Zarządzanie, integracja i udostępnianie obrazów teledetekcyjnych na przykładzie oprogramowania ER Mapper 7.01 oraz Image Web Server 7.

Transkrypt

1 Zarządzanie, integracja i udostępnianie obrazów teledetekcyjnych na przykładzie oprogramowania ER Mapper 7.01 oraz Image Web Server 7.0 (ERM) ProGea Consulting ul. Pachońskiego 9, Kraków office@progea.pl Tel. +48-(0) Faks +48-(0) WGS84 N E

2 Earth Resource Mapping Ltd. Siedziba: Perth, Australia Rok powstania: 1989 CEO: Stuart Nixon Kalendarium premiera ER Mapper wersje ER Mapper 6.0(kompresjaECW!) wersje ProGea Consulting autoryzowany dystrybutoroprogramowania ERM Ltd ER Mapper ER Mapper 6.4 Service Pack ER Mapper ER Mapper 7.01 Produkty:

3 ER Mapper w Polsce Zainstalowane licencje: - licencje edukacyjne: 17 pakietów (x5) - licencje komercyjne: 8 Wybrani użytkownicy ER Mapper w Polsce: PGNiG IMGW Kraków PIG Taxus SI Instytut Badawczy Leśnictwa BULiGL Białystok Tatrzański Park Narodowy AR Poznań AGH Kraków Geomat Sp. z.o.o. Politechnika Gdańska Siedlik-Geograf Sp. z o.o. Uniwersytet Gdański Uniwersytet Wrocławski Akademia Świętokrzyska SGGWWarszawa AR Kraków

4 ER Mapper: Generowanie ortofotomap (lotniczych i satelitarnych): -ortorektyfikacja -mozaikowanie -wyrównanie tonalne Kalibracja i transformacja rastrów Przetwarzanie obrazu: -formu ły matematyczne (np. NDVI) -transformacje histogramu -filtry Klasyfikacje obrazu Analizy obrazów hiperspektralnych Generowanie modeli 3D Import / eksport popularnych formatów GIS (np. SHAPE) Generowanie NMT Kompilacja map Koncepcja ERM Kompletne rozwiązanie przetwarzania i prezentacji obrazów Image Web Server: Udost ępnianie GB i TB danych rastrowych przez Internet / Intranet Protokó ł przesyłania obrazu w czasie rzeczywistym Technologia 'Active Zoom' Integracja z serwerami WebGIS Kompresja ECW: Otwarty standard Kontrola nad parametrami kompresji Pe łna informacja o geopozycji Kompresja obrazów wieloi hiperspektralnych Bezp łatny kompresor* Bezp łatne aplikacje typu plug-in * dla niekomercyjnych produktów, na zasadzie licencji GPL

5 Przetwarzanie obrazu (1) Metoda tradycyjna Pojedyncza operacja A 400 MB wzmocnienie kontrastu B 400 MB wymaganyzapis obrazu wynikowego do pliku B 400 MB filtr mediany C 400 MB Szybki przyrost objętości przetwarzanych danych i wydłużenie czasu. C NDVI D 400 MB 100 MB

6 Przetwarzanie obrazu (2) Metoda ER Mapper 400 MB Algorytm przetwarzania: -kontrast i jasno ść -filtry -formu ły (PC, NDVI, etc.) -o świetlenie, etc. Przykład algorytmu ECW 8 MB Algorytm zbiór kroków i instrukcji, wykorzystywanych przez ER Mapper w procesie przetwarzania danych wejściowych, w celu otrzymania końcowego, wzmocnionego obrazu Efekt działania algorytmu Plik algorytmu 7 KB Diagram przetwarzania Powierzchnie i warstwy

7 Koncepcja ERM Asystenci narz ędzia wspomagające pracę Asystenci: mozaikowania wyrównania tonalnego generowania warstwic ortorektyfikacji obrazów Landsat przetwarzania danych Aster modelowania powierzchni 3D... Tematyczne belki narzędzi GIS teledetekcja le śnictwo klasyfikacja kompresja geofizyka radar przetwarzanie wsadowe...

8 Obsługiwane formaty plików Bezpośredni odczyt formatów: ER Mapper, ECW, BMP, JPEG, HDF, TIFF, GeoTIFF, ESRI, BIL, DOQQ, SpotView i wielu innych Import innych formatów rastrowych Możliwość tworzenia własnych narzędzi importu Rozpoznawanie formatów sensorów satelitarnych, sejsmicznych i innych Bezpośredni dostęp do formatów systemów GIS, baz danych, bez potrzeby importu Import danych wektorowych oraz GIS: AutoCAD DXF, ARC/INFO, SHAPE (ESRI), MicroStation DGN

9 Wyświetlanie wartości obrazu Profil wartości, sąsiedztwo Wykres rozproszenia Statystyki obrazu Geopozycja (2) Profil Geopozycja (1)

10 'Geolinkowanie' obrazu Geolinkowanie technikapozwalaj ąca na analizę tego samegoobszarugeograficznegoprzy u życiu różnych zestawów danych imetodprzetwarzania. Tryb Window ten sam obszar Tryby Overview Zoom / Overview Roam główne okno kontroluje podgląd, pozostałe pokazują Tryb Screen uzupe łnianie się obrazów obszar wskazany na oknie głównym

11 Modyfikacja histogramu, wzmacnianie kontrastu Techniki wzmacniania (poprawy) kontrastu uwydatnianie subtelnychró żnic w wartościach danych Transformacje: liniowe, Gaussa, progowe, logarytmiczne, wykładnicze Linia transformacji kontroluje przypisanie wartości danych do wyświetlanych kolorów i jasnościobrazu Przed... 99% Contrast Enhancement Po...

12 Filtry przestrzenne Filtry przestrzenne wzmocnienia wartości interpretacyjnej obrazu. Filtry modyfikują wartości każdego piksela w odniesieniu do wartości pikseli go otaczających. Działanie filtrów polega na usunięciu pewnych spektralnych lub przestrzennych częstotliwości by wzmocnić pożądane cechy w obrazie. Dwuwymiarowa macierz filtra krawędziowego Filtr mediany napisany w C Brak Filtr dolnoprzepustowy Filtr górnoprzepustowy Filtr imitujący oświetlenie Filtr mediany

13 Użycie formuł Formuły - operacje arytmetyczne, logicznei statystyczne. Formuły - przetwarzają każdy poszczególny piksel obrazu. LANDSAT ETM+ LANDSAT ETM+ : ekstrakcja obszarów leśnych (dwie formuły oraz filtr dolnoprzepustowy) Zastosowania formuł: -ekstrakcja tematycznych informacji z obrazów wielospektralnych (np. NDVI) - łączenie danych ( data fusion ) -wyizolowanie interesuj ących zakresów danych czy regionów geograficznych -kompresja (przekszta łcenia) obrazu wielospektralnego (np. analiza głównych składowych) -korekcja efektów atmosferycznych, winietowanie obrazów satelitarnych i lotniczych

14 Colordraping, merging Colordraping wy świetlaniedanych z jednego obrazu na innym obrazie, który kontroluje jasność lub intensywność kolorów. Merging łączenie danych z różnych sensorów, pozwala wykorzystać zalety każdegoz nich. QuickBird MS 321, rozdzielczość 2.4 m Model powierzchni terenu Cieniowany, barwny model powierzchni terenu Cieniowany model powierzchni terenu Połączona informacja ze skanerów MS i Pan satelity QuickBird QuickBird Pan, rozdzielczość 0.6 m

15 Detekcja zmian * ** * Detekcja zmian środowiska przyrodniczego: -zr ęby, -zalesienia, -sukcesja, -po żary leśne, -gradacje owadów itp. ** * ** *IKONOS MS 321, VIII.2001 Rozdzielczość 4 m **QuickBird MS 321, IX.2003 rozdzielczość 2.4 m

16 Widok 3D perspektywa i przelot Tworzenie złożonych wizualizacji 3D oglądanych w rzucie perspektywicznym oraz wykonywanie wirtualnych przelotów nad modelowaną powierzchnią Wirtualny przelot Powierzchnie 3D: ortofotomapa i mapa topograficzna udrapowane na SRTM oraz kompozycja barwna SRTM (skala Z = 5:1) Magurski Park Narodowy (skala Z = 3:1)

17 Integracja danych wektorowych Zestaw narzędzi do edycji danych wektorowych Asystent generowania warstwic Bezpośredni odczyt formatów:autocad DXF, ARC/INFO Coverage, MicroStation DGN Import popularnych formatów: ESRI SHAPE Edycja formatu ARC/INFO Coverage

18 Klasyfikacja nienadzorowana Klasyfikacja nienadzorowana(isoclass) okre ślenie liczby klas, kanałów spektralnych oraz prawdopodobieństwoklasyfikacji pikseli. ER Mapperumo żliwia ocenę dokładności klasyfikacji przez statystyczne porównaniejejefektów z próbami terenowymi lub ze sklasyfikowanym obrazemwzorcowym.

19 Klasyfikacja nadzorowana Wybór pól treningowych Wyliczenie statystyk pól treningowych Ocena statystyk klas obrazu Klasyfikacja obrazu Wyświetlenie rezultatu klasyfikacji Edycja lub import z pliku wektorowego Statystyki: liczbapikseli, powierzchnia, min, max, średnia, kowariancja i macierz korelacyjna (dla wszystkich kanałówspektralnych) Dostępneklasyfikatory: Maximum Likelihood Enhanced (max. podobieństwa) Minimum Distance (min. odleg łości) Minimum Distance with a standard deviation (min. odleg łości z uwzględnieniem odchylenia standardowego) Parallelopiped (metoda prostopad łościanów) Mahalanobis (klasyfikator Mahalanobisa)

20 Klasyfikacja nadzorowana Klasyfikacja nadzorowana zobrazowania QucikBird Wybór pól treningowych: -las liściasty -las iglasty -uprawy rolne -obszary wodne Metoda klasyfikacji: Maximum Likelihood Enhanced

21 Wektoryzacja Wybór dowolnych kanałów obrazu do wektoryzacji Generowanie wektora jako: -polilini -poligonu Wygładzenie polilini/poligonu

22 Kalibracja rastrów Asystent kalibracji: Wybór metody kalibracji: -triangulacyjna -wielomianowa (I, II i III stopnia) Pozyskanie punktów do kalibracji: -z mapy referencyjnej rastrowej lub wektorowej -z digitizera Edycja punktów do kalibracji Eksport/import pliku z danymi do kalibracji

23 (18) Transformacja rastrów Asystent transformacji: Transformacja obrazów pomiędzy zdefiniowanymi układami współrzędnych. Tryb pracy wsadowej.

24 Ortorektyfikacja Asystent ortorektyfikacji: Metody: z wykorzystaniem punktów dostosowania, wymagane: -protokó ł kalibracji kamery -wspó łrzędne punktów dostosowania (ang. ground controll points) -NMT Wybór metody ortorektyfikacji z wykorzystaniem parametrów zewnętrznej orientacji kamery, wymagane: -protokó ł kalibracji kamery -parametry zewn ętrznej orientacji kamery -NMT Określenie pliku NMT oraz parametrów kamery

25 Ortorektyfikacja Dane z protokołu kalibracji kamery Wskazanie położenia znaczków tłowych na zdjęciu lotniczym

26 Wybór skalibrowanego obrazu dla identyfikacji GCP Funkcje ER Mapper Ortorektyfikacja Identyfikacja GCP Geolinkowane okna ułatwiają wskazywanie punktów dostosowania

27 Ortorektyfikacja Ustalenie końcowych parametrów: -nazwy pliku -formatu -kadru -rozmiaru piksela przed... Zdjęcie lotnicze po... ortorektyfikacji

28 Mozaikowanie obrazu Asystent mozaikowania Wybór obrazów, sposób wyświetlenia mozaiki (2D/3D) Kryteria wyboru obrazów Mozaikowanie wg. zdefiniowanych Wybór metody wyświetlania regionów mozaiki Mozaika map topograficznych Tatr 3.68 GB ECW 77.1 MB

29 (24) Mozaikowanie obrazu mozaikowanie przy użyciu zdefiniowanych regionów Ortofotomapa z 15 zdjęć 1: Ortofotomapa z 35 zdjęć 1:

30 (25) Wyrównanie tonalne Opcje asystenta wyrównania tonalnego: Original oryginalna kolorystyka Balanced wyrównanie ca łej mozaiki Balanced with no black/white edges j.w. oraz usuwa czarne lub białe fragmenty na brzegach obrazu Balanced with clip regions wyrównanie w obr ębie zdefiniowanych obszarów Mozaika wejściowa Mozaika wyrównana

31 Wyrównanie tonalne Mozaika wejściowa Mozaika wyrównana

32 Zmiana odwzorowań kartograficznych i układów odniesienia w locie Swobodna integracja geodanych, z różnych układów współrzędnych. Przekszta łcenie MB/GB/TB danych rastrowych w czasie rzeczywistym. PUWG 1992/19 WGS84 BL PUWG 1992/19 UTM NUTM 34

33 'Gridding' generowanie powierzchni Asystent generowania powierzchni tworzenie regularnych, rastrowych warstw reprezentujących zmienność powierzchni na podstawie: Linii warstwicowych, cieków, linii nieciągłości Pikiet wysoko ściowych rozmieszczonych losowo; Regularnych linii Regularnych danych w postaci obrazów rastrowych (np. TIFF) Zapis do poszczególnych kanałów obrazu wielokanałowego Metody generowania powierzchni: -TIN sie ć nieregularnych trójkątów -minimalnych krzywizn

34 Tworzenie kompozycji mapowych

35 Kompresja ECW oraz JPEG2000(1) ECW (Enhanced Compressed Wavelet) kompresja falkowa(ang. wavelet) -nie wymaga tworzenia piramid obrazu, kolejne poziomy szczegółowości zapisywane bezpośrednio w strukturze pliku -regulowany wspó łczynnik kompresji, rozmiar piksela oraz wynikowa rozdzielczość -pe łnainformacjao geopozycji -kompresja obrazów w odcieniach szaro ści, RGB i wielokanałowych -wtyczki(ang. plug-ins) wykorzystanie w programach GIS, CAD, graficznych, biurowych, przeglądarkach WWW, urządzeniach typu PDA Puszcza Niepołomicka Obraz nieskompresowany cała mozaika: 1.56 GB KompresjaECW cała mozaika: 30 MB 50x mniejszy obraz!!!

36 Kompresja ECW oraz JPEG2000(2) ECW (Enhanced Compressed Wavelet) kompresja falkowa(ang. wavelet) Barwne zdjęcie lotnicze skala 1:5000 rozdzielczość 0.25 m. Kompresja pliku 340 MB: -Format ECW: -wspó łczynnik kompresji 25 14,4 MB -wspó łczynnik kompresji 50 5,8 MB -Format JPEG 2000: -wspó łczynnik kompresji MB -wspó łczynnik kompresji 50 9 MB

37 Kompresja ECW oraz JPEG2000(3) ECW Plik oryginalny Zdjęcie lotnicze 340 MB Stopień kompresji 1:25 14,4 MB Stopień kompresji 1:50 5,8 MB

38 Kompresja ECW oraz JPEG2000(4) ECW Plik oryginalny 340 MB Stopień kompresji 1:25 14,4 MB Stopień kompresji 1:50 5,8 MB

39 Kompresja ECW oraz JPEG2000 ECW Plik oryginalny 340 MB Stopień kompresji 25 14,4 MB Stopień kompresji 50 5,8 MB

40 Kompresja ECW oraz JPEG2000 JPEG 2000 Plik oryginalny 340 MB Stopień kompresji MB Stopień kompresji 50 9 MB

41 Kompresja ECW oraz JPEG2000 JPEG 2000 Plik oryginalny 340 MB Stopień kompresji MB Stopień kompresji 50 9 MB

42 Kompresja ECW oraz JPEG2000 ECW 1:50 JPEG :50

43 Kompresja ECW oraz JPEG2000 ECW (1:50) JPEG 2000 (1:50)

44 Image Web Server Wykorzystanie skompresowanych obrazów Protokó ł przesyłania obrazu w czasie rzeczywistym; Integracja z serwerami mapowymi Web GIS; I-Wizard dla u żytkowników ArcIMS / ArcDesigner; P łynna zmiana przezroczystości obrazu; Pe łna informacja o geopozycji; Bezpiecze ństwo udostępnianych informacji; Wsparcie formatu ECW; Kadrowanie i skalowanie bez ograniczeń; Obs ługa każdej aplikacji nie tylko przeglądarek internetowych

45 Image Web Server Wykorzystanie skompresowanych obrazów Kadrowanie i skalowanie TB obrazów w czasie rzeczywistym Po łączenie zalet informacji rastrowej i wektorowej Swobodne wykorzystanie obrazów rastrowych w ArcIMS Wykrywanie i analiza zmian w czasie Okre ślanie dokładnego położenia obiektów na obrazie Dost ęp do wybranej skali lub części obrazu po autoryzacji hasłem lub na podstawie adresu IP czynazwy domeny Oszcz ędność miejsca i redukcja liczby przesyłanych danych Pe łna swoboda przeglądania obrazu Jednakowy dost ęp do geoinformacji dla użytkowników GIS, CAD i aplikacji biurowych

46 Image Web Server Wykorzystanie skompresowanych obrazów Nowe funkcje IWS Integracja ze standardem OpenGIS Web Map Service; Mo żliwość ograniczenia dostępu do zasobów serwera na podstawie adresu IP lub domeny oraz nazwy użytkownika i hasła; Publiczny dost ęp do zobrazowań może być ograniczany do określonej rozdzielczości czy ściśle określonego regionu; Korekcja jasno ści i kontrastu obrazu w trybie rzeczywistym, możliwość podglądu histogramu; I-Wizard umo żliwia obecnieintegracj ę z ArcIMS 4.x oraz wykorzystanie wielu obrazów rastrowychwwitrynach internetowych zaprojektowanych przy użyciu ArcDesigner; Obs ługa przeglądarek bazujących na Mozilla dlasystemu MacOS.

47 Image Web Server Wykorzystanie skompresowanych obrazów Image Web Server AR Kraków Kraków

48 Image Web Server Wykorzystanie skompresowanych obrazów Image Web Server AR Kraków Puszcza Niepołomicka

49 Image Web Server Wykorzystanie skompresowanych obrazów Image Web Server Mozaika zdjęć Landsat Oryginalny rozmiar mozaiki 2,163 TB Po kompresji 27 GB Współczynnik kompresji - 80

50 Image Web Server Wykorzystanie skompresowanych obrazów Image Web Server dostarcza pełną statystykę wyświetlanych obrazów. Informacje znajdujące się w statystykach: lokalizacja pliku rozmiar przed i po kompresji czas otwarcia adres IP komputera u żytkownika czas otwarcia pliku liczba zapyta ń rozmiar wy świetlanego pliku Statystyki obrazów

51 Wielkość wyświetlanych plików: Sandiego 0,53 MB California 0,429 MB Sandiego 0,745 MB Landsat 1,304 MB Image Web Server Wykorzystanie skompresowanych obrazów Statystyki obrazów

52 Image Web Server Wykorzystanie skompresowanych obrazów Integracja serwera IWS z serwerami wektorowymi: ESRI sarcims and MapObjects IMS Autodesk smapguide MapInfo smapxtreme Intergraph sgeomedia WebMap UMN MapServer Vicinity'sMapBlast

53 Image Web Server Wykorzystanie skompresowanych obrazów Integracja serwera IWS z serwerami wektorowymi MapGuide SpokaneMaps Arizona

