (Data Import) รองรบขอมล Binary และ ASCII ในรปแบบ8, 16, 32 bit

integer หรอ 32-64 bit

การแสดงผลขอมล multispectral ไดทงโหมดขาวด าและภาพส และสามารถน าเขาขอมล

Shapefile มาแสดงซอนทบได

สามารถแสดง Histogram เพอชวยพจารณา theme ของสหรอ grey-scale ในการแสดงภาพ

หรอ แสดง histogram ของภาพได (ทางออม)

สามารถเปลยนแปลงรปแบบโครงสรางของแฟมขอมลได ไมวาจะเปนการเปลยนขอมล header

ของ แฟมขอมล การเปลยนแปลง geometry ของภาพ การ mosaic ภาพ การเพมหรอแกไข

Band ขอมลได เปนตน


เพมชอง (Channel) ขอมลเพมเตมจากขอมลเดมได ไมวาจากกระบวนการ Principal

Component หรอ Feature Extraction รวมทงการท า Band Rationing จากชดขอมลเดมทมอย

การท า Clustering โดยใชอลกอลทม Single pass หรอ Iterative (isodata) ได และบนทกคาท

ได แสดงในลกษณะ Thematic Map ได

สามารถก าหนด ClassesโดยเลอกTraining Area เพอเพมความถกตองแกการวเคราะหในเชง

ของ ปรมาณ อกทงสามารถทใชเทคนค Enhanced Statistic เพอเปนการปรบปรงในการเลอก

Training Area ใหมความถกตอง

การพจารณาหาคาดทสดของ Spectral Features เพอใชงานในการจ าแนกขอมล ทงจากการใช

คาทางสถตตางๆ หรอก าหนดขอบเขตโดยตรงจาก Training Area ทหามาได

การจ าแนกขอมล (Classification) ดวยเทคนคทหลากหลาย เชน minimum to mean distance,

correlation classifier (SAM), matched filter (CEM)และ Gaussian maximum likelihood เปน

ตน และสามารถแสดงผลลพธแบบ Thematic Map ได

แสดงผลลพธจากการจ าแนกไดในหลายรปแบบ ไมวาจะเปน ภาพ ตารางหรอกราฟ รวมทง

แสดงในลกษณะตอหนวยพนทหรอบางสวน รวมทงสามารถแสดง Scatter Diagram พรอมกบ

คาพกดของพนทสามารถถกนาเสนอในสวนนได

สามารถแปลงรปแบบและน าเสนอขอมลผลลพธทไดในหลากหลายรปแบบ สาหรบใชงานใน

โปรแกรมอนๆ

การออกแบบรปแบบของตวโปรแกรม MultiSpec จะเนนไปทความงายตอการทาความเขาใจ

หรอคนหาเครองมอทตองการใชงานไดอยางสะดวก โดยออกแบบเปนลกษณะของหนาตางและเมน

ส าหรบเลอกใชค าสงตางๆ และจากคณลกษณะและความสามารถตางๆ ทกลาวขางตน สามารถจดแบง

เปนองคประกอบหลกส าหรบการประมวลผลและวเคราะหออกเปน 6 สวนหลกดวยกน โดยแตละสวนม

การทางานทสมพนธกน เพอใหไดซงผลลพธของการวเคราะหทดทสด แตละสวนประกอบไปดวย

Display and Inspection of Data

Training Sample Selection


Classification

Quantitative Check of Accuracy

Clustering Algorithm

Feature Selection Process

MultiSpec สนบสนนการอานขอมลในหลากหลายรปแบบ รปแบบ Binary ทรองรบโดยMultiSpec

เชน ERDAS *.lan, ERDAS *.gis, ERDAS Imagine, GAIA, HDF-Scientific Data Model (some),

Land Analysis System (LAS), LARSYS Multispectral Image Storage Tape (MIST), LGSOWG,

MacSADIE, MultiSpec ASCII classification, PDS, SUN “Screen Dump”, TARGA uncompressed,

