Podstawy cyfrowego przetwarzania obrazów teledetekcyjnych. Dr S. Królewicz, Dr inż. J. Piekarczyk

Podobne dokumenty
Podstawy przetwarzania obrazów teledetekcyjnych. Format rastrowy

Dane teledetekcyjne. Sławomir Królewicz

Charakterystyka danych teledetekcyjnych jako źródeł danych przestrzennych. Sławomir Królewicz

FOTOGRAMETRIA I TELEDETEKCJA

Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT / Mapa zasadnicza 30

Przetwarzanie obrazów rastrowych

KP, Tele i foto, wykład 3 1

Pojęcie Barwy. Grafika Komputerowa modele kolorów. Terminologia BARWY W GRAFICE KOMPUTEROWEJ. Marek Pudełko

Akwizycja obrazów. Zagadnienia wstępne

Referencje przestrzenne danych teledetekcyjnych. Zdjęcia lotnicze. Teledetekcja środowiska przyrodniczego. Zajęcia VII.

PRZESTRZENNE BAZY DANYCH

Zamiana reprezentacji wektorowej na rastrową - rasteryzacja

Wykład 13. Systemy Informacji Przestrzennej. Systemy Informacji Przestrzennej 1

INFORMATYKA WSTĘP DO GRAFIKI RASTROWEJ

PODSTAWY BARWY, PIGMENTY CERAMICZNE

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji Vol. 9,1999, s ISBN

Teoria światła i barwy

Informacje tłowe na analogowych i cyfrowych zdjęciach lotniczych (metadane) Teledetekcja Środowiska przyrodniczego. Zajęcia II.

Gimp Grafika rastrowa (konwersatorium)

TELEDETEKCJA W MIEŚCIE CHARAKTERYSTYKA SPEKTRALNA RÓŻNYCH POKRYĆ DACHÓW, CZYLI ZMIANA FACHU SKRZYPKA NA DACHU

GRAFIKA. Rodzaje grafiki i odpowiadające im edytory

GRAFIKA RASTROWA GRAFIKA RASTROWA

Geoinformacja - Interpretacja danych teledetekcyjnych. Ćwiczenie I

Podstawy Geomatyki Wykład VI Teledetekcja 2. Remote sensing methods based on multispectral satellite images (passive methods)

Percepcja obrazu Podstawy grafiki komputerowej

TELEDETEKCJA Z ELEMENTAMI FOTOGRAMETRII WYKŁAD IX

Współczesne metody badań instrumentalnych

Teledetekcja technika zdalnego pozyskiwania danych, które są przestrzennie odniesione do powierzchni Ziemi.

Budowa i zasada działania skanera

Podstawy grafiki komputerowej. Teoria obrazu.

ZDALNA REJESTRACJA POWIERZCHNI ZIEMI

GEOMATYKA program podstawowy. dr inż. Paweł Strzeliński Katedra Urządzania Lasu Wydział Leśny UP w Poznaniu

Przetwarzanie obrazów wykład 1. Adam Wojciechowski

dr inż. Piotr Odya dr inż. Piotr Suchomski

Proste pomiary na pojedynczym zdjęciu lotniczym

Grafika komputerowa. Dla DSI II

Temat ćwiczenia: Zasady stereoskopowego widzenia.

0. OpenGL ma układ współrzędnych taki, że oś y jest skierowana (względem monitora) a) w dół b) w górę c) w lewo d) w prawo e) w kierunku do

TELEDETEKCJA Z ELEMENTAMI FOTOGRAMETRII WYKŁAD 10

Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji Katedra Geodezji Rolnej, Katastru i Fotogrametrii.

GRAFIKA RASTROWA. WYKŁAD 1 Wprowadzenie do grafiki rastrowej. Jacek Wiślicki Katedra Informatyki Stosowanej

Teledetekcja Środowiska przyrodniczego. Zajęcia I.

