3 dpz metody_2011

1,498 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
1,498
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
7
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

3 dpz metody_2011

  1. 1. Základy geoinformatiky|Jiří ŠmídaZáklady geoinformatikyTéma 4: Dálkový průzkum Země - pokračování Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická, Technická univerzita v Liberci
  2. 2. Obsah přednášky1. Digitální zpracování materiálů DPZ 1. Základní postupy 2. Předzpracování obrazu 3. Zvýraznění obrazu 4. Klasifikace obrazu2 Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická, Technická univerzita v Liberci
  3. 3. Přednáška na Slideshare.net/jirsm/3 Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická, Technická univerzita v Liberci
  4. 4. Digitální zpracování materiálů DPZ Základní postupy
  5. 5. Analogová a digitální data  dva základní formáty dat DPZ:  analogová data – letecká fotografie  digitální data – matice čísel  zpracování analogových dat (fotografií) je rozvíjeno od počátku fotografie  zpracování digitálních dat rozvíjeno od 70. let 20. st. (2 souvislosti: LANDSAT, výpočetní technika) 5
  6. 6. Topografická a tematická informace  každý obrazový záznam obsahuje informaci dvojího druhu: 1. inf. o topografických (geometrických) vlastnostech objektů  např. velikost, vzájemná vzdálenost objektů, vzájemná poloha objektů  fotogrammetrie (zabývá se topografickou informací a měřičskými vlastnostmi materiálů leteckého DPZ) 6
  7. 7. Topografická a tematická informace 2. inf. tematická  druh povrchů, kvalita povrchů (např. míra poškození)  fotointerpretace (metody využívající interpretačních znaků (vzhled a vlastnosti předmětů a jevů na snímcích jako je jejich tvar, tón, barva, stín, velikost, textura, struktura a poloha a příčinné vztahy) k rozpoznání druhů povrchů) – letecká fotografie
  8. 8. Etapy digitálního zpracování obrazu DPZ 1. Předzpracování obrazu 2. Zvýraznění obrazu 3. Extrahování informace 4. Studium dynamiky jevů 5. Modelování s obrazivými daty 6. Integrace obrazových dat a jejich vstup do GIS 8
  9. 9. Etapy digitálního zpracování obrazuDPZ 1. Předzpracování obrazu  slouží ke korekci radiometrických, atmosférických a geometrických zkreslení a šumu, které vznikají v průběhu vytváření obrazu 2. Zvýraznění obrazu 3. Extrahování informace 4. Studium dynamiky jevů 5. Modelování s obrazivými daty 6. Integrace obrazových dat a jejich vstup do GIS 9
  10. 10. Etapy digitálního zpracování obrazuDPZ 1. Předzpracování obrazu 2. Zvýraznění obrazu  výraznější odlišení jednotlivých objektů v obraze  cílem je pomocí různých technik efektivněji znázornit obraz pro další vizuální či automatické zpracování  na snímku se provádí filtrace, zvýraznění hran, mění se kontrast 3. Extrahování informace 4. Studium dynamiky jevů 5. Modelování s obrazivými daty 6. Integrace obrazových dat a jejich vstup do GIS 10
  11. 11. Etapy digitálního zpracování obrazu DPZ 1. Předzpracování obrazu 2. Zvýraznění obrazu 3. Extrahování informace  tzv. klasifikace obrazu  vizuální klasifikaci nahrazujeme automatizovanou  cílem je identifikace jednotlivých povrchů či objektů  použití různých rozhodovacích pravidel  výsledkem je přiřazení konkrétního tematického obsahu každému prvku obrazu 4. Studium dynamiky jevů 5. Modelování s obrazivými daty 6. Integrace obrazových dat a jejich vstup do GIS 11
  12. 12. Etapy digitálního zpracování obrazuDPZ 1. Předzpracování obrazu 2. Zvýraznění obrazu 3. Extrahování informace 4. Studium dynamiky jevů  využití opakovaně snímaných obrazů ke studiu časových změn  monitorování synoptických procesů v meteorologii  detekce změn ve využívání krajiny 5. Modelování s obrazivými daty 6. Integrace obrazových dat a jejich vstup do GIS 12
  13. 13. Etapy digitálního zpracování obrazuDPZ 1. Předzpracování obrazu 2. Zvýraznění obrazu 3. Extrahování informace 4. Studium dynamiky jevů 5. Modelování s obrazivými daty  cílem je odvodit kvantitativní vztahy mezi daty získaných metodami DPZ a daty získanými pozemním měřením (např. fyzikálních vlastností) k modelování a predikci chování např. životního prostředí v závislosti na změnách podmínek  zapojení metod a technik GIS 6. Integrace obrazových dat a jejich vstup do GIS 13
  14. 14. Etapy digitálního zpracování obrazuDPZ 1. Předzpracování obrazu 2. Zvýraznění obrazu 3. Extrahování informace 4. Studium dynamiky jevů 5. Modelování s obrazivými daty 6. Integrace obrazových dat a jejich vstup do GIS  cílem je vytvářet kombinace různých rastrových dat (získaných např. z různých senzorů) nebo kombinací s vektorovými daty  vstup DPZ dat do GIS umožňuje aplikovat další analytické metody 14
  15. 15. Etapy digitálního zpracování obrazuDPZ 1. Předzpracování obrazu 2. Zvýraznění obrazu 3. Extrahování informace 4. Studium dynamiky jevů 5. Modelování s obrazivými daty 6. Integrace obrazových dat a jejich vstup do GIS 15
  16. 16. 2. Předzpracování obrazových záznamů DPZPojmy:zdroje chybchyby systematické a náhodnéšum (noise)geometrické korekceradiometrické korekce 16
  17. 17. Zdroje a typy chyb  na vznikající obrazový záznam působí řada vlivů, které mění (snižují) jeho kvalitu  původ:  technické nedokonalosti snímacího zařízení  atmosféra  samotná podstata distančního měření  rozlišujeme:  chyby systematické (opakovatelné, např. zakřivení Země, rotace Země, mohou být dobře modelovány, korekce na stanici)  chyby náhodné (kolísání parametrů dráhy nosiče, výpadky v činnosti detektorů, vliv atmosféry – tzv. šum (noise) 17
  18. 18. Cíl 1. fáze = korekce  cílem předzpracování obrazu je úprava jeho geometrických a radiometrických znaků  radiometrické korekce – úprava DN hodnot jednotlivých pixelů; součástí těchto korekcí jsou tzv. atmosférické korekce (cílem je minimalizovat vlivy atmosféry)  geometrické korekce – transformace souřadné soustavy obrazového záznamu nebo velikosti obrazového prvku 18
  19. 19. Radiometrické korekce  CÍL: upravit DN hodnoty obrazového záznamu tak, aby co nejvíce odpovídaly skutečnosti (skutečným odrazovým či zářivým vlastnostem objektů)  jedno z řešení: přesná kalibrace měřících zařízení (např. periodickým snímáním referenčních ploch o známých charakteristikách)  informace o kalibraci senzorů má každý obrazový záznam uvedeny v tzv. hlavičce (header) 19
  20. 20. Radiometrické korekce  typy chyb:  kompenzace sezónních rozdílů (jsou dány rozdílnou výškou Slunce v závislosti na roční době)  náhodné chyby – např. radiometricky nepřesný nebo zcela chybějící řádek obrazového záznamu  atmosférické chyby – pohlcování a rozptyl  radiometrické korekce se provádějí ještě před geometrickými (zcela nezbytně v případě náhodných chyb) 20
  21. 21. Geometrické korekce  CÍL: odstranit nežádoucí chyby obrazového záznamu tak, aby získal požadovaný souřadný systém nebo kartografické zobrazení a bylo ho možné použít jako mapu (např. k měření ploch a vzdáleností)  negativní jevy: kolísání výšky a rychlosti pohybu, zakřivení Země, atmosférické refrakce, zdánlivé změny v poloze objektů v důsledku změny nadmořské výšky  vzájemná poloha objektů v obraze DPZ neodpovídá jejich poloze ve skutečnosti  nelze ho použít jako mapu 21
