1 Metody zjišťování změn na obrazových materiálech DPZ 16 dnů 1.6. 2003 17.6. 2003 3.7. 2003 Multitemporální přístup Časové rozlišení snímků z LANDSATu Základní předpoklad Základním předpokladem identifikace změn objektů v krajině pomocí údajů DPZ je existence změny v chování objektů či jejich vlastnostech, kterou zaznamená snímací zařízení. • Stejný objekt či jev zaznamenaný na více snímcích z různých okamžiků bude vykazovat různé hodnoty naměřené radiometrické charakteristiky. • Tento rozdíl může mít řadu příčin a pouze některé jsou těmi, které se snažíme odhalit v analýze změn. • Změny působí i jiná geometrie pohledu, změna dynamických parametrů apod. Tyto změny jsou nepodstatné. Základní druhy změn identifikovatelné na snímcích: • Objekt si zachoval za sledované období téměř nezměněné spektrální charakteristiky, změny se týkají jenom jeho prostorových charakteristik, například se změnil jeho plošný rozsah. • U objektu došlo ke změně spektrálních charakteristik, zůstaly však zachované jeho prostorové charakteristiky, například došlo ke kvalitativní změně objektu za dané období. • Došlo ke změně spektrálních i prostorových charakteristik objektu, například sledovaný objekt přestal existovat a je nahrazen jiným. Multitemporální analýza by měla splňovat následující podmínky: • obrazy tvoří chronologicky uspořádanou řadu nejméně dvou členů • obrazy jsou pořízeny analogickým snímacím zařízením, které má pravidelnou periodu přeletů a zaznamenává stejnou část zemského povrchu • obrazy jsou pořízeny ve stejnou denní a roční dobu • data jsou pořízena ve stejném měřítku, pod stejným úhlem záběru a jsou eliminovány vlivy reliéfu na radiační hodnoty objektů • data jsou pořízena ve stejných spektrálních pásmech a se stejným radiometrickým rozlišením Algoritmy pro detekci změn • obrazové rozdíly • obrazové podíly • regresní analýza • tvorba multitemporálních syntéz • porovnání výsledků klasifikace • analýza vektoru spektrální změny 2 Obrazové rozdíly di,j,k = DNi,j,k (1) - DNi,j,k (2) + c di,j,k - hodnota změny obrazového elementu DNi,j,k (1) - radiační hodnota prvního snímku DNi,j,k (2) - radiační hodnota druhého snímku i,j - souřadnice obrazového elementu (řadek, sloupec) k - spektrální pásmo c - konstanta • Výsledkem jsou kladné nebo záporné hodnoty v oblastech se změnou radiačních charakteristik a nulové hodnoty v oblastech beze změny. • Pixely vykazující podstatné změny tvoří okraje normálního rozdělení • Metodou prahování je nutné oddělit změny podstatné od nepodstatných Obrazové podíly d DN DNi j k i j k i j k , , , , , , ( ) ( ) = 1 2 Analogie metody rozdílů. Metoda eliminuje změněné podmínky snímání, například změny v poloze Slunce. Obě metody dávají lepší výsledky, použijí-li se namísto původních pásem multispektrálního obrazu pásma transformovaná, jejichž DN hodnoty nesou tzv. ordinální data – například hodnoty vegetačních indexů. jih Brna: NDVI94 – NDVI86 Ostopovice Moravany Modřice Tuřany Legenda: 1 – pokles NDVI, 2 – vzrůst NDVI Multitemporální barevná syntéza 14.7.1997 24.7.1997 27.7.1997 Barevná syntéza ze tří časových horizontů Morava, červenec 1997 snímky z družice RADARSAT Porovnání výsledků klasifikace Modřice Moravany Tuřany Ostopovice 1 – zastavěné plochy v r. 1986 i 1994 2 – zastavěné plochy v r. 1994 3 – zastavěné plochy v r. 1986 Porovnání výsledků klasifikace 3 Porovnání výsledků klasifikace Porovnání výsledků klasifikace Analýza vektoru spektrální změny (change vector analysis) V DN T DN T DN T DN T= − + −( ( ) ( )) ( ( ) ( ))1 1 1 2 2 1 2 22 2 V - velikost vektoru -hodnota pixelu ve výsledném obraze DN1 -DN hodnota pixelu v prvním použitém pásmu DN2 -DN hodnota pixelu v druhém použitém pásmu T1 - první zpracovávané datum T2 - druhé zpracovávané datum • K nalezení podstatných změn je nutné definovat prahovou hodnotu • Typ změny je popsán směrem vektoru a lze ho určit jako úhel, který svírá vektor spektrální změny s určitým počátečním směrem - například s osou Y. Vektor spektrální změny Moravany Ostopovice Tuřany Modřice Určení typu změny 0 IV I GR III II WT S tg GR GR WT WT III = − − − 270 94 86 94 86 úhel pro III. kvadrant – pokles hodnot indexů „greenness“ a „wettness“ indikující změnu ploch z vegetací na plochy antropogenně ovlivněné Analýza časových řad vegetačních indexů TIMESAT - filtrování časových řad http://www.nateko.lu.se/TIMESAT/timesat.asp 4 Analýza časových řad vegetačních indexů TIMESAT http://www.nateko.lu.se/TIMESAT/timesat.asp 2) výpočet fenologických charakteristik (a) Začátek vegetační sezóny (b) konec sezóny (c) 80 % veg. sezóny (d) 80 % veg. sezóny (e) Maximální hodnota (f) Sezónní amplituda (g) Délaka sezóny (h) kumulativní efekt vegetace během sezóny (i) kumulativní efekt vegetace během sezóny