Metody zvýrazňování obrazu III. Vícepásmová zvýraznění. Spektrální příznaky. Příznakový prostor. Podstata vícepásmových zvýraznění

Podobné dokumenty
Č ást 2 Kompozice v nepravých barvách Datové formáty Neřízená klasifikace. Program přednášky

Teorie barev. 1. Barvený model. 2. Gamut. 3. Barevný prostor. Barevný prostor různých zařízení

Práce na počítači. Bc. Veronika Tomsová

Multimediální systémy. 02 Reprezentace barev v počítači

Světlo. Podstata světla. Elektromagnetické záření Korpuskulární charakter. Rychlost světla. Vlnová délka. Vlnění, foton. c = ,8 km/h

Barvy a barevné modely. Počítačová grafika

Barevné systémy Josef Pelikán CGG MFF UK Praha

DZDDPZ8 Fourierova t., spektrální zvýraznění. Doc. Dr. Ing. Jiří Horák - Ing. Tomáš Peňáz, Ph.D. Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava

Rozšíření bakalářské práce

Úvod do vícerozměrných metod. Statistické metody a zpracování dat. Faktorová a komponentní analýza (Úvod do vícerozměrných metod)

Statistické metody a zpracování dat. IX Faktorová a komponentní analýza (Úvod do vícerozměrných metod) Petr Dobrovolný

Dálkový průzkum Země. Ústav geoinformačních technologií Lesnická a dřevařská fakulta MENDELU

Dálkový průzkum Země. Ústav geoinformačních technologií Lesnická a dřevařská fakulta MENDELU

Analýza dat v GIS. Dotazy na databáze. Překrytí Overlay Mapová algebra Vzdálenostní funkce. Funkce souvislosti Interpolační funkce Topografické funkce

Počítačová grafika. OBSAH Grafické formy: Vektorová grafika Bitmapová (rastrová grafika) Barevné modely

Profilování vzorků heroinu s využitím vícerozměrné statistické analýzy

DZDDPZ5 Zvýraznění obrazu - prahování. Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Ing. Tomáš Peňáz, Ph.D. Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava

Digitalizace a zpracování obrazu

VOLBA BAREVNÝCH SEPARACÍ

Možnosti podpory plošné inventarizace kontaminovaných míst interpretací multi- a hyperspektrálního snímkování Jana Petruchová Lenka Jirásková

Zobrazování barev Josef Pelikán CGG MFF UK Praha.

Univerzita Pardubice 8. licenční studium chemometrie

Analýza a zpracování digitálního obrazu

DUM 01 téma: Úvod do počítačové grafiky

Barevné modely, práce s barvou. Martin Klíma

Faktory ovlivňující intenzitu záření. Spektrální chování objektů. Spektrální odrazivost. Spektrální chování. Spektrální chování objektů [ ]

DPZ. Modelování s daty DPZ. Poměrové indexy. Vegetační indexy. Část 4. Modelování s daty DPZ Multitemporální analýza

Počítačová grafika. Studijní text. Karel Novotný

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

Výukový materiál v rámci projektu OPVK 1.5 Peníze středním školám

Přednáška 13 Redukce dimenzionality

GIS ANALÝZA VLIVU DÁLNIČNÍ SÍTĚ NA OKOLNÍ KRAJINU. Veronika Berková 1

Barvy. Radek Fiala. Podpořeno z projektu FRVŠ 584/2011

Lineární algebra Operace s vektory a maticemi

Dálkový průzkum Země

Světlo, které vnímáme, představuje viditelnou část elektromagnetického spektra. V

ELEKTROMAGNETICKÉ SPEKTRUM PRO POTŘEBY DPZ

Digitální učební materiály ve škole, registrační číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/

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

DPZ - Ib Interpretace snímků

Informační a komunikační technologie. Základy informatiky. 5 vyučovacích hodin. Osobní počítače, soubory s fotografiemi

Č ást 1 Základníprincipy, senzory, multispektrálnídata. Co je DPZ?

Grafické systémy. Obrázek 1. Znázornění elektromagnetického spektra.