Analogowy zapis obrazu. Aparat analogowy

Grafika komputerowa. Oko posiada pręciki (100 mln) dla detekcji składowych luminancji i 3 rodzaje czopków (9 mln) do detekcji koloru Żółty

Katalog dobrych praktyk digitalizacyjnych dla obiektów bibliotecznych

Koncepcja pomiaru i wyrównania przestrzennych ciągów tachimetrycznych w zastosowaniach geodezji zintegrowanej

OP6 WIDZENIE BARWNE I FIZYCZNE POCHODZENIE BARW W PRZYRODZIE

Wybrane zagadnienia w pracy z danymi rastrowymi w ArcGIS Marcin Paź Esri Polska

Teledetekcja w ochronie środowiska. Wykład 1

Ojcowski Park Narodowy OJCÓW 9, Suł oszowa, POLSKA

GEOMATYKA program podstawowy. dr inż. Paweł Strzeliński Katedra Urządzania Lasu Wydział Leśny UP w Poznaniu

Projektowanie naziemnego pomiaru fotogrametrycznego. Dokładność - specyfikacja techniczna projektu

Modele i przestrzenie koloru

Ćwiczenie 2. Przetwarzanie graficzne plików. Wprowadzenie teoretyczne

Do zamiany dokumentu z papierowego na jego obraz elektroniczny skaner potrzebuje sześciu podstawowych komponentów: źródła światła białego, systemu

Teledetekcja w ujęciu sensorycznym

Podstawy grafiki komputerowej

7. Metody pozyskiwania danych

Obraz jako funkcja Przekształcenia geometryczne

Temat Zasady projektowania naziemnego pomiaru fotogrametrycznego. 2. Terenowy rozmiar piksela. 3. Plan pomiaru fotogrametrycznego

1 : m z = c k : W. c k. r A. r B. R B B 0 B p. Rys.1. Skala zdjęcia lotniczego.

Dzień dobry. Miejsce: IFE - Centrum Kształcenia Międzynarodowego PŁ, ul. Żwirki 36, sala nr 7

Geoinformacja Interpretacja danych teledetekcyjnych. A. Pozyskanie i przygotowanie danych

Tworzenie obrazu w aparatach cyfrowych

Obróbka grafiki cyfrowej

Rodzaje skanerów. skaner ręczny. skaner płaski. skaner bębnowy. skaner do slajdów. skaner kodów kreskowych

Technologie Informacyjne

Optyka stanowi dział fizyki, który zajmuje się światłem (także promieniowaniem niewidzialnym dla ludzkiego oka).

Oświetlenie obiektów 3D

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 1 AiR III

Grafika 2D. Pojęcia podstawowe. opracowanie: Jacek Kęsik

WYKŁAD 11. Kolor. fiolet, indygo, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony

Spis treści CZĘŚĆ I POZYSKIWANIE ZDJĘĆ, OBRAZÓW I INNYCH DANYCH POCZĄTKOWYCH... 37

Laboratorium Optyki Falowej

SINGLE-IMAGE HIGH-RESOLUTION SATELLITE DATA FOR 3D INFORMATIONEXTRACTION

Przykładowe pytania na teście teoretycznym

Temat 2. 1.Rzut środkowy 2.Wyznaczenie elementów orientacji wewnętrznej 3.Kamera naziemna 4.Kamera lotnicza

17. Który z rysunków błędnie przedstawia bieg jednobarwnego promienia światła przez pryzmat? A. rysunek A, B. rysunek B, C. rysunek C, D. rysunek D.

Urządzenia techniki komputerowej Identyfikacja i charakteryzowanie urządzeń zewnętrznych komputera. Budowa i zasada działania skanera

Oświetlenie. Modelowanie oświetlenia sceny 3D. Algorytmy cieniowania.

Kurs grafiki komputerowej Lekcja 2. Barwa i kolor

Fotometria i kolorymetria

1 LEKCJA. Definicja grafiki. Główne działy grafiki komputerowej. Programy graficzne: Grafika rastrowa. Grafika wektorowa. Grafika trójwymiarowa

Jaki kolor widzisz? Doświadczenie pokazuje zjawisko męczenia się receptorów w oku oraz istnienie barw dopełniających. Zastosowanie/Słowa kluczowe

Technologie numeryczne w kartografii. Paweł J. Kowalski

Modele (graficznej reprezentacji) danych przestrzennych postać danych przestrzennych

Fotometria i kolorymetria

Teledetekcja w kartografii geologicznej. wykład I

Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji

Nowe metody badań jakości wód wykorzystujące technikę teledetekcji lotniczej - przykłady zastosowań

Przetwarzanie obrazów

Rys. 1 Geometria układu.

