Elemente introductive de analiza a imaginilor
Analiza Analiza imaginilor imaginilor reprezinta reprezinta un ansamblu ansamblu de metode, metode, tehnici tehnici de lucru, tehnologii, tehnologii, procedee si principii care au ca scop valorificarea in primul rand cartografica a informatiilor prezente in cadrul imaginilor de teledetectie. Prin analiza imaginilor, datele de teledetectie pot fi exploatate in directia pregatirilor pentru cele mai diferite aplicatii din domeniul GIS (exemplu: actualizarea limetelor intravilanului unui oras prin interpretarea unui ortofotoplan digital determinarea prin modelare matematica a signaturii spectrale a productivitatii biologice ale unor arborete!.
Analiza imaginilor presupune " directii, care de obicei sunt parcurse mai mult sau mai putin in continuitate, respectiv fiind vorba de analiza calitativa a imaginilor si analiza cantitativa a imaginilor. 1. Analiza Analiza calitat calitativa iva (aero (aerofoto fotointe interpr rpreta etarea rea)) se bazeaza pe interpretarea imaginilor sau pe analiza vizuala a acestora, atat in format analogic, cat si in format digital. -
produce harti generala si tematice, diagrame, grafice, rapoarte, analize, articole, monografii
2. Anal Analiz iza a canti cantita tati tiva va se circumscrie unor tehnici numite generic procesarea digitala a imaginilor sau analiza digitala a imaginilor. -
produce modele de imagini, modele digitale privind diferite fenomene, informatii geospa geospatia tiale, le, vecotor vecotori, i, raster raster,, date date stati statisti stice ce si geostat geostatist istice ice,, diagra diagrame me si grafic grafice, e, rapoarte, articole, monografii si harti tematice
#xemplu #xemplu "$ (manual (manual #SA!: #SA!: realiz realizare areaa unei harti harti sateli satelitar taree prin prin imbunat imbunatire ireaa unei imagin imaginii satelitare la nivel de contrast si asocierea cu o proiectie cartografica bine precizata (%a & %d!.
1
Interpretare Interpretarea a imaginilor este partea calitativa a analizei acestora absolut necesara deoarece analistul va trebui sa identifice pe de'o parte acoperirea spatiala a acesteia si pe de alta parte, acesta va trebui sa identifice obiectele cautate si sa procedeze la analiza acestora. ac estora.
Interpretarea imaginilor presupune obtinerea unor date preliminarii privind obiectele cautate, pregatind astfel imaginea pentru eventualele procesari in etapa cantitativa. Interpretarea presupune $ etape distincte: -
detectarea obiectelor (sa (sa identificam in imagine pozitia obiectelor! recunoasterea recunoasterea obiectelor obiectelor (obi (obiect ectel elee sunt sunt loca locali liza zate te cu sigu sigura rant ntaa in imagi imaginea nea analizata! identificarea obiectelor (impune (impune sesizarea unor trasaturi maore ale obiectelor! desc descri rier erea ea obi obiecte ectelo lor r
Analiza digitala a imaginilor
Analiza digitala a imaginilor, sau procesarea digitala a imaginilor reprezinta totalitatea operatiunilor efectuate in mediul digital cu date de teledetectie din structura imaginilor ce au ca scop obtinerea de modele noi de imagini din care pot fi generate noi seturi de date utilizabile in cele mai diverse aplicatii GIS. Aceste noi seturi de date sunt de tip raster , dar si de tip vector , formatele acestora fiind de multe ori specifice softurilor specializate, insa de cele mai multe ori, ele pot fi convertite in formate uzuale (#)*I & +.hdr!. In aplicat aplicatiil iilee de proces procesare are-an -anali aliza za a datelor datelor digita digitale, le, datele datele de intrar intraree sunt sunt consti constitui tuite te din imaginea de teledetectie satelitara sau aeriana cu un singur canal spectral sau mai multe canale spectrale. atele de iesire pot fi multiple: ' modele noi de imagine ' modele de date derivate din imagine (ex: indici de vegetatie, modele digitale de teren, modele ai unor parametrii climatici si hidrici etc! ' dife diferi rite te date, date, vect vector or sau sau rast raster er,, inso insoti tite te sau sau nu de tabel tabelee de atri atribut butee in form format atee compatibile cu cele mai multe instrumente de analiza GIS (ex: vectori cu parcele de padure
Analiza digitala presupune : 2
1. Reprocesarea imaginilor & presupune pregatirea imaginilor intr'un anumit format prin diminuarea unor defecte cu surse multiple, reconditionarea signaturilor spectrale si calibrarea datelor. Calibrarea datelor de teledetectie reprezinta procesul prin care acestea se identifica de o maniera performanta cu semnificatia reala a acestora. in punct de vedere tehnic, se impune pe de'o parte calibrarea geometrica si pe de alta parte calibrarea radiometrica (aducerea signaturilor spectrale la nivelul real al acestora, reprezentand spectrul pur al obiectelor corespunzatoare!. 2. Perfectionarea (imbunatatirea) imaginilor - cresterea cresterea performant performantelor elor imaginii imaginii in raport cu cea initiala, pe de'o parte la nivelul elementelor de mediu identificabile si pe de alta parte, la nivelul caracteristicilor acestora ce pot fi modelate (ex: fuzionarea de imagini de la senzori diferiti, pe aceleasi acoperiri spatiale in vederea imbunatatirii atat a rezolutiei spatiale, cat si a rezolutiei spectrale!. 3. Postprocesarea iamginilor - etapa in care se folosesc modelele imbunatatite anterior ale imaginilor, in scopul extragerii automate sau semiautomate ale informatiilor geo' spatiale dorite sub forma de date raster sau vector (ex: calcularea unor indici de vegeta vegetatie tie,, care pot arata arata atat starea starea vegetat vegetatiei iei si tipolo tipologia gia acestei acesteia, a, cat mai ales ales productivitatea biologica & clasificarile tematice!. . Modelarea parametrilor de mediu & exista modele mode le adecvate doar anumitor tipuri de date.
Aspecte isorice in punct de vedere istoric, istoric, analiza imaginilor imaginilor s'a conturat conturat cel putin teoretic teoretic ca metoda metoda de cercetare la inceputul sec //, odata cu aparitia primelor imagini aeriene. %0%1 & s'a realizat prima ridicare foto aeriana a unui teritoriu, respectiv prima harta in 2ibia, 3enghazi (de 4ardivo!. 4ardivo!. In perioada interbelica, s'au afirmat tot mai mult aplicatiile civile ale interpretarii imaginilor, destinate pe de'o parte stiintelor si pe de alta parte constructiilor. %0"5 %0"5 & in 6omani 6omania, a, exista existau u preocu preocupari pari de exploat exploatare are fotogr fotogramm ammetr etrica ica a imagin imaginilo ilorr si de interpretarea a acestora. %075 & in S8A s'au realizat primele fotogramme color, pentru culturile agricole. Primele imagini extraatmosferice cu posibilitati de interpretare, dateaza din S8A, de la inceputul anilor 59. isiunea ercur; $ a obtinut obtinut imagini utilizate in scopul geologiei geologiei terestre. In %050, misiunea Apollo 0 obtine primele imagini multispectrale pe film. 3
%0<" & misiunea 2andsat
Etapele analizei imaginilor
Acestea presupun totalitatea activitatilor care au ca scop formularea ipotezelor de analiza, alegerea imaginilor, procesarea acestora in vederea producerii de informatii geo'spatiale ce pot fi integrate in diferite modele sau produsi mi mult sau mai putini co merciali. Analiza imaginilor este utilizata in doua directii: -
Directia cercetarii cer cetarii stiintifice ' analiza unei fenomenologii cu anumite semnificatii la nivelul dinamicii geosistemului ce rezulta din caracteristicile spatio'temporale ce apar in struc structur turaa imagini imaginilor lor (ex: (ex: analiza analiza incalzir incalzirii ii apelor intr'un intr'un bazin bazin marin, marin, pe un interval de ", 1 decenii decen ii analiza defrisarilor!
-
Directia aplicativa ' se bazeaza pe rezultatele unor cercetari devenite treptat inovatii, respect respectiv iv produs produsee si aplica aplicatii tii ce pot fi folosi folosite te in rezolv rezolvarea area unor proble probleme me de importanta economica si sociala (ex: organizarea spatiului urban in sensul optimizarii traficului si folosirii echilibrate a terenului managementul unor situatii de criza & inundatii!
Etapele ma!ore ale analizei imaginilor"
%. ocumentarea ocumentarea & alegerea alegerea imaginilo imaginilorr & construi construirea rea acoperiri acopeririii spatiale spatiale ". 6eprocesarea 6eprocesarea si imbunatat imbunatatirea irea imaginil imaginilor(an or(analiza aliza propri propriu'zis u'zisa! a! 1. #xtrage #xtragerea rea info informa rmati tiei ei geo'sp geo'spati atiale ale
ocumentarea cartografica este necesara din doua puncete de vedere: -
Se delimitieaza cu precizie regiunea ce urmeaza a fi analizata in imagini in functie func tie de elementelede mediu sau fenomenele urmarite (ex: studiul avalanselor din 'tii 6etezat & se poate realiza pe o suprafata mai limitata, la arealul unde acestea apar 4
studiul evolutiei teritoriale teritoriale a unicipiului 3ucuresti 3ucuresti ' in functie de etapa, se va alege alege acea acoperire spatiala caracteristice! -
elimitarea teritoriului pe baza caruia se va construi acoperirea spatio'temporala cu imagini de teledetctie. =autarea imaginilor din bazale de date trebuie sa porneasca de la o documentare cartografica consistenta, mai ales acolo unde, din documentarea bibliografica nu au rezultat informatii complete.
#aterialele folosite in documentarea cartografica sunt de obicei urmatoarele: harti topografice in format analogic sau digital a caror scara trebuie sa se apropie cat mai mult atat de scara spatiala a analizei, cat mai ales de d e scara spatiala a imaginilor (ex: pentru dinamica recenta a zonei periurbane a 3ucurestilor se pot utiliza imagini satelitare 2andsat la rezolutie de 19 m si scara aproximativa %:17 999 in acest caz c az se pot utiliza harti topografice >:"7 999, insa insuficienta informatiilor din imagini si din harti necesita alegerea de ortofotoplanuri multitemporale, care pot fi utilizate impreuna cu alte harti cadastrale si topografice, la scari de %:7999, identice cu ortofotoplanurile sau %:"999, similare cu unele ortofotoplanuri! -
Harti cadastrale, de regula utilizate in aplicatiile de cadastru, dar si in cele de analiza a utilizarii terenurilor, mai ales in interiorul localitatilor. #le se pot coinregistra cu ortofotoplanurile, sau cu date vectoriale extrase din ortofotoplanuri.
-
Harti geologice sunt harti tematice la scari identice cu unele harti topografice (%:"99 999, %: 79 999! . aceste materiale sunt utile in definitivarea odelelor morfostructurale " si 1, ce servesc in analiza an aliza reliefului, dar sunt folosite cu succes si in paleogeografie.
-
Harti hidro-geologice in aplicatiile ce vizeaza hidrografia.
-
Hart arti pal paleoge eogeog ogra rafi fice ce ' mediile depozitionale in diferite etape ale scarii geo' cronologice
-
Harti istorice & ele pot fi diferentiate in harti la scari medii si mari, harti la scari mici si harti care nu au scara cunoscuta si chiar un sistem de proiectie bine precizat. In romania, cele mai utile harti sunt cele din ultimul secol. Aceste Aceste harti istorice pot suplini lipsa de informatii din imagini de teledectie in perioade in care nu existau fotografii aeriene verticale sau aceste imagini nu pot fi identificate in arhive.
-
Hart arti geo geo-bot botanice nice
-
Hart arti al ale pa paduril rilor
-
Hart Hartii ale ale subst substant antel elor or mine mineral ralee uti utile le
5
8tilizarea acestor matriale presupune o selectie in functie de tematica dorita, realizata prin extragerea unor straturi informationale in GIS (ex: preluarea liniilor tectonice principale si suprapunerea lor ca vectori peste o imagine de teledetectie!.
Alegerea imaginilor si construirea acoperirii spatiale
Alegerea imaginilor are un rol esential in pregatirea analizei imaginilor si adap tarea la metodologia de analiza. In principal, in aceasta etapa se pun " probleme maore: -
=e senzori au produs informatii geo'spatiale ce se pot raporta la regiunea de interes (senzori cu imagini la nivel global & 2andsat 2and sat si senzori cu imagini localizate in functie de optiunile utilizatorilor & SP?4 7 si 5!
-
6aportarea caracteristicilor imaginilor senzorilor identificati la acoperirea spatio' temporala stabilita in etapa de documentare (ex: un fenomen pote sa apara in bibliografie inainte de lansarea unui anumit senzor
icitionar pagina "" Earth observation & directie de cercetare si inovare care se bazeaza pe folosirea integrata intr'o formula complexa, avansata, a imaginilor in teledectie, in scopul analizei, modelarii, reprezentarii si predictiei diferitelor fenomene ce au loc la suprafata terestra. ?bservarea pamantului @ analiza avansata a imaginilor, bazata pe imagini multi'sursa. multi'sursa. (ex de aplicatii: analiza desertificarii in regiunea editeraneana, analiza efectelor unui cutremur, analiza defrisarilor din zonele montane, analiza riscului la inundatii in lungul marilor fluvii, analiza poluarii cu pesticide a unor zone litorale, analiza efectelor #l )inho, analiza riscului alunecarilor de teren, analiza incendiilor forestiere!.
$enzorii de teledectie prezinta anumite particularitati ale imaginilor legate atat de rezolutia spatiala spectrala si temporala, cat si de modul de observare al Pamantului (modul in care inregistreaza imaginile!. In practica, exista 7 tipuri de senzori de teledetctie d upa modul de preluare al imaginilor.
e aici rezulta particularitatile geometrice ale acestora care impun la randul lor disponibilitatea unor produse de mare utilitate practica. %. Senzorii Senzorii la bordul satelitil satelitilor or geo'station geo'stationari ari ". Senzori Senzori la bordul satelitil satelitilor or cu orbita orbita in plan polar polar 6
1. $. 7. 5.
Senzori Senzori care care obtin obtin imagini imagini vertica verticale le sau sau nadiral nadiralee Senzori Senzori care obtin obtin imagini imagini vertica verticale le simultan simultan cu cu imagini imagini oblice oblice Senzori Senzori care obtin imagini imagini consecuti consecutive, ve, vertical verticalee si oblice. oblice. Senzori Senzori radar radar cu cu scana scanare re late lateral ralaa
Imaginile de pe orbitele heliosincrone cu acop erire globala (ex: 2andsat! sunt de obicei imagini verticale care in mod normal nu se pot exploata fotogrammetric. Imagini de pe orbite heliosincrone in plan polar obtinute in sistem combinat, verticale si oblice. Imaginile pot fi obtinute din acelasi punct de statie atat in sistem vertical, cat si oblic, la stanga sau la dreapta in raport cu proiectia orbitei satelitare pe suprafata terestra (ex SP?4!. In acest sistem se pot realiza si suprapuneri laterale ce ating si 59, ceea ce permite si o exploatare fotogrammetrica. Imaginile au aplicatii cartografice, mai ales pentru harti topografice. Imagini de pe orbite heliosincrone cu acoperiri verticale si oblice obtinute in sistem variabil prin vizarea in lungul orbitei, din puncte de statie consecutive. Spre deosebire de tipul anterior, sistemul optic al senzorului poate viza atat vertical, dar si oblic la schimbarea pozitiei punctului de statie (vertical, dar si inainte si inapoi!. Imagini obtinute cu radarul lateral in sistem oblic si mai putin vertical utilizabile in aplicatii de interferometrie cu obtinere de modele digitale de elevatie la intervale egale de timp. ?rbitele satelitare nu mai sunt o constrangere in ceea ce priveste sincronizarea cu miscarea Pamantului si mai ales cu iluminarea solara. Scanarea cu microunde se realizeaza lateral pe un camp foarte larg unde se obtin signaturi radar mai stralucitoare cand semnalul reflectat este puternic (obiecte netede sau versanti expusi microundelor!, si semnale slabe pe terenuri complexe sau suprafete ascunse sau umbrite in spatele unor obstacole. Imaginea radar este de obicei oblica care necesita calibrari geometrice pentru a deveni imagine verticala utilizabila in analiza. Big 0 pag "" Bigura coreleaza spectrul electromagnetic, curbele de reflectanta ale unor elemente de mediu, ferestrele atmosferice si domeniul spectral in care o serie de senzori inregistreaza imagini. e regula, senzorii optici acopera vizibilul (C-' albastru! si I6 apropiat. Senzorii termici folosesc ferestrele atmosferice ale I6 termal.
%reprocesarea imaginilor Calibrarea Calibrarea imaginilor de teledetecitie
Pregatirea imaginilor pentru analiza din punct de vedere spectral si radiometric. 8na din problemele procesarii este calibrarea. 7
=alibrarea imaginilor reprezinta totalitatea operatiilor prin care imaginile de teledetectie sunt convertite dintr'un simplu set de date sau fisiere imagine intr'un model corect si cat mai precis al suprafetei de teren care apar in continutul acesteia. Prin calibrare, valorile numerelor digitale determinate de volumul de informatie stocat sunt transformate in valori fizice ce vizeaza radiatia electromagnetica reflectata de obiecte in functie de comportamentul lor spectral si pozitia spatio'temporala corespunzatoare la momentul obtinerii imaginii. 4ransformam 4ransformam valorile digitale in date fizice cu raportare spatiala (legarea imaginii de teren!. =alibrarea imaginilor satelitare presupune mai multe etape in care datele spectrale sunt regrupate intr'un model in care influentele senzorului atmosferei si ale terenului sunt delimitate rezultand astfel o imagine curata din punctul de vedere al datelor caracteristice obtinute prin teledetectie. Imaginea bruta obtinuta de la senzor nu este o imagine calibrata. Calibrarea imaginilor presupune in cazul imaginilor obtinute prin senzor optic 1 etape maore:
%. Calibrarea senzorului & senzorului & adaptarea caracteristicilor senzorului la momentul obtinerii imaginii prin transformarea valorilor numarului digital in valori fizice reprezentate prin radianta la senzor. Se utilizeaza parametrii interceptiei si raspunsului spectral care sunt precizati in primul rand in fisierul de metadate al imaginii (gain (gain si offset!. ". Corectia atmosferica a imaginii & imaginii & presupune segregarea efectelor atmosferei asupra datelor spectrale ale imaginii astfel incat noul model de imagine sa prezinte informatii spectrale adecvate obiectelor din teren si afectate cat mai putin de fenomenele atmosferice. +Se sterge efectul atmosferei asupra datelor. 6ezultatul este o imagine in care radianta la senzor este inlocuita cu radianta la nivelul obiectelor de la suprafata terenului. 1. Corectia de iluminare solara si corectia topografica care topografica care au ca scop uniformizarea pe cat posibil a signaturilor spectrale avand aceeasi semnificatie in teren. Pe de'o parte, aceste corectii mai sunt denumite generic si corectii de normalizare a signaturii spectrale (unificare a nivelurlor de gri pentru un element precizat din teren!. )oul model de imagine calibrat prezinta pixelii asociati cu valorile reflectantei spectrale la suprafata terenului. Pentru a fi utilizata in scopuri cartografice, imaginea nec esita un tratament separat la nivelul altor corectii radiometrice si geometrice: -
#liminarea unor defecte #liminarea zgomotului =orectarea contrastului, care tine de continuarea no rmalizarii signaturii spectrale Aplicarea de masti pentru nori
8
Imaginea initiala este un set de date raster pentru fiecare canal spectral la care pixelii prezinta numere digitale in functie de rezolutia radiometrica. *aloare fizica in teledetectie inseamna o valoare numerica exprimata in unitati de masura ce caract caracteri erizeaz zeazaa radiati radiatiaa electr electroma omagnet gnetica ica.. e exempl exemplu, u, unitat unitatii de radian radianta ta sau unitat unitatii de reflectanta. In cazul cazul imagin imaginii ii necalib necalibrat rate, e, histog histogram ramaa arata arata distri distribut butia ia pixeli pixelilor lor in functi functiee de valori valorile le numarului digital care reflecta la randul lui volumul de informatie la nivel de pixel. #xemplu: imaginea la care un pixel contine D biti & rezolutia radiometrica sau numarul de nivele de gri este egal cu
2
8
.
In cazul cazul imagin imaginilo ilorr calibr calibrate ate,, signat signaturi urile le spectr spectrale ale sunt sunt usor usor modif modificat icatee in urma urma aplica aplicarii rii corectiilor atmosferice si celor topografice, insa pixelii nu mai preinta valorile initiale deoarece numarul digital a fost inlocuit dupa caz cu reflectanta sau radianta spectrala. Prin calibrare se incearca o mai buna evidentiere a signaturilor spectrale in analiza datelor, avantaul fiind posibilitatea de a descrie, de a analiza ami bine obiectele si fenomenele. Prin calibrare, profilele spectrale realizate pe acelasi traseu prin setul de date initial si prin cel calibrat, nu mai sunt identice, indiferent de canalul spectral. #xplicatia este legata de diminuarea efectelor senzorului atmosferei si topografiei asupra signaturilor spectrale. In acest fel, obiectele devin mai diversificate, pot fi mai usor deosebite vizual, dar mai ales pot fi izolate prin clasificari tematice. 6ezultatul unor clasificari tematice-de pixeli pe baza datelor calibrate este mai corect din punct de vedere stiintific si geografic. Importanta calibrarii este si mai mare in conditiile in care se folosesc date multitemporale obtinute folosind acelasi senzor sau mai ales senzori diferiti.
Calibrarea radiometrica & schimba radiometria imaginii si prezinta 1 etape maore:
%! Calibrarea senzorului & & necesara pentru a rezolva relatia dintre signaturile spectrale din imagine si caracteristicile spectrale ale senzorului din momentul preluarii imaginilor. #xemplu: un senzor a a fost lansat in ED$ in anul "991, acelasi senzor a fost reactivat in "9%1, acelasi senzor inca mai producea imagini. 8zura senzorului in timp se manifesta prin scaderea sau cresterea calitatii imaginilor spectrale in diferite canale. In acest caz, senzorul impune o calibrare folosind parametrii speciali (interceptie si raspuns! care odata aplicati imaginii permit calcularea valorilor de radianta spectrala primita la senzor.
