Podstawy przetwarzania obrazów teledetekcyjnych

Podstawy przetwarzania obrazów teledetekcyjnych

Format rastrowy

Definicja rastrowego modelu danych

- podstawowy element obrazu cyfrowego to piksel, uwa any w danym momencie za wewn trznie jednorodny

- piksele s uporz dkowane w numerowane wiersze i kolumny, tworz c macierz

- pocz tek wewn trznego układu współrz dnych znajduje si najcz ciej w lewym górnym rogu obrazu (0,0,Z) – TNTMips, PCI, MapInfo lub w lewym dolnym (I wiartka kartezja skiego. układu współ.) - ArcMap

- dla ka dego piksela okre lana jest jego pozycja wzgl dem pocz tku układu oraz przyporz dkowywana warto lub cecha, która odpowiada np. barwie, warto ci odbitego promieniowania EM czy wysoko ci n.p.m. itd.

- warto ci jakie mo e przyj piksel, s ci le okre lone przez tzw.

gł boko piksela, czyli ilo bitów zarezerwowanych w pami ci do zapisania tej e warto ci

- praktyczna realizacja rastrowego modelu danych wyra a si istnieniem wielu formatów rastrowych

Poj cie zdolno ci rozdzielczej Poj cie zdolno ci rozdzielczej

• Mo e by one rozpatrywane z ró nych punktów widzenia:

– sposobu rejestracji obrazu (klisza fot., matryca CCD), – wła ciwo ci układu optycznego,

– wła ciwo ci materiału, na którym wykonana jest odbitka zdj cia (papier fot., diapozytyw),

– cech urz dzenia skanuj cego (skanery),

– cech urz dzenia wy wietlaj cego (monitor, projektor),

– w odniesieniu do rozmiarów najmniejszego, fotografowanego obiektu (rozdzielczo rozdzielczo naziemna), naziemna

– powtarzalno ci fotografowania (rozdzielczo rozdzielczo czasowa), czasowa – ilo ci w skich zakresów (kanałów) promieniowania

elektromagnetycznego (rozdzielczo rozdzielczo spektralna). spektralna

Rozdzielczo fotograficzna Rozdzielczo fotograficzna

Zwi zana jest z wła ciwo ciami

optycznymi obiektywu. Ka da kamera

lotnicza poddawana jest procesowi

kalibracji, podczas którego ustala si

m.in. zdolno rozdzielcz w

płaszczy nie całego zdj cia. Miar

zdolno ci rozdzielczej obiektywu jest

ilo par linii, które mo na

odfotografowa w 1 [mm].

Rozdzielczo skanowania Rozdzielczo skanowania

W przypadku skanerów wyró niamy dwa rodzaje rozdzielczo ci:

• rozdzielczo optyczn ,

• rozdzielczo interpolowan . Matryca skanuj ca CCD.

1 cal (2.54 cm)

Rozdzielczo najcz ciej okre la si podaj c liczb punktów na cal (np. 50 dpi = dot per inch)

Zwi kszenie rozdzielczo ci poprzez interpolacj .

Porównanie jednostek rozdzielczo ci

Informacje na temat standardów pomiarów zdolno ci rozdzielczej i wielu innych pokrewnych tematów dost pne sa na stronie http://www.precisionopticalimaging.com/

W ramach wiczenia –

zadania do wykonania

1. Skala mapy wynosi 1:10000, map zeskanowano z rozdzielczo ci 300 dpi. Oblicz redni rozdzielczo rzeczywist piksela obrazu cyfrowego mapy.

2. Skala mapy wynosi 1:25000 a rozdzielczo naziemna 0,5 m. Oblicz rozdzielczo zastosowan w trakcie

skanowania?

3. rednia rozdzielczo rzeczywista piksela mapy została

ustalona na 1 m. W trakcie skanowania zastosowano

rozdzielno 400 dpi. Oblicz skal mapy topograficznej.