TIFF uncompressed, VICAR formatted data files เปนตน และโดยทวไปโปรแกรมสามารถทจะอาน

file header ไดเองโดยอตโนมต ในกรณทโปรแกรมไมสามารถอานไดจะปรากฏหนาตางเพอใหผใช

ก าหนดคาพารามเตอรตางๆ ทจ าเปนสาหรบการอานขอมลนน

หมายเหต ความสามารถขางตนเปนความสามารถโดยรวมของเวอรชน Macintosh หากเปนเวอรชนท

ใชบน windows จะมบางความสามารถทไมสามารถใชได

Exercise#1 Introduction to MultiSpec freeware


1 เปดโปรแกรม multispec โดย double click ท icon จะไดดงรป

2 ไปท เมน File>>Open Image… หรอ คลกท ท าการเปดไฟลชอ BANGKOK.LAN

จะมหนาตาง Set Display Specification for: ดงรป ท าการ click OK

จะไดดงรปดานลาง


3 เราสามารถ zoom in ไดจาก icon (tall mountain) และสามารถ zoom out ไดจาก

(small mountain) และสามารถก าหนดอตราการขยาย (zoom in) เทากบ 1 ไดจาก

บน menu bar

คา zoom จะถกแสดงอยทดานลางขวามอ ของหนาตางโปรแกรม multispec

4 ดขอมลเกยวกบภาพถายดาวเทยมท าการเปดไดท Processor >> Utilities >> List

image description


จากขอมลดงกลาวภาพถายดงกลาวมจ านวนก pixel ………………………

ครอบคลมพนทกตารางกโลเมตร ……………………………………..

Hints. Coordinate viewer

5 หากตองการทราบคาในแตละ Pixel ของบรเวณแมน าเจาพระยา สามารถท าไดโดยลาก

เมาสบรเวณแมน าเจาพระยาดงรป

ไปท เมน Processor >> List Data...


กดปม delete เพอท าการ clear สวนทถกเลอก

6 ลองท าการผสมส RGB แบบตางๆ เชน RGB=321, RGB=432, RGB=453 เปนตน


Exercise#2: Comparison of Common Remote Sensing Data

เปนการเปรยบเทยบ Spatial resolution และ spectral resolution ระหวางดาวเทยม LANDSAT,

SPOT, THEOS, QUICKBIRD, IKONOS, Worldview-2 และ AVIRIS

1. ท าการเปดภาพถายดาวเทยมดงน

a. AVIRIS_cup95_at.int

b. ikonos_1m.ing

c. Landsat_PK-2011.tif

d. Quickbird-PK-2006.tif

e. SPOT_phuket-2006.tif

f. THEOS_PANC_IMAGERY.TIF

g. Worldview-2-ex.tif

2. ท าการเปรยบเทยบ spatial resolution ระบวตถทเลกทสดทสามารถมองเหนไดในแตละ

ภาพถาย ท าการเปรยบเทยบภาพบรเวณเดยวกนจากภาพถายดาวเทยม

3. ความเหมาะสมในการใชงานดานตางๆ ในแตละภาพถายดาวเทยม


Exercise#3: Exploring Spectral Regions

1. ท าการเปดภาพ 1999_10_23_orlan.lan โดยการผสมส RGB=543

2. ไปท เมน Window>>New Selection Graph

ท าการเลอกพนท ทเปนบรเวณทะเลสาบ จะไดคาการสะทอนในแตละชวงคลน(Band) ดงรป


3. ท าการการเลอกเชนเดม กบอยางอน เชน พชธรรมชาต (Natural vegetation), พนทเพาะปลก

(agricultural area), พนทชมชนเมอง (urban features) และพนทวางเปลา(bare ground)

4. ท าการตอบค าถามตอไปน

a. Band ไหนสามารถใชในการแยกน าออกจากพชได? b. Band ไหนสามารถใชในการแยกน าออกจากพนทชมชนเมอง? c. Band ไหนสามารถใชในการแยกพชธรรมชาตจากพนทเพาะปลกได?


Exercise#4: Image Enhancement

1 ท าการเปดภาพ 1999_10_23_orlan.lan โดยท าการก าหนดคา Min-max เปน Entire

Range

2 จะสงเกตเหนภาพคอนขางมด Low Contrast

3 ท าการ plot histogram ของภาพ โดยทางออมเนองจาก multispec ยงไมมความสามารถน

โดยไปท File >> New Project โดยยอมรบคา default กด OK

หนาตาง Project จะปรากฏขนมาดงรป


จากนนไปทเมน Edit >>Select All ทหนาตาง Project คลก Add to List หนาตาง

define class and/or Field Description คลก OK

4 ทหนาตาง Project คลก class เปลยน Histogram Classes เปน Histogram… จะได

ดงรป ทหนาตาง Set Specification for Class/Field Histograms คลก OK

5 จะไดหนาตาง histogram ดงรป

6 ท าการเปดภาพ 1999_10_23_orlan.lan ขนมาเปนหนาตางใหม โดยก าหนดคา Min-max เปน

Clip 0% Tails และ Clip 2% Tails ตามล าดบ


จะไดดงรป

เปรยบเทยบ Contras ของแตละภาพ


7 นอกจากนเรายงสามารถก าหนดคาเปอรเซนต การ Clip ไดโดยก าหนดคา Min-max เปน

User Specified…..

