Ταξινόμηση μεγάλης πετρελαιοκηλίδας με τη χρήση εικόνων SAR με βάση χωρικό ιστόγραμμα
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος Τίτλος: «Large oil spill classification using SAR images based on spatial histogram»
Συγγραφείς: I. Schvartzman, S. Havivi, S. Maman, S.R. Rotman, D.G. Blumberg
Λέξεις Κλειδιά: πετρελαιοκηλίδα, Τηλεπισκόπηση, SAR.
1. Στόχος Εφαρμογής: Η τηλεπισκόπιση χρησιμοποιείται στον εντοπισμό πετρελαιοκηλίδας. Οι SAR είναι ενεργοί μικροκυματικοί αισθητήρες οι οποίοι λειτουργούν κάτω από δύσκολες καιρικές συνθήκες και παρέχουν πληροφορίες για τη τραχύτητα της επιφάνειας και καλύπτουν μεγάλη έκταση επιφάνειας με μεγάλη χωρική ανάλυση. Σε αντίθεση με την οπτική ερμηνεία αυτών των εικόνων, προτείνεται η εφαρμογή ενός αλγόριθμου αυτόματου εντοπισμού βασισμένος στη γρήγορη σάρωση σκούρων αποχρώσεως σχηματισμών, στην εξαγωγή χαρακτηριστικών και στην εφαρμογή μεγάλων δεδομένων ανάλυσης. Προτείνεται ένας νέος αλγόριθμος ο οποίος να εφαρμόζει μη γραμμικά χωρικά φίλτρα τα οποία θα εντοπίζουν σκούρους σχηματισμούς και να μην είναι ευαίσθητοι σε θορύβους. Ο αλγόριθμος αυτός χρησιμοποιήθηκε στον εντοπισμό πετρελαιοκηλίδας στο ατύχημα του Κόλπου του Μεξικού.
2. Περιοχή έρευνας και υλικά Στο ατύχημα του κόλπου του Μεξικού, η έκταση της πετρελαιοκηλίδας άλλαζε μέρα με τη μέρα λόγω της αλλαγής των καιρικών συνθηκών και των ρευμάτων της θάλασσας. Υπολογίζεται ότι 4.1 εκατομμύρια βαρέλια χύθηκα στη θάλασσα. Γι’ αυτό το λόγο, χρησιμοποιήθηκαν οι COSMO-skymed και X-band SAR εικόνες από διαφορετικές θέσεις και μέρες. Οι εικόνες ήταν 5m/pixel, γεωαναφορικές και κάλυπταν περιοχές που είχαν μολυνθεί από πετρέλαιο. Μία εικόνα τραβήχτηκε δύο εβδομάδες μετά το ατύχημα, με VV πόλωση. Μία άλλη τραβήχτηκε με πόλωση ΗΗ περίπου την ώρα που σταμάτησε η διαρροή.
3. Μεθοδολογία Το χωρικό ιστόγραμμα της περιοχής με πετρελαιοκηλίδα είναι χαρακτηριστικά διαφορετικό με την περιοχή χωρίς πετρελαιοκηλίδα. Εξαιτίας των θορύβων και περιοχών που μοιάζουν με πετρελαιοκηλίδες, το ιστόγραμμα μπορεί να μη διαφέρει, μέγιστη και ελάχιστη τιμή. Σε μερικές περιπτώσεις, βρέθηκαν όμοια χωρικά μέσα μεταξύ περιοχών με και χωρίς πετρελαιοκηλίδα. Γι’ αυτό το λόγο πρέπει να βρίσκονται υψηλές τιμές στο ιστόγραμμα για να είμαστε πιο ακριβείς (εικόνα 1).
4. Αποτελέσματα
4.1. προσομοίωση Η πετρελαιοκηλίδα και αυτά που μοιάζουν με αυτή παρουσιάζουν ένα Γκαουσιανό ήχο (Gaussian noise), με μέσο 90, ενώ το νερό 120. Και τα δύο μαζί έχουν απόκλιση 35. Ένας πρότυπος θόρυβος της τάξης 0-3 προσθέτεται, στη συνέχεια, στην προσομοίωση. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στις εικόνες 2, 3 χωρίς θόρυβο και με θόρυβο αντίστοιχα και στην εικόνα 4 παρουσιάζεται η εικόνα μετά τη χρήση του φίλτρου-αλγόριθμου. Η επόμενη φωτογραφεία (εικόνα 5) παρουσιάζει την καμπύλη ROC (Receiver Operating Characteristic) η οποία προκύπτει από διάφορες προσθήκες ήχων και πολλαπλασιασμένους ήχους.
4.2. Η περίπτωση του Deepwater Horizon Στην εικόνα 6 παρουσιάζεται η καμπύλη ROC για διάφορα επιβεβαιωμένα δεδομένα. Στις 4 Μάιου 2010 τραβήχτηκε φωτογραφία SAR αλλά δεν υπήρξε αντίστοιχος χάρτης πετρελαιοκηλίδας, οπότε και έγινε εκτίμηση. Στην εικόνα 7, παρουσιάζεται πάλι η καμπύλη ROC με διάφορα δεδομένα, μπορούμε να δούμε ότι ο αλγόριθμος έχει εντοπίσει την πετρελαιοκηλίδα, με ελάχιστα λάθη, δεδομένου ότι από τη φωτογραφία SAR (16 Μαΐου 2010) υπήρξε αντίστοιχος χάρτης.
5. Συμπεράσματα Η εργασία αποδεικνύει ότι η χρήση φωτογραφιών SAR (polarized) μπορούν να βοηθήσουν στον εντοπισμό μεγάλης πετρελαιοκηλίδας. Σε αντίθεση με μία έρευνα που αναφέρει τα οφέλη της χρήσης VV πόλωσης για αυτό τον σκοπό, η συγκεκριμένη εργασία παρουσιάζει ότι η χρήση ΗΗ πόλωσης έχει πιο ακριβή αποτελέσματα.