Formaty plików graficznych

Kompleksowy monitoring dynamiki drzewostanów Puszczy Białowieskiej z wykorzystaniem danych teledetekcyjnych

Przetwarzanie obrazów

- 1 - OPTYKA - ĆWICZENIA

Skanowanie dokumentów i techniki rozpoznawania znaków

Budowa i zasada działania Skaner Skanery

AUTOMATYCZNA AKTUALIZACJA BAZY DANYCH O BUDYNKACH W OPARCIU O WYSOKOROZDZIELCZĄ ORTOFOTOMAPĘ SATELITARNĄ

Transkrypt:

Podstawy cyfrowego przetwarzania obrazów teledetekcyjnych Dr S. Królewicz, Dr inż. J. Piekarczyk

Teledetekcja jako nauka Teledetekcja to dziedzina wiedzy, nauki zajmująca się badaniem właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych przedmiotów bez bezpośredniego z nimi kontaktu. Nośnikiem informacji jest w teledetekcji promieniowanie elektromagnetyczne. Teledetekcja Dane i Technologia GIS

Teledetekcja - powiązania Zdjęcie to fotograficzny obraz przedmiotu, a fotografia to zapis światła (z greckiego: photos światło graphos zapis). Zdjęcia lotnicze (wykonywane z pułapu do 100 km) i satelitarne (powyżej 100 km); Zapis obrazu najczęściej ciej dokonuje się na filmie fotograficznym lub w sposób cyfrowy, wykorzystując macierze CCD. Dziedziny bardzo mocno związane z teledetekcją to: Fotogrametria, przetwarzanie obrazów, technologia procesu fotograficznego, grafika komputerowa, nauka o kolorze, optyka

Cechy geometryczne zdjęć lotniczych (1) Oś fotografowania Geometria zdjęcia lotniczego oparta jest na rzucie środkowym. Każdy punkt odfotografowany na zdjęciu jest rejestrowany dzięki promieniowaniu padającemu na błonę fotograficzną pod różnym kątem mierzonym względem osi fotografowania.

Kamera fotograficzna RC-30 150 mm 210 mm Standardowy wymiar 23 x 23 cm Najczęściej stosowane ogniskowe: 152 mm i 210 mm; pole widzenia odpowiednio 94 i 56, odfotografowana powierzchnia w 1:10000 5,29 km 2 a w 1:25000 33,06 km 2

Zdjęcie lotnicze wykonane na filmie lotniczym

Kamera cyfrowa

UltraCAM D (Vexcel Corporation)

Zdjęcie lotnicze w skali 1:10000 a obraz satelitarny Landsat 7 1260x1541 (300 dpi) [skala 1:10000] 32x32 piksele

Cechy geometryczne zdjęć dla GIS Rozdzielczość naziemna: 1 m 4 m 16 m

Cechy wysokorozdzielczych zdjęć satelitarnych Rozdzielczość naziemna 1 m satelitarnego obrazu cyfrowego w zakresie panchromatycznym odpowiada zdjęciom lotniczym wykonanym w 1:25000 i zeskanowanym z dokładnością 700 dpi (2,5 powiększenie optyczne), Rozdzielczość w kanałach spektralnych (zakresy: czerwony, zielony i niebieski) jest niższa (IKONOS 4 m) większość obrazów satelitarnych jest rejestrowana w sposób cyfrowy, co zapewnia lepszą jakość obrazu (ostrość) możliwość wykonywania powtarzalnych zobrazowań w okresie kilkunastu dni możliwość wykonywanie modeli stereoskopowych

