17206

Основи аналізу гіперспектральних зображень. Робота із спектральними бібліотеками

Лабораторная работа

География, геология и геодезия

Лабораторна робота №6. Основи аналізу гіперспектральних зображень. Робота із спектральними бібліотеками Сучасні супутникові зображення можуть використовуватися для визначення горних порід мінералів видів рослин і т.д. що знаходяться на певній території. Для цього...

Украинкский

2013-06-30

1.06 MB

1 чел.

Лабораторна робота №6. Основи аналізу гіперспектральних зображень. Робота із спектральними бібліотеками

Сучасні супутникові зображення можуть використовуватися для визначення горних порід, мінералів, видів рослин і т.д., що знаходяться на певній території. Для цього потрібні дані зі спеціальних гіперспектральніх супутників, які сканують земну поверхню у сотнях каналів. Кожен канал являє собою знімок у дуже вузькому діапазоні дожин хвиль (від одиниць, до одного-двох десятків нанометрів) (див. Рис.1)

Рис. 6.1. Різниця між мульті- та гіперспектральними зображеннями

Розглянемо основи роботи з такими зображеннями.Відкриємо файл cup95_at.int (він входить в поставку ENVI) та завантажимо канал Band 193 в монохромному режимі.

Тепер в основному вікні зображення оберемо Tools\Profiles\\Z Profile (Specrum) для вивода спектра (Рис. 6.2). Зверніть увагу на те, що він автоматично оновлюється при зміні обраного пікселя (центральний, позначений перехрестям у вікні Zoom).

Спектральний профіль - це графік поглинаючої здатності поверхні, в залежності від довжини хвилі (або частоти). Кожен матеріал має свій, характерний спектральний профіль, який ще називають спектральной сігнатурой. Створюються спеціальні бібліотеки сігнатур для автоматичного або ручного визначення матеріалу. Деякі з них включені в поставку ENVI, інші можна знайти в інтернеті у вільному або платному доступі [1]

Відкриємо такую бібліотеку.

Для цього виберемо Select/Spectral Libraries/ Spectral Library Viewer, натиснемо Open та виберемо бібліотеку JPL1.SLI (вона, як і інші розташована за місцем інсталяції ENVI:

Місце_інсталяції\IDL**\products\envi**\spec_lib), після чого виберемо її в списку відкритих файлів та натиснемо ОК.

Далі налаштуємо мастштаб відображення графіків. У вікні Spectral Library Viewer виберемо Options / Edit (x,y) Scale Factors), та для Y введемо 1000 (рис. 6.3).

Тепер визначимо список профілів, які хочемо бачити на графіку(для вибору декількох треба зажати Ctrl). Нехай це будуть:

  •  ALUNITE SO-4A
  •  BUDDINGTONITE FELDS TS-11A
  •  CALCITE C-3D
  •  KAOLINITE WELL ORDERED PS-1A

Тепер, переміщуючи вікно Zoom (тим самим змінюючи піксель, для якого будується спектр) порівнюємо спектр піксела із спектрами відповідних мінералів.

Назва області

Координата Х (Sample)

Координата Y (Line)

Stonewall Playa

590

570

Varnished Tuff

435

555

Silica Cap

494

514

Opalite Zone with Alunite

531

541

Strongly Argillized Zone

with Kaolinite

502

589

Buddingtonite Zone

448

505

Calcite

260

613

Проте зручніше виводити графіки на єдине вікно. Для цього у вікні Spectral Profile вибираємо File / Input data / Spectral library. Обираємо ту саму бібліотеку та мінерали, а також не забуваємо встановити Y Data Multiplier в 1000, та пересвідчитись, що одницею виміру довжини хвилі встановлені мікрометри (для інших бібліотек можуть використовуватись інші одиниці виміру, які вказані в описі

бібліотеки) – див. рис. 6.4.

Тепер додамо кілька спектрів із знімка, скористувавшись точним заданням координат піксела.По-перше, в у вікні Spectral Profile вибираємо Option / Collect Spectra,щоб новий графік не заміщав старий. Тепер клікнемо правою кнопкою миши по супутниковому знімку та оберемо Pixel Locator у з’явившемуся контекстному меню. Тепер послідовно оберемо точки із наступними координатами (Табл. 1)

      Табл. 1. Зони мінералів


Отримаємо графіки, показані на рис. 6.5. Порівнюючи спектри між собою та з бібліотечними спектрами, можна знайти дуже схожі між собою зразки.

