Programové prostředky pro zpracování dat DPZ
Petr Dobrovolný
Obsah přednášky		O
i.	Přehled hlavních zástupců	
2.	Obecná struktura software pro digitální zpracování obrazu	
3.	Základní filosofie systémů	
4.	Vazby na GIS software - možnosti importu a exportu, podporované rastrové a vektorové formáty	
5.	Specifika vybraných systémů, silné a slabé stránky	
6.	Příklady konkrétních využití	
Zdroje informací
O»
GEO Europe:
http://www.geoplace.com/ge/ 1999/0S99/S99feat.asp) http://www.geoplace.com/ge/2000/0600/ 0600rs.asp http://www.geoplace.com/ge/2001/0501/0501mmov.asp
MIMAS
http://www.mimas.ac.uk/spatiaI/software/ip/
Přehled hlavních	zástupců -		<*
„high-end"			
. PCI (EASI/PACE) (Geomatica 8.2)		www.pcigeomatics	com
• ERDAS Imagine (8.7)		www.erdas.com	
. ENVI (4.0)		www.rsinc.com	
• TNTmips (6.9)		www.microimages.	com
t ER Mapper (6.4)		www.ermapper.com	
• MGE Image Analyst		www.ingr.com	
PCI (EASI/PACE) - Geomatica
•  Modulární skladba
•  Soubor parametrů PRM.PRM
•  Nativní formát (*.PIX)
•  GDB (Generic Data Base) koncept
•  Podpora křovákova zobrazení
•  Grafické modelování
•  Vazba na GIS SPANS (Quad Tree)
•  Vazba na ACE (digitální kartografie)
O
ERDAS Imagine
•  Tři uživatelské úrovně - Essentials, Advantage, Professional
•  Vlastní rastrový formát (IMG) - BIL s hlavičkou (*.HDR)
•  Výborná dokumentace (DPZ i DZO)
•  Vazba na produkty E SRI
•  Množství GIS operací a analytických nástrojů
•  Grafické modelování
•  Virtual GIS
•  Sub pixelová klasifikace
•  Vektorový modul umožňuje stavět topologické vazby
O
ER Mapper
O
•  Vše v jednom  (jedna zastřešující nabídka)
•  ALGORITMUS - koncept, kdy není generován výsledný obraz, ale popis, jak se k němu došlo
•  Vlastní datový formát - BIL plus textový soubor s hlavičkou.
•  Kompresní formát ECW
•  Výborná dokumentace
•  Editace Coverage formátu ARC/ INFO
ENVI
<3»
•  Software pro "earth science"
•  Mocný programovací nástroj   - IDL (Interactive Data Language)
•  Pracuje s obecným BSQ, BIL či BIP plus hlavičkou (header)
•  Vlastní vektorový formát
•  Komplexní nabídka nástrojů pro zpracování hyperspektrálních dat
•  Jednoduché a názorné uživatelské rozhraní.
TNTmips
•  Vlastní rastrový datový formát
•  Bohatá podpora vlastních GIS nástrojů
•  Podpora práce TIN
•  Podpora několika relačních databází
•  Bohatý dokumentační a výukový materiál
•  TNT Lite - zdarma (omezená velikost zpracovávaného souboru)
O»
TNTmips „geoformula"				<*	
	■v    .	Hl irr 1=  | Yilwrt     !*■ ii>i   j "Minul   1  rmMM 1			
	—   ^ y *	(Put pJt.R*d ■ 1 llfi.Valu* - 1 Itfjftla* /  IIft_Vi Luo *  \nJ.Vtl utl  » J OulpuC-Grflnn ■  (TlflLv^iur -  mi_V*lwi / TW.Valii» ♦  lttl_ViJiM»  * .......i :.,   - {IH.1UH - in-: -.-.i.     ■ \f V    ,   * :■:■ ".i.   ■ -.		U	
	^kHM				
					
	■"!				
	,,,. rrr „,.:|—577  h if    5srľr_f     ufí				
	-u. >. ..< n U,.i                                                  1				
					
	irsi^ÄMr------			j.	
					
					
					
					
Přehled hlavních zástupců II.
O
• IDRISI        www, clarklabs. org
• DRAGON   www.goldin-rudahl.com
•  Chips          www.geogr.ku.dk/chips/WinChips.htm
• eCognition www.definiens-imaging.com/producthtm
•  GRASS      http://grass. ba vlor. edul
• Multispec  dynamo.ecn.purdue.edu
• PIT               rst.gsfc.nasa.gov/AppB/B1.html
• MIPS            www, geog. nottingham. ac. ukl~mather
•  TOPOL       www.topol.cz
Přehled hlavních zástupců III.
• GRADS
grads.iges.org/grads/
• BEST (pro radarová data ESA)
earth, esa.int/services/stbx/software/
• USGS (unixové nástroje pro Img. Spectroscopy)
http://speclab.cr.usgs.gov/software.htinl
• LAS (LandAnalysis System )
dbwww.essc.psu.edu/lastop/run/las/doc/lastoc.html
O
Přehled hlavních zástupců IV
O
• HyperCube
http://www.tec.army.mil/Hypercube/ •ScanMagic
http://www.scanex.ru/software/scanmagic/default.htm •HRPT Reader
http://www.david-tavlor.pwp.bluevonder.co.uk/software/hrpt.hťm
• Landscape Explorer 2003
http://www.geomantics.com/
• PulSAR 6.1 Remote Sensing Radar data tools
http://www.landmap.ac.uk7
• PixelSense
http://www.alphapixel.com/products/pixelsense/
Přehled hlavních zástupců V
• EARTH
http://www.pixoneer.com •EARTHSCOPE
www.eidetic.bc.ca/—eidetic
• MicroMSI
•http://www. ngg. mil/portal/site/ngaOl/index. jsp ?
epi-
content=GENERIC&itemID=cdc86591elb3af00
VsnVCMServer23727a95RCRD&beanID=16296
30080&viewID=Article
<3»
Fotogrammetrické systémy
•  INTERGRAPH Image Station
http: / /imgs.intergraph.com/
•  LEICA Geosystems
http: / /gis.leica-geosystems.com/
•  DAT/EM
http: / /www.datem.com •OrthoEngie, PCI
www.pcigeomatics.com
•  DiAP
http: / /www.ismcorp.com/
•  PhoTopol
www.topol.cz
3t
Obecná struktura software pro            .
digitální zpracování obrazu
•  Modulární skladba (PCI) či hierarchický systém se zastřešující hlavní nabídkou (TNT Mips, ER Mapper)
•  Průvodci (Wizards)  X   Princip černé skřínky
•  Grafické uživatelské rozhraní (GUI) i příkazový řádek
•  Grafické modelování - princip vývojových diagramu
•  Využití vlastních programovacích nástrojů (např. IDL, EASI)
úprava pracovního prostredí, interface aplikace vlastních algoritmů či modelů
Grafické modelování - PCI
O
HJ.IU-WMUlWf
OtícíH >K KOM* O
Grafické modelování - ERDAS
Sensitivity Analysis Model
O
■J    i;-'::       'n-rl-r-.,.!-.;   ~-,v,r.
nff t*ns n Kí *y. «p* i
Přehled základních funkcí I. Základní způsoby vizualizace
•  BW, PC, RGB, RGBl, IHS, ...   barevné systémy (ukázka WEB)
•  Radiometrické rozlišení obrazových dat
•  3D omezení barevných systému (ukázka eCognition, spektrální kostka)
<>
Welsht               \j
Omezení a možnosti RGB I
_   h  h a
f !
^              A   ^    A
I     \\í \I7 W ^
<3»
II. Základní možnosti korekce obrazových dat
O»
•  Radiometrické
•  Atmosférické
•  Geometrické
•  Možnosti definování požadované kartografické projekce
•  Transformační algoritmy
•  Analytický přístup  - ortorektifikace s aplikací přesného modelu konkrétního senzoru (pro družice s vysokým rozlišením)
Základní operace s jedním obrazem      -Ý
•  Analýza histogramu
•  Frekvenční (Fourierovy) transformace obrazu
•  Lokální      (např. odstraňování tzv. bitových chyb)
•  Fokální      (např. filtrace obrazu)
•  Zonální      (např. operace pod maskou, AOI, ...)
•  Globální    (např. lineární transformace, viz. geometr, korekce)
•  Interpolační algoritmy - generování „povrchu" -(lokální i globální algoritmy)
Transformace multispektrálního
obrazu - vícerozměrná statistika
•  Aritmetické a logické operace s multispektrálním obrazem
•  Výpočty spektrálních (vegetačních indexů)
•  Základní nástroje mapové algebry
•  Algoritmy vícerozměrné statistiky (obrazová analýza hlavních komponent, TASSELED CAP, ...)
Klasifikace obrazu
O
•  Klasifikace s využitím a priori informace - řízená
•  Algoritmy shlukové analýzy (iterační)
•  tzv. jednoprůchodové (single pass) klasifikační algoritmy
•  Hybridní klasifikace
•  Nejpoužívanější rozhodovací pravidla (klasifikátory)
•  Subpixelová klasifikace
•  Objektově orientovaná klasifikace
•  Postklasifikační úpravy
•  Hodnocení přesnosti klasifikace
Analytické nástroje
<3»
•  MCDA multicriteria desision analysis (Multikriteriální analýza a podpora procesu rozhodování (IDRISI, TNTMips)
•  Neuronové sítě (klasifikace NN - program PIT)
•  Neostré množiny (Fuzzy logic - „nebinární" logika) příklad eCognition
•  Rozhodovací stromy a „knowledge - based classification"
•  AI - umělá inteligence a expertní systémy
Příklad použití NN Příklad použití fuzzy logic
I í	'říklad použití fuzzy logic o				
	O*-	Ěs=inSíť			
		<==:—=~j; -		^^^^^aamif	¥
					rJ
		SKT	_J    _J    _l    _l    _l    _J		3|
		=,,	l	—7^m	1
		—'------a    -"-■		am   Š&   „-a	
				C=Z]j=.	J
					B ^— H
					
Utility	<>
• Základní operace s vlastním datovým formátem	
• Moduly pro Import a Export (PCI - Geogateway)	
• Převody mezi rastrovým a vektorovým datovým	
formátem	
• Práce s běžnými vektorovými datovými formáty	
• Mapové výstupy či vazba na kartografický software	
(ACE)	
Nadstavby
<*
•  Práce s DEM - digitální obrazový záznam je specifickou formou obecného rastrového datového modelu
•  Interpolační algoritmy (PCI, ERMapper)
•  3D - vizualizace (ERDAS Virtual GIS,
•  Základní morfometrická analýza
•  Hydrologické modelování (ENVI - RIVER Tools)
•  Letový simulátor (PCI - Fly!)
Integrace základních algoritmů fotogrammetrie
•  Vnitřní a vnější orientace modelu
•  Práce se stereodvojicí obrazových záznamu
•  Generování DEM ze stereodvojice snímku
•  Ortorektifikace
•  Mozaikování
O
Analýza „nekonvenčních" druhů	V*
obrazových i neobrazových dat	
• Radarová data	
• Odlišná „radiometrická" informace	
• Specifická geometrie	
• Práce s texturou obrazu	
• Integrace s optickými daty	
Hyperspektrální data	<3»
• Rozměrovost dat	
•  Vizualizace hyperspektrálních dat - spektrální kostka (př.) •  Subpixelová klasifikace - analýza heterogenních pixelu	
Analýza: • Whole pixel methods: SAM, spectral feature fitting	
• Subpixel methods: unmixing, matched filtering	
www. geospatial-online.com/geospatialsolutions/ article/ articleDetail.jsp?id=8099	
Na závěr
•  stírá se rozdíl mezí rastrovým GIS a SW pro zpracování obrazu
•  postupně se stírají hraníce mezí DPZ a digitální fotogrammetrií
•  komplexní analýzy využívají rastrových GIS
•  rastrová data výrazně nabývají na objemu (1 m PIXElje 900 krát více j'ak 30 m PIXEL)
•  roste role kompresních formátů (ECW, MrSID)
• většina systémů přijala COM (Common obj'ect model -vazba na Windows a Visual Basic)
•  některé nové postupy jsou implementovány jako černá skříňka
•  patrná renesance UNIXu (LINUX)
•  zlepšuje se podpora kartografickým výstupům (ACE)
•  zlepšují se možnosti prezentace na internetu (ERMapper Image web server)
Zdroje obrazových dat
GLCF
http: / /glcf umiacs.umd.edu/aboutUs/ ResMap
http: / /www.resmap.com/ NOAA NESDIS
http: / / www. ne sdis. noaa. gov /
NASA Scientific data purchase
http: / /www.esa.ssc.nasa.gov/datapurchase/def
ault.aspx
6