Landsat - single 7 (7) 2.08-2.35 µm

Landsat - RGB 654 (6) 10.4-12.5 µm, (5) 1.55-1.75 µm, (4) 0.76-0.90 µm

Cechy geometryczne zdjęć satelitarnych (2) Rozdzielczość naziemna wybranych sensorów satelitarnych: IKONOS 1 m QuickBird2 0,61 m EROS 1A 1,8 m KVR-1000 2 m KFA-3000 2 m SPOT 5 5 m (2,5 m) IRS-1C 5,8 m CORONA 7-10 m Landsat 7 15 m (P) ETM ASTER 15 M Kąt pola widzenia: Sensor IKONOSA 1 Sensor QuickBird2 2 EROS1A 2 KVR-1000 14 Kamera lotnicza 94

Pojęcie zdolności rozdzielczej Może być one rozpatrywane z różnych punktów widzenia: sposobu rejestracji obrazu (klisza fot., matryca CCD), właściwości układu optycznego, właściwości materiału, na którym wykonana jest odbitka zdjęcia (papier fot., diapozytyw), cech urządzenia skanującego (skanery), cech urządzenia wyświetlającego wietlaj (monitor, projektor), w odniesieniu do rozmiarów najmniejszego, fotografowanego obiektu (rozdzielczość naziemna), powtarzalności fotografowania (rozdzielczość czasowa), ilości wąskich zakresów (kanałów) promieniowania elektromagnetycznego (rozdzielczość spektralna).

Rozdzielczość fotograficzna Związana jest z właściwościami optycznymi obiektywu. Każda kamera lotnicza poddawana jest procesowi kalibracji, podczas którego ustala się m.in. zdolność rozdzielczą w płaszczyźnie całego zdjęcia. Miarą zdolności rozdzielczej obiektywu jest ilość par linii, które można odfotografować w 1 [mm].

Rozdzielczość skanowania W przypadku skanerów wyróżniamy dwa rodzaje rozdzielczości: rozdzielczość optyczną, rozdzielczość interpolowaną. Matryca skanująca CCD. 1 cal (2.54 cm) Rozdzielczość najczęściej określa się podając liczbę punktów na cal (np. 50 dpi = dot per inch) Zwiększenie rozdzielczości poprzez interpolację.

Definicja rastrowego modelu danych - podstawowy element obrazu cyfrowego to piksel, uważany w danym momencie za wewnętrznie jednorodny - piksele są uporządkowane w numerowane wiersze i kolumny, tworząc macierz - początek wewnętrznego układu współrzędnych znajduje się najczęściej w lewym górnym rogu obrazu (0,0,Z) TNTMips, PCI, MapInfo lub w lewym dolnym (I ćwiartka kartezjańskiego. układu współ.) - ArcMap - dla każdego piksela określana jest jego pozycja względem początku układu oraz przyporządkowywana wartość lub cecha, która odpowiada np. barwie, wartości odbitego promieniowania EM czy wysokości n.p.m. itd. - wartości jakie może przyjąć piksel, są ściśle określone przez tzw. głębokość piksela, czyli ilość bitów zarezerwowanych w pamięci do zapisania tejże wartości - praktyczna realizacja rastrowego modelu danych wyraża się istnieniem wielu formatów rastrowych

-

Porównanie jednostek rozdzielczości Informacje na temat standardów pomiarów zdolności rozdzielczej i wielu innych pokrewnych tematów dostępne sa na stronie http://www.precisionopticalimaging.com/

W ramach ćwiczenia zadania do wykonania 1. Skala mapy wynosi 1:10000, mapę zeskanowano z rozdzielczością 300 dpi. Oblicz średnią rozdzielczość rzeczywistą piksela obrazu cyfrowego mapy. 2. Skala mapy wynosi 1:25000 a rozdzielczość naziemna 0,5 m. Oblicz rozdzielczość zastosowaną w trakcie skanowania? 3. Średnia rozdzielczość rzeczywista piksela mapy została ustalona na 1 m. W trakcie skanowania zastosowano rozdzielność 400 dpi. Oblicz skalę mapy topograficznej.

Zdjęcie lotnicze skanowane w różnych rozdzielczościach 12 dpi-12x11-132 25dpi-23x23-529 50dpi-45x45-2025 100dpi-90x90-8100 300dpi-269x268-72092 800dpi-718x715-513370 X dpi - rozdzielczość zdjęcia w punktach (dot per inch)

Obliczanie wielkości pliku R = N x M x (d/8), gdzie N - ilość wierszy, M - ilość kolumn, d - głębokość piksela w bitach

Zewnętrzne układy współrzędnych W celu powiązania informacji zawartej na zdjęciu (obrazie) lotniczym lub satelitarnym z danymi zawartymi na mapie np. topograficznej należy nadać mu współrzędne takie jakie posiada mapa (współrzędne płaskie, współrzędne geograficzne). Nadanie współrzędnych obrazowi rastrowemu jest powiązaniem współrzędnych wewnętrznych (układ linii i kolumn) ze współrzędnymi zewnętrznymi (X i Y [m] w układzie topograficznym; długość i szerokość geograficzna ).

Współrzędne obiektowe {x,y,z}

Nadanie zewnętrznego układu współrzędnych 482 028,37 482 052,37 769 000,32 768 987,32

200 100 Obraz rastrowy 100 200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 3 4 1 mm 2 1 mm Nr Punktu Nr linii Nr kolumny Współrzę dna X [m] Współrzę dna Y [m] 1 1,33 2,33 200 100 2 1,33 9,67 200 200 3 9,67 2,33 100 100 4 9,67 9,67 100 200 kolumny: 7,33 p = 100 m wiersze: 8,33 p = 100 m Rozdzielczość rzeczywista/naziemna Kolumna: 100/7,33 = 13,64 m/p Wiersz: 100/8,33 = 12,00 m/p Dokładność danych rastrowych/ skala Kolumny: 1 mm = 10 p, 1 p = 13,64 m => skala: 10 p * 13,64 m = 136,3 m, 1 :1363 Wiersze: 1 mm = 10 p, 1 p = 12,00 m => skala: 10 p * 12,00 m = 120 m, 1 :1200 Jakość skanowania (ilość pikseli w jednym calu = dpi, dot per inch; 1 cal. =2.54 cm) Kolumny: 1 mm = 11 p; 25,4 mm * 11 = 265 dpi Wiersze: 1 mm = 11 p; 25,4 mm * 10 = 265 dpi

Jak obliczyć współrzędne dowolnego piksela? Zestaw dwóch równań dla kolumn i wierszy nosi nazwę modelu transformacji. Dla równań liniowych jest to transformacja afiniczna. Nr Punktu Nr linii Nr kolumny Współrzę dna X Współrzę dna Y [m] [m] 1 1,33 2,33 200 100 2 1,33 9,67 200 200 3 9,67 2,33 100 100 4 9,67 9,67 100 200

Promieniowanie elektromagnetyczne

Promieniowanie elektromagnetyczne

Krzywe spektralne

Krzywe spektralne a dane teledetekcyjne

Fizyczna definicja barwy Barwa obiektu zależy od stopnia odbicia, rozpraszania i przepuszczania promieni świetlnych. Wrażenie barwy powstaje w wyniku oddziaływania bodźca - światła na receptory człowieka - oczy, które dokonują częściowej analizy bodźca i konwersji na sygnały wysyłane do mózgu. Światło jest promieniowaniem elektromagnetycznym o określonej wartości strumienia energetycznego. Promieniowaniu o określonej długości fali odpowiadają barwy proste (monochromatyczne, tzw. barwy widmowe). Większość źródeł światła emituje promieniowanie o ciągłym rozkładzie w pewnym zakresie lub całym widzialnym widmie. Większość materiałów absorbuje pewną część światła padającego, a część odbija zgodnie z charakterystyką widmową.