Проте в ENVI є можливість для автоматичної ідентифікації спектрів. Для цього в головному меню виберемо Spectral / Spectral Analyst. В діалозі вибору спектральної бібліотеки оберемо usgs_min.sli (Місце_інсталяції\IDL**\products\envi**\spec_lib\usgs_min\). З’явиться вікно налаштування методів ідентифікації Edit Identify Methods Weighting (рис. 6.6)

Рис. 6.6. Вікно налаштування методів ідентифікації

Перший стовпець, Weight, відповідає за вагу відповідного метода ідентифікації в ітоговому результаті, стовпці Min та Max – параметри відповідного метода. Детальніше про кожний метод можна подивитись у ENVI User's Guide  [2]. При настойках за замовченням, відбуваєтсья порівняння методом  Spectral Feature Fitting, що заснований на методі найменших квадратів (МНК). Залишимо параметри без змін та натиснемо ОК. Для вибору спектра для ідентифікації, натиснемо Options / Auto Inptu via Z Profile, оберемо спектр та натиснемо кнопку Apply (рис. 6.7)

Рис. 6.7. Результати ідентифікації спектра

Результати ідентифікації подаються у вигляді списку найбільш схожих спектрів, сортованому за загальною сумою балів всіх методів. Також рядом є результати порівняння за кожним методом (у нас активовано лише один метод, див. рис. 6.6).  0 значить абсолютне розходження), 1 – блискучий збіг. Проте слід пам’ятати, що чисельні результати цілком залежать від введених нами параметрів порівнянн, тому не можна їм сліпо довіряти (корегуванням коефіцієнтів (а саме, маштабуванням) можна привести зробити, щоб порівняння однакових спектрів видавало дуже малий результат).

Спектри можна будувати не тільки для окремих пікселів, а також і для областей, заданих за допомогою ROI Tool.

 Виділимо за допомогою ROI Tool (Головне меню / Basic Tools / Region Of Interest / ROI Tool) однорідну область на знімку. Після цього натиснемо кнопку Stats (рис. 6.7)

Білим кольором побудований графік усередненого спектру, червоним – максимально та мінімального, зеленим – середнього +/- середньоквадратичне відхилення (СКВ)

Рис. 6.8 Спектр області

Для ідентифікації спектру, натиснемо Apply та обираємо зі списку Mean (середнє значення).

Також даними спектральних сігнатур можна користуватись для виділення кольорами областей, які близькі за мінеральним складом. Для цього, визначивши характерні точки (найбільш великі впадини та піки) на спектрі, вибрати у канали R, G, B ті канали (Band),що містять ці характерні точки (див. рис. 6.9)

Рис. 6.9. Використання спектральної інформації для кольорового представлення знімка

Завдання:

Ідентифікувати три(довільно задані) області на карті із результатом не менше, ніж 0.6 (при налаштуваннях за замовчуванням)

Input files:

cup95_at.int

cup95_at.hdr

usgs_min.hdr

usgs_min.sli

jpl1.hdr

jpl1.sli

Література та джерела

  1.  Cпектральные библиотеки источники данных по спектрам http://gis-lab.info/qa/spectrum-lib.html 
  2.  ENVI User's Guide


