Nekonvenční metody snímání zemského povrchu

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Nekonvenční metody snímání zemského povrchu"

Marian Vlček
před 6 lety
Počet zobrazení:

1 Specifika nekonvenčních metod Nekonvenční metody snímání zemského povrchu Odlišná technika vytváření obrazu - obraz je vytvářen postupně po jednotlivých obrazových prvcích (pixelech) Velké spektrální rozlišení. (fotografické metody, až,9 mikrometrů), nekonvenční (od, do mikrometrů). Omezené prostorové rozlišení - rozměr obrazového prvku se pohybuje v intervalu od jednotek metrů do několika desítek či stovek metrů. Registrace v dynamickém režimu a specifické formy geometrických zkreslení. Nosiče se pohybují po předem definovaných drahách, obrazové záznamy jsou zaznamenávány elektronicky, a jsou snáze porovnatelné Zaznamenávání obrazových záznamů v digitální (číslicové) podobě umožňuje automatizovat některé kroky jejich zpracování a kombinaci s jinými digitálními daty v GIS. Televizní systémy Představovaly přechod mezi klasickými fotografiemi a snímacími rozkladovými zařízeními. Pracovaly ve viditelném a infračerveném oboru spektra. Televizní systémy Televizního systému využívaly první meteorologické družice TIROS Vedle klasických televizních systémů lze využívat i videokamer nebo tzv. vidikonových kamer se zpětným paprskem. Systém RV (Return eam Vidicon) na družicích LNDST, snímal ve viditelné a blízké IČ části spektra. Prostorová rozlišovací schopnost byla u snímků z LNDST a 2 kolem 8 metrů, u LNDST kolem 2 metrů v tzv. panchromatickém módu. Měřítko originálního obrazu se pohybovalo kolem :7,2 mil. Fungovaly například také na sovětských družicích METEOR, přístroje nesly označení MSU. Snímací rozkladová zařízení Příčné skenování (mechanooptický) skener Přístroj obsahuje měřící prvek radiometr, který měří radiaci z určité elementární plochy zemského povrchu v určitém intervalu spektra. Velikost této plochy je dána jednak technickými parametry snímacího zařízení, jednak konfigurací celého systému - především výškou letu nosiče. Téměř všechny systémy dnes pracují jako multispektrální - tedy vytvářejí několik obrazových záznamů snímaného území v několika intervalech spektra Používané detektory radiometrů lze rozdělit na tepelné (množství dopadající energie je přímo úměrné změně teploty čidla) a detektory fotonové (zaznamenávají intenzitu dopadajících fotonů) a jsou přesnější. Výstupní signál je zaznamenáván v určitém počtu úrovní - v tzv. dynamickém rozsahu. Obrazová data zaznamenaná v 26 úrovních se označují jako 8-bitová.

obrazových záznamů Odlišný způsob vytváření obrazu oproti letecké fotografii vnáší do výsledného obrazu jiná geometrická zkreslení tangenciální změny měřítka kolísání velikosti

2 Snímací přístroje II. Skener vytváří obrazový záznam, který vzniká po částech (obrazových prvcích). Měřícím prvkem přístroje je tzv. radiometr. Podélné skenování (elekotooptický) skener Digitální kamery Nezobrazující zařízení profilové radiometry výškoměry (altimetry) rozptyloměry (skaterometry) Geometrické vlastnosti obrazových záznamů Odlišný způsob vytváření obrazu oproti letecké fotografii vnáší do výsledného obrazu jiná geometrická zkreslení tangenciální změny měřítka kolísání velikosti obrazového prvku relativní změny v poloze objektů v důsledku jejich různé výšky Tangenciální změny měřítka Ve směru kolmém na pohyb nosiče se mění rozměr obrazového prvku a následně se deformují tvary zobrazených objektů 2

Kolísání velikosti obrazového prvku Poziční chyby v poloze objektů Relativní změny v poloze

prvku příčně skenovaného obrazového záznamu Porovnání efektu relativní změny v poloze objektů na

obrazová i neobrazová data metodami dálkového průzkumu delší dobu Nejedná se pouze o jednu

záznamů, z hlediska technických parametrů nosiče i z hlediska parametrů snímacího zařízení

Základní vlastností, která ovlivňuje většinu dalších parametrů systému je oběžná dráha družice.

