Тема2_sem2

Тема 2. Ввод снимков для работы с программой MultiSpec

В настоящее время цифровые космические снимки поступают во множестве форматов, и нередко требуется перевести их в нужный формат перед компьютерной обработкой.

В предлагаемых упражнениях рассматриваются три часто встречающихся случая:

а) изображение поступило в распространенном формате, который автоматически распознается программой;
б) изображение поступило в бинарном формате, и для его прочтения необходимо ввести дополнительные параметры вручную;
в) изображение поступило в виде отдельных зональных снимков, и требуется их соединение для создания цветного синтеза или для проведения классификации по многозональному снимку.

В качестве практических заданий первого занятия предлагается выполнить автоматический и ручной ввод многозональных снимков в программу и соединить нескольких зональных снимков.

В MultiSpec ввод файлов осуществляется через меню File / Open Image (Файл / Открыть изображение). После того, как был выбран файл изображения, программа пытается определить, принадлежит ли он к одному из автоматически распознаваемых форматов: ERDAS *.LAN, ERDAS *.GIS, ERDAS Imagine (4, 8, 16-битные файлы без сжатия, со знаком или без знака); GAIA, HDF-Scientific Data Model (если все данные этого формата содержатся в одном файле), Land Analysis System (LAS), LARSYS MultiSpectral Image Storage Tape (MIST), LGSOWG, MacSADIE, ASCII файлы с результатами классификации, созданные в MultiSpec, PDS, Sun 'Screen Dump', TARGA (без сжатия), TIFF (8- или 16-битные файлы без сжатия), VICAR.

Запустите MultiSpec, дважды щелкнув левой кнопкой мыши на файле MultiSpecW32.exe. Выберите в меню File / Open Image. В появившемся диалоге Open укажите butovo432.tif. Нажмите Open.

В следующем диалоге, Set Display Specifications For, обратите внимание, что размеры снимка считываются автоматически из заголовка файла TIFF. Так же автоматически предлагается цветное отображение на экране и сочетание зон снимка в порядке 1,2,3 в цветном синтезе RGB (Red-Green-Blue) на экране компьютера (т.е. первый по счету зональный снимок отображается красным цветом, второй - зеленым, третий - синим, в результате смешения цветов получается цветное изображение). В файле butovo432.tif спектральные зоны Landsat ETM+ были сохранены в порядке 4, 3, 2 (ближняя инфракрасная, красная, зеленая зоны), и поэтому вывод на экран по умолчанию будет в 'инфракрасном' варианте синтеза, где растительность отобразится красным цветом.

Перед выводом можно поменять параметры цветного отображения в разделе Enhancement того же диалога. Поставьте в поле Min-Maxes значение 2 Percent Tails Clipped. Это приведет к отбрасыванию двух процентов пикселов с каждой стороны зональных гистограмм яркостей снимка при расчете минимального и максимального значения палитры для каждой зоны. В результате 'хвосты' гистограммы с малым количеством пикселов отобразятся черным и белым цветом, а все разнообразие цветовых оттенков придется на основную массу пикселов. Поэтому значение 2 Percent Tail Clipped обычно приводит к улучшению контраста изображения. Нажмите ОК - и снимок отобразится в новом окне. Можно увеличить и уменьшить его масштаб, нажимая на кнопки в правой части 'панели инструментов' находящейся под главным меню MultiSpec. Размер окна со снимком можно менять, потянув за края окна мышкой.

А теперь откройте тот же снимок, но задайте в Set Display Specifications For Display Type (тип отображения) как Side by Side Channels (вывод всех зональных снимков по отдельности) и Min-Maxes снова как 2 Percent Tails Clipped.

Теперь все спектральные каналы выведены рядом в одном окне.

В заключение надо сказать, что MultiSpec не имеет собственного специального формата для исходных снимков. Он использует большинство форматов напрямую для всех операций, с некоторыми исключениями, а также позволяет дописывать заголовки к бинарным файлам и собственные описания спектральных зон снимка. Мы предлагаем сделать это в следующем задании.

Для осуществления ручного ввода необходимо знать размеры бинарного снимка, количество спектральных зон и как они организованы в файле. MultiSpec поддерживает несколько типов организации зональных снимков в файле, основные из которых BIS (Band Interleave by Sample, хранение зональных значений по пикселам), BSQ (Band Sequential, последовательное хранение зон), и BIL (Band Interleaved by Line, хранение зональных значений по строкам). В формате Band Interleave by Sample, для каждого пиксела в файле последовательно записаны значения яркости во всех спектральных зонах: з1(1,1) з2(1,1) з3(1,1) з1(2,1) з2(2,1) з3(2,1) з1(3,1) з2(3,1) з3(3,1) :.

