ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΣ ΠΛΗΜΜΥΡΙΣΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΑΠΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ENVISAT/ASAR ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΣΤΡΑΦΟΥΣ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ

Από RemoteSensing Wiki

1. Αντικείμενο Εφαρμογής: ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΣ ΠΛΗΜΜΥΡΙΣΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΟΧΩΝ ΑΠΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ENVISAT/ASAR ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΣΤΡΑΦΟΥΣ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ

2. Στόχος Εφαρμογής: Στόχος της εφαρμογής είναι αρχικά η εισαγωγή στην προεπεξεργασία των πρωτογενών δεδομένων ASAR, στη συνέχεια η περιγραφή των αρχών της γεω-αναφοράς και της αντικειμενοστραφούς ταξινόμησης και τέλος η παρουσίαση της διαδικτυακής σελίδας με τα αποτελέσματα.

3. Πώς γινόταν παλαιότερα: Σε πολλές παλαιότερες αλλά και σύγχρονες έρευνες ο εντοπισμός και η χαρτογράφηση των πλημμυρισμένων περιοχών γινόταν με φωτοερμηνεία, η οποία ήταν χρονοβόρα και λιγότερο αντικειμενική σε σχέση με τις νέες αυτοματοποιημένες μεθόδους που χρησιμοποιούν εικόνες ραντάρ.

4. Είδη Δορυφόρων, Δεκτών και Καναλιών: Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη περιλάμβαναν εικόνες του δέκτη ASAR ( κανάλι C, VVpolarized, με χωρική διακριτική ικανότητα και διάταξη εικονοστοιχέιου 12.5 m) μεταφερόμενο από τον ENVISAT.

5. Προεπεξεργασίες:

• Επειδή όλες οι εικόνες SAR περιέχουν ένα στοιχείο που μοιάζει με θόρυβο και ονομάζεται speckle, το οποίο απαλείφεται πρώτο. Η μέθοδος για την απαλοιφή του βασίζεται στη συρρίκνωση του μήκους κύματος και βρίσκει ένα κατώφλι το οποίο επιτρέπει το διαχωρισμό του σήματος από το θόρυβο. Στην ΕΙΚΟΝΑ 1 φαίνεται η εικόνα SAR πριν 1 α) και μετά 1 β) τη διόρθωση αυτή.

• Οι εικόνες SAR είχαν ήδη μετασχηματιστεί σε συντεταγμένες πεδίου από την υπηρεσία που παρέδωσε τα δεδομένα. Επίσης επειδή η περιοχή ήταν επίπεδη επιλέχθηκε ο αφφινικός μετασχηματισμός για το μετασχηματισμό της εικόνας στα δεδομένα πεδίου. Για τη διαδικασία αυτή χρησιμοποιήθηκαν η εικόνα ASAR και 4 τοπογραφικοί χάρτες της περιοχής από όπου επιλέχθηκαν 8 σημεία επίγειου ελέγχου ως παράμετροι για τον αφφινικό μετασχηματισμό. Τα GCP's επιλέγονται έτσι ώστε να είναι ευκρινή τόσο στο χάρτη όσο και στην εικόνα ραντάρ. αwere chosen. Η ποιότητα της διαδικασίας φαίνεται στην ΕΙΚΟΝΑ 2, η οποία παρουσιάζει τη γεω-ανηγμένη εικόνα ραντάρ με το ψηφιοποιημένο οδικό δίκτυο υπερτιθέμενο σε αυτήν.