Рис. 6.2
. Спектральнальний профіль обраного пікселя

Рис. 6.3. Масштаб відображення сігнатур

Рис. 6.4. Додавання спектрів із бібліотеки для порівняння

Рис. 6.5. Спектри, що відповідають табл.1

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25359. Особенности дыхания при мышечной работе 36.5 KB
  Увеличению транспорта кислорода при работе способствует также выбрасывание эритроцитов из кровяных депо и обеднение крови водой вследствие потения что ведет к некоторому сгущению крови и повышению концентрации гемоглобина а следовательно и к увеличению кислородной емкости крови. Из каждого литра крови протекающей по большому кругу клетки организма утилизируют в покое 60 80 мл кислорода а во время работы до 120 мл кислородная емкость 1 л крови равна около 200 мл 02. Повышенное поступление кислорода в ткани при мышечной работе...
25360. Значение пищеварения 33 KB
  Все функции органов пищеварения подчинены сложным нервным и гуморальным механизмам регуляции.Основы современной физиологии пищеварения разработаны преимущественно И. Павлова функции органов пищеварения находящихся в глубине тела и недоступных непосредственному наблюдению изучались в основном в острых опытах при которых производилось вскрытие живого животного и вследствие наносимой травмы нарушалось нормальное состояние организма.
25361. Пищеварение в полости рта 59.5 KB
  Расслабление кардиальной мускулатуры наблюдается также при резких сокращениях желудка брюшных мышц и диафрагмы во время рвоты. Здесь же происходят химические изменения некоторых питательных веществ под влиянием сока выделяемого железами желудка. Железы желудка расположены в слизистой оболочке его дна тела и привратника. В фундальной части желудка железы состоят главных добавочных и обкладочных клеток.
25362. ПИЩЕВАРЕНИЕ В ТОНКОМ КИШЕЧНИКЕ 32.5 KB
  Количество их огромно от 50 до 200 млн на 1 мм2 поверхности кишки что увеличивает внутреннюю поверхность тонкого кишечника в 300500 раз. Моторная деятельность тонкого кишечника обеспечивает перемешивание химуса с пищеварительными секретами и продвижение его по кишке благодаря сокращению круговой и продольной мускулатуры. При сокращении продольных волокон гладкой мускулатуры кишечника происходит укорочение участка кишки при расслаблении его удлинение. Такая периодичность обусловлена автоматией гладкой мускулатуры кишечника способностью...
25363. Пищеварение в толстых кишках 27 KB
  Железы толстого кишечника выделяют небольшое количество сока богатого слизью и бедного ферментами. Низкая ферментативная активность сока толстого кишечника обусловлена малым количеством непереваренных веществ в химусе поступающем из тонкого кишечника. Сокоотделение в этом отделе кишечника регулируется главным образом местными влияниями; механическое раздражение усиливает секрецию в 810 раз. Большую роль в жизнедеятельности организма и функций пищеварительного тракта играет микрофлора толстого кишечника где обитают миллиарды различных...
25364. Государственные гарантии социальной защиты населения в РФ 42 KB
  Государственные гарантии социальной защиты населения в РФ. В обществе рыночных отношений главную функцию социальной защиты берет на себя государство как главный субъект социальной политики и социальной работы. Основные социальные гарантии закреплены в Конституции РФ и находят свое подтверждение в социальной политике. 7 Основного закона РФ: В Российской Федерации охраняются труд и здоровье людей устанавливается гарантированный минимальный размер оплаты труда обеспечивается постоянная поддержка семьи материнства отцовства и детства инвалидов...
25365. Место и роль общественных объединений в реализации социальной работы 30.5 KB
  Место и роль общественных объединений в реализации социальной работы Современная парадигма социальной работы рассматривает ее как многосубъектную деятельность характеризующуюся активным участием наряду с государством общественных и благотворительных организаций в решении социальных проблем населения. В последние годы наблюдается значительный рост общественных организаций активизация их участия в осуществлении мероприятий по социальной защите населения. идея создания общественных объединений предполагала что они станут резервом...
25366. Социальное прогнозирование как метод научного познания: объект, предмет, его виды 14.26 KB
  В отечественной науке многочисленные попытки прогнозирования были осуществлены в 20х начале 30х годов. Научные основы прогнозирования вообще и социального в частности стали разрабатываться в нашей стране в конце 50х начале 60х годов что связано с творчеством таких ученых как Э. Цель прогнозирования не просто предвидеть те или иные явления а способствовать более эффективному воздействию на них в нужном направлении. В ходе научного прогнозирования решаются 2 задачи: 1 определяется и мотивируется цель вероятного...
25367. Антропологические основания социальной работы 23.5 KB
  Структура ответа: Вступление Понятие социальной работы Понятие антропологии. Антропологические основания социальной работы Вывод Социальная работа носит междисциплинарный характер поэтому она включает знания из различных областей. Социальная работа специфический вид профессиональной деятельности оказание государственного и негосударственного содействия человеку с целью обеспечения культурного социального и материального уровня его жизни предоставление индивидуальной помощи человеку семье или группе лиц словарьсправочник по...