Συγχώνευση Δορυφορικών Δεδομένων Πολύ Υψηλής Ευκρίνειας
Από RemoteSensing Wiki
Παπαδοπούλου Δήμητρα (2008).
Συγχώνευση Δορυφορικών Δεδομένων Πολύ Υψηλής Ευκρίνειας .
Μεταπτυχιακή Διατριβή. Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Σχολή Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος Τομέα Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Φυσικών Πόρων
Σκοπός Μελέτης
Η παρούσα μελέτη είχε ως σκοπό, την εφαρμογή τεσσάρων τεχνικών ενίσχυσης της περιεχόμενης πληροφορίας δορυφορικών δεδομένων υψηλής ευκρίνειας, προερχόμενοι από διαφορετικούς δέκτες, και την αξιολόγηση των εξαγόμενων με ποιοτικά και ποσοτικά κριτήρια με στόχο την επιλογή της άριστης εκ αυτών μέθοδο.
Στόχος της Μελέτης
Ο στόχος της παρούσας διατριβής ήταν να εφαρμοστούν και να αξιολογηθούν τέσσερις διαφορετικοί μέθοδοι συγχώνευσης δεδομένων τηλεπισκόπησης, οι:
• Modified Intensity-Hue-Saturation
• Principal Component Analysis
• Wavelet
• Gram-Schmidt
μεταξύ των παγχρωματικών (PAN) και πολυφασματικών (MUL) δεδομένων υψηλής ευκρίνειας του δορυφορικού καταγραφέα Quickbird για τις περιοχές: Κασσάνδρας και Θάσου και των αντίστοιχων δεδομένων του δορυφορικού καταγραφέα IKONOS για την περιοχή της Θεσσαλονίκης.
Είδη δορυφορικών ή αερομεταφερόμενων συστημάτων
• Quickbird
• IKONOS ,
για τρεις διαφορετικές περιοχές μελέτης (Κασσάνδρα, Θάσο, Χαλκιδική).
Χρησιμότητα των δεκτών/ καναλιών
Τα δορυφορικά συστήματα όπως είναι ο Quickbird και ο IKONOS, παρέχουν δορυφορικά δεδομένα πολύ υψηλής ευκρίνειας με μέγεθος εικονοστοιχείου μικρότερο του ενός μέτρου για τον παγχρωματικό δίαυλο. Τα δεδομένα αυτά παρέχουν υψηλή χωρική πληροφορία. Αντίστοιχα, το μέγεθος του εικονοστοιχείου για τον πολυφασματικό καταγραφέα είναι μικρότερο των τεσσάρων μέτρων. Δια μέσου του συνδυασμού της σχετικά χαμηλότερης χωρικής ανάλυσης αλλά υψηλότερης φασματικής ανάλυσης των πολυφασματικών δεδομένων και υψηλότερης χωρικής ανάλυσης αλλά μειωμένης φασματικής ανάλυσης παγχρωματικών δεδομένων πολύ υψηλής ευκρίνειας, αναμένεται να βελτιωθεί η χωρική ανάλυση των πολυφασματικών δεδομένων ιδανικά, με ταυτόχρονη διατήρηση της πολυφασματικής πληροφορίας.
Προεπεξεργασία
Τέσσερεις μέθοδοι συγχώνευσης στα τρία ζεύγη παγχρωματικών και πολυφασματικών δορυφορικών εικόνων του ιδίου δορυφορικού συστήματος κάθε φορά (Quickbird για τα δυο πρώτα ζεύγη, IKONOS για το τρίτο).Συγκεκριμένα εφαρμόστηκαν οι μέθοδοι της ανάλυσης των κυρίων συνιστωσών PCA, της τροποποιημένης μεθόδου IHS, της μεθόδου των κυματιδίων Wavelet και της μεθόδου Gram-Schmidt στα προερχόμενα από τα υψηλής ευκρίνειας δορυφορικά συστήματα Quickbird και IKONOS δορυφορικά δεδομένα, για τρεις διαφορετικές περιοχές μελέτης (Κασσάνδρα, Θάσο, Χαλκιδική). Τα κριτήρια που χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των μεθόδων ήταν τόσο ποιοτικά όσο και ποσοτικά (στατιστικά).
Συμπεράσματα
Το κύριο συμπέρασμα που εξάγεται είναι πως οι μέθοδοι συγχώνευσης εκμεταλλευόμενες τα καλύτερα χαρακτηριστικά των αρχικών εικόνων, δημιουργούν νέες με ενισχυμένη πληροφορία που καθίστανται καταλληλότερες για χρήση σε δασικές εφαρμογές, τόσο για σκοπούς βελτίωσης της ακρίβειας ταξινόμησης όσο και για υποβοήθηση της φωτοερμηνείας. Πιο συγκεκριμένα όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα της αξιολόγησης, η μέθοδος Gram-Schmidt προηγήθηκε έναντι των άλλων μεθόδων στο πλείστον των κριτηρίων και εμφανίστηκε ως η πιο ισορροπημένη λύση για παραπέρα χρήση της εικόνας. Για κάθε περιοχή χωριστά, εκτιμήθηκαν τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα από την αξιολόγηση των τεσσάρων μεθόδων συγχώνευσης που εφαρμόστηκαν, βάση των επτά κριτηρίων. Η σειρά κατάταξης προέκυψε από τη σύγκριση κάθε συγχωνευμένης εικόνας με τις υπόλοιπες για κάθε επιμέρους κριτήριο. Για την περιοχή της Κασσάνδρας, η τεχνική Gram-Schmidt ήταν εκείνη η οποία διατήρησε καλύτερα τα φασματικά χαρακτηριστικά της αρχικής εικόνας στη βελτιωμένη. Ήταν η ίδια επίσης που διατήρησε καλύτερα από όλες τις άλλες μεθόδους την χωρική πληροφορία και γι’ αυτό παρουσίασε σαφές προβάδισμα. Από την άλλη, η χειρότερη μέθοδος που προέκυψε ήταν η τεχνική των κυματιδίων wavelet καθώς παρουσίασε την χειρότερη εμφάνιση βάση της οπτικής αξιολόγησης, την χειρότερη διακριτότητα μεταξύ των φασματικών υπογραφών και είχε τις μεγαλύτερες απώλειες σε επίπεδο εικονοστοιχείου.
Εικόνα 1 : Τμήμα της αρχικής (α), της βελτιωμένης με την τροποποιημένη μέθοδο IHS (β), της βελτιωμένης με τη μέθοδο PCA (γ), της βελτιωμένης με τη μέθοδο των κυματιδίων (δ) και της βελτιωμένης με τη μέθοδο Gram-Schmidt.
Για την περιοχή της Θάσου, η τεχνική Gram-Schmidt και πάλι ήταν εκείνη που διατήρησε καλύτερα στην συγχωνευμένη εικόνα τα φασματικά χαρακτηριστικά της αρχικής πολυφασματικής και την χωρική πληροφορία του παγχρωματικού διαύλου. Η τεχνική των κυματιδίων επίσης διατήρησε καλά τα φασματικά χαρακτηριστικά αλλά έδειξε αδυναμία στην διατήρηση της χωρικής πληροφορίας, επίσης δεν κατάφερε να δώσει ένα ικανοποιητικό οπτικά αποτέλεσμα. Η τεχνική Mod.IHS αποδείχτηκε η χειρότερη μέθοδος όλων ενώ η μέθοδος των κυρίων συνιστωσών PCA παρουσίασε ικανοποιητικά αποτελέσματα
Εικόνα 2 : Τμήμα της αρχικής (α), της βελτιωμένης με την τροποποιημένη μέθοδο IHS (β), της βελτιωμένης με τη μέθοδο PCA (γ), της βελτιωμένης με τη μέθοδο των κυματιδίων (δ) και της βελτιωμένης με τη μέθοδο Gram-Schmidt.
Για την περιοχή της Θεσσαλονίκης, η μέθοδος των κυματιδίων wavelet παρόλο που ήταν εκείνη η οποία διατήρησε καλύτερα τα φασματικά χαρακτηριστικά της αρχικής εικόνας στην βελτιωμένη με σαφή προήγηση στο πλείστον των κριτηρίων, εντούτοις δεν κατάφερε να διατηρήσει ικανοποιητικά την χωρική πληροφορία του παγχρωματικού διαύλου. Στο τελευταίο αυτό κριτήριο, η μέθοδος Gram-Schmidt ήταν εκείνη που διατήρησε καλύτερα από όλες την χωρική πληροφορία ενώ η απόδοσή της κρίθηκε αρκετά ικανοποιητική και στα υπόλοιπα κριτήρια. Εξίσου ικανοποιητική κρίθηκε όμως και η απόδοση της μεθόδου mod.IHS. Χειρότερη όλων αποδείχτηκε η τεχνική της ανάλυσης των κυρίων συνιστωσών PCA.
Εικόνα 3 :Τμήμα της αρχικής (α), της βελτιωμένης με την τροποποιημένη μέθοδο IHS (β), της βελτιωμένης με τη μέθοδο PCA (γ), της βελτιωμένης με τη μέθοδο των κυματιδίων (δ) και της βελτιωμένης με τη μέθοδο Gram-Schmidt.