где з1,з2, з3 - значения яркости в спектральных зонах 1, 2, 3, а цифры в скобках - это координаты пиксела (х,у). Во многих программах такая же организация называется Band Interleaved by Pixel (BIP). В формате Band Interleaved by Line записываются сначала все первые строки снимка в каждой зоне, потом все вторые и т.д. В формате Band Sequential в файле один за другим записаны целые зональные снимки.

Теперь можно добавить описание-заголовок к снимку. Сделайте окно с изображением бинарного снимка активным, щелкнув по нему левой кнопкой мышки. В меню Processor / Reformat выберите Insert Header и нажмите ОК. В диалоге Set Header Specifications можно принять все значения по умолчанию и нажать ОК. Теперь в бинарный файл записан заголовок в формате Erdas 7.4, в котором указаны все параметры, необходимые для правильного чтения снимка. С этого момента он будет открываться автоматически, подобно файлам TIFF.

Добавим также описания к спектральным зонам. Для этого сделайте окно изображения активным и войдите в меню Processor / Reformat. На этот раз выберите функцию Add Channel descriptions (добавить описания зон). Нажмите ОК. В диалоге Channel Descriptions для зоны 1 напишите 0.45-0.52 mkm (длина описания не должна превышать 16 символов). Чтобы перейти к следующей зоне, нажмите кнопку Next channel. В строчке описания добавьте 0.52-0.60 mkm для зоны 2 и 0.63-0.69, 0.76-0.90, 1.55-1.74, 2.08-2.35 мкм для зон 3, 4, 5, и 7 (шестой по порядку) соответственно. Нажмите ОК. Теперь вы сможете всегда посмотреть описания зон с помощью команды List Image Description в Processor / Utilities.

В заключение можно отметить, что многие распространенные форматы изображений по существу являются простыми бинарными, но содержат небольшой служебный заголовок, например, формат bmp. Зная параметры файла, легко определить размер заголовка:

Размер заголовка в байтах = общий размер файла в байтах - N_c × N_l × N_ch,

где N_c - количество столбцов, N_l - количество строк, N_ch - количество спектральных зон в снимке.

Формула корректна для 8-битного изображения, где значения в каждой спектральной зоне изменяются от 0 до 255. Для 16-битного изображения размер зоны в байтах будет в два раза больше.

Размер файла в байтах легко узнать, выбрав Файл / Свойства (File / Properties) в меню Проводника (Windows Explorer).

Поскольку при ручном вводе параметров размера и типа организации снимка в MultiSpec заголовок просто пропускается, то можно напрямую использовать многие форматы.

В меню File / Open Image выберите файл с зоной 1 (sc977b1). Нажмите Open.

В параметрах появившегося диалога ввода (Set MultiSpectral File Format Specifications for) введите в Number of Lines 724, в Number of Columns (количество столбцов) 625, в Number of Channels 1, в File Header Bytes 0, в Band Interleave format BIL, в остальных полях оставьте параметры по умолчанию. Нажмите ОК.

В диалоге параметров отображения на экране (Set Display Specifications for) примите все значения по умолчанию, нажмите ОК.

В диалоге расчета гистограммы яркостей файла (Set Histogram Specifications) также примите все параметры, нажмите ОК и сохраните рассчитанную статистику в файле, как предлагается.

После этого зональное изображение выводится на экран в новом окне.

Теперь откройте вторую зону, sc977b2, но на этот раз в диалоге Open отметьте поле Link to active image window (связать с активным окном). Для этого зонального снимка автоматически будут предложены те же входные параметры. Таким же образом свяжите с активным окном зону 4, sc977b4. После этого в диалоге Open нажмите Cancel (так как больше зон для присоединения не имеется).

Теперь в активном окошке (L3-sc977b1 (Ch.1)) наложены друг на друга три зональных снимка, связанные логической связью на время сеанса работы. Чтобы это проверить, можно поменять изображение на цветное синтезированное (3-Channel color) в меню Processor / Display Image.

По 'логически связанным' снимкам можно рассчитать гистограммы яркости, различную статистику, преобразование по методу главных компонент. Однако их нельзя использовать как 'базовый' файл для классификации в MultiSpec.

Далее следует преобразовать логически связанные снимки в единый многозональный снимок. Для этого сделайте окно с ними активным, затем в меню Processor / Reformat выберите Change Image File Format и далее в диалоге Set Image File Format Specifications задайте Output File как New file. В появившемся окне нужно задать имя нового файла - и он готов! Новый файл может использоваться для любых операций в программе, включая классификацию.

Примечание. Нельзя логически связать файлы в формате BIS (например, трехзональный TIFF). Сначала надо перевести их в BIL или BSQ, например в том же меню Processor / Reformat.

Межуниверситетский аэрокосмический центр при Географическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова

Компьютерная обработка аэрокосмических снимков.

Работа с многозональными снимками в свободно распространяемой программе MultiSpec

На главную страницу семинара