Marta Mańka Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Współautorzy: Monika Chuchro, Adam Piórkowski, Warszawa, r.

Transkrypt

1 OCENA PODOBIEŃSTWA POMIĘDZY PARAMETRAMI METEOROLOGICZNYMI A DANYMI Z ANALIZY TEKSTURY ZDJĘĆ Marta Mańka Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Współautorzy: Monika Chuchro, Adam Piórkowski, Warszawa, r.

2 Plan badania: Akwizycja obrazu r r., Zebranie danych ze stacji pogodowych, Analiza tekstury zdjęć program dr Karoliny Nurzyńskiej, Połączenie zebranych danych, Poszukiwanie korelacji środowisko Statistica, Wnioski.

3 Akwizycja obrazu: 6 piętro Domu Studenckiego Babilon przy ul. Rostafińskiego 11 w Krakowie r r. Widok na Dom Studencki Akropol, fragment ul.piastowskiej Oraz ul. Armii Krajowej, fragmenty nieba nad Akropolem, Lustrzanka cyfrowa Nikon D obiektyw Nikkor VR + filtr UV Kenko

4

5

6 Metody badania fragmentów zdjęcia wykorzystywane do analizy tekstury: metoda całej sceny- czyli cała fotografia metoda kwadraty 66x66px metoda kwadraty 520x520px

7 metoda manualna - lewy górny róg Akropolu i fragment nieba

8 Stacje pomiarowe: WIOŚ Kraków stacja Złoty Róg- PM10 Stacja Meteorologiczna znajdująca się w Zespole Fizyki Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie MapAirly stacja o id 213 temp. powietrza

9 Badane współczynniki meteorologiczne PM10 minimalna prędkość wiatru średnia prędkość wiatru Max. prędkość wiatru kierunek wiatru temp powietrza ciśnienie temp wew. stacji wilgotność powietrza indeks ciepła opad grad heating temp. heating voltage supply voltage 3.5V ref. voltage temp. punktu rosy ciśnienie barometryczne temperatura odczuwalna

10 METODY ANALIZY TEKSTURY WYKORZYSTANE PRZY POSZUKIWANIU KORELACJI COM2 obliczająca 14 cech Haralicka, FOF - First Order Features dla której parametrem była liczba poziomów szarości metoda wyliczała 5 zmiennych, GTDM Neighborhood Gray Tone Difference Matrix dla parametru określającego wielkość okna wykorzystywanego w obliczeniach - podająca 6 cech.

11 METODA HARALICKA 1. drugi moment kątowy (Angular Second Moment ): 2. kontrast (Contrast ): Ng 1 Ng i j p(i, j)2, Ng n=0 n 2 { i=1 j=1 p(i, j)}, mod (i j)=n, i j (ij)p (i, j) μ x μ y 3. korelacja (Correlation):, δ δ gdzie : μ x, μ y, δ x i δ y oznaczają średnią odchylenia standardowego p x, p y częściowe prawdopodobieństwofunkcji gęstości, 4. suma kwadratów: wariancja :( of Squares : Variance) : i j (i μ) 2 p(i, j ), x y 5. odwrotny moment różnicowy (Inverse Difference Moment ): 1 i j 1+(i j) p( i, j), 2 2Ng i=2 6. sumaryczna średnia ( Average): i p x+y ( i), gdzie : x i y są współrzędnymi wejścia w macierzy współwystąpień, p x+ y (i ) jest prawdopodobieństwem sumy współrzędnych x i y z macierzy współwystąpień, 7. sumaryczna wariancja Variance: 2Ng i=2 ( i f s )2 p x+y (i ), 2N g 8. sumaryczna entropia Entropy : i= 2 px +y (i) log {p x+y (i )}=f s, 9. entropia (Entropy ): i j p(i, j) log ( p( i, j)) 10. wariancja różnicowa ( Difference Variance): 11. entropia różnicowa ( Difference Entropy): Ng 1 i=0 i 2 px y (i), N i=0 i 2 p x y (i )log {p x y (i )}, g informacje z pomiaru korelacji 1 ( Information Measures of Correlation 1): 13. informacje z pomiaru korelacji 2 ( Info.Measure of Correlation 2): (12 ) (1 exp [ 2 (HXY2 HXY)]), gdzie : HXY = i j p(i, j )log ( p(i, j )), HX, HY są entropiami p z i p y, HXY1= i j p (i, j )log { p x (i) p y ( j ) }, HXY2= i j p x (i) p y ( j ) log { p x (i ) p y ( j )}, 14. maksymalny współczynnik korelacji (Max. Correlation Coefficient): 1 2 f 14 =( druga największa wartość własna Q), gdzie : P (i, k) P ( j, k ) Q(i, j )= k P (i) P (k ). x y HXY HXY1 max {HX, HY },

