Digitális képfeldolgozás alkalmazása a felsőfokú képzésben Berke József - Vargáné Dugonics Rita - Kárpáti László Pannon Agrártudományi Egyetem, Georgikon Mezõgazdaságtudományi Kar, Keszthely, Szaktanácsadási, Továbbképzési és Informatikai Központ 1. Előzmények A digitális képfeldolgozásnak néhány példáját szeretnénk ismertetni, Intézetünkben végzett, hazai és külföldi hallgatók szakmai munkájának rövid bemutatásával. Az alkalmazások mind a graduális, mind a posztgraduális egyetemi oktatásnak, valamint szakirányú felnõttoktatásnak részét képezik. A graduális képzésben a számítástechnikai alapozó tantárgy keretein belül történik az alkalmazások ismertetése. A posztgraduális képzésben egyetemünk négy hallgatójának szakdolgozati témáját képezte a képfeldolgozás. Külföldi hallgatók esetén a szakmai gyakorlatok kutatási területeit jelenti. Az informatikai szakirányú felnõtt-oktatásban kötelezõ tantárgyként kerül oktatásra a digitális képfeldolgozás és alkalmazása. A téma részét képezte egy egyetemi doktori disszertációnak (SZABÓ 1992, SZABÓ és BERKE 1992) és egy akadémiai kandidátusi értekezésnek (BERKE 1994) is. Egyetemünk több európai Intézettel 1992-ben közös TEMPUS projectet nyert. A project egyik célja, hogy az egyes Intézmények hallgatói szakmai cseregyakorlaton vegyenek részt külföldi Intézetekben. Így került sor arra, hogy az elmúlt három évben Informatikai Központunk öt külföldi hallgatót fogadott, 3-4 hónapos szakmai program megvalósítására. A téma szinte minden esetben a digitális képfeldolgozás mezõgazdaságban való alkalmazhatóságának tanulmányozása, vagy a kinyert információk térinformatikai rendszerekhez való illesztése volt. 2. Alkalmazott képfeldolgozási területek Digitális műholdfelvételek mezőgazdasági alkalmazásának lehetőségei Az Informatikai Központ digitális képfeldolgozó rendszerének oktatásban való elsõ alkalmazását egy diplomadolgozat jelentette (PAPP 1990). A munka kitért az ûrfelvételek feldolgozásán alapuló jelentõsebb alkalmazások ismertetésére, összefoglalva azok jelentõségét a világ mezõgazdasági jellegû feldolgozásaiban. Konkrét példákon keresztül bemutatott néhány alkalmazási lehetõséget: - táblatérképek aktualizálása, pontosítása ûrfelvételek alapján, - növénykultúrák elkülönítése, - táblán belüli inhomogenitás vizsgálat. Referenciaterületként az Óbudai TSZ adatait és területeit használta a hallgató. A feldolgozásokhoz Landsat TM és SPOT P ûrfelvételek kerültek alkalmazásra. Az eredmények ismertetése több szakmai rendezvényen is elhangzott (KÁRPÁTI és BERKE 1990, KÁRPÁTI et al. 1990). 11
Meliorációs utóvizsgálatok Multispektrális SPOT ûrfelvételek alapján digitális képanalízis alkalmazásával melioráció elõtti és utáni talajnedvességviszonyok elemzését végeztük szakmérnöki dolgozat (NÉMETHNÉ HÚSZ 1991) elkészítésénél. Referenciaadatokat közvetlenül a gazdálkodó szervezettôl szerezte be a hallgató. A kíértékelésekbôl megállapíthatóvá vált az alagcsövezés hatása. Kimutatható volt a kevésbé hatásosan mûködô drainek elhelyezkedése (KÁRPÁTI és BERKE 1990, BERKE et al. 1992). Burgonyagumók szövettani és kórszövettani vizsgálata A burgonyagumók kórszövettani vizsgálatánál hat Magyarországon termesztett fajta és öt Keszthelyen nemesített törzs gumóinak elemzését végeztük (KÕRÖS 1991). A