Távérzékelt felvételek előfeldolgozása

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Távérzékelt felvételek előfeldolgozása"

Nóra Orbán
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Távérzékelt felvételek előfeldolgozása Csornai Gábor László István Budapest Főváros Kormányhivatala Mezőgazdasági Távérzékelési és Helyszíni Ellenőrzési Osztály Az előadás 2011-es átdolgozott változata a TÁMOP /B-09/1/KMR pályázat támogatásával készült.

2 Emlékeztető: mit tartalmaz egy űrfelvétel? Pixelek <--> a földfelszín elemi darabjai Sávértékek egy pixelen belül

3 Mit tartalmaz egy űrfelvétel?

4 Mit tartalmaz egy űrfelvétel?

5 A műholdas felvételező-rendszerek főbb jellemzői, paraméterei Térbeli: - területi lefedés: a felvétel által lefedett földfelszín-darab mérete - térbeli felbontás: terepi felbontóképesség, földi pixelméret Spektrális: - spektrális felbontás: felvételezésnél használt EM hullámsávok - radiometriai felbontás: beérkező EM sugárzás intenzitásának mérése Időbeli: - időbeli felbontás: felvételezési gyakoriság, visszatérési idő - egyéb tényezők: az adatokhoz való hozzáférés (gyorsaság, ár)

6 A digitális képeket terhelő hibaforrások légköri zavaró hatások (szóródás, átlátszóság, hőmérsékletkülönbségek, páratartalom stb.) a felvevő rendszer torzításai (geometriai, radiometriai) a műhold mozgásának szabálytalanságai, a keringési pálya alakja a felszín domborzatának a reflektanciát és a felvételi geometriát megváltoztató hatása átsugárzás a szomszédos területekről

7 Előfeldolgozási műveletek Rendszerkorrekció: a műholdképeket a földi vevőállomásokon korrigálják a felvevőrendszer adatai alapján (intenzitás+geometria) Intenzitás-korrekció: Képhelyreállítási (restoration) technika, ami a felvétel fizikai hűségét segíti elő: radiometriai korrekció A képi látvány javítását szolgáló műveletek (enhancement) vizuális kiértékeléshez: kontrasztfokozás, élkiemelés, pontszerű képhiba és csíkosság eltávolítása. Ezek után már nem végezhetőek el a digitális képanalízis egyes lépései (numerikus, statisztikai feldolgozás)! Geometriai korrekció: az azonos földrajzi helyről készült felvételeket azonos geometriai alapra kell hozni.

8 Az intenzitást érintő előfeldolgozási műveletek

9 Elemi képpontstatisztikák készítése 1) Képsávonkénti statisztikák: képpontok száma, minimális és maximális értéke, átlagértéke, szórása, mediánja, hisztogram Példa: egy felvételi sáv intenzitásértékeinek hisztogramja

10 Elemi képpontstatisztikák készítése 2) Több képsáv együttes figyelembevételével kiszámolható statisztikák: több képsáv együttesét B-dimenziós, a kép oszlopai és sorai szerint rendezett adathalmaznak tekintjük a) Kovariancia-mátrix: a képsávok N*M-es mátrixok, ahol az a. képsáv i. sorának j. eleme: v ija a b. képsáv i. sorának j. eleme: v ijb az a. képsáv átlaga m a a b. képsáv átlaga m b Σ ab N * M N* M 1 * 1 i, j 1 ( v ija )*( v ) a ijb b Példa: 4 sávos Landsat felvétel kovariancia-mátrixa

Elemi képpontstatisztikák készítése b, Korrelációs mátrix: elemeinek értékei a [-1, 1] zárt intervallumba esnek. a. és b. sáv: a szórás a ill. b; a korrelációs mátrix a.

11 Elemi képpontstatisztikák készítése b, Korrelációs mátrix: elemeinek értékei a [-1, 1] zárt intervallumba esnek. a. és b. sáv: a szórás a ill. b; a korrelációs mátrix a. sorának b. eleme: cor( a, b) cov( a, b) * a b c, B-dimenziós hisztogram: számítása az adathalmazt alkotó elemek (B-dimenziós vektorok) számbavételével Kétdimenziós hisztogram-táblázat

12 A felvételek átfogó statisztikai vizsgálata, áttekintés, tájékozódás - Általános tájékozódás - Vizuális javítás (nem feltétlenül ebben a sorrendben) - Hisztogramelemzés

13 Radiometriai korrekció és intenzitás-műveletek a zavaró légköri hatások és a felvevő műszer torzításainak csökkentése a felvétel fizikai jellemzőinek a legjobbra állítása 1. Radiometriai korrekció, mint képhelyreállítási technika: célja a felvevőbe érkező sugárzási érték, illetve a földfelszín sugárzási viszonyainak (pl. reflektancia) hű visszaadása. Tényezők: a felvételi sávokban észlelt energia-intenzitás, közeli felszínek elkülönülése a felvételen, detektorok összkalibráltsága 2. Intenzitás-műveletek a képi látvány javítása érdekében: az intenzitáseloszlás javítása, a szisztematikus és a véletlenszerű zajok csökkentése az értelmezés pontossága érdekében általában konkrét fizikai tartalom nélkül.

14 Radiometriai korrekció Hogyan alakul ki a képpontokhoz tartozó digitális érték? Beeső napsugárzás (irradiancia) A légkör elnyelése és szórása ( ) A földfelszín visszaverésének mértéke (felszíni reflektancia) A napállás és a szenzorállás viszonya (zenitszög, azimutszög) A légkör elnyelése és szórása ( ) A szenzorra beeső sugárzás (radiancia) Analóg/digitális konverzió (szenzorkalibrációs paraméterek: gain, offset)

15 Radiometriai korrekció A földfelszíni visszaverés (Θ: napzenitszög, Θ : szenzorzenitszög, Φ és Φ különbsége: azimutszög)

16 Intenzitás-műveletek a, Hisztogram-transzformáció: a kép nagyobb intenzitásdinamikával való, kontrasztosabb megjelenítése (globális) A digitális kép intenzitás-transzformációja

17 Különböző intenzitás-dinamikájú felvételek átalakítása hisztogram-transzformációval Kontrasztfokozás Kontrasztcsökkentés

18 Különböző intenzitás-dinamikájú felvételek átalakítása hisztogram-transzformációval Hisztogram-kiegyenlítés Negatív kép

20 Küszöbölés a hisztogram alapján (az objektumfelismerés egyszerű módja) 2 szint (1 küszöbérték) 3 szint (2 küszöbérték)

21 Intenzitás-műveletek b, Szűrések: környezetfüggő műveletek a különböző zajok, ill. képhibák eltávolítására különböző méretű súlymátrixszal (lokális) (Használhatók a látvány javításán kívül a fizikai hűség helyreállítására is.) Normálható a képpontok számával, vagyis (2n+1)*(2m+1)-gyel. Átlagoló szűrő képsimításra: G(i, j) n m p n q m F ( i p, j q)* M ( p, q)

22 Intenzitás-műveletek Élfelismerés a derivált (gradiens) közelítésével (átmenet sötétből világosba, az intenzitás erősen növekszik a derivált pozitív, nagy): Prewitt-operátorok: Sobel-operátorok: Élfelismerés a második derivált közelítésével (az átmenet közepe, az intenzitásfüggvény inflexiós pontja a derivált lokális maximuma a második derivált zérusmetszése): Laplace-operátorok:

23 Példák: átlagoló szűrés, élkiemelés Átlagolás 5x5-ös mátrix-szal Átlagolás 11x11-es mátrix-szal Élkiemelés (több irány kombinációja)

24 Példák: küszöbölt képek további feldolgozása mediánszűréssel (élmegőrző simítás: az objektumfelismerés finomítása) Küszöbölt kép (2, illetve 3 szint) Mediánszűrés 5x5-ös mátrix-szal Mediánszűrés 11x11-es mátrix-szal

25 A geometriát érintő előfeldolgozási műveletek

26 Távérzékelt felvételek geometriai transzformációja A digitális képek nem egy időpillanatban történő előállítása miatti hibák: a Föld forgásából adódó soreltolódás a nagyobb látószögekből adódó panoramikus torzítás a Föld görbületéből adódó képtorzítás egy képsor letapogatása (pásztázás) során történő felvevőmozgás a felvevőt hordozó eszközök mozgási egyenetlenségei (sebességváltozás, magasságváltozás, billegés) a letapogató mozgás nemlinearitása

27 Különböző geometriai hibák: a, a felvevő hibái; b, a földgörbületből, domborzatból adódó hibák; c, a felszínre nem merőleges irány hibái

28 Távérzékelt felvételek geometriai transzformációja a térképekhez való képtranszformálás a földrajzi információs rendszerhez (GIS) való kapcsolat megteremtése (geokódolás, térképi vetületbe való illesztés) a különböző fajtájú felvevőkkel és/vagy különböző időpontokban, esetleg különböző felbontással készített felvételek azonos koordinátarendszerbe helyezése

29 A felvételek közös térképi rendszerhez illesztése Geometriai korrekció: Esetünkben legtöbbször: EOV (Egységes Országos Vetület), képtípustól függő standard befoglalódobozzal

30 A geometriai transzformáció módszerei A transzformációs függvény alakja: feladata különböző koordinátarendszerek közötti függvénykapcsolat megadása Az input (transzformálandó) kép, a referencia-térkép, és a referenciaképhez geometriailag illesztett (output-) kép kapcsolata

31 A geometriai transzformáció módszerei Legyen a transzformálandó kép koordinátarendszere (XY), a transzformált képé (UV). A két rendszer közötti kapcsolat: x = F 1 (u,v) y = F 2 (u,v), ahol (x,y) (XY)-beli, (u,v) (UV)-beli pont Ekkor a kétváltozós m-ed fokú polinom alakja: m k k l F m( u, v) akl * u * k 0 l 0 v l m = 0, 1,, 6 vagy másképpen (az ω-k az alapfüggvények, vagyis u és v megfelelő hatványának szorzatai, j egy mátrixbejárás szerinti index): F m ( u, v) n j 1 B j * ( u, v) j ahol n = (m+1)*(m+2) / 2 ( k l) ( k l) 2 B j a kl, j k 2* l 1 2

32 A geometriai transzformáció módszerei =a 00 =a 10 =a 20 =a 01 =a 11 =a 02 Az ω j k (alapfüggvények) alakjai. Az ω j -khez tartozó B j együtthatók is szerepelnek a megfelelő négyzetben

33 A geometriai transzformáció módszerei Az együtthatók definiálásának két módja: Direkt, analitikus számítás és korrekció (pl. a rendszerkorrekciónál; szenzormodell) Illesztőpontok alkalmazása: a két rendszerben megtalálható azonos pontok megfeleltetése egymásnak (Ground control point, GCP)

A geometriai transzformáció módszerei Landsat MSS képi és térképi illesztőpontok kapcsolata és a maradékhiba, másodfokú polinom alkalmazásával.

34 A geometriai transzformáció módszerei Landsat MSS képi és térképi illesztőpontok kapcsolata és a maradékhiba, másodfokú polinom alkalmazásával. A bal oldali oszlopokban az illesztőpont tényleges koordinátája, a jobb oldaliakban ( becslés ) a transzformációs függvénnyel becsült koordináta szerepel.

35 A geometriai transzformáció módszerei A transzformációs függvény a gyakorlatban a referenciakoordinátarendszerből az input-koordinátarendszerbe történő leképezés. Újramintavételezés: A torz kép pontjainak intenzitásaiból interpolációval kell a korrigált képpont intenzitásértékét meghatározni.

36 A geometriai transzformáció módszerei Az újramintavételezés megoldásai: a leképezett ponthoz legközelebbi pont intenzitásértékét választjuk (legközelebbi szomszéd, NN) a környező 4 pont intenzitásértékeiből a távolság függvényében (bilineáris interpoláció, BI) kétváltozós, harmadfokú polinom illesztése a pont környezetére (köbös konvolúció, CC)

Hasonló dokumentumok

A távérzékelt felvételek tematikus kiértékelésének lépései

A távérzékelt felvételek tematikus kiértékelésének lépései Csornai Gábor László István Földmérési és Távérzékelési Intézet Mezőgazdasági és Vidékfejlesztési Igazgatóság Az előadás 2011-es átdolgozott változata