Programové prostředky pro zpracování dat DPZ Petr Dobrovolný Obsah přednášky & 1. 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 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 - <3* „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 ER Mapper <3* • 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) TNTmips „geoformula* i I ifcniKJi | Tntňm \ (fcjtput.lfcd * llIfi.Valu* - BCJUh f IIft_Viluo * ľnr.7*liw) »J fcjUHji.friiín ■ (TlflL^iur - Pll-Vnlua / TK.V«lifr ♦ lni.,■.■!.<. > *.IS ih.tinjL Hi,»- - [1IKLVJ..T - mí v.i... / im :„iw * m.í v«i■ *\ éJ5 [3 J '"■ " *»- U '-*** F! OfcjKt* I Vilu« script j ftitffrt | Pr*vJ*i | sl i; i'i-ii i.i -i-ii - I.H I N '-.i I ■.!■■ * . íh ■: IkilixilJIL»! I flUJT.V.I«: ■ =L-lrl 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/ •STBX earth, esa.int/services/stbx/software/ •USGS http://speclab.cr.usgs.gov/software.htinl ■LAS dbwww.essc.psu.edu/lastop/run/las/doc/lastoc.html Přehled hlavních zástupců IV <3* • HyperCube http://www.tec.army.mil/Hypercube/ •ScanMagic http://www.scanex.ru/software/scanmagic/default.htm •HRPT Reader http ://www. david-taylor.pwp.blueyonder.co.ukysoftware/hrpt.htm • 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 <3» Fotogrammetrické systémy • INTERGRAPH Image Station http: / /imgs,intergraph.com/ • LEICA Geosystems http: / /gis,leica-geosvstems.com/ • DAT/EM http: / /www,datem,com •OrthoEngie, PCI www,pcigeomatics.com • DiAP http: / /www,ismcorp.com/ • PhoTopol www.topol.cz Ot Obecná struktura software pro XV^ 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 OGÍi3H->K.Ai>Sir O O Grafické modelování - ERDAS Sensitivity Analysis Model ■J i;-':: 'n-rl-r-.,.!-.; -T,„, nff t*ns H Kí »y s p* > O 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) Omezení a možnosti RGB I "~ 0 E3 H <*« r D Ti T. <3» m Á> Áj • 4 ^TsUt ^4'«S. Wij'i e \l/ \l/ ;l/ II. Základní možnosti korekce obrazových dat t • 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 O 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 <3* • 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 Příklad použití fuzzy logic *-tJ U?»*- &»* !■<-* iM^.iar—E.JjjE-ijjH-.ij^i. l^kj^^- IčWm Utility <3* • 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 O • 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 obrazových i neobrazových dat • Radarová data • Odlišná „radiometrická" informace • Specifická geometrie • Práce s texturou obrazu • Integrace s optickými daty O 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) Hyperspektrální data • Rozměrovost dat • Vizualizace hypers pektrálních 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 <3» Zdroje obrazových dat