9
Corectia atmosferica atmosferica & diminuarea pe cat posibil a efectelor atmosferice asupra "! Corectia signaturilor spectrale si stabilirea +legaturii dintre imagine si suprafata terenului. Prin aplicarea parametrilor unui model atmosferic pentru anumita regiune se pot produce pentru imaginea data (calibrata la senzor! valorile radiantei la suprafata terenului.
1! Corectia de iluminare solara si topografica & presupune presupune transformarea transformarea valorilor valorilor de radianta la suprafata terenului obtinute prin corectia atmosferica in valori de reflectanta la supraf suprafata ata terenu terenului lui.. =orect =orectia ia determ determina ina de fapt o normali normalizar zaree sau o unifor uniformi mizare zare a signaturilor spectrale la nivelul aceluiasi element de mediu, deoarece folosind parametrii iluminarii solare (azimut si elevatie solara!, precum si datele derivate din modelul digital al terenului (umbrirea in momentul obtinerii imaginii! se poate produce un model de imagine uniform la nivelul signaturilor spectrale.
Efectele atmosferei asupra datelor 6adiatia solara incidenta aunge doar teoretic la suprafata terenului pe o linie dreapta, deoarece ea interactioneaza cu diferitele elemente ale atmosferei (prin refractie atmosferica si in alte moduri!. #lementul imagine (pixelul! cuprinde in functie de rezolutie mai mult sau mai putine obiecte care determina parametrii radiatiei reflectate. 6adiatia reflectata de elementele din cadrul pixelului nu aunge integral la senzor, poate fi refractata sau absorbita. Pe langa aceasta, obiectele din pixelii invecinati, la fel de eterogeni ca pixelul la care ne raportam determina reflexia radiatiei, difuzia acesteia si nu numai. Aceasta afecteaza raspunsul spectral la nivel de pixel, astfel incat radiatia reflectata in directia senzorului inregistrreaza numeroase abateri de la regula fizica (nu este e ste o radiatie pura!. Prin corectie atmosferica se obtine o noua imagine in care valorile spectrale ale pixelilor sunt usor modificate in conditiile in care s'a diminuat efectul atmosferei asupra datelor. Calibrarea geometrica a imaginii & transformarea imaginii initale intr'un model de imagine cu o geometrie cunoscuta astfel incat sa poate fi coinregistrata cu o harta topografica sau tematica si deschisa deschisa catre aplicatiile aplicatiile GIS. Aceasta Aceasta presupune presupune cunoasterea cunoasterea proiectiei proiectiei initiale initiale si mai ales transformarea acesteia intr'o proiectie ortografica la care scara obiectelor sa fie unica si efectul de perspectiva (deplasarea radiala! sa fie diminuat. e asemenea, noul model de imagine se poate asocia cu o proiectie cartografica bine definita.
Aceasta calibrare se realizeaza prin procesarea produsului de teledetectie. Perfec Perfecti tionar onarea ea imagin imaginilo ilorr presup presupune une pregati pregatirea rea acestor acestoraa prin prin diferi diferite te operat operatii ii in vedere vedereaa extragerii de informatii utila aplicatiilor GIS fie in format vector, fie raster.
10
?biectivele acestei etape sunt in principal: ' corectarea contrastului imaginilor prin redistribuirea statistica a valorilor spectrale ale pixelilor ' diminuarea efectelor zgomotului in special in cazu l imaginilor radar ' aplicarea unor filtre sau matrici pentru imbunatatirea unor signaturi spectrale la nivel de forme sau contururi ale obiectelor, dar si in vederea diminuarii efectelor unor elemente care introduc dificultati in analiza imaginilor ' decorelarea datelor atunci cand signaturile spectrale sunt foarte apropiate desi reprezinta elemente diferite ale mediului geografic ' construirea de mozaicuri in vederea extinderii acoperirii spatiale a imaginilor ' aplicarea unor transformari cromatice la nivelul signaturilor spectrale in functie de diferite sisteme de conversie a nuantelor de culori ' fuzionarea unor date cu c u rezolutii diferite in scopul obtinerii unor imagini la rezolutii mai mari utile clasificarilor tematice
#ozaicarea imaginilo i maginilorr
ozaicarea imaginilor & este frecvent realizata in analiza inca din etapa de construire a acoperirii spatiale dorite. Scopul este producerea unei noi imagini cu extindere spatiala mai larga la care signaturile spectrale trebuie sa fie cat mai apropiate, indiferent de apartanenta pixelilor la o scena sau alta. ozaicurile digitale de imagini implica doua-trei aspecte: -
Imaginile sa fie obtinute la aceeasi data sau la date apropiate ori in acelasi anotimp. In aceste conditii, normalizarea signaturilor spectrale (aducerea signaturilor la acelasi
11
nivel! se poate realiza mut mai usor, fie ca este cazul culorilor naturale, fie ca este cazul compozitiilor fals'color. -
Imaginile sa prezinte aceleasi caracteristici geometrice (aceeasi proiectie, inclusiv acestea trebuie sa fie ortocorectate, deoarece mozaicul impune o scara unitara pe toata suprafata si chiar si o deplasare radiala limitata!. In cazul in care prima conditie nu poate fi realizata devine necesara efectuara unor corectii de contrast prin potrivirea histogramelor imaginilor invecinate.