  22. 22. Funkce/účel geometrických korekcí  transformace obrazových dat do určité mapové projekce  propojení obrazových dat s prostorovou vektorovou databází v GIS  porovnání dvou a více obrazů stejného území  tvorba ortofotomap  vytváření mozaiky z několika obrazových záznamů 22
  23. 23. Základní pojmy  kartografická projekce – systém vztahů, kterými je část sféroidu transformována do roviny  souřadný systém – systém použitý každou kartograf. projekcí k vyjádření polohy objektů  rektifikace – obecně proces transformace polohy všech obrazových prvků (pixelů) z jednoho souřadného do jiného souřadného systému  převzorkování (resampling) – proces transformace DN hodnot každého obrazového prvku z původní souřadné soustavy do nové 23
  24. 24. Základní pojmy  georeferencování – alespoň pro jeden bod obrazového záznamu dodáme informaci o absolutní poloze; neměníme DN hodnoty pixelů (data nejsou převzorkovaná)  georeferencovaná data  geokódování – takový případ rektifikace, během které jsou data transformována do určité kartografické projekce  je založeno na sběru identických (vlícovacích) bodů a polynomické transformaci  geokódovaná data – poloha každého pixelu je vyjádřena v systému mapových souřadnic; tato data lze kombinovat s vektorovými daty ve stejné kartografické projekci 24
  25. 25. 25
  26. 26. Základní pojmy  ortorektifikace – proces odstranění dalších nepřesností daných proměnlivou nadmořskou výškou záznamu  je zapotřebí DTM (digitální model reliéfu)  ortofotomapy a družicové mapy 26
  27. 27. Postup rektifikace obrazu  Rektifikace obrazu založená na polynomické transformaci a technice identických bodů 1. sběr identických bodů 2. volba stupně transformace 3. výpočet a testování transformačních rovnic 4. převzorkování obrazu 5. rektifikace obrazu 27
  28. 28. Rektifikace:1. sběr identických bodů  identické (vlícovací) body = body, jejichž polohu lze přesně určit jak v obraze, který bude transformován, tak na mapě či jiném obraze, který má požadovanou projekci nebo souřadný systém  pro každý bod známe:  souřadnice zdrojové (sloupec/řádek v x,y souřadnici)  souřadnice referenční (vzorové/cílové, např. v metrech nebo zeměpisných souřadnicích)  body musí být rovnoměrně rozmístěny  ideální průsečíky liniových umělých prvků (např. komunikace) 28
  29. 29. Rektifikace:2. volba stupně transformace  vztah mezi souřadnicemi zdrojovými a cílovými je vyjádřen formou polynomu n-tého stupně  posunutí, otočení, 2 body  + zkosení (3 páry)  nejkomplikovanější (4)  rozhoduje o počtu potřebných vlícovacích bodů 29
  30. 30. Rektifikace:3. transformační rovnice  definují vztah mezi polohou každého identického bodu v obraze a v požadovaném systému 30
  31. 31. Rektifikace:4. převzorkování (resampling)  každému obrazovému prvku výsledného obrazu je přiřazena nová DN hodnota vypočtená z obrazu původního  několik základních algoritmů/metod  metoda nejbližšího souseda (nearest neighbour): pixelu je přisouzena hodnota nejbližšího původního pixelu; nejméně přesné, ale zachovává původní hodnoty pixelů  bilineární interpolace (bilinear interpolation): nová hodnota je váženým průměrem čtyř nejbližších pixelů původního obrazu 31
  32. 32. Rektifikace:5. vlastní rektifikace  stanovení velikost výsledného obrazu (počat řádků a sloupců)  je vypočtena nová DN hodnota pro každý pixel 32
  33. 33. Pojmy: 3. Zvýrazňování obrazových záznamů DPZzvýraznění radiometrickázvýraznění prostorovázvýraznění spektrálnítexturabarevná syntéza 33
  34. 34. Cíle  CÍL: zvýšit množství informací, které mohou být ze snímku získány, a to nejen vizuální interpretací  velký počet technik sloužící k úpravě vzhledu snímku a k usnadnění interpretace (vizuální, automatické)  lidské oko špatně rozlišuje malé rozdíly v radiometrickém a spektrálním chování objektů a jevů  využití počítačů 34
  35. 35. Zvýrazňovací techniky  zvýraznění: 1. radiometrická (bodová) 2. prostorová 3. spektrální 35
  36. 36. Radiometrická zvýraznění  měníme hodnotu DN každého jednotlivého pixelu (bodové zvýraznění – pracujeme s hodnotami pixelu nezávisle na hodnotách jiných pixelů)  pracujeme se s histogramem obrazu  odstíny šedi  postupy: prahování hustotnířezy zvýraznění kontrastu 36
  37. 37. Prostorová zvýraznění  tzv. filtrace obrazu  novou hodnotu DN určujeme v závislosti na hodnotách určitého počtu prvků okolních  filtraci používáme pro:  zhlazování snímku  zvýrazňování a detekci hran  zvýraznění textury (=významný interpretační znak, kvalitativní parametr)  = plošná proměnlivost tónu uvnitř obrazu 37
  38. 38. Spektrální zvýraznění  vícepásmové manipulace  digitální obrazová data jsou pořizována většinou jako multispektrální (v několika intervalech vlnových délek)  barevná syntéza - skládáním (většinou) tří pásem  barevný obraz  fce: usnadnění vizuální interpretace a vstup do dalších analýz 38
  39. 39. 4. Klasifikace obrazových záznamů DPZPojmy:informační třídyklasifikační schéma 39
  40. 40. Východiska  každému obrazovému prvku je přiřazen určitý tematický obsah  vytváříme informační třídy – ty jsou definovány na počátku klasifikace v klasifikačním schématu (legenda) 40
  41. 41. Klasifikátory  rozhodovací pravidla (klasifikátory) jsou většinou založena na:  studiu spektrálního chování objektů  geometrických a prostorových vlastnostech objektů (tvar, velikost, struktura, textura, vzájemná poloha atd.)  podle klasifikátorů lze všechny prvky roztřídit do určité třídy 41
  42. 42. K samostudiu Dálkový průzkum Země v mikrovlnné části spektra  pasivní a aktivní metody DPZ  RADAR  zobrazující a nezobrazující radar  mikrovlnný spektrometr  Dopplerův efekt  interferometr  altimetr  skaterometr 42 Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická, Technická univerzita v Liberci
  43. 43. Oběžná dráha nosiče  základní vlastnost ovlivňující další parametry systému  oběžná dráha družice = eliptická dráha  rozdíly: výška, poloha dráhy k rovině rovníku 1. rovníkové dráhy 2. šikmé dráhy 3. subpolární dráhy43
  44. 44. Družicové systémy  dle výzkumného zaměření  družice meteorologické METEOSAT, GOES, NIMBUS, NOAA  družice pro výzkum přírodních zdrojů LANDSAT, SPOT, IRS  meteorologické družice  na polárních drahách (NOAA)  geostacionární (METEOSAT) 44
  45. 45.  dostudujte samostatně dle dostupné literatury Další vybrané aplikace DPZ 45
  46. 46. K samostudiu Rapant, P. 2005. Geoinformační technologie. Vysokoškolská skripta. VŠB - TU, Ostrava. Dobrovolný, P. 1998. Dálkový průzkum Země. Digitální zpracování obrazu. Brno. ISBN 1-879102- 06-4 46 Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická, Technická univerzita v Liberci
  47. 47. děkuji za pozornost jiri.smida@tul.cz47 Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická, Technická univerzita v Liberci

×