Zapis barw. System dwójkowy. Każda liczba może być przedstawiona za pomocą sumy odpowiednich potęg liczby 2. Nie wszystkie kolejne potęgi są muszą być wykorzystywane. W zapisie dwójkowym 1 oznacza wykorzystanie danej potęgi, 0 - brak danej potęgi w sumie. Liczba w układzie dziesiętnym Kolejne potęgi liczby 2 Liczba w zapisie dwójkowym + 287 256 128 64 32 16 8 4 2 1 2 8 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1

Głębokość piksela Binary [binarny] (0,1) 1-bit classification output, dithered print [klasyfikacja, wydruk] (0 to 15) 4-bit unsigned integer [całkowity dodatni] (0 to 255) 8-bit signed integer [całkowity ze znakiem] (-128 to 127) 8-bit composite color [złożony kolor, tabela kolorów] (0 to 255, requires color map) 8-bit unsigned integer [całkowity dodatni] (0 to 65,535) 16-bit signed integer [całkowity ze znakiem] (-32,768 to 32,767) 16-bit composite color [złożony kolor] (RGB or BGR packed) 16-bit composite color [złożony kolor] (RGB or BGR packed) 24-bit unsigned integer [całkowity dodatni] (0 to 4,294,967,295) 32-bit signed integer [całkowity ze znakiem] (-2,147,483,648 to 2,147,483,647) 32-bit floating point [rzeczywisty zmienno-przecinkowy] 32-bit floating point [rzeczywisty zmienno-przecinkowy] 64-bit http://www.randelshofer.ch/fhw/gri/float.htmlżchapterfloatingpointformat complex number [liczby zespolone] (magnitude/phase) 64-bit complex number [liczby zespolone] (real/imaginary pair) 64-bit complex number [liczby zespolone] (magnitude/phase) 128-bit complex number [liczby zespolone] (real/imaginary pair) 128-bit

Wiele zjawisk związanych z widzeniem barw tłumaczy trójskładnikowa (trójchromatyczna) teoria Younga-Helmholtza. Przyjmuje ona, ze można otrzymać wszystkie barwy w wyniku zmieszania trzech barw: czerwonej, zielonej i niebieskiej. Zakłada się istnienie trzech rodzajów receptorów światłoczułych w siatkówce oka, zwanych czopkami, z których każdy jest najbardziej czuły na określoną długość fali, odpowiadającej w przybliżeniu jednej z trzech barw podstawowych. W modelu barwnym RGB gama dostępnym kolorów jest reprezentowana przez sześcian w układzie współrzędnych kartezjańskich. Model ten jest addytywny, tzn. barwy różne od podstawowych uzyskuje się w wyniku przestrzennego sumowania strumieni świateł o barwach podstawowych. Stosując jednakowe proporcje pomiędzy strumieniami uzyskuje się poziomy szarości, od czarnego (0,0,0) do białego (255,255,255) w 24- bitowej skali. Model ten jest koncepcyjnie bardzo prosty i ze względu na liniowość umożliwia łatwe wykonywanie obliczeń związanych z wyznaczaniem barw. Reprezentuje on jednak tylko pewien podzbiór barw widzialnych.

Jaka powinna być głębokość piksela, czyli zakres wartości pikseli w zależności od cechy zapisanej w rastrze - zapis zmienności wysokości topograficznej w skali kontynentu signed integer [całkowity ze znakiem] (-32,768 to 32,767) 16-bit - zapis wysokości topograficznej dla mapy topograficznej 1:10000 (cięcie ćwiartkowe 1,25m) floating point [rzeczywisty zmienno-przecinkowy] 32-bit - zapis wyników obrazu funkcji trendu powierzchniowego zjawiska floating point [rzeczywisty zmienno-przecinkowy] 32-bit - zapis 17 kategorii ubytkowania ziemi kodowanych liczbami całkowitymi dodatnimi, unsigned integer [całkowity dodatni] (0 to 255) 8-bit - zapis obrazu w barwach rzeczywistych, composite color [złożony kolor] (RGB or BGR packed) 16-bit - zapis wystawy stoku w stopniach, unsigned integer [całkowity dodatni] (0 to 65,535) 16-bit - zapis mapy topograficznej czterobarwnej, classification output, dithered print [klasyfikacja, wydruk] (0 to 15) 4-bit - zapis mapy topograficznej dwubrawnej, binary [binarny] (0,1) 1-bit