3 Kolísání velikosti obrazového prvku Poziční chyby v poloze objektů Relativní změny v poloze objektů jsou způsobeny jejich různou nadmořskou výškou Princip kolísání velikosti obrazového prvku příčně skenovaného obrazového záznamu Porovnání efektu relativní změny v poloze objektů na letecké fotografii (a) a skenovaném záznamu (b) Družicové systémy Většina družic pořizuje obrazová i neobrazová data metodami dálkového průzkumu delší dobu Nejedná se pouze o jednu družici, ale o družic několik, které mají z hlediska kompatibility pořizovaných obrazových záznamů, z hlediska technických parametrů nosiče i z hlediska parametrů snímacího zařízení podobné vlastnosti. Tyto jsou pak označovány jako družicové systémy. Základní vlastností, která ovlivňuje většinu dalších parametrů systému je oběžná dráha družice. Oběžné dráhy družic dráhy rovníkové dráhy šikmé dráhy subpolární Dráhu charakterizuje především výška a inklinace

4 Rovníková oběžná dráha (geostacionární) Subpolární oběžná dráha Družice pro výzkum přírodních zdrojů Země (LNDST, SPOT, TERR, ) METEOST Subpolární oběžná dráha Systém drah družice LNDST Princip dráhy synchronní se sluncem (heliosynchronní) Přelety družic LNDST nad ČR Přelety družic SPOT nad ČR Šířka scény 8 km Šířka scény 6 km

Velikost scény pro vybrané družicové systémy Systém pozemních přijímacích stanic družic LNDST

záznamu Digitální snímek Digitální snímek se skládá z množství tzv. obrazových prvků (pixelů).

digitálního snímku Obrazový záznam charakterizují čtyři základní druhy rozlišovacích

Časové rozlišení Radiometrické rozlišení Udává počet úrovní, do nichž je obraz zaznamenán

5 Velikost scény pro vybrané družicové systémy Systém pozemních přijímacích stanic družic LNDST příjem zpráv o stavu družice vysílání povelů příjem snímků Vznik digitálního obrazového záznamu Digitální snímek Digitální snímek se skládá z množství tzv. obrazových prvků (pixelů). Každý pixel nese jedno číslo toto číslo je prezentováno jako odstín šedi Vlastnosti digitálního snímku Obrazový záznam charakterizují čtyři základní druhy rozlišovacích schopností:. Radiometrické rozlišení 2. Spektrální rozlišení. Prostorové rozlišení. Časové rozlišení Radiometrické rozlišení Udává počet úrovní, do nichž je obraz zaznamenán 6-bitů (6 úrovní) LNDST MSS 8-bitů (26 úrovní) LNDST TM úrovně 26 úrovní -bitů (2 úrovní) NO - VHRR Reálná čísla 2 tis., komplexní čísla SR

Spektrální rozlišení Počet vytvářených snímků v MS režimu Šířka intervalu zaznamenaných

panchromatický snímek multispektrální snímky hyperspektrální snímky Družice Pixel

Prostorové rozlišení Měřítko mapy a potřebná velikost pixelu :,7 m Quickird PN : m

velikost obrazového prvku nutná k interpretaci určitých objektů Objekt jednotlivé menší

(m) 2 Časové rozlišení Frekvence s jakou systém vytváří snímky stejného území:.6. 2 7.

2 6 dnů Časové rozlišení frekvence s jakou systém vytváří snímky stejného území:

6 Spektrální rozlišení Počet vytvářených snímků v MS režimu Šířka intervalu zaznamenaných vlnových délek Prostorové rozlišení Zhruba odpovídá velikosti obrazového prvku panchromatický snímek multispektrální snímky hyperspektrální snímky Družice Pixel METEOST 7 2,- km NO 7, km Quickird 2,6 m LNDST 7 () m SPOT 2, () m Prostorové rozlišení Prostorové rozlišení Měřítko mapy a potřebná velikost pixelu :,7 m Quickird PN : m Ikonos PN : 2 2, m SPOT PN : - 6 m IRS- PN : m SPOT PN : 2 m LNDST TM Minimální velikost obrazového prvku nutná k interpretaci určitých objektů Objekt jednotlivé menší budovy a cesty menší silnice a vodní toky hlavní silnice a bloky budov Velikost pixelu (m) 2 Časové rozlišení Frekvence s jakou systém vytváří snímky stejného území: dnů Časové rozlišení frekvence s jakou systém vytváří snímky stejného území: Družice Časové rozliš. Šířka scény Pixel METEOST 7 minut polokoule 2,- km NO 7 2 hodin 26 km, km Quickird 2 2- dny km,6 m LNDST 7 6 dnů 8 km () m SPOT 26 dnů 6 km 2, () m Časové rozlišení snímků z LNDSTu 6

Histogram obrazu základní způsob informace o rozložení DN hodnot v obraze základní prostředek pro zvýraznění obrazu (úpravu kontrastu) nástroj pro jednoduchou klasifikaci Histogram obrazu Pro prvotní

82,6 medián: 8, minimum: 6 maximum: 2 směrodatná odchylka: 26,9 Základní způsoby vizualizace arevná kostka. černobílý obraz 2. barevná syntéza (RG systém).

