Görüntü İyileştirme Teknikleri. Hafta-6

Benzer belgeler
Görüntü İyileştirme Teknikleri. Hafta-8

DİJİTAL GÖRÜNTÜ İŞLEME

Uzaktan Algılama Teknolojileri

Görüntü İyileştirme Teknikleri. Hafta-6

UYDU GÖRÜNTÜLERİ VE SAYISAL UZAKTAN ALGILAMA

ULUSAL COĞRAFİ BILGİ SISTEMLERİ KONGRESİ 30 Ekim 02 Kasım 2007, KTÜ, Trabzon

TÜRKİYE CUMHURİYETİ DEVLETİNİN temellerinin atıldığı Çanakkale zaferinin 100. yılı kutlu olsun.

Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN Öğretim Yılı Bahar Dönemi

1. Değişik yeryüzü kabuk tiplerinin spektral yansıtma eğrilerinin durumu oranlama ile ortaya çıkarılabilmektedir.

UZAKTAN ALGILAMADA GÖRÜNTÜ BİRLEŞTİRME İÇİN KALİTE ANALİZLERİ

UYDU VERİLERİ İLE VERİ ENTEGRASYONU VE YÖNTEMLERİ

Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ GEOMATİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ FOTOGRAMETRİ ANABİLİM DALI SUNULARI JDF435 UZAKTAN ALGILAMA DERSİ NOTLARI

ORM 7420 ORMAN KAYNAKLARININ PLANLANMASINDA UYGU GÖRÜNTÜLERİNİN KULLANILMASI

Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN Öğretim Yılı Bahar Dönemi

ORM 7420 USING SATELLITE IMAGES IN FOREST RESOURCE PLANNING

Görüntü İşleme. K.Sinan YILDIRIM Cenk İNCE Tahir Emre KALAYCI. Ege Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü 2003

Görüntü İşleme. Dijital Görüntü Tanımları. Dijital görüntü ise sayısal değerlerden oluşur.

Uzaktan Algılama (3) Yrd. Doç. Dr. Özgür ZEYDAN Renk Teorileri

Uzaktan Algılama (3) Öğr. Gör. Dr. Özgür ZEYDAN Renk Teorileri

Bilgisayarla Görüye Giriş

T.C. TRAKYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

MOD419 Görüntü İşleme

Digital Görüntü Temelleri Görüntü Oluşumu

Bölüm 7 Renkli Görüntü İşleme

Dijital (Sayısal) Fotogrametri

Uzaktan algılamada uydu görüntülerine uygulanan işlemler

Dijital Kameralar (Airborne Digital Cameras)

Bilgisayar ne elde eder (görüntüden)? Dijital Görüntü İşleme Fevzi Karslı, KTÜ. 08 Ekim 2013 Salı 51

FARKLI UYDU VERİ ÇAKIŞTIRMA TEKNİKLERİNİN ANALİZİ

Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN Öğretim Yılı Bahar Dönemi

Uzaktan Algılama Verisi

UZAKTAN ALGILAMA- UYGULAMA ALANLARI

Uzaktan Algılama Teknolojileri

GÖRÜNTÜ BİRLEŞTİRME YÖNTEMLERİNİN SPEKTRAL DEĞERLERİ KORUMA AÇISINDAN KARŞILAŞTIRILMASI: WORLDVİEW-2 UYGULAMASI

Yrd. Doç. Dr. Caner ÖZCAN

Digital Görüntü Temelleri Görüntü Oluşumu

İLERİ GÖRÜNTÜ İŞLEME Ders-1

Dijital (Sayısal) Fotogrametri

Bilgisayarla Fotogrametrik Görme

TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası Ulusal Coğrafi Bilgi Sistemleri Kongresi 30 Ekim 02 Kasım 2007, KTÜ, Trabzon

UZAKTAN ALGILAMA Görüntü Verisinin Düzeltilmesi ve Geliştirilmesi

GÖRÜNTÜ İŞLEME HAFTA 2 SAYISAL GÖRÜNTÜ TEMELLERİ

Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN (Grup B) Öğretim Yılı Güz Dönemi

Uzaktan Algılama Uygulamaları

Uzaktan Algılama Teknolojileri

Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN Öğretim Yılı Bahar Dönemi

Kameralar, sensörler ve sistemler

Elektromanyetik Radyasyon (Enerji) Nedir?

ÖZET Yüksek Lisans Tezi YÜKSEK ÇÖZÜNÜRLÜK İÇİN ÇOKLU GÖRÜNTÜLEME SİSTEMLERİ İLE GÖRÜNTÜ FÜZYONU Sema Nizam ABDULGHANI Ankara Üniversitesi Fen Bilimler

Uzaktan Algılama ve Teknolojik Gelişmeler

7. BÖLÜM İÇ ÇARPIM UZAYLARI İÇ ÇARPIM UZAYLARI İÇ ÇARPIM UZAYLARI İÇ ÇARPIM UZAYLARI .= Genel: Vektörler bölümünde vektörel iç çarpım;

Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN Öğretim Yılı Bahar Dönemi

TEMEL GÖRÜNTÜ BİLGİSİ

Dijital (Sayısal) Fotogrametri

Tarımsal Meteorolojik Simülasyon Yöntemleri ve Uzaktan Algılama ile Ürün Verim Tahminleri ve Rekolte İzleme

Yüksek Çözünürlüklü Uydu Görüntüleri için Pankromatik Keskinleştirme Yöntemi

Görüntü Sınıflandırma

Uzaktan Algılama Teknolojileri

İstatistik ve Olasılık

Görüntü Segmentasyonu (Bölütleme)

Hafta 5 Uzamsal Filtreleme

VERİ MADENCİLİĞİ (Kümeleme) Yrd.Doç.Dr. Kadriye ERGÜN

Geliştirilmiş Fisher Ayraç Kriteri Kullanarak Hiperspektral Görüntülerde Sınıflandırma

YHEY2008 DOĞADA YÖN BULMA. Yrd. Doç. Dr. Uzay KARAHALİL

YÜKSEK ÇÖZÜNÜRLÜKLÜ UYDU GÖRÜNTÜLERİNDE GEOMETRİK DÜZELTMENİN SINIFLANDIRMA SONUÇLARINA ETKİSİ

Matris Cebiriyle Çoklu Regresyon Modeli

TÜRKİYE NİN BİTKİ ÖRTÜSÜ DEĞİŞİMİNİN NOAA UYDU VERİLERİ İLE BELİRLENMESİ*

Uzaktan Algılama Teknolojisi. Doç. Dr. Taşkın Kavzoğlu Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Gebze, Kocaeli

GÖRÜNTÜ İŞLEME HAFTA 4 DÖNÜŞÜMLER UZAYSAL FİLTRELEME

Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN Öğretim Yılı Bahar Dönemi

BÖLÜM-II ERDAS IMAGINE TEMEL KISIM1: IMAGINE VIEWER 1

Ormancılıkta Uzaktan Algılama. 4.Hafta (02-06 Mart 2015)

SPOT 5 ve Farklı Görüntü Birleştirme Algoritmaları

Dijital Görüntü İşleme Teknikleri

Uzaktan Algılama Teknolojileri

Doğal Kaynak Gözlem Uyduları

Yrd. Doç. Dr. Saygın ABDİKAN (Grup B) Öğretim Yılı Güz Dönemi

TARIM ALANLARININ UYDU GÖRÜNTÜLERİNDEN GÖRSEL BELİRLENMESİNDE GÖRÜNTÜ ZENGİNLEŞTİRME YÖNTEMLERİNİN ETKİLERİ

3.2. DP Modellerinin Simpleks Yöntem ