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

81825. Базисные ценности современной цивилизации. Ценность научной рациональности 33.22 KB
  Ценности не сводятся только к моральноэтическим императивам. Ценности способствуют усилению мотивации поступков и действий человека они связаны с глубинными переживаниями значимости своей деятельности и поэтому ценностные установки накладывают свой отпечаток на процесс научного творчества. Важно подчеркнуть что ценности могут играть как позитивную так и негативную роль.
81826. Многообразие форм знания. Научное и вненаучное знание 36.77 KB
  Появление научного знания не отменило и не упразднило не сделало бесполезными другие формы знания. Шестова о том что повидимому существуют и всегда существовали ненаучные приемы отыскания истины которые и приводили если не к самому познанию то к его преддверию но мы так опорочили их современными методологиями что не смеем и думать о них серьезно Каждой форме общественного сознания: науке философии мифологии политике религии и т. соответствуют специфические формы знания.
81827. Особенности научного познания 32.52 KB
  Если этого нет то нет и науки ибо само понятие научности предполагает открытие заходов углубление в сущность изучаемых явлений. Это основной признак науки главная ее особенность. Нацеленность науки на изучение не только объектов преобразуемых в сегодняшней практике но и тех которые могут стать предметом практического освоения в будущем является важной отличительной чертой научного познания.
81828. Особенности транспортного обслуживания города 24.19 KB
  Различают города районного областного краевого и республиканского подчинения. Городской и пригородный транспорт представляет собой транспортную систему которая объединяет различные виды транспорта осуществляющие перевозку населения и грузов на территории города и ближайшей пригородной зоны а также выполняющие работы по благоустройству города. В транспортную систему города входит также велосипед для которого в цивилизованных странах выделяется отдельная специализированная велосипедная дорожка.
81829. Методы расчета пропускной способности на различных видах транспорта 33.61 KB
  Методы определения пропускной способности пресечений и линий слияния автомобильных потоков Пересечения автомобильных дорог являются одним из участков на которых сосредотачиваются дорожнотранспортные происшествия значительно уменьшается пропускная способность наблюдается снижение скорости а зачастую и полная остановка движения автомобильного транспорта заторы. Большинство узлов в одном уровне имеют меньшую пропускную способность чем подходящие к нему дороги вследствие наличия на узле опасных точек задержки автомобилей перед...
81830. Технико-эксплуатационные характеристики судов 27.65 KB
  Технико-эксплуатационные характеристики судов (ТЭХ) - это степень пригодности судов к транспортировке определенных видов грузов, т.е. конструктивные особенности и грузовые характеристики судна, отвечающие транспортным характеристикам и свойствам грузов
81831. Транспортная схема города 28.55 KB
  Комплексная транспортная схема сеть это линии городского маршрутизированного пассажирского транспорта по которым организовано движение массового общественного транспорта. Применение различных видов транспорта в транспортной сети определяется экологией безопасностью провозными возможностями наименьшими затратами времени сообщения а также комфортабельностью и регулярностью перевозок. Основные зоны города места тяготения нуждающиеся во взаимной транспортной связи это жилые кварталы общегородской центр места массового отдыха и...
81832. Скорость и сроки доставки грузов 21.8 KB
  Сроки доставки грузов а также порожних вагонов принадлежащих грузоотправителю грузополучателю или арендованных ими исчисляются на железнодорожной станции отправления исходя из расстояния по которому рассчитывается провозная плата с учетом железнодорожных направлений по которым осуществляются перевозки грузов. Неполные сутки при исчислении сроков доставки грузов считаются за полные. Перечень железнодорожных направлений по которым осуществляются перевозки грузов большой скоростью публикуется в Сборнике правил перевозок и тарифов на...
81833. Формы взаимодействия и конкуренции различных видов транспорта 26.94 KB
  Однако специфика каждого из видов транспорта их технические и технологические особенности заранее предопределяют области их использования на транспортном рынке что несколько ограничивает возможность конкуренции и способствует взаимодействию видов транспорта. Более эффективно и выгодно для потребителей взаимодействие автомобильного транспорта с железнодорожным в начальных и конечных пунктах его протяженных маршрутов. Учитывая недостаточную развитость автодорожной сети в России и технического сервиса конкуренция между этими видами транспорта...