Zdj cie lotnicze skanowane w ró nych rozdzielczo ciach

12 dpi-12x11-132 25dpi-23x23-529 50dpi-45x45-2025

100dpi-90x90-8100 300dpi-269x268-72092 800dpi-718x715-513370

X dpi - rozdzielczo zdj cia w punktach (dot per inch)

Obliczanie wielko ci pliku Obliczanie wielko ci pliku

R = N x M x (d/8),

gdzie

N - ilo wierszy, M - ilo kolumn,

d - gł boko piksela w bitach

Zewn trzne układy współrz dnych Zewn trzne układy współrz dnych

W celu powi zania informacji zawartej na zdj ciu (obrazie) lotniczym lub satelitarnym z danymi zawartymi na mapie np. topograficznej nale y nada mu współrz dne takie jakie posiada mapa (współrz dne płaskie, współrz dne geograficzne).

Nadanie współrz dnych obrazowi rastrowemu jest

powi zaniem współrz dnych wewn trznych (układ linii i

kolumn) ze współrz dnymi zewn trznymi (X i Y [m] w

układzie topograficznym; długo i szeroko geograficzna ).

Współrz dne obiektowe {x,y,z}

Współrz dne obiektowe {x,y,z}

Nadanie zewn trznego układu Nadanie zewn trznego układu

współrz dnych współrz dnych

482 028,37

769 000,32

482 028,37 482 052,37

768 987,32

Współrz dna Y

[m]

Współrz dna X

[m]

Nr kolumny Nr linii

Nr Punktu

200 100

9,67 9,67

4

100 100

2,33 9,67

3

200 200

9,67 1,33

2

100 200

2,33 1,33

1

100 200

100 200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3 3 4 4

2 2 1 1

kolumny: 7,33 p = 100 m wiersze: 8,33 p = 100 m

Rozdzielczo rzeczywista/naziemna Kolumna: 100/7,33 = 13,64 m/p

Wiersz: 100/8,33 = 12,00 m/p 1 mm

1 m m

Dokładno danych rastrowych/ skala

Kolumny: 1 mm = 10 p, 1 p = 13,64 m => skala: 10 p * 13,64 m = 136,3 m, 1 :1363 Wiersze: 1 mm = 10 p, 1 p = 12,00 m => skala: 10 p * 12,00 m = 120 m, 1 :1200 Jako skanowania (ilo pikseli w jednym calu = dpi, dot per inch; 1 cal. =2.54 cm) Kolumny: 1 mm = 11 p; 25,4 mm * 11 = 265 dpi

Wiersze: 1 mm = 11 p; 25,4 mm * 10 = 265 dpi

Obraz rastrowy

Jak obliczy współrz dne dowolnego piksela?

Współrz dna Y

[m]

Współrz dna X

[m]

Nr kolumny Nr linii

Nr Punktu

200 100

9,67 9,67

4

100 100

2,33 9,67

3

200 200

9,67 1,33

2

100 200

2,33 1,33

1

Zestaw dwóch równa dla kolumn i wierszy nosi nazw modelu transformacji.

Dla równa liniowych jest to

transformacja afiniczna.

Zapis barw. System dwójkowy Zapis barw. System dwójkowy .

Ka da liczba mo e by przedstawiona za pomoc sumy odpowiednich pot g liczby 2. Nie wszystkie kolejne pot gi s musz by wykorzystywane. W zapisie dwójkowym „1” oznacza wykorzystanie danej pot gi, „0” - brak danej pot gi w sumie.