vizsgálatok egy részét képezték a digitális képfeldolgozással történõ mérések és kiértékelések, így a parahéjvastagság mérés, az átlagos keményítõszemcse mérés és a keményítõszemcse osztályozás. Az átlagos keményítõszemcse-méret vizsgálatánál az eltérõ finomságú (méretû) keményítõszemcsék és a különbözõ fajták/törzsek fogékonysága közötti összefüggés megállapítása volt a cél. A munka sikerét bizonyítja, hogy több hazai és nemzetközi cikk jelent meg és elõadás hangzott el, amelyek tartalmazták az elért eredményeket (BERKE, FISCHL és KÕRÖSI 1992, BERKE et al. 1992, BERKE et al. 1993, BERKE 1994 ). Herbicidek fitotoxikus hatásának mérése A kukorica gyökerén végzett tolerancia vizsgálatokat végeztünk szulfonilurea herbicidekkel hagyományos és digitális képfeldolgozási technika segítségével (BUDAI 1993). Vizsgálataink során a herbicidek kultúrnövényre (kukorica) kifejtett esetleges fitotoxikus hatását és tolerancia szintjét analizáltuk a Herbológiai Tanszék kísérleteire alapozva. A méréseket hagyományos módszerrel és digitális képfeldolgozás alkalmazásával is elvégeztük. Az eredmények ismertetése hazai szakmai rendezvényen történt (BERKE és GYÕRFFY 1993). Képosztályozó eljárások összehasonlítása digitális légifelvételeken A University of Nottingham, (England) végzett mérnökével közösen digitális légifelvételek (Daedalus Scanner) alkalmazásával, a különbözô spektrális sávokban hasonló intenzítású, de eltérô növénykultúrák, valamint terméshozam szempontjából különbözô növénykultúrák szétválaszthatóságát vizsgáltuk (TIMS 1992). Az alkalmazott képfeldolgozási eljárások közül a színkompozitok osztályozását és az index analízist használtuk. A tesztterületeket Sutton Bonington és környéke (Közép-Anglia) képezte, amelyekrõl földhasználati referencia adataink álltak rendelkezésre. A sikeres munkát bizonyítja az a tény, hogy az eredmények ismertetésére az "Informatika a 12
felsõoktatásban" országos konferencián került sor (BERKE et al. 1993). A program megvalósítása a TEMPUS project keretein belül történt. Térinformatikai adatbázis építése Az Informatikai Központban mûködõ térinformatikai rendszer tanulmányozását és egy konkrét térinformatikai adatbázis építését végezte az Ecole Superieure D'Agriculture Purpan, France hallgatója 1993 õszén (LACROUZADE 1993). A Mapinfo for Windows térinformatikai program és a Magyar Közigazgatási Térinformatikai Adatbázis (MATÉRIA) felhasználásával Zala megye talajtérképének adatai alapján a talaj kilenc jellemzõ adattípusát rögzítettük. Ezek: - talajtípus, - talajképzõ kõzet, - talaj kémhatása és mészállapota, - talajértékszám, - szervesanyag készlet, - termõréteg vastagság, - talaj vízgazdálkodási tulajdonsága, - fizikai jellemzõk két csoportban. Az elvégzett munkáról elõadás keretében számolt be a francia hallgató. Károsodott erdőrészek meghatározása SPOT űrfelvételek alapján A Toulous-i PURPAN Mezõgazdasági Fõiskola két hallgatója, 1994. július 18-tól szeptember 30-ig töltötte TEMPUS szakmai gyakorlatát a Számítóközpontban. Munkájuk során a Franciaországból magukkal hozott SPOT ûrfelvételekkel dolgoztak, ennek kiértékelését és osztályozását végezték. Speciális kutatási területük az erdõk vizsgálata volt. A referenciákat a vizsgált terület közel 1 %- ának terepen történõ felmérésével gyûjtötték. Ezért