54 Image Web Server Wykorzystanie skompresowanych obrazów Integracja serwera IWS z serwerem wektorowym ArcIMS (ESRI)

55 ER Mapper Przykłady zrealizowanych projektów Projekty zrealizowane przy użyciu oprogramowania IWS / ER Mapper: -IWS dla Instytutu Badawczego Leśnictwa, AR w Krakowie (intranet/internet) -Ocenamo żliwości wykorzystania wysokorozdzielczych zobrazowań lotniczych i satelitarnychquickbird oraz technik GPS przyinwentaryzacji lasu na przykładzie Nadleśnictw Niepołomice i Staszów. (IBL, WL AR Kraków, ProGeaConsulting); -Przydatno ść wysokorozdzielczych zobrazowań satelitarnych w metodzie określania stref uszkodzeń lasu na przykładzie Nadleśnictw: Świerklaniec i Puławy (IBL, WL AR Kraków, ProGea); -Wykonanieopracowania fotogrametrycznego oraz ortofotomapy cyfrowej ze spektrostrefowych barwnych zdjęć lotniczych 1: wybranych drzewostanów Nadleśnictwa Pisz. (IBL, ProGea Consulting); -Analizaprzestrzennego rozk ładu rodzaju i stopnia uszkodzenia drzewostanów dla lasu ochronnego Szast i jego otuliny oraz wybranych drzewostanów gospodarczych Nadleśnictwa Pisz na podstawie spektrostrefowych zdjęć lotniczych, danych z terenowej inwentaryzacji uszkodzeń drzewostanów oraz danych z rewizji urządzania lasu. (IBL, ProGea Consulting);

56 ER Mapper Przykłady zrealizowanych projektów -Mozaikowanie i kompresja obrazów VHR IKONOS dla obszaru Tatr (PL i SK); -Wykonanieopracowania fotogrametrycznego oraz ortofotomapy cyfrowej z panchromatycznych zdjęć lotniczych 1: oraz barwnych zdjęć lotniczych Phare 1: obszaru Staszowa dla Instytutu Badawczego Leśnictwa(IBL, ProGea Consulting); -Mozaikowanie i wyrównanie tonalne ortofotografii ze zdjęć CIR : dla obszarów: Tatrzańskiego Parku Narodowego i Babiogórskiego Parku Narodowego (WL AR Kraków) -Kalibracja i kompresja (format ECW) rastrowej mapy gospodarczo-przeglądowej Babiogórskiego Parku Narodowego(ProGea Consulting); -Wykonanie filmów przedstawiających przelot nad trójwymiarowym modelem terenu Magurskiego Parku Narodowego(ProGea Consulting);

57 ER Viewer Bezpłatna przeglądarka plików graficznych Obsługiwane formaty: ECW BMP TIFF, GeoTIFF JPEG ERS, ALG formaty ER Mapper HDR ESRI BIL i GeoSPOT FST Landsat 7 a tak że: Aster, Modis, EODIS Bardzo szybkie wczytywanie GB danych rastrowych. Swobodne skalowanie i kadrowanie obrazu. Odczyt informacji o geopozycji i pomiar odległości. ER Viewer to także plug-in do oprogramowaniamicrosoft Office. Opcje automatycznej poprawy kontrastu i wygładzeniawczytanego obrazu. Odczyt obrazów ECW bezpośrednio zinternetu, udost ępnionych przez Image Web Server.

58 ER Viewer Plug-in Microsoft Office Obiekt wstawiony bezpośrednio do programu PowerPoint Swobodne kadrowanie wielkość pliku 123 MB!

59 ER Viewer Plug-in Microsoft Office

60 ProGea Consulting Szkolenia ER Mapper i Image Web Server Zakres szkolenia: -obsługa ER Mapper -formaty danych (GeoTIFF, ERS, ERV) -wzmacnianie kontrastu - colordraping -wizualizacje3d -integracja danych wektorowych -wektoryzacja danych rastrowych -klasyfikacje -kalibracja obrazów rastrowych -ortorektyfikacja zdjęć lotniczych -mozaikowaniei wyrównanie tonalne -gridding -tworzenie map -definiowanie nowych układów współrzędnych -kompresja ECW -wykorzystanie obrazów ECW waplikacjach typu GIS, CAD, Office, programach graficznych WykorzystanieImage Web Server do tworzenia serwisów sieciowych, udostępniających obrazy rastrowe (np. ortofotomapy, sceny satelitarne) przez Internet/Intranet. Praca z danymi klienta: rozwiązywanie konkretnych problemów za pomocą ER Mapper. Materiały szkoleniowe w języku polskim.

61