Úvod do počítačové grafiky

Spektrální chování objektů

ODRAZ A LOM SVĚTLA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Septima - Fyzika - Optika

Jasové transformace. Karel Horák. Rozvrh přednášky:

Kde se používá počítačová grafika

Univerzita Pardubice. Fakulta ekonomicko-správní Ústav systémového inženýrství a informatiky

Geometrická optika. Vnímání a měření barev. světlo určitého spektrálního složení vyvolá po dopadu na sítnici oka v mozku subjektivní barevný vjem

Základy informatiky. 10 Počítačová grafika

HYPERSPEKTRÁLNÍ METODY

0.1 Úvod do lineární algebry

Fakulta chemicko technologická Katedra analytické chemie

Přednáška kurzu MPOV. Barevné modely

Počítačová grafika - úvod

1 Tyto materiály byly vytvořeny za pomoci grantu FRVŠ číslo 1145/2004.

Barva. v počítačové grafice. Poznámky k přednášce předmětu Počítačová grafika

Stanovení povrchových vlastností (barva, lesk) materiálů exponovaných za podmínek simulující vnější prostředí v QUV panelu

Spektrální chování objektů

Robust 2014, ledna 2014, Jetřichovice

13 Barvy a úpravy rastrového

Kanonická korelační analýza

Elements. Grafický manuál. Vypracoval Šimon Genzer

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

Grafika na počítači. Bc. Veronika Tomsová

Signál v čase a jeho spektrum

VYUŽITÍ POČÍTAČOVÉ GRAFIKY

Přednáška kurzu BZVS. Barevné modely

Barvy v počítačové grafice

0.1 Úvod do lineární algebry

Zpracování digitalizovaného obrazu (ZDO) - Popisy III

Digitální fotografie. Mgr. Milana Soukupová Gymnázium Česká Třebová

DPZ - IIa Radiometrické základy

Uspořádanou n-tici reálných čísel nazveme aritmetický vektor (vektor), ā = (a 1, a 2,..., a n ). Čísla a 1, a 2,..., a n se nazývají složky vektoru

Vyhodnocení 2D rychlostního pole metodou PIV programem Matlab (zpracoval Jan Kolínský, dle programu ing. Jana Novotného)

1. Vlastnosti diskretních a číslicových metod zpracování signálů... 15

Řízení robota pomocí senzoru barev. Tematický celek: Světlo. Úkol:

Operace s obrazem. Biofyzikální ústav LF MU. Projekt FRVŠ 911/2013

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. snímače foto. p. 2q. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

Omezení barevného prostoru

Téma: Barevné modely, formáty souborů

Webové stránky. 6. Grafické formáty pro web. Datum vytvoření: str ánk y. Vytvořil: Petr Lerch.

Grafický manuál Zelená vlna, Zpravodaj Zelené vlny

Algoritmizace prostorových úloh

5.3.1 Disperze světla, barvy

Barvy a barevné systémy. Ivo Peterka

B_PPG PRINCIPY POČÍTAČOVÉ GRAFIKY

Cvičení 4 komplexní zpracování dat. Analýza povodí řeky Kongo

Asociativní sítě (paměti) Asociace známého vstupního vzoru s daným výstupním vzorem. Typická funkce 1 / 44

Necht tedy máme přirozená čísla n, k pod pojmem systém lineárních rovnic rozumíme rovnice ve tvaru

Spektrální charakteristiky

Gymnázium Jana Pivečky a Střední odborná škola Slavičín. III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Determinanty. Obsah. Aplikovaná matematika I. Pierre Simon de Laplace. Definice determinantu. Laplaceův rozvoj Vlastnosti determinantu.