#x: ozaicul radar Sentinel % pentru 6omania -
-
#ste color deoarece imaginile radar asamblate au fost generate in combinatie 6G3 folosind trei imagini alb'negru (" canale reprezinta canale spectrale ale imaginii radar, un canal cu polarizare verticala F* si unul cu polarizare orizontala FF si un al treilea canal, simulat sub forma mediei artimetice a pixelilor din cele " canale spectrale!. Aces Acestt mozai mozaicc a impus impus si core corect ctii ii geom geomet etri rice ce impo import rtan ante te,, resp respec ecti tiv v aduce aducere reaa imagin imaginilo ilorr la aceeas aceeasii proiec proiectie tie si ortoco ortocorect rectie, ie, folosi folosind nd modele modele digita digitale le de teren teren #8#. S'a realizat si o normalizare spectrala a imaginii pe aproape toata suprafata, deoarece elementele care acopera terenul trebuie sa se prezinte pe cat posibil in aceeasi nuanta de culoare.
=orectarea contrastului se realizeaza in aproape toate cazurile indiferent de tipurile de imagine, deoarec deoarecee distri distribut butia ia statis statistic ticaa initia initiala la a valori valorilor lor spectr spectrale ale nu respec respecta ta cerint cerintele ele analize analizeii imagin imaginilo ilor. r. =orect =orectia ia se realiz realizeaza eaza fie fie prin prin aplica aplicarea rea unor functi functiii matema matematic tice, e, linear linearee sau nelineare, fie prin specificarea unor praguri de signatura spectrala pentru intreaga imagine sau pentru portiuni din imagine. =orectiile de contrast se realizeaza la nivel de banda spectrala in sensul saturarii sau desaturarii contrastul contrastului ui prin adaugarea de pixeli pixeli sau diminuarea diminuarea numarului numarului de pixeli pentru anumite valori spectrale. Grafic, acestea se raporteaza la histograma imaginii F. &iltrarea &iltrarea imaginilor imaginilor & presupune aplicarea unor matrici cu valoare statistica si dimensionala (filtre morfologice! sau cu realizare de operatii matematice la nivelul signaturilor spectrale (filtre de convol convoluti utie!. e!. =onstit =onstituie uie evident evidentier ierea ea unor signat signaturi uri spectr spectrale ale ca forma forma sau contur contur sau diminuare efectului acestora asupra imaginii. &iltre de convolutie (operatori) & matricea mobila care se deplaseaza pe liniile si coloanele imaginii imaginii permite permite recalculare recalculareaa valorilor valorilor spectrale spectrale asociate asociate pixelilor, pixelilor, respectiv respectiv obtinerea obtinerea unei imagini noi imbunatatita la nivelul signaturilor spectrale. 'ecorelarea datelor & presupune fie aplicare unor corectii de contrast speciale, dar mai ales transformarea imaginii multispectrale intr'un set nou de date numit si componentele principale
12
ale imaginii. Scopul este o mai buna diferentiere a signaturilor spectrale si este utila in special seturilor de date care contin si benzi spectrale din vizibil.
Post'procesarea imaginilor de teledetectie. #xtragerea informatiilor din imagini
Post'procesarea cuprinde etapele care pregatesc imaginea, respectiv informatiile din structura imaginii pentru utilizarea lor in aplicatiile GIS. Acasta prezinta mai multe obiective: -
#xtr #xtrage agere reaa info inform rmat atie ieii din din imagi imagine ne prin prin meto metode de manua manuale le,, semi semiaut autom omat atee sau sau automate. ezvoltarea unor modele derivate din imagini cum ar fi de pilda extragerea unor elemente fizice ale spatiului geografic (ex: temperatura! sau determinarea unor indici de vegetatie (pe baza imaginilor multispectrale!.
13
-
Analiza imaginilor multitemporale & analiza detectiei schimbarilor, care foloseste de fapt datele produse din etapele anterioare. ezvoltarea unor modele avansate de date care integreaza in GIS informatii din imagini, dar si din alte surse (realizarea hartilor de riscuri naturale!.
Etragerea informatiei din structura imaginilor de teledetectie
Se poate realiza in functie de specificul aplicatiilor, tipul de imagini si gradul de pregatire al analistului prin 1 modalitati: interpretare vizuala si producere de date in format vectorial prin clasificari tematice (clasificari de pixeli! care diferentiaza in cadrul unui strat raster pixelii cu diverse signaturi spectrale, respectiv cu diferite semnificatii in teren - clasificari orientate & obiect, care sunt clasificari de pixeli care au la baza mai intai definirea unor caracteristici ale obiectelor, precum si separarea imaginii in obiecte ce raspund acestor caracteristici. -
=lasificarile de acest tip nu se limiteaza doar la folosirea informatiilor din structura imaginilor, astfel incat pot fi adaugate a daugate si alte informatii care pot spriini definirea si diferentierea obiectelor. Interpretarea vizuala si producerea de date in format vectorial este cea mai simpla modalitate de a produce date digitale digitale folosind imaginea de teledetectie teledetectie cu un anumit nivel de procesare pe care analistul o exploreaza folosind procedeele si criteriile de interpretare, directe sau indirecte.
#x: pag "%9 Atlas & realizarea hartilor tematice ale structurilor urbane, respectiv evolutiei evolutiei teritoriale teritoriale ale unui oras. Producerea Producerea datelor datelor vectoriale vectoriale are la baza folosirea unor unor criter criterii ii de inerpr inerpreta etare re intr' intr'o o formul formulaa combin combinata ata si corela corelata, ta, precum precum forma forma acoperisurilor unor case, culoarea materialelorde constructie sau structura cartierelor, prezenta vegetatiei, sau raportarea spatiului construit la elemente naturale, sau textura unor zone construite. Pe masura ce fenomenele analizate acopera suprafete mai mari, se impune adaptarea la rezolutia imaginilor, astfel incat imaginile la 19 m rezolutie devin utile in interpretarea si reprezentarea diferitelor clase de acoperire a terenurilor. Interpretarea vizuala produce acoperiri vectoriale de tip poligon, linie sau punct, insa acestea se impun a fi controlate la nivel topologic, deoarece folosirea lor in alte aplicatii GIS impune o anumita acuratete si chiar o anumita precizie. Clasificarile de pieli sau tematice reprezinta tehnici care utilizeaza algoritmi matematici si praguri statistice predefinite in scopul producerii de informatii sub forma de strate raster care vizeaza acoperirea terenului sau anumite clase omogene ale acesteia.