12 METODA FIRST ORDER FEATURES G 1 1.średnia μ= i=0 ip(i), G 1 2. wariancja δ = i=0 (i μ 2 ) p(i), 2 G 1 (i μ3 ) p(i), i=0 G skośność μ 4=δ i=0 (i μ 4 ) p(i) 3, G 1 2, 5. energia E= i=0 [ p(i)] G 1 6. entropia H= i=0 p(i)log 2 [ p(i)] kurtoza μ3 =δ

13 METODA NEIGHBORHOOD GRAY TONE DIFFERENCE MATRIX Gh 1, 1. grubość: [ε + i=0 p i s(i)] 2. kontrast :[ G G G p p (i j) ][ 2 i=0 s(i)], Ng ( Ng 1) i=0 j=0 i j n h h h Gh 3. wartość biznesowa : Gh Gh i=0 j=0 i pi jp j G G i=0 j=0 (mod(i, j)) h 4. złożoność :[ [ i=0 p i s (i)], h (pi s(i)+p j s( j))], 2 n (p i+p j ) 2 (i j) 5. wytrzymałość : i=0 j=0 (p i +p j ), G ε + i=0 s(i) Gh Gh h gdzie : pi : prawdopodobieństwo zależności woksela o intensywności i, s (i ): wartość intensywności NGTDM obliczana jako : Σ i Ai, Ai :średnia intensywność otaczających wokseli bez uwzględnienia woksela centralnego (obliczonego z intensywności i).

14 WYNIKI

15 METODA FIRST ORDER FEATURES Dla wszystkich danych: Metoda parametryczna: Kierunek wiatru, Wilgotność powietrza, Temperatura punktu rosy, Temperatura powietrza (ze stacji mapairly oraz fis)*, Temperatura odczuwalna*, Temperatura wewnętrzna stacji *, PM 10*, Ciśnienie barometryczne (dla danych rano) Metody nieparametryczne: Wilgotność powietrza, Kierunkiem wiatru, Opady deszczu, Pm10, Temperatura powietrza.

16 METODA FIRST ORDER FEATURES Dla wszystkich danych: Metoda parametryczna: kierunek wiatru, wilgotność powietrza, temperatura punktu rosy, temperatura powietrza (ze stacji MapAirly oraz FIS)*, temperatura odczuwalna*, temperatura wewnętrzna stacji *, PM 10*, ciśnienie barometryczne (dla danych rano) Metody nieparametryczne: wilgotność powietrza, kierunkiem wiatru, opady deszczu, PM10, temperatura powietrza.

17 METODA NEIGHBORHOOD GRAY TONE DIFFERENCE MATRIX Dla wszystkich danych: Metoda parametryczna: Wilgotność powietrza * Odczuwalna temperatura* Metody nieparametryczne: Temperatura powietrza Wilgotność powietrza Kierunek wiatru * Opady deszczu Dla danych z okolic 6:00-7:30 Metoda parametryczna Temperatura punktu rosy Metody nieparametryczne: Temperatura wewnętrzna stacji

18 METODA HARALICK'A Dla wszystkich danych: Metoda parametryczna: temperatura powietrza ciśnienie barometryczne ciśnienie atmosferyczne temp. wewnętrzna stacji Metody nieparametryczne: temperatura powietrza ilość opadów deszczu kierunek wiatru* Dla danych z okolic 6:00-7:30 Metoda parametryczna ciśnienie atmosferyczne kierunek wiatru temp. wewnętrzna stacji

19 sn_hour_avg sm_hour_avg sx_hour_avg dm_hour_avg dx_hour_avg ta_hour_avg pa_hour_avg tp_hour_avg ua_hour_avg th_hour_avg vh_hour_avg Contrast Correlation Inv erse Dif f erence Moment Dif f erence Variance Dif f erence Entropy Inf ormation Measures of Correlation Inf ormation Measures of Correlation2 Contrast MANUAL building Dif f erence Variance MANUAL building Dif f erence Entropy MANUAL building Angular Second Moment MANUAL cloud Kontrast MANUAL cloud Sum Entropy MANUAL cloud Entropy MANUAL cloud Dif f erence Variance MANUAL cloud Inf ormation Measures of Correlation2 MANUAL cloud Inf ormation Measures of Correlation mini-f ragment 8 Maximal Correlation Coef f icient mini-f ragment 8 Correlation f ragment 2 Inv erse Dif f erence Moment f ragment 2 Sum Variancef ragment 2 Dif f erence Entropy f ragment 2 Inf ormation Measures of Correlation f ragment2 Inf ormation Measures of Correlation2 f ragment 2 Inv erse Dif f erence Moment f ragment 3 Dif f erence Entropy f ragment 3 Inf ormation Measures of Correlation f ragment 3 Angular Second Moment f ragment 4 Correlation f ragment 4 Inv erse Dif f erence Moment f ragment 4 Sum Entropy f ragment 4 Inf ormation Measures of Correlation2 f ragment 4 Contrast f ragment 5 Correlation f ragment 5 Inv erse Dif f erence Moment f ragment 5 Sum Entropy f ragment 5 Entropy f ragment 5 Dif f erence Variance f ragment 5 Inf ormation Measures of Correlation f ragment 5 Inf ormation Measures of Correlation2 f ragment 5 Maximal Correlation Coef f icient f ragment 5 Contrast f ragment 6 Inf ormation Measures of Correlation f ragment 6 Angular Second Moment f ragment 7 Sum of Squares: Variance f ragment 7 Sum Av eragef ragment 7 Sum Variance f ragment 7 Sum Entropy f ragment 7 Entropy mini-f ragment 7 Dif f erence Variance f ragment 7 Dif f erence Entropy f ragment 7 Inf ormation Measures of Correlation f ragment 7 Inf ormation Measures of Correlation2 f ragment 7 Maximal Correlation Coef f icient-f ragment 7 Correlation f ragment 8 Sum of Squares: Variance f ragment 8 Inv erse Dif f erence Moment f ragment 8 PM10 [mikrogramy /m3] złoty róg Zmienna MapAirly Korelacje (HaralickAll) Oznaczone wsp. korelacji są istotne z p <,05000 N=151 (Braki danych usuwano przypadkami) -0,227 0,225 0,303-0,227-0,238-0,329 0,281-0,201-0,201-0,162 0,255-0,215-0,319-0,322-0,214-0,292-0,255 0,210 0,060 0,033 0,012-0,060-0,139 0,119 0,256-0,245-0,127 0,065 0,179 0,119 0,004 0,190-0,045 0,333 0,276 0,008-0,105-0,045-0,305 0,304 0,227 0,045-0,133 0,027-0,259-0,238-0,259-0,120-0,039-0,003 0,072 0,316-0,218 0,042 0,267 0,126 0,206-0,045-0,047-0,012-0,045-0,100 0,127-0,250 0,242 0,242 0,145 0,153 0,161-0,095-0,094 0,162-0,120 0,144 0,060-0,314-0,015-0,104-0,042 0,401-0,320-0,175 0,111 0,399 0,184-0,248 0,161-0,368-0,313-0,222-0,164 0,055-0,319-0,245-0,222 0,081-0,264 0,061-0,102 0,241 0,258-0,025-0,021-0,025-0,241-0,265-0,174-0,271-0,063-0,158 0,251-0,027-0,166 0,169-0,059 0,143 0,076-0,059-0,021-0,165 0,220-0,230-0,230-0,141 0,037-0,163-0,063-0,050-0,163-0,062-0,093 0,027 0,076 0,224 0,170-0,211-0,246 0,078 0,103-0,073-0,245-0,069 0,256-0,002 0,185 0,250-0,005 0,112 0,064 0,142 0,057-0,004-0,122 0,172-0,072-0,038-0,187-0,148 0,020 0,021 0,020 0,072 0,109 0,071 0,140 0,122 0,049-0,110 0,090 0,156-0,046-0,044 0,125 0,050-0,044 0,003-0,138 0,207-0,245-0,245-0,153 0,028-0,165-0,060-0,047-0,166-0,069-0,096 0,008 0,066 0,202 0,155-0,188-0,228 0,068 0,066-0,041-0,229-0,095 0,239-0,030 0,222 0,252 0,008 0,116 0,051 0,171 0,083 0,008-0,119 0,184-0,089-0,058-0,183-0,155-0,016-0,015-0,016 0,075 0,114 0,078 0,149 0,130 0,049-0,112 0,081 0,130-0,070-0,044 0,122 0,049-0,044 0,004-0,137 0,205-0,247-0,247-0,154 0,029-0,161-0,059-0,047-0,162-0,067-0,094 0,010 0,063 0,196 0,159-0,181-0,220 0,068 0,055-0,030-0,219-0,109 0,229-0,037 0,229 0,249 0,000 0,121 0,056 0,170 0,079 0,001-0,126 0,189-0,092-0,058-0,178-0,154-0,018-0,018-0,018 0,074 0,114 0,083 0,151 0,134 0,046-0,112 0,075 0,124-0,071-0,280 0,270 0,210-0,280-0,236-0,241 0,210 0,035 0,035 0,013 0,217 0,020-0,205-0,191 0,021-0,229-0,129 0,098-0,138 0,185-0,026-0,204-0,003-0,026 0,059-0,066 0,001 0,184 0,185 0,165-0,097 0,145-0,072 0,147 0,166-0,059-0,110-0,072-0,131 0,177 0,168-0,252-0,252 0,208-0,418-0,384-0,418-0,310-0,297-0,304-0,240 0,092-0,166 0,279 0,303-0,119 0,131-0,252 0,219 0,117-0,252-0,175-0,136 0,154-0,020-0,020-0,029 0,077-0,051-0,100-0,090-0,052-0,112-0,084 0,115-0,195 0,171-0,084-0,224 0,089-0,146 0,026-0,063 0,047 0,207 0,127 0,145-0,102 0,110 0,052 0,082 0,067 0,051 0,013 0,052-0,040 0,139 0,074-0,334-0,201 0,192-0,427-0,402-0,427-0,277-0,264-0,295-0,209 0,091-0,154 0,255 0,250-0,112 0,055-0,230 0,239 0,320-0,230-0,242-0,358 0,313-0,237-0,237-0,194 0,190-0,238-0,274-0,279-0,237-0,239-0,310 0,198 0,090 0,048 0,044-0,068-0,188 0,134 0,260-0,243-0,181 0,041 0,225 0,110 0,046 0,239-0,049 0,377 0,288 0,041-0,093-0,048-0,343 0,357 0,213 0,031-0,187-0,008-0,257-0,233-0,258-0,084-0,007 0,014 0,095 0,296-0,186 0,011 0,289 0,165 0,209-0,051-0,045 0,038-0,051-0,067 0,015-0,119-0,074-0,074-0,084 0,057-0,067-0,036-0,030-0,067-0,084 0,137 0,004-0,104 0,109 0,116-0,120 0,076-0,175 0,138-0,154 0,062 0,123-0,228 0,031-0,222-0,276 0,116-0,248-0,099-0,114-0,005 0,116 0,194-0,258 0,021 0,072 0,184-0,041 0,132 0,139 0,132 0,060 0,072 0,095 0,068 0,028 0,017-0,073-0,211-0,008-0,095-0,183 0,182 0,283-0,183-0,199-0,315 0,280-0,206-0,206-0,169 0,171-0,209-0,254-0,259-0,209-0,225-0,286 0,190 0,077 0,043 0,043-0,064-0,174 0,129 0,246-0,231-0,172 0,061 0,195 0,121 0,015 0,208-0,033 0,333 0,269 0,029-0,089-0,032-0,311 0,316 0,206 0,039-0,165-0,039-0,215-0,189-0,216-0,044 0,032 0,051 0,128 0,285-0,158-0,028 0,236 0,172 0,184-0,314 0,291 0,281-0,314-0,346-0,213-0,004-0,014-0,014 0,027 0,146-0,023-0,116-0,112-0,023-0,117-0,062 0,270-0,148-0,165-0,137 0,151 0,263-0,156-0,131 0,128 0,353 0,043-0,109 0,104-0,218-0,185-0,265-0,035 0,205-0,353-0,327-0,265-0,085-0,141 0,161 0,078 0,168 0,233 0,006 0,006 0,007-0,230-0,244-0,207-0,236-0,011-0,189 0,231 0,080-0,004 0,286-0,047 0,018 0,163-0,047-0,073-0,176 0,170-0,113-0,112-0,092 0,116-0,135-0,190-0,196-0,134-0,179-0,195 0,153 0,040 0,024 0,036-0,045-0,122 0,111 0,187-0,179-0,133 0,105 0,094 0,132-0,064 0,106 0,018 0,191 0,197-0,002-0,070 0,018-0,202 0,180 0,172 0,062-0,085-0,116-0,089-0,059-0,090 0,065 0,135 0,148 0,209 0,246-0,080-0,129 0,076 0,181 0,099-0,347 0,351 0,345-0,347-0,335-0,395 0,351-0,185-0,185-0,148 0,105-0,219-0,181-0,190-0,218-0,110-0,270 0,179 0,024 0,047-0,032-0,090-0,124 0,034 0,243-0,255-0,087-0,049 0,205 0,035 0,138 0,229-0,075 0,419 0,242 0,082-0,059-0,074-0,318 0,394 0,179-0,043-0,180 0,181-0,429-0,423-0,429-0,276-0,215-0,147-0,098 0,261-0,255 0,231 0,411 0,002 0,239

20 Plany na przyszłość Zebranie większej ilości danych w postaci szeregu czasowego, Porównanie wyników

21 Dziękuję za uwagę.