РОЗДІЛ 7. СИСТЕМИ ОБРОБКИ Й ІНТЕРПРЕТАЦІЇ ДАНИХ ДЗЗ

У цей час існує цілий ряд програмних засобів, застосовуваних для попередньої й тематичної обробки даних ДЗЗ. Найпоширеніші ERDAS Imagine, ER Mapper, ENVI, IDRISI і ін.

ERDAS Imagine

Програмний пакет ERDAS Imagine, що поставляється на ринок фірмою ERDAS, поєднує в собі функції растрової й векторної ГІС і системи для обробки зображень, орієнтованої на дані аеро- і космічних зйомок, і призначений для професіоналів в області ДЗЗ і фотограмметрії. Широкий набір інструментів, що дає можливість обробляти дані з будь-якого джерела й представляти результати в будь-якому виді, від професійно оформлених друкованих карт до тривимірних моделей місцевості, робить ERDAS Imagine одним із кращих програмних продуктів для аналізу й обробки даних ДЗЗ.

Ядром програмного забезпечення (ПЗ) ERDAS Imagine є один із трьох варіантів базових пакетів: Imagine Essentials, Imagine Advantage і Imagine Professional. Кожний наступний пакет містить у собі функціональні можливості попереднього та розширює їх.

У якості спеціалізованих інструментів компанія ERDAS розробляє додаткові модулі, які можна придбати окремо від базового варіанта й підключити до нього для одержання нових функцій. Такими модулями є Imagine Virtualgis, Imagine Orthobase, Imagine Subpixel Classifier, Imagine Radar Mapping Suite, Imagine Developers Toolkit, Stereo Analyst і ін.

Модуль тривимірної візуалізації й аналізу Imagine Virtualgis дозволяє створювати реалістичні тривимірні сцени зі знімків і моделей рельєфу місцевості, а також ефект руху по створюваному нею віртуальному миру в реальному часі при наявності графічного прискорювача.

Imagine Orthobase – основа фотограмметричних рішень ERDAS. Цей модуль дозволяє обробляти сотні аерофотознімків, що покривають територію, одержуючи на виході фотоплан картографічної точності. Варіант Orthobase Pro дозволяє автоматично одержати модель рельєфу місцевості. Другий фотограмметричний продукт Stereo Analyst дозволяє працювати з парами знімків у стерео-режимі й виконує стерео-дешифрування, подібно традиційним фотограмметричним приладам.

Модуль Imagine Subpixel Classifier реалізує особливий метод класифікації зображень, який спрямований на розв’язок проблеми змішання множини об’єктів у межах одного пікселя.

Imagine Radar Mapping Suite реалізує різні аспекти обробки радарних зображень.

Інструмент програміста Imagine Developers Toolkit дозволяє доповнити ERDAS Imagine будь-якими функціями, які потрібні замовникові.

ERDAS Imagine надає набір засобів для поліпшення зображення, підвищення його читабельності й інформативності, складання карт землекористування й виділення об’єктів із застосуванням контрольованої (на основі принципу максимальної правдоподібності, мінімальної відстані, відстані Махалонобіса) і неконтрольованої класифікації (ієрархічний кластерний аналіз), виявлення змін, що відбулися із часом на будь-якій території і т.д. ERDAS Imagine забезпечує можливість точної прив’язки аеро- або космічних знімків до реальних координат, перетворення їх у картографічні проекції з використанням різних параметрів земного еліпсоїда.

ERDAS Imagine дозволяє інтерактивно конструювати моделі, використовуючи спеціальний об’єктно-орієнтований графічний редактор алгоритмів Model Maker, відкриваючи доступ більш ніж до 200 операцій по обробці зображень і маніпулювання даними ГІС. Зокрема, дуже просто можуть бути створені моделі для опису природного середовища та процесів, що відбуваються в ньому.

Для створення професійно оформленої картографічної продукції й демонстраційної графіки може бути використаний спеціальний редактор Map Composer. Картографічні композиції можуть включати один або кілька шарів зображення, тематичних векторних карт, анотацій.

Модуль Vector в ERDAS Imagine працює з векторно-топологічною моделлю даних ГІС ARC/ІNFO, забезпечуючи унікальну комбінацію можливостей растрової й векторної ГІС в одному пакеті. Можна створити повну географічну базу даних на досліджувану територію, включаючи в неї векторні електронні карти. Є засоби редагування векторних карт, включаючи побудову топології.

Внутрішній формат графічних даних IMG є відкритим для растрових даних. ERDAS Imagine дозволяє прямо переглядати й обробляти файли різних векторних і растрових форматів, а також має широкі можливості імпорту й експорту зображень.

Перевагою системи є її відкритість, тобто можливість написання користувачем і впровадження в неї додаткових модулів обробки зображень, для чого в системі передбачений спеціальний набір функцій розробника.

ERDAS ER Mapper

Система ERDAS ER Mapper, відома раніше як ER Mapper, використовує єдиний інтегрований інтерфейс, що дозволяє одержувати швидкий і зручний доступ до всіх функцій обробки й аналізу даних, підтримуваних системою. Оброблювані дані можуть бути об’єднані в робочі набори, у які можуть входити растрові, векторні й анотаційні шари. Робочі набори можуть формуватися на основі даних растрових аерокосмознімків, цифрових рельєфів місцевості, даних магнітної й сейсмічної розвідки і т.д.

Головною особливістю системи є те, що вона не вимагає обов’язкового збереження результатів виконання тієї або іншої операції над даними на диску, якщо користувачеві це не потрібно. Замість цього повторювані послідовності операцій поєднуються й зберігаються у вигляді алгоритмів, що представляють собою запис певної послідовності кроків обробки, які необхідно виконати над тем або іншим робочим набором даних. Перевага такого підходу полягає в значному підвищенні ефективності роботи з дисковим простором, що головним чином позитивно відбивається на економічності його використання. В алгоритмах можуть записуватися операції багаторівневої фільтрації, трансформування (корекції) яскравості, обробки за допомогою формул і т.д. Формули являють собою набори арифметичних і логічних операцій, що задають правила обробки багатозональних знімків. Аргументами формули зазвичай є окремі спектральні канали оброблюваного знімка. Великий набір стандартних формул по обробці зображень, що поставляється системою, дозволяє прискорити процес створення ефективних алгоритмів обробки. ER Mapper містить досить широкий набір різноманітних «шаблонових» алгоритмів, а також дозволяє створювати власні користувацькі алгоритми обробки.

ER Mapper також надає широкий набір утиліт імпорту й експорту даних більшості стандартних растрових і векторних форматів, найпоширеніших форматів КЗ (Landsat, Spot, NOAA і т.д.), а також даних у форматах багатьох широко відомих ГІС (ArcІnfo, Arcview, MapІnfo і т.д.). Усього в системі підтримується до 130 різноманітних форматів даних.

Різноманітний набір функції обробки даних ДЗЗ дозволяє вирішувати широкий спектр завдань як попередньої, так і тематичної обробки. У системі представлені ефективні утиліти, що дозволяють виконати проекційне трансформування (у більш ніж 40 проекцій), геометричну корекцію знімків, робити географічну прив’язку, складати мозаїки з аерокосмознімків, що перекриваються, здійснювати злиття різнорідних даних (наприклад, знімків різних супутників), а також виконати контрольовану й неконтрольовану класифікацію знімків з метою витягування змістовної тематичної інформації і т.д.

ER Mapper поставляється у вигляді єдиного комплекту, що виключає необхідність придбання додаткових модулів.

Система ER Mapper є відкритою й дозволяє користувачам розширити її можливості, надаючи для цього набір спеціалізованих бібліотек, що дозволяють одержати доступ до всіх функцій системи й базованих на мові програмування С.

ENVI

Програмний комплекс ENVI (Environment for Visualizing Images- середовище для відображення знімків) від компанії ITT Visual Information Solutions включає набір функцій для обробки даних ДЗЗ і їх інтеграції з даними ГІС. ENVI ліцензований провідними операторами космічних даних, тому забезпечує підтримку даних ДЗЗ, отриманих із супутників Quickbird, Ikonos, Orbview, Cartosat-1, Formosat-2, Resourcesat-1, SPOT, IRS, Landsat і ін.

ENVI містить у собі функції:

- обробки й глибокого аналізу гіперспектральних знімків;

- виправлення геометричних і радіометричних похибок;

- інтерактивного поліпшення зображень;

- інтерактивного дешифрування й класифікації;

- аналізу знімків у радіодіапазоні;

- побудови запитів;

- оцифровування, і багато іншого.

ENVI містить спектральні бібліотеки й інструменти для виконання спектрального й топографічного аналізу, аналізу рослинності й класифікації зображень наступним алгоритмам:

- К-means, ISODATA;

- метод паралелепіпедів;

- алгоритми мінімальної спектральної відстані, відстані Махаланобіса;

- метод максимальної правдоподібності;

- класифікація за допомогою методу спектрального кута;

- двійкове кодування;

- дерево прийняття рішень;

- нейронна мережа.

За допомогою алгоритму «Дерево прийняття рішень» можливий спільний аналіз різних даних (цифрова модель рельєфу DEM – висота, кут і напрямку нахилу; гідрогеологічні особливості – глибина залягання підземних вод, характер ґрунтів; особливості рослинного покриву) для виділення районів підданих ерозійним процесам, пожежонебезпечних ділянок.

Засобами виявлення кількісних і якісних змін, що входять в ENVI, на тематичні або панхроматичні знімках можна знаходити області, на території яких відбулися зміни.

Функції ENVI, що забезпечують топографічне моделювання, дозволяють обчислювати нахили, види із заданої точки спостереження, відмивку рельєфу, а також кривизну й опуклість поверхні по знімках з даними висот. Додатковий інструмент класифікації за топографічними ознаками дозволяє класифікувати кожний піксель за шістьма класами топографії місцевості: гори, гребені, перевали й рівнини, канали й западини. За допомогою ENVI можна створювати відмивку рельєфу, сполучену з кольоровими знімками, що дозволять додати отриманому зображенню більш реалістичний вид. За допомогою інструмента визначення зон і ліній видимості «ENVI Line-of-Sight Calculator” можна визначати, які пікселі видимі із заданої точки. Інструменти ENVI, призначені для роботи з векторами, дозволяють перетворювати векторні контури висот у регулярні растрові ЦМР.

У програмний комплекс ENVI вбудована мова програмування IDL (Interactive Data Language), за допомогою якої можна суттєво розширити функціональні можливості програми для розв’язку спеціалізованих завдань, створювати власні й автоматизувати існуючі алгоритми обробки даних і виконувати пакетну обробку даних.

ENVI має інтуїтивно зрозумілий графічний інтерфейс, що дозволяє починаючому користувачеві швидко освоїти всі необхідні алгоритми обробки даних.

IDRISI

ГІС IDRISI (Університет Кларка, США) являє собою растрову ГІС, яка призначена для аналізу просторово-розподіленої інформації, одержуваної з різних джерел. Для багатьох фахівців наприкінці 80-х років саме Dos-версія цього пакета стала першим кроком до комп’ютерної обробки даних ДЗЗ завдяки безкоштовному поширенню ранніх версій. Сьогодні пакет IDRISI для Windows разюче відрізняється від Dos-версії. До складу пакета входить блок обробки даних ДЗЗ, що включає можливості як загальної обробки знімків (контрастування, фільтрація, координатна прив’язка, створення псевдокольрових композицій, визначення NDVI, аналіз головних компонентів та ін.), так і тематичного дешифрування. Для деяких знімальних платформ існують спеціальні способи обробки, зокрема, перетворення даних 6-го каналу Landsat у температурні показники. До складу пакета входить потужний модуль аналізу растрових карт, у тому числі побудованих на основі результатів обробки даних ДЗЗ. Пакет має розвинені можливості введення й імпорту-експорту даних. Підтримка векторної графіки досить слабка.

Залишаючись дуже простим в освоєнні, пакет IDRISI у цей час знаходить широке застосування в невеликих за обсягом обробки даних ДЗЗ проектах, в основному, науково-практичного характеру. При цьому коло користувачів може бути набагато ширше, якщо врахувати, що в порівнянні з іншими закордонними програмами вартість пакета невелика.

Multispec

Програмний пакет Multispec (Університет Пердью, США) призначений для інтерактивної обробки мультиспектральних і гіперспектральних знімків, простий у використанні й поширюється безкоштовно через Інтернет.

В Multispec є унікальні функції, корисні й при наявності дорогих комерційних пакетів для обробки знімків. Multispec має у своєму розпорядженні набір алгоритмів для:

- імпорту й візуалізації зображенні різних форматів;

- корекції за яскравістю зображень із побудовою гістограмм;

- трансформування в задану систему координат;

- виконання двох основних типів комп'ютерної класифікації знімків: без навчання й з навчанням.

Пропонується два алгоритми класифікації без навчання:

а) Алгоритм швидкого виділення кластерів, який придатний для швидкого, однокрокового поділу багатозонального знімка на просторово однорідні області (кластеризації).

б) Ітеративний алгоритм ISODATA.

Для класифікації з навчанням можна вибрати один із шести алгоритмів:

- Метод мінімальної відстані.

- Метод лінійного дискримінантного аналізу Фішера - використовується кореляція між значеннями яскравості в різних спектральних зонах, границя між класами в багатомірному полі ознак приймається лінійної.

- Метод максимальної правдоподібності.

- Метод спектрально-просторової класифікації ECHO (Extraction and Classification of Homogeneous Objects - розпізнавання й класифікація однорідних об'єктів) - ураховуються не тільки спектральні характеристики знімка, але й просторова однорідність створюваних класів.

- Метод спектральної кореляції SAM (Spectral Angle Mapper

картографування спектральної кореляції).

- Метод «порівняння фільтра» (Matched Filter, на основі СЕМ - Constrained Energy Minimisation, обмеженої/умовної мінімізації енергії).

Останні два методи використовуються для класифікації гіперспектральних знімків.

Multispec займає мало місця на диску, може використовуватися на більшості комп’ютерів з досить обмеженими технічними можливостями. Пакет широко використовується в шкільній й університетській еколого-географічній освіті та в інших галузях.

Поиск по сайту: