Nekonvenční metody snímání zemského povrchu Specifika nekonvenčních metod • Odlišná technika vytváření obrazu - obraz j'e vytvářen postupně po jednotlivých obrazových prvcích (pixelech) • Velké spektrální rozlišení, (fotografické metody 0,3 až 0,9 mikrometrů), nekonvenční (od 0,3 do 14 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 snímané uzemí 185 x185 km >_J směr pohybu družice 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. vid ikonových kamer se zpětným paprskem. Systém RBV (Return Beam Vidicon) na družicích LANDSAT, snímal ve viditelné a blízké IČ části spektra. Prostorová rozlišovací schopnost byla u snímků z LANDSAT 1 a 2 kolem 80 metrů, u LANDSAT 3 kolem 24 metrů v tzv. panchromatickém módu. Měřítko originálního obrazu se pohybovalo kolem 1:7,25 mil. Fungovaly například také na sovětských družicích METEOR, přístroje nesly označení MSU. Snímací rozkladová zařízení Přístroj obsahuje měřící prvek - ra 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 256 úrovních se označují jako 8-bitová. Příčné skenování (mechanooptický) skener detektory smer pohybu 1 Snímací přístroje IL Skener - vytváří obrazový záznam, který vzniká po částech (obrazových prvcích). Měřícím prvkem přístroje je tzv. radiometr. Podélné skenování (elekotooptický) skener smer pohybu série CCD detektorů Digitální kamery Nezobrazující zařízení • profilové radiometry • výškomery (altimetry) • rozptylomčry (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 ÍČX> JT ^jr -4T 1 i*' Tangenciální změny měřítka Ve směru kolmém na pohyb nosiče se mění rozměr obrazového prvku a následně se deformují tvary zobrazených objektů konstantní úhlová rychlost rotujícího zrcadla letecká fotografie \ \ ' N \ \ Q . . \ \ \ \ \ \ \ O \ \ ' 1 \ \ s J \ proměnlivé příčné měřítko skenovaný záznam příčného skeneru 3 ^ C " s N \ N N \ s v ^ 5 , J smer pohybu Kolísání velikostí obrazového prvku <> skenovaná řádka směr pohybu Princip kolísání velikosti obrazového prvku příčně skenovaného obrazového záznamu Poziční chyby v poloze objektů Relativní změny v poloze objektů jsou způsobeny jejich různou nadmořskou výškou letecká fotografie skenovaný obr, záznam -o smer pohybu Porovnání efektu relativní změny v poloze objektů na letecké fotografii (a) a skenovaném záznamu (b) Družicové systémy • Většina družic pořizuje obrazová i ne obrazová 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 e/JTrack/3D/ JTrack3D.html http://science.nasa.gov/RealTim METEOSAT (EUMETSAT) 0° longitude GOMS (RUSSIA) 76°E 3 Rovníková oběžná dráha (geostacionární) HS Subpolární oběžná dráha Družice pro výzkum přírodních zdrojů Země (LANDSAT, SPOT, TERRA, Subpolární oběžná dráha Princip dráhy synchronní se sluncem (heliosynchronní) Přelety družic LANDSAT nad CR Šířka scény 185 km Přelety družic SPOT nad CR Šířka scény 60 km Velikost scény pro vybrané družicové systémy Systém pozemních přijímacích stanic družic LAN D SAT • příjem zpráv o stavu družice • vysílání povelů • příjem snímků Digitální snímek 1 S m 1 170 238 3r> 255 221 0 ■38 ■ 36 17 170 119 68 ^ 221 0 238 136 0 ?.r>5 .^H > 119 255 3r> 170 136 238 y»'. 17 221 68 116 ■-">;:■ 85 170 119 221 17 ■ 36 Digitální snímek se sklác obrazových prvků (pixeli číslo - toto číslo je preze Lá 0-nt z množství tzv. Každý pixel nese jedno ováno jako odstín šedi Vlastnosti digitálního snímku Obrazový záznam charakterizují čtyři základní druhy rozlišovacích schopností: 1. Radiometrické rozlišení 2. Spektrální rozlišení 3. Prostorové rozlišení 4. Časové rozlišení Radiometrické rozlišení Udava počet úrovni, do nichž je obraz zaznamenán 6-bitů (64 úrovní LANDSAT MSS ■*► 8-bitů (256 úrovní) LANDSAT TM -► 10-bitů (1024 úrovní) NOAA-AVHRR Reálná čísla 32 tis., komplexní čísla S AR Spektrální rozlišení Počet vytvářených snímků v MS režimu Šířka intervalu