a hallgatók itt tartózkodásuk alatt 80 darab véletlenszerûen kiválasztott területet kerestek fel és vizsgáltak meg. Jártak a Zalabaksai Erdészetnél, ahol fenyõ hótöréses károsodását vizsgálták, a Lenti Erdészetnél, ahol kiszáradt éger állományt analizáltak, a Nagykanizsai Erdészetnél, ahol szelídgesztenye pusztulását elemezték és a Zalacsányi Erdészetnél, ahol nagyfokú rovarkár következményeit nézhették meg a tölgyerdõben. A SPOT Multispectral ûrfelvételen digitális képfeldolgozó (PRIMA) és osztályozó (PRICLA) programcsomagok segítségével, a referenciák felhasználásával elkülönítették, majd azonosították az egyes növénykultúrákat több osztályozó módszert is kipróbálva. Egy hetes szakmai gyakorlatot töltöttek a hallgatók Budapesten a Számítóközpontban mûködõ képfeldolgozó programcsomak fejlesztõinél, a PICTRON Kft.-nél. A hallgatók nálunk végzett munkájukról szakmai elõadás keretén belül számoltak be. Franciaországba visszatérve tovább folytatták a felvételek és a begyûjtött információk elemzését a leghatásosabb osztályozó algoritmusok tesztelésével (CALLEDE 1994, CHEMINEAU 1994). 13
Képfeldolgozás és környezetvédelem A digitális képfeldolgozás környezetvédelmi alkalmazásának eredményeit és lehetõségeit vizsgálta a University of Nottingham, England hallgatója. Az augusztustól decemberig tartó munka során elsõ lépésében a szakirodalmi anyag áttekintése és a központunkban rendelkezésre álló eszközök és módszerek megismerése volt a cél. Majd az egyes környezetvédelmi feladatok felmérésében és megoldásának egyes fázisaiban a digitális képfeldolgozás alkalmazhatóságát vizsgálta a hallgató. A TEMPUS project keretein belül történõ szakmai gyakorlat befejeztével színvonalas elõadás során került ismertetésre az elvégzett munka (COLE 1994). 3. Köszönetnyilvánítás A munkában résztvevõ oktatók és hallgatók nevében megköszönjük az alábbi kedves kollégák támogatását, fáradozásait és értékes tanácsait: - Dr. Fischl Géza a mezõgazdasági tudományok kandidátusa, egyetemi docens - Dr. Michel Gay távérzékelési labaratórium vezetõ, Ecole Superieure D'Agriculture Purpan - Dr. Horváth József a mezõgazdasági tudományok doktora, egyetemi tanár, intézet igazgató - Dr. Hunyadi Károly a mezõgazdasági tudományok kandidátusa, tanszékvezetõ egyetemi docens - Dr. Husvéth Ferenc a mezõgazdasági tudományok doktora, tanszékvezetõ egyetemi tanár - Dr. Gyõrffy Katalin egyetemi adjunktus - Dr. Julian Wiseman senior lecturer, University of Nottingham 4. Irodalom BERKE, J. (1994): Digitális képfeldolgozás alkalmazása mezõgazdasági kísérletek értékelésében. Magyar Tudományos Akadémia, kandidátusi disszertáció. BERKE, J. - FISCHL, G. - KÕRÖSI, L. (1992): Digital Image Processing of Potato Bulbs. A 2 - Science and Technology in the Alpine-Adriatic Region, 2:15. BERKE, J. - GYÕRFFY, K. (1993): Digitális képfeldolgozással Gombakalap és krumplihéj. Alaplap, 11:12, 3-4. BERKE, J. - GYÕRFFY, K. - FISCHL, G. - KÁRPÁTI, L. (1992): The application of image processing in the evaluation of agricultural experiments. Ist Alps-Adria Workshop on Satellite Data Evaluation and GIS Technologies, Keszthely, XV. BERKE, J. - GYÕRFFY, K. - FISCHL, G. - KÁRPÁTI, L. - BAKONYI, J. (1993): The application of digital image processing in the evaluation of agricultural experiments, 5th International Conference CAIP'93 Budapest. Springer-Verlag, Lecture Notes in Computer Science, 719:780-787. BERKE, J. - GYÕRFFY, K. - FISCHL, G. - KÁRPÁTI, L. - TIMS, K. I. (1993): Possibility of 14