1 Vektorové prostory.

vzorek vzorek

1 Projekce a projektory

Operace s maticemi

doc. Dr. Ing. Elias TOMEH Elias Tomeh / Snímek 1

Simulace. Simulace dat. Parametry

Transkript:

Podstata vícepásmových zvýraznění Metody zvýrazňování obrazu III Vícepásmová zvýraznění DN hodnoty jako příznaky a, tzv. příznakový prostor. Vytváření nových pásem s cílem zvýšit odlišení různých objektů - rozšíření příznakového prostoru Hledání nových - nejinformativnějších pásem - tzv. zúžení příznakového prostoru bez podstatné ztráty informace. Odstranění redundantní informace obsažené v pásmech úzce korelovaných Spektrální příznaky Ze spektrálního chování tedy lze pro každý objekt odvodit tzv. spektrální příznaky. Tyto příznaky jsou pro daný typ povrchů typické. Příznakový prostor Jednotlivé spektrální příznaky definují osy vícerozměrného prostoru Ten označujeme jako příznakový prostor. Definování spektrálních příznaků a jejich poloha v příznakovém prostoru jsou důležitým krokem při automatickém rozpoznávání objektů na snímcích. Obrazový prostor (Image space) Spektrální prostor (Spectral space) Vytváření barevných syntéz Barevné kompozice z pásem původních empirie Vhodnost jednotlivých pásem LANDSAT TM Příznakový prostor (Feature space)

Objektivní metody tvorby barevných syntéz Syntéza je složena z pásem, která dávají nejvíce odlišné informace - tedy jsou mezi sebou co nejméně korelována. Obrazová analýza hlavních komponent Optimum index factor (OIF): OIF = j= k = S k ( j ) Abs r S k - směrodatná odchylka pro pásmo k r i - hodnota korelačního koeficientu mezi libovolnými dvěma pásmy v dané kompozici. Kompozice s nejvyšší hodnotou OIF bude dávat nejvíce informace (PCA - Principal Component Analysis) se používá jako prostředek zvýraznění obrazu k vizuální interpretaci i jako metoda zvýraznění obrazu před jeho automatickou klasifikací. Analýzou hlavních komponent lze další zpracování omezit na méně pásem bez podstatné ztráty informace - redukuje tedy rozměrnost (dimensionalitu) zpracování. PCA je statistická metoda, která rotuje osami vícerozměrného prostoru tvořícího multispektrální snímek, a to ve směru maximálního rozptylu dat. PCA - základní východiska Princip PCA Výstup PCA Výstup PCA jednotlivá transformovaná pásma PC PC PC PC + = atm + atm + atm + a4tm 4 + a5tm 5 a6tm 7 = btm + btm + btm + b4tm 4 + b5tm 5 b6tm 7 PC + Číslo Vlastní Procenta Kumulov. Zátěže PC čísla rozptylu procenta TM TM TM TM4 TM5 TM7 6,96 75,6 75,6 0,4 0,8 0,46 0,0 0,78 0,454 68,4,80 98,4 0,5 0,050 0,9-0,96-0,0 0,7,80, 99,55 0,55 0, 0,5 0,0-0,5-0,064 4 7,79 0,6 99,8-0,64-0,4-0,07 0,68-0,4 0,8 5 4,54 0,5 99,96 0,7-0,0-0,668-0,04 0,000 0,86 6, 0,04 00,00-0, 0,9-0,4-0,044-0,0 0,069 PC4 PC5 PC6

Výstup PCA barevná syntéza z PC, PC a PC Transformace IHS Jakýkoliv barevný obraz může být popsán také v kategoriích intensity (jasu), odstínu a sytosti každé barvy (IHS, Intensity - Hue - Saturation). Intenzita je mírou jasu v obraze Odstín je mírou barvy a reprezentuje dominující vlnovou délku ve světle Sytost reprezentuje hloubku čistoty barvy vzhledem k odstínu šedi. V systému IHS lze zvýrazňovat jednotlivé složky nezávisle na složkách zbývajících - tedy pokud upravíme kontrast složky představující intenzitu, sytost a odstín se nezmění. Transformace mezi RGB a IHS barevnými systémy Transformace IHS Transformace IHS V rámci zpracování obrazových záznamů existuje řada algoritmů, využívajících vzájemné transformace mezi oběma barevnými systémy především pro: zvýraznění obrazu spojování (fůzi) dat s různým rozlišením PAN a MS spojování dat z různých typů senzorů Pro IHS transformace platí, že data s největším prostorovým informačním obsahem (lineární prvky, textura) by měla být přiřazena intenzitě. Data s největším dynamickým rozsahem by měla být přiřazena odstínu. Malé rozdíly v sytosti nejsou postřehnutelné lidským okem a měly by být proto použity pro nejméně výrazná data. Konverze pásem LANDSAT RGB (,4,5) do IHS Zvýraznění H Konverze IHS do RGB