Liczba w zapisie dwójkowym

Liczba w układzie dziesi tnym

Kolejne pot gi liczby 2

287 256 128 64 32 16 8 4 2 1 2

2

2

2

2

2

2

2

2

1 0 0 0 1 1 1 1 1

+

Gł boko piksela

• Binary [binarny] (0,1) 1-bit

• classification output, dithered print [klasyfikacja, wydruk] (0 to 15) 4-bit

• unsigned integer [całkowity dodatni] (0 to 255) 8-bit

• signed integer [całkowity ze znakiem] (-128 to 127) 8-bit

• composite color [zło ony kolor, tabela kolorów] (0 to 255, requires color map) 8-bit

• unsigned integer [całkowity dodatni] (0 to 65,535) 16-bit

• signed integer [całkowity ze znakiem] (-32,768 to 32,767) 16-bit

• composite color [zło ony kolor] (RGB or BGR packed) 16-bit

• composite color [zło ony kolor] (RGB or BGR packed) 24-bit

• unsigned integer [całkowity dodatni] (0 to 4,294,967,295) 32-bit

• signed integer [całkowity ze znakiem] (-2,147,483,648 to 2,147,483,647) 32-bit

• floating point [rzeczywisty zmienno-przecinkowy] 32-bit

• floating point [rzeczywisty zmienno-przecinkowy] 64-bit

• http://www.randelshofer.ch/fhw/gri/float.html chapterfloatingpointformat

• complex number [liczby zespolone] (magnitude/phase) 64-bit

• complex number [liczby zespolone] (real/imaginary pair) 64-bit

• complex number [liczby zespolone] (magnitude/phase) 128-bit

• complex number [liczby zespolone] (real/imaginary pair) 128-bit

Jaka powinna by gł boko piksela, czyli zakres warto ci pikseli w zale no ci od cechy zapisanej w rastrze

- zapis zmienno ci wysoko ci topograficznej w skali kontynentu

signed integer [całkowity ze znakiem] (-32,768 to 32,767) 16-bit

- zapis wysoko ci topograficznej dla mapy topograficznej 1:10000 (ci cie wiartkowe 1,25m) floating point [rzeczywisty zmienno-przecinkowy]

32-bit

- zapis wyników obrazu funkcji trendu powierzchniowego zjawiska floating point [rzeczywisty zmienno-przecinkowy] 32-bit

- zapis 17 kategorii ubytkowania ziemi kodowanych liczbami całkowitymi dodatnimi, unsigned integer [całkowity dodatni] (0 to 255) 8-bit

- zapis obrazu w barwach rzeczywistych, composite color [zło ony kolor]

(RGB or BGR packed) 16-bit

- zapis wystawy stoku w stopniach, unsigned integer [całkowity dodatni]

(0 to 65,535) 16-bit

- zapis mapy topograficznej czterobarwnej, classification output, dithered print [klasyfikacja, wydruk] (0 to 15) 4-bit

- zapis mapy topograficznej dwubrawnej, binary [binarny] (0,1) 1-bit

Zdj cie lotnicze w skali 1:10000 a obraz satelitarny Landsat 7

1260x1541 (300 dpi) [skala 1:10000] 32x32 piksele

Zdj cie lotnicze w skali 1:10000 a obraz satelitarny Landsat 7

1260x1541 (300 dpi) [skala 1:10000] 32x32 piksele

Jakie wymagania techniczne stosowa wobec map skanowanych na potrzeby pozyskania informacji?

• Rozdzielczo skanowania 200-400 dpi (100 – 600), lepsza jest wy sza (ok. 300 dpi odpowiada dokładno ci widzenia oka ludzkiego z tzw. odległo ci dobrego widzenia, wynosz cej 24 cm),

• przy mapach kolorowych typ kompresji bezstratnej (np. TIFF w trybie kolorów indeksowanych, paleta kolorów, z kompresj LZW)

• Przy jpg, nie stosowa zbyt du ego stopnia kompresji (zmniejsza dokładno geometryczn rysunku mapy)

• Z ekonomicznego punktu widzenia trzeba uwa a na zastosowanie kompresji lub jej brak w ofercie firmy

usługowej (plik obrazu mapy nie skompresowany b dzie wielokrotnie wi kszy ni skompresowany, przez to

oczywi cie dro szy)