14
=lasificarle tematice prezinta din punct de vedere semantic " directii de abordare. Acestea sunt legate legate de cunoast cunoastere ereaa sau necunoa necunoaste sterea rea semnif semnifica icatie tieii signat signaturi urilor lor specta spectale le in raport raport cu acoperirea terenului. 6ezultatul acestor clasificari sunt straturi raster. a! Clasificarea nesupervizata (nedirijata) & (nedirijata) & gruparea pixelilor in clustere relativ omogene folosind folosind doar criteriul criteriul statistic, statistic, respectiv respectiv diferetel diferetelee de nr digital existente intre pixeli. In acest caz nu se cunoaste semnificatia in teren a signat signaturi urilor lor spectr spectrale ale,, se cunosc cunosc doar doar anumite anumite pragur pragurii la nivel nivel de valori valori numerice,precum si numarul probabil de clustere ce ar putea fi grupate la nivelul aceasi clase. upa gruparea datelor in clase, analistul poate acorda semnificatia din teren a acestora. b! Clasificarea supervizata (dirijata) & (dirijata) & spre deosebire de tipul anterior, foloseste in mare mare masura masura cunoast cunoastere ereaa semnif semnifica icatie tieii signat signaturi urilor lor spectr spectrale ale in teren. teren. Bolosind o serie de esantioane sau poligonae test interpretate in imagine si calculand calculand apoi pragurile pragurile de diferentie diferentiere re dintre dintre signaturile signaturile spectrale, spectrale, pixelii pixelii imaginii pot fi grupati in clase cu diferite semnificatii. =lasificarea supervizata se baze bazeaz azaa pe cuno cunosstii tiinte nte geog geogra rafi fice ce com complex plexee si impun mpun frec frecve vent nt documentarea analistului si o anumita experienta in interpretarea vizuala a imaginilor. =lasificarile de pixeli utilizeaza integral datele imaginilor multispectrale, chiar daca zonele de interes au fost generate folosind doar o singura combinatie 6G3. 6ezultatul clasificarilor trebuie evaluat evaluat folosind seturi de date independente independente in raport de care se genereaza matricile matricile de erori ce exprima procentual cat de corect au fost clasificati pixelii pe clase.
Elemente de interpretare tematica Interpretarea reliefului In analiza reliefului pe imagini, principalul indiciu de interpretare il reprezinta specificul retele reteleii de drena, drena, respect respectiv iv configu configurat ratia ia aceste acesteia. ia. 6eteau 6eteauaa de drena drena exprima exprima configu configurat ratia ia sistemului de scurgere al apei in regim permanent sau temporar, natural sau antropic de la nivelul suprafetei topografice. In analiza imaginilor pot fi deosebite " situatii: ' cazul retei de drena in configuratie naturala in care talvegurile se remarca prin densitate neuniforma, respectiv trasee neregulate (zona montana!
15
' cel de'al de'al doilea doilea caz caract caracteri erizeaz zeazaa retele retelele le de drena drena influe influenta ntate te antrop antropic ic prin prin canali canalizar zari, i, indreptari, captari, derivatii etc. la care se observa suprapunerea unor configuratii geometrice peste configuratiile negeometrice initiale (zona de campie litorala! In analiza imaginilor configuratiile retelei de drena ofera, insa, informatii interesante privind tipurile genetice de relief, gradul de evolutie al acestora, morfodinamica actuala si prezenta, acolo unde este cazul, a influentelor antropice. In literatura sunt recunoscute D tipuri maore de retele de drena care se pot adapta diferitelor imagini satelitare sau aeriene exprimand intr'o prima etapa tipologia reliefului si evolutia acestuia: ' drenaul dendritic (reteaua este organizata pe bazine dezvoltate similar ramurilor unor arbori! ' arata o torentialitate intensa in conditiile co nditiile unor influente structurale mai slabe si a unor roci relativ omogene si relativ impermeabile (zonele de munte si de deal! ' drenaul paralel (talvegurile sunt paralele si au aceeasi directie fapt datorat unor influente structurale si litologice evidente pe o anumita directie, de exemplu falii paralele, alternanta de roci roci permea permeabil bilee cu roci roci imperm impermeabi eabile le in struc structur turii parale paralele! le!.. Bormati Bormatiuni unile le imperm impermeabi eabile le corespund talvegurilor, iar cele permeabile corespund intervluviilor. ' drena de tip gratar (treilis! ' este o combinatie intre drenaul rectangular si cel dendritic si caracterizeaza zonele faliate cu horsturi si grabene in care exista o alternanta de formatiuni cu permeabilitati diferite - drenaul rectangular ' ' este cel mai caracteristic in regiunile cu blocuri faliate, horsturi
si grabene grabene,, in care care rocile rocile sunt sunt relati relativ v omogen omogene. e. 4alvegu alveguri rile le sunt sunt suprap suprapuse use faliil faliilor or principale si secundare.
>>> =ele mai complexe complexe retele retele de drena corespund corespund regiunilor regiunilor cu o evolutie evolutie indelungata indelungata a reliefului (regiuni montane, chiar si de deal sau podis!. in aceasta evolutie au fost scoase la zi treptat litologii si structuri diferite care au impus diferite tipuri de drena ce au fost mostenite in etapele ulterioare. =u alte cuvinte, tipurile elementare de drena, exista teoretic acolo unde structura si litologia sunt omogene si evolutia reliefului este limitata la mai putine etape. - drenaul radial ' corespunde conurilor vulcanice mai noi sau mai vechi unde, pe
fatele fatelele le aparatu aparatului lui vulcani vulcanicc s'au s'au adancit adancit vai diverg divergent entee numit numitee si barrancos . Pe masura ce relieful vulcanic este mai nou sau este legat de vulcanii activi, aceasta configuratie este mai bine 16
pastrata. =u cat vulcanul respectiv s'a stins mai demult cu atat reteaua respectiva duce catre alte tipuri. - dren drena aul ul inel inelar ar ' est este legat egat,, de obi obicei cei, de struc tructu turrile ile cuta cutate te de tip tip dom sau
braiianticlinal . =onfiguratia retelei de drena este legata de patrunderea regresiva a
torent torentilo ilorr care care si'au si'au adaptat adaptat sistem sistemul ul de drena drena configu configurat ratiei iei circul circulare are a struct structuri uriii geologice si litologiilor diferite intalnite in procesul adancirii. ' drenaul multibazinal ' ' corespunde regiunilor endoreice (in deserturi si semideserturi! unde reteaua este organizata catre centrul unor arii depresionare, izolate in raport cu reteaua maora de drena. 8n caz caz part partic icula ularr este este dren drena aul ul zonel zonelor or cars carsti tice ce unde unde imagi imagini nile le arat arataa o dens densit itat atee mica mica a talvegurilor la suprafata care converg catre avene si pesteri. ' drenaul comple! ' ' este cel mai raspandit si grupeaza mai multe tipuri elementare de drena drena din cele cele prezent prezentate ate anteri anterior or el rezult rezulta, a, de fapt, fapt, din succes succesiun iunea ea unor etape indelungate de morfogeneza prin procese de epigeneza (scoaterea la zi a unor roci initial acoperite!, prin nivelari succesive cu formare de peneplene, prin captari fluviatile pe fondul aparitiei diferitelor nivele de baza
*ipuri de imagini si date digitale folosite in analiza reliefului Alegerea imaginilor satelitare sau aeriene in aplicatiile geomorfologice presupune mai intal documentarea complexa atat cartografica cat si bibliografica privind problemele reliefului ce urmeaza a fi analizata. ' suprafata respectiv dimensiunile formelor de relief ce urmeaza a fi analizate, de exemplu ex emplu pentru mezorelief (munti, dealuri, campii! sunt necesare imagini la rezolutii medii si chiar mici, pentru microrelief sunt utile imaginile de rezolutii mari si foarte mari ' diversitatea tipurilor de relief intalnite si gradul de evolutie al acestora reliefurile mai putin evoluate se pot analiza si la rezolutii mai mici. 6eliefurile evoluate impun indicii ce implica identificarea unor elemente de detaliu. 17
' in interpretarea reliefului imaginea satelitara sau aeriana nu este suficienta astfel incat se apeleaza frecvent la 4, harti topografice, insa, de o mare utilitate sunt imaginile obtinute cu diferite tipuri de senzori ' dinamica temporala a formelor de relief ' de foarte multe ori, in analiza, sunt folosite imagini multitemporale. Imaginile se adapteaza si spatiului de manifestare al fenomenului inamica diferitelor sisteme geomorfologice implica adecvarea seturilor de imagini din punctul de vedere al rezolutiei spatiale si al rezolutiei temporale care trebuie raportate la specificul spatio'temporal al fenomenului (dinamica unui ghetar, eruptia vulcanica, inundatia, alunecari de teren!
Imagini si date utilizate
multispectrale la rezolutii rezolutii medii (1+-1++m) ' de obicei ele %! Imagini satelitare multispectrale
permit obtinerea de combinatii fals color care asigura diferentierea mai usoara a formel formelor or de relief relief in raport raport cu vegetat vegetatii si alte elemen elemente te de mediu mediu (slide (slide 7!. In deserturi, pe langa separarea vegetatiei naturale sau a celei din zonele cultivate fata de formele de relief se pot delimita la nivelul suprafetei topografice si diferite depozite superficiale respectiv tipuri de roci. 2) Imaginile multispectrale multispectrale la rezolutii rezolutii mari si foarte mari (,1m) ' permit combinatii
in culori naturale dar si o combinatie color I6. #x: analiza ghetarilor ' semnalarea ghetii in raport cu roca 18
' morenele apar in culori inchise
1! #odele digitale obtinute prin tenica I'A (scanare cu laser) ' aceste modele sunt necesare analizelor de detaliu privind caracteristicile reliefului in special la nivel de microforme. ?btinute in formula multitemporala, aceste date sunt de mare utilitate in masurarea masurarea parametril parametrilor or morfodinam morfodinamici ici si evaluarea evaluarea evolutiei evolutiei reliefului reliefului.. e exemplu: exemplu: masurarea dinamicii unei albii, masurarea ratei de adancire a unor ravene sau torenti. Pe baza datelor 2IA6 se realizeaza si analize geomorfometrice de mare precizie dar se pot realiza si clasificari tematice orientate obiect pe tipuri tipuri de forme de relief.
$! Imagini A'A ' ' obtinute in diferite moduri de polarizare, sunt imagini alb'negru care scot mai bine in evidenta asimetriile structurale ca urmare a efectului de basculare pe care il determina interactiunea reliefului cu fluxurile de microunde. =u alte cuvinte, suprafetele expuse catre microunde apar stralucitoare, iar cele adapostite apar inchise. Se pot observa asimetrii ale reliefului, faliile faliile si diferitele aliniamente structurale. structurale.
19