7 Histogram obrazu základní způsob informace o rozložení DN hodnot v obraze základní prostředek pro zvýraznění obrazu (úpravu kontrastu) nástroj pro jednoduchou klasifikaci Histogram obrazu Pro prvotní analýzu jsou důležité tyto charakteristiky tvar histogramu (počet vrcholů, lokální minima) rozsah zaznamenaných DN hodnot (min a max) poloha v rámci možného dynamického rozsahu aritmetický průměr: 82,6 medián: 8, minimum: 6 maximum: 2 směrodatná odchylka: 26,9 Základní způsoby vizualizace arevná kostka. černobílý obraz 2. barevná syntéza (RG systém). pseudobarevný obraz (indexové barvy) ditivní skládání barev Snímky v odstínech šedi (panchromatické snímky) arevná syntéza (multispektrální snímky) Vstupní R pásmo G Výsledný odstín černá tmavě šedá šedá světle šedá bílá Vstupní pásma R G 2 Výsledná barva černá tmavě šedá tmavě zelená zelená žlutá bílá 7

Syntéza v přirozených barvách,-, µm Syntéza v nepravých barvách,-,6 µm,6-,7 µm,-,6 µm,6-,7

klasifikace ) Obrazové soubory, systém uložení dat Vstupní pásmo 2 R 7 G 2 Výsledná barva bílá

obrazové formáty: IP IL SQ SQ (band sequentional) IL (band interleaving by line) IP (band

nároky na objem obrazových dat jsou podmíněny následujícími faktory: zlepšování prostorového

scény [km] 8 x 8 8 x 8 6 x 6 Počet pásem 7 Rozměr pixelu [m] 8 (2) 2 Paměťové nároky [M] 27

8 Syntéza v přirozených barvách,-, µm Syntéza v nepravých barvách,-,6 µm,6-,7 µm,-,6 µm,6-,7 µm,8-,9 µm Snímek z infračervené části spektra Pseudobarevný režim (Snímky jako výsledky klasifikace ) Obrazové soubory, systém uložení dat Vstupní pásmo 2 R 7 G 2 Výsledná barva bílá světle hnědá žlutá Pásmo Pásmo tmavě zelená zelená Pásmo 2 8 tmavě modrá modrá Obecné obrazové formáty: IP IL SQ SQ (band sequentional) IL (band interleaving by line) IP (band interleaving by pixel) Kompresní algoritmy Objemy dat u vybraných družicových scén Zvyšující se nároky na objem obrazových dat jsou podmíněny následujícími faktory: zlepšování prostorového rozlišení snímků hyperspektrální snímání Družice a typ dat LNDST MSS LNDST TM SPOT XS Rozměr scény [km] 8 x 8 8 x 8 6 x 6 Počet pásem 7 Rozměr pixelu [m] 8 (2) 2 Paměťové nároky [M] 27 potřeba přenosu dat (internet) SPOT PN 6 x 6 6 Dělení algoritmů: ztrátové a bezztrátové symetrické a asymetrické kompresní poměr, RMS error 8

9 ezztrátové algoritmy RLE (Run Length Encoding) PX, MP podle RLE algoritmu bude kódování: Hufmannovo kódování Založeno na postupném sčítání frekvencí DN hodnot, které se v histogramu snímku vyskytují s nejmenší pravděpodobností LZW komprese TIFF, GIF Hledá se opakovaný výskyt stejných sekvencí hodnot. Uchovává se pouze odkaz na první výskyt řetězce. Ztrátové algoritmy Fourierovy transformace, DT - JPEG Posloupnost sin a cos funkcí (analogie analýzy časových řad ve 2D) Fraktálové komprese Vlnkové komprese MrSID Multi-resolutiom Seamless Image Database EW Podpůrná data obrazových záznamů georeferenční data georeferenční body bitové mapy vektorová prezentace liniových prvků spektrální příznaky textové informace zobrazovací tabulky pseudobarevné tabulky parametry dráhy nosiče 9

Podobné dokumenty

Ing. Jiří Fejfar, Ph.D. Dálkový průzkum Země

Ing. Jiří Fejfar, Ph.D. Dálkový průzkum Země strana 2 Co je DPZ Dálkový průzkum je umění rozdělit svět na množství malých barevných čtverečků, se kterými si lze hrát na počítači a odhalovat jejich neuvěřitelný