zaznamenaných vlnových délek panchromatický snímek 0,4 fim 0 7nm multispektrální snímky E hyperspektrální snímky Blue+Greern-Red Blue Ksd ^0.1 ii Prostorové rozlišení Zhruba odpovídá velikosti obrazového prvku Družice METEOSAT 7 NOAA 17 QuickBird 2 LANDSAT 7 SPOT 5 Pixel 2,5-5 km 1,1 km 0,65 m 30 (15) m 2,5 (10) ml Prostorové rozlišení Měřítko mapy a potřebná velikost pixelu 1: 5000 0,7 m QuickBird PAN 1: 10 000 1 m Ikonos PAN 1: 25 000 2,5 m SPOT 5 PAN 1: 50 000 5 - 6 m IRS-IC PAN 1: 100 000 10 m SPOT 4 PAN 1: 250 000 30 m LANDSAT TM Prostorové rozlišení Minimální velikost obrazového prvku nutná k interpretaci určitých objektů Objekt Velikost pixelu (m) jednotlivé menší budovy a cesty 2 menší silnice a vodní toky 5 hlavní silnice a bloky budov 10 Časové rozlišení Frekvence s jakou systém vytváří snímky stejného území: 1.6. 2003 17.6. 2003 3.7. 2003 16 dnů O Časové rozlišení snímků z LANDSATu Časové rozlišení - frekvence s jakou systém vytváří snímky stejného území: Družice Časové rozliš. Šířka scény Pixel METEOSAT 7 30 minut polokoule 2,5-5 km NOAA 17 12 hodin 2600 km 1,1 km QuickBird 2 2-4 dny 11 km 0,65 m LANDSAT 7 16 dnů 185 km 30 (15) m SPOT 5 26 dnů 60 km 2,5 (10) m 6 Histogram obrazu • základní způsob informace o rozložení DN hodnot v obraze • základní prostředek pro zvýraznění obrazu (úpravu kontrastu) • nástroj pro jednoduchou klasifikaci 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 Histogram obrazu aritmetický průměr: medián: 127 255 82,6 80,0 minimum: 6 maximum: 254 směrodatná odchylka: 26,9 Základní způsoby vizualizace 1. černobílý obraz 2. barevná syntéza (RGB systém) 3. pseudobarevný obraz (indexové barvy) Barevná kostka H 255 M büä Unie šedi G /o 255 B C y 255 BB| Aditivní skládání barev Snímky v odstínech šedi (panchromatické snímky) Vstupní pásmo Výsledný R G B odstín 0 0 0 černá 30 30 30 tmavě šedá 128 128 128 sedá 210 210 210 světle šedá 255 255 255 bílá Barevná syntéza (mu lt i spektrální snímky) Vstupní pásma Výsledná R G B barva 0 0 0 černá 30 30 30 tmavě šedá 0 120 0 tmavě zelená 0 255 0 zelená 255 255 0 autá 255 255 255 bílá 7 Syntéza v přirozených barvách Su*wí Syntéza v nepravých barvách 0,8-0,9 nm Snímek z infračervené části spektra Pseudobarevný režim (Snímky jako výsledky klasifikace ) Vstupní pásmo R G B Výsledná barva 0 255 255 255 bílá 1 175 125 0 světle hnědá 2 255 255 0 autá 90 25 96 0 tmavě zelená 91 0 255 0 zelená ý , ^ | 254 0 0 180 tmavě modrá 255 0 0 255 modrá •v ■ ' - - 1 ■ l" Obrazové soubory, systém uložení dat A A A Pásmo 1 A A A A A B B B Pásmo 2 B B B B B C C C Pásmo 3 C C C C C C Obecné obrazové BIP ABCABCABC ABCABCABC BIL AAABBBCCC AAABBBCCC BSQ AAAAAA BBBBBB CCCCCC BSQ (band sequentional) BIL (band interleaving by line) BIP (band interleaving by pixel) Kompresní algoritmy Zvyšuj'ící se nároky na objem obrazových dat j'sou podmíněny následujícími faktory: • zlepšování prostorového rozlišení snímků • hyperspektrální snímání • potřeba přenosu dat (internet) Dělení algoritmů: • ztrátové a bezztrátové • symetrické a asymetrické • kompresní poměr, RMS error Objemy dat u vybraných družicových scén Družice a typ dat Rozměr scény [km] Počet Rozměr pixelu [m] Paměťové nároky [MB] LANDSAT MSS 185 x 185 4 80 30 LANDSAT TM 185 x 185 7 30 (120) 300 SPOTXS 60 x 60 3 20 27 SPOT PAN 60 x 60 1 10 36 8 Ztrátové algoritmy Fourierovy transformace, DCT - JPEG Posloupnost sin a cos funkcí (analogie analýzy časových řad ve 2D) Fraktálové komprese Vlnkové komprese MrSID - Multi-resolutiom Seamless Image Database www.lizardtech.com ECW www.ermapper.com 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 Bezztrátové algoritmy RLE (Run Length Encoding) PCX, BMP |3|3|3|3|l|l|l|l|l|5|5|5|4|4|4|4| podle RLE algoritmu bude kódování: 34155344 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. 9