6. Ψηφιακές επεξεργασίες/αλγόριθμοι και αποτελέσματα: Για την αναγνώριση των πλημμυρισμένων περιοχών από εικόνες ραντάρ υπάρχουν δύο προσεγγίσεις, η φασματική ταξινόμηση και η αντικειμενοστραφής ταξινόμηση. Στη μελέτη αυτή εφαρμόζεται ο αλγόριθμος της αντικειμενοστραφούς ταξινόμησης ο οποίος βασίζεται στο γεγονός ότι οι πλημμυρισμένες περιοχές σε μία εικόνα ραντάρ θα εμφανίζονται μαύρες επειδή, όπως νερό και οποιαδήποτε λεία επιφάνεια, συμπεριφέρονται ως κατοπτρικές επιφάνειες για τη μικροκυματική ακτινοβολία που ανακλάται πλάγια από το δέκτη. Ο αλγόριθμος της αντικειμενοστραφούς ταξινόμησης εφαρμόζει στην εικόνα μία κατάτμηση, η οποία είναι ουσιαστικά μία διαδικασία συγχώνευσης των εικονοστοιχείων σε αντικείμενα και προχωράει από τα μικρότερα στα μεγαλύτερα αντικείμενα. Αποτέλεσμα της διαδικασίας είναι η εξαγωγή αντικειμένων στην εικόνα με διαφορετικό μέγεθος. Ο αλγόριθμος της κατάτμησης δε βασίζεται στο εικονοστοιχείο αλλά στη χωρική συνοχή των αντικειμένων. Η εικόνα αυτή κατατμήθηκε με παράμετρο κλίμακας 50, κριτήριο χρώματος 0.7, κριτήριο σχήματος 0.3, ομοιομορφία 0.9 και συνεκτικότητα 0.1. Στην πρώτη ταξινόμηση δημιουργήθηκε η κλάση «σκούρα αντικείμενα» με σκοπό την εξαγωγή των πλημμυρισμένων περιοχών με μέση τιμή 210. Μαζί με τα πλημμυρισμένα αντικείμενα συμπεριλήφθηκαν αντικείμενα με χαμηλή επιφάνεια σκέδασης όπως τα υδάτινα σώματα, αεροδρόμια , ποτάμια κ.α. Η ταξινόμηση εκτελέστηκε με μία συνάρτηση «συμμετοχής» (membership) .

Στη δεύτερη ταξινόμηση δημιουργήθηκε η υποκατηγορία «πλημμυρισμένη περιοχή» για να διαχωρίσει τις πλημμυρισμένες περιοχές από τα υπόλοιπα σκούρα αντικείμενα. Για τις πλημμυρισμένες περιοχές αναμένεται σημαντική μείωση στις τιμές των εικονοστοιχείων μεταξύ της αρχικής και της παράγωγης εικόνας των πλημμύρων, ενώ για τα άλλα σκούρα αντικείμενα οι τιμές παραμένουν περίπου οι ίδιες. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκε μία δεύτερη συνάρτηση «συμμετοχής» με σκοπό την ταξινόμηση όλων των «σκούρων αντικειμένων» της πρώτης ταξινόμησης, στα οποία παρατηρήθηκε μείωση στη μέση τιμή από την αρχική στην παράγωγη εικόνα μεγαλύτερη του 70, ως «πλημμυρισμένες περιοχές». Το αποτέλεσμα της ταξινόμησης με το λογισμικό eCognition παρουσιάζεται στην ΕΙΚΟΝΑ 3.

7. Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων: Από τα αποτελέσματα των μεθόδων συμπεραίνουμε ότι η αντικειμενοστραφής ταξινόμηση είναι ένα αποτελεσματικό εργαλείο για την αυτόματη αναγνώριση και σκιαγράφηση των πλημμυρισμένων περιοχών.

ΠΡΩΤΟΤΥΠΟ ΑΡΘΡΟ

Automatic detection of flooded areas on ENVISAT/ASAR images using an object-oriented classification technique and an active contour algorithm.

R. Heremans1, A. Willekens, D. Borghys, B. Verbeeck, J. Valckenborgh, M. Acheroy, C. Perneel, Royal Military Academy – Signal and Image center, Renaissancelaan 30, B-1000 Brussels, Belgium Vlaamse Landmaatschappij, OC GIS-Vlaanderen, Guldenvlieslaan 72, B-1060 Brussels, Belgium