Transformace Martina-Taylora Transformace barevného obrazu do systému zobrazení, který více odpovídá citlivosti lidského vidění. Jednotlivé složky tohoto systému jsou mírou zastoupení jasu, červeno-zelené barvy a modro-žluté barvy ve výsledném obraze. Pořadí těchto složek zároveň vyjadřuje jejich důležitost ve zrakovém systému člověka. Jako vstupu se používá výsledků analýzy hlavních komponent: (PC jas, PC- červeno-zelená a PC- modrožluté barvy ). Tyto obrazy jsou transformovány do systému RGB následujícími vztahy: Konverze pásem LANDSAT RGB (,4,5) do IHS Zvýraznění I, S Konverze IHS do RGB R = (55 - PC + PC/) * PC/56 R - (0,8) G = (PC + PC/) * PC/56 G (0,8) B = (55 - PC) * PC/56 B (0,55) Nové obrazy jsou lineárně transformovány do rozsahu 0-55 Transformace Martina-Taylora Barevnou syntézu lze použít k vizuální interpretaci, jednotlivá pásma mohou vstupovat do klasifikace obrazu. Dekorelační techniky Techniky zvýraznění více pásem výhodné pro zpracování vysoce korelovaných dat. Tradiční techniky zvýraznění kontrastu v RGB systému rozšiřují pouze rozsah intensity barev, odstín či sytost se nemění. Právě odstín barev bývá nejdůležitější při identifikaci objektů. Odstraněním korelace mezi zobrazovanými pásmy lze tento problém do jisté míry vyřešit. Použitím analýzy hlavních komponent a následným zvýrazněním kontrastu dosáhneme změny barevného odstínu, vzniká však problém, že nové barvy objektů jsou často velmi odlišné od barev původních, což může způsobovat problémy při jejich identifikaci. Existují tedy techniky, které jsou modifikací analýzy hlavních komponent a které zachovávají barevné odstíny jevů a objektů. Tato dekorelační zvýraznění zahrnují úpravu kontrastu hlavních komponent a jejich následnou transformaci zpět do barevného systému RGB Dekorelační techniky zvýrazňují především sytost barev, intenzita a odstín se mění pouze málo. Takto zvýrazněné barevné syntézy se proto interpretují snáze, než barevné syntézy vytvořené z hlavních komponent. Dekorelační techniky - obecný postup C C h h * a * a * n ** n * * * n *** n ** *** * e ** e * * * * l *** l * * ** ** ** A * A * +------------------------ +------------------------ channel B channel B Metoda má tři základní kroky:. Transformace metodou hlavních komponent. Škálování hodnot (aby všechna transformovaná pásma měla stejný rozptyl jako první komponenta). Zpětná (inverzní) transformace Příklad dekorelačního zvýraznění plochy s vegetací 4

Příklad dekorelačního zvýraznění horniny a minerály Dekorelační zvýraznění pásem,,,4,5 Transformace PCA do tří hlavních komponent Spojování (fůze) dat s různým prostorovým rozlišením Metody transformace barevného prostoru slouží vedle zvýrazňování také k spojování PAN a MS obrazových dat Obecný princip: MS data s menším prostorovým rozlišením se převedou z RGB barevného systému do systému IHS. Složka intenzity-jasu (I) se nahradí daty s vysokým rozlišením (PAN). Provede se zpětná transformace z IHS do RGB Výsledkem jsou barevná data s vysokým rozlišením Algoritmy pro fůzi dat Metoda HEXCONE (viz IHS) Metoda Broveyho transformace Jednotlivé složky nového obrazu se vypočtou následujícím způsobem: R = (R / (R + G + B)) * I G = (G / (R + G + B)) * I B = (B / (R + G + B)) * I kde I představuje data s vysokým rozlišením MS 0 m PAN 5 m IHS Aritmetické operace s pásmy multispektrálního obrazu Obrazové podíly Potlačení vlivů topografie různých DN hodnot v důsledku různě osvětlených svahů Výpočet spektrálních indexů (zvýrazňují vegetační složku či různé druhy minerálů) Obecně se konstruují tak, že v čitateli je pásmo, ve kterém zvýrazňovaný povrch intenzivně odráží a ve jmenovateli naopak pásmo, ve kterém povrch pohlcuje Příklady: TM4/TM vegetační index TM/TM zvýrazňuje výskyt půd s oxidy železa TM5/TM7 zvýrazňuje místa s výskytem jílových minerálů 5