computer-assisted image processing. Information Technology in High Education, In-country Conference, Debrecen, 533-541. BUDAI, P. (1992): A kukorica gyökerén végzett tolerancia vizsgálatok szulfonilurea herbicidekkel hagyományos és digitális képfeldolgozási technika segítségével, Pannon Agrártudományi Egyetem, Georgikon Mezõgazdaságtudományi Kar, Keszthely, /diplomadolgozat/. CALLEDE, V. (1994): Applied Image Processing in Damaged Forest Investigation, Pannon University of Agricultural Sciences, Georgikon Faculty of Agronomy, Keszthely, /TEMPUS project/. CHEMINEAU, E. (1994): Applied Image Processing in Damaged Forest Investigation, Pannon University of Agricultural Sciences, Georgikon Faculty of Agronomy, Keszthely, /TEMPUS project/. COLE, M. (1994): Image processing and Environmental Monitoring, Pannon University of Agricultural Sciences, Georgikon Faculty of Agronomy, Keszthely, /TEMPUS project/. GYÕRFFY, K. - BERKE, J. (1990): Számítógépes képfeldolgozás felhasználásának lehetõsége a növényvédelmi kísérletek értékelésében. 36. Növényvédelmi Tudományos Napok, Budapest. KÁRPÁTI, L. - BERKE, J. (1990): Közeli távérzékelés. Magyar Mezõgazdaság, 45:40, 7. KÁRPÁTI, L. - BERKE, J. (1990): Applicability of information obtained by remote sensing in Agriculture. XXXIIth Georgikon Scientific Conference, Keszthely, 71-78. KÁRPÁTI, L. - BERKE, J. (1990): Távérzékeléssel nyert információk feldolgozásának eredményei az Egyetem Számítóközpontjában, " A légifényképek és ûrfelvételek mezõgazdasági hasznosítása " Workshop, Keszthely. KÁRPÁTI, L. - BERKE, J. - GYÕRFFY, K. - PAPP, T. (1990): OMFB Kutatási jelentés kísérletifejlesztési tevékenységrõl. Keszthely. KÕRÖS, L. (1991): Burgonya genotipusok és a Phoma exigua var. foveata gazda-parazita kapcsolat vizsgálata, Pannon Agrártudományi Egyetem, Georgikon Mezõgazdaságtudományi Kar, Keszthely, /diplomadolgozat/. LACROUZADE, A. (1993): Geographic Information System, Pannon University of Agricultural Sciences, Georgikon Faculty of Agronomy, Keszthely, /TEMPUS project/. NÉMETHNÉ HÚSZ, É. (1991): Mûhold- és légifelvételek digitális feldolgozásának néhány mezõgazdasági alkalmazási lehetõsége, Pannon Agrártudományi Egyetem, Georgikon Mezõgazdaságtudományi Kar, Keszthely, /diplomadolgozat/. PAPP, T. (1990): Digitális mûholdfelvételek PPC alapú elemzése és a mezõgazdasági alkalmazás lehetõségei, Pannon Agrártudományi Egyetem, Georgikon Mezõgazdaságtudományi Kar, Keszthely, /diplomadolgozat/. SZABÓ, B. (1992): A távérzékelés alkalmazása a termõhelyi adottságok meghatározásához és a gazdaságos termelés megszervezéséhez, Pannon Agrártudományi Egyetem, Georgikon Mezõgazdaságtudományi Kar, Keszthely, /egyetemi doktori értekezés/. SZABÓ, B. - BERKE, J. (1992): Practical uses for Remote Sensing and Image Processing in Agriculture. Ist Alps-Adria Workshop on Satellite Data Evaluation and GIS Technologies, Keszthely, V. TIMS, K. I. (1992): Agricultural Image Processing Applications, Pannon University of Agricultural Sciences, Georgikon Faculty of Agronomy, Keszthely, /TEMPUS project/. 15