8 ลองท าการ Stretch แบบวธการ Equal Area และ Gaussian ตามล าดบ

Exercise#5: Enhance specific features for interpretation

1. ท าการเปดภาพ 1999_10_23_orlan.lan โดยท าการผสมส RGB = 642

2. ท าการเปด Selection Graph window เพอท าการด spectral signature ของ พชธรรมชาต


3. ใชขอมลจากกราฟเพอท าการ Enhance พชธรรมชาต โดยไปท Processor>>Display image…

เลอกคา Min-max เปน User Specified…

จากกราฟทได น าคา Min-max มาท าการ Enhance พชธรรมชาต โดยก าหนดคาดงรป

จะได


4. ลองท าเชนเดยวกบทะเลสาบ

Exercise#6 Overlay Shape File on Image Window

1. ท าการเปด file L7_000606_Indy.tif

2. ท าการเปด file inrds.shp และ inrevers.shp

3. สามารถเปด/ ปดการ overlay ไดจากปม O บน tools bar ดงรป


4. หากตองการ clear overlay สามารถท าไดโดย

Exercise#7 Mosaic

Exercise นจะเปนการตอภาพแตเนองจาก Multispec ในเวอรชนทท างานบน Window ไมสามารถใช

งานได ในทนจงใช ไลบราร GDAL ใน FWTOOLS

http://fwtools.maptools.org/

http://www.gdal.org/

ท าการเปด FWtools Shell ท าการพมพ line command ดงรป

gdalwarp landsat_pkt_north.tif landsat_pkt_south pkt_warped.tif

http://www.gdal.org/


ท าการเปดภาพทได


Exercise#8 Geo-referencing with QGIS

ใหผเขารวมอบรมท า Geo-referencing ภาพถายบรเวณหาดปาตอง จ. ภเกต โดยก าหนดใหม GCP

จ านวน 8 จดดงน

GCP1

7.904792, 98.297834


GCP2

7.903429, 98.30064


GCP3= 7.9032, 98.306431


GCP4 =7.901178, 98.297743


GCP5 =7.900751, 98.306895


GCP6=7.894669, 98.296276


GCP7=7.894273, 98.301879


GCP8= 7.894297, 98.305937


1. ท ำกำรเปดโปรแกรม โดย double click ท ำกำรเปดโปรแกรม โดย

double click

2. ท ำกำรเปด Georeferencer ดงรป

3. ทหนำตำง Georeferencer ท ำกำรเปดภำพดงรป

ท ำกำรเลอก file patong_beach.tif

หมายเหต

ขอมลนไมไดเปนกำรออกส ำรวจดวย GPS จรงๆ เปนกำรสมมตโดยกำร

capture จำก Google maps มวตถประสงคเพอใชในกำรเรยนรเครองมอในกำรท ำ

Geo-referencing เทำนน ท ำใหคำทไดมกำรคลำดเคลอนสง โดยในควำมเปนจรง

ตองส ำรวจดวย GPS ทมควำมละเอยดสงเนองจำกขอมลภำพถำยดำวเทยมทใชเปน

ขอมลทมควำมละเอยดเชงพนทสง


4. ท ำกำร zoom ไปทต ำแหนงทตองกำรใสคำ GCP จำกนนท ำกำรคลกท

ไอคอน add point ท ำกำรใสคำพกดจด long, lat

คลก OK ท ำกำร add point จนครบ 8 จด

**** หมำยเหตหำกเรำไมม GCP แตม MAP เกำเรำสำมำรถถำยพกด

จำก MAP มำไดโดยคลกท From map canvas โดยตองเปดภำพผำน

qgis กอนหนำจะมกำรท ำ georeference


5. ท ำกำร set คำตำงๆ ดงรป


โปรแกรมจะท ำกำรค ำนวณ residual ให ท ำกำรปรบแก หรอ ลบจดทม

ควำมผดพลำดสง

6. ท ำกำร start georeferncing


7. ท ำกำร save GCP points

8. ภำพจะท ำกำร load เขำมำส QGIS อตโนมตดงรป ซงเปนภำพทมพกด

เรยบรอยแลว


Exercise#9 Unsupervised Classifications

1. ท าการเปดภาพ 1999_10_23_orlan.lan

2. File >> New Project. Click OK เพอยอมรบคา default หนาตาง project จะปรากฏขนมา

3. ไปท เมน Processor >> Cluster จะเจอกบหนาตาง Set Cluster Specifications


4. ท าการก าหนดคาตางๆ ตามรปจากขนตอนท 1 -5 เมอท าการเลอก ISODATA หนาตาง Set

ISODATA Cluster Specifications จะปรากฏขนมาและก าหนดคาตางๆ ดงรป click OK

5. กลบมาทหนาตาง Set Cluster Specification click OK ท าการตงชอดงรป


6. จะไดผลดงรป


7. ท าการเปดภาพ 1999_10_23_orlan_clMask.gis

สามารถดเฉพาะ cluster ทเราตองการ โดยการกดปม Ctrl + Shift คางไวเมอเอาเมาสไปคลกท

color chip เคอรเซอรจะเปลยนเปนรปตา ตวอยางเชน คลกท color chip ของ cluster 10 จะเหน

เฉพาะแหลงน าเปนตน

8. ท าการเปลยนส และ ชอ cluster โดย double click ท color chip เพอเปลยนส และ double click

ท cluster name เพอเปลยนชอ cluster


Exercise#10 Supervised Classifications

1. ท าการเปดภาพ ag020522_DPAC_cd.lan

2. ไปทเมน Processor>>Statistics…


3. หนาตาง Set Project Options จะปรากฏขนมา ใหท าการ set คาเพมเตมดงรป

4. ท าการเลอก บรเวณตนไม คลก Add To List.. พมพชอ class ในชอง Enter Class Name: เลอก

Area Type เปน training Field กด OK ดงรป


จะมสเหลยมสขาวระบชอ class และ n-Field 1 หมายถงเปน training field ท 1

5. ท าเชนนกบ feature ทเหลอเชน ขาวสาล (Wheat) ดน (Soil) วชพช (weeds) ดนเบา( เชน

ทราย) (Light Soil) และ Image Blank จะไดดงรป


6. ท าซ าอกรอบแตเปลยนเปน Test Field แทน

ท าจนครบทก Class จะไดดงรป


7. เปด histogram จะไดดงรป

discussion การซอนทบและการแยกกนของ histogram ในแตละ Feature

ของแตละ band 8. ไปท เมน Processor >> Classify

ท าการก าหนดคาตางๆ ในหนาตาง Set Classification Specification เหมอนดงรปดานลาง


ท าการ save ไฟลทไดจากการ classify และ probability map



9. จะไดผลลพธในหนาตาง Text Window ดงรปดานลาง

ท าการ discussion เกยวกบ accuracy


10. ท าการเปดภาพทไดจากการ classify และ probability map

11. ใหผเขาอบรมท าการ classification โดยใชวธการ Maximum likelihood ของภาพถายดาวเทยม

landsat บรเวณเกาะภเกต

12. ฝกวธการ classification แบบอนๆ เชน Fisher Linear Likelihood, Correlation(SAM) เปนตน

13. ท าการเปรยบเทยบวธการ classify ตางๆ ในพนทเดยวกน


Exercise#11Feature Selection

เปนการท าการเลอกชวงคลนของภาพถาย hyperspectral ซงท าการ spectral subset จ านวน 60

bands เพอใชในการ classification

1. ท าการเปดภาพ jsp99hym.eff ผสมส RGB= 53,10,2 จะไดดงรป


2. ไปท menu processor>>Statistics….


3. ท าการ add class เปน water, vergetation, village และ soil


4. ไปทเมน Processor>> Feature selection…

จะไดผลลพธดงรป



Exercise#12 Confusion Matrixes

ตวอยางผลการทดสอบการ Classify ปาชายเลนจ านวน 5 species ออกดวยกนไดผลดงตาราง

จงค านวณหา

1. Overall Accuracy …………………………………….

2. User’s Accuracy และ Producer’s Accuracy ของแตละ class

Class Producer’s Accuracy

User’s Accuracy

Species1 Species2 Species3 Species4 Species5

Species1 Species2 Species3 Species4 Species5 total

Species1 34 3 0 1 0

Species2 3 43 0 0 1

Species3 0 0 43 0 0

Species4 1 3 1 29 1

Species5 0 2 0 0 36

total


Exercise#13 Creating Vegetation Indices Image (NDVI in this case)

สตรการค านวณ

1. ท าการเปดภาพ ag020522_DPAC_cd.lan

2. ไปทเมน Processor>>Reformat>>Change File Format..

จะไดไดดงรปดานลาง

ท าการปอนสตร NDVI เนองดวยภาพทใช NIR อย Chanel 3 สวน Red อย Chanel 2 โดย

รปแบบสตรทใชใน multispec จะอยในรปแบบดงน


ในกรณน offset=0, a0=b0=0, a1=b1=1,a2=b2=1 และ factor =1 ซงจะอยในรป

3. จะมาเจอกบหนาตาง Set Image File Format Change Specification ท าการเปลยน Data

Value Type เปน 32-bit Real (คาทไดจะ -1 ถง 1) click OK


4. ท าการบนทก

5. ท าการเปดภาพผลลพธ โดยสวนทเปนพชพรรณจะมคา NDVI สงซงแสดงเปนสขาวสวาง


6. หรอสามารถเปดแบบ thematic map ไดดงรป (เลอก palette แบบ MODIS NDVI)

7. ลองค านวณ NDVI ของภาพถาย LANDSAT ของจงหวดภเกต

8. แลวถาเปน SR (simple Ratio)?? ท าอยางไร


Exercise#14 Change Detection

Exercise นเปนการดการเปลยนแปลงโดยใช multispec แบบงายๆ โดยอาศย spectral profile

เชน หากตองการดการเปลยนแปลงของพช จะอาศยชวงคลน NIR เนองจากพชมการสะทอนชวงคลนน

สง โดยจะท าการรวมภาพสองปเขาเปนภาพเดยวกน ซงในกรณนใชภาพถายดาวเทยม LANDSAT สอง

ป คอ Las Vegas_1990.tif และ Las Vegas_2000.tif เมอน าชวงคลนมารวมกนจะไดจ านวนชวงคลน

ทงหมดจ านวน 14 ชวงคลน ดงตาราง

เมอ X คอ ชวงคลนทตองการ เชนในกรณพช X

คอ NIR ซงกจะได 4,11,4 ตามล าดบ

Composite

Image

Channels

Contents

1 Blue Visible (1990)

2 Green (1990)

3 Red Visible (1990)

4 Near Infrared (1990)

5 Mid Infrared (1990)

6 Thermal Infrared (1990)


8 Blue Visible (2000)

9 Green Visible (2000)

10 Red Visible (2000)

11 Near Infrared (2000)


13 Thermal Infrared (2000)


สทตองการแสดง

(RGB)

Channel from combine

Image

Red “X” from Older Image

(in this case Vegas 1990)

Green “X” from Recent Image


Blue “X” from Older Image



จากหลกการดงกลาว หากภาพใหมมการสะทอน NIR มากกวาเดม pixel นนกจะมสเขยว หากมการ

สะทอนชวงคลน NIR ลดลงกจะเปนสทเกดจากการผสมสน าเงนและสแดง คอ สมวงแดงเขม (Magenta)

หากมการสะทอนชวง NIR เทาเดมกจะเปน สขาวเปนตน


1. เปดไฟล Las Vegas_1990.tif

2. ท าการเปดไฟล Las Vegas_2000.tif โดยคลกถกหนา Link to active image window จะเจอ

กบหนาตาง Open เหมอนเดม click Cancel

3. คลก Processor >> Reformat >>Change Image File Format


4. Click OK ท าการตงชอ ไฟลใหม ท าการ save

5. ท าการเปด file Las Vegas_Change.tif


6. สงเกตดการเปลยนแปลง

7. ลองค านวณ NDVI จากนนท าการ combine NDVI image ทงสองปเขาดวยกน (จะได 2 band)

แลวดการเปลยนแปลงของ NDVI ของภาพถายโดยการผสมสแบบ 1,2,1 หรอ ท าการลบกน

โดย Band2-band1

More information

https://engineering.purdue.edu/~biehl/MultiSpec

https://engineering.purdue.edu/~biehl/MultiSpec/tutorials.html

http://www.nps.gov/gis/remote_sensing/rs_class.html

http://www.globe.gov/tctg/lc_fg_chgdetectutorial.pdf

https://engineering.purdue.edu/~biehl/MultiSpec

https://engineering.purdue.edu/~biehl/MultiSpec/tutorials.html

http://www.nps.gov/gis/remote_sensing/rs_class.html

Documents

Multispec Lab Werapong