Obrazové podíly Násobení obrazů Technika pro maskování vybraných ploch na snímku. Zájmová plocha má hodnotu pixelů, ostatní plochy hodnotu 0. Když touto "maskou" je vynásoben jiný obraz, dostaneme ve výsledku pouze zájmovou plochu, ostatní plochy mají nulové hodnoty. Druh Orientace DN hodnoty svahů povrchu ke Slunci Pásmo A Pásmo B Podíl A/B Pokud dva povrchy mají podobné hodnoty odrazivosti ve dvou pásmech lze jejich roznásobením zvýšit mezi nimi kontrast. listnáče osvětlené 48 50 0.96 zastíněné 8 9 0.95 jehličnany osvětlené 45 0.69 zastíněné 6 0.69 Součet obrazů Přičtení výsledku vysokofrekvenční filtrace k původnímu obrazu ostřící filtr. Součet snímků jako celková míra vhodnosti mapová algebra Konverze RGB IHS HEXCONE model Min = Minimum(R,G,B) Delta = Max - Min I = Max If (Max <> 0) S = Delta / Max If (Max = 0) S = 0 Rozdíl obrazů If (S = 0) H = 0 (Odstín není definován) Jednoduchá metoda stanovení změn mezi dvěma časovými horizonty. Nulový výsledek indikuje žádnou změnu, nenulové hodnoty indikují určité změny. Znaménko výsledku určuje směr změny. Operaci odčítání lze aplikovat na původní pásma i na výsledky klasifikace If (R = Max) H = (G - B) / Delta (mezi žlutou a purpurovou - yellow a magenta) If (G = Max) H = + (B - R) / Delta (mezi azurovou a žlutou - cyan a yellow) If (B = Max) H = 4 + (R - G) / Delta (mezi purpurovou a azurovou - magenta a cyan) H = H * 60 (konverze Odstínu a stupně) If (H < 0) H = H + 60 (Odstín musí být kladná hodnota) If (H >= 60) H = H - 60 (Odstín musí být hodnota menší než 60) Hodnoty odstínu a sytosti musí být transformovány do 8bitových čísel: H = H * (55 / 60) S = S * 55 Konverze RGB IHS CYLINDER model R = Red, G = Green, B = Blue I = Intensity, H = Hue, S = Saturation K = / sqrt() K = / sqrt() K6 = / sqrt(6) PI (.459) RadToDeg = 80 / PI (konverze RAD DEG) B = K6 * (*B - R - G) Kanonická (canonical) komponentní analýza (analýza obecných komponent) X = K * (G - R) I = K * (R + G + B) If (B = 0) then If (R <= G) H = 90 If (G < R) H = 70 If (B <> 0) then H = RadToDeg * atan(x / B) If (G > R and H < 0) H = H + 80 If (G < R and H > 0) H = H + 80 If (G = R and R > B) H = 80 If (H < 0) H = H + 60 If (H >= 60) H = H - 60 Škálování do 0-55: I = I * (55 / 44) H = H * (55 / 60) Transformace je prováděna pro určitéčásti obrazu, reprezentující určitý typ povrchu a které v příznakovém prostoru vytváří shluky. Nový systém souřadnic definující nová transformovaná pásma (CC, CC - canonical components) je vypočten tak, aby separabilita mezi těmito shluky byla co největší a rozptyl v rámci každého shluku naopak co nejmenší. S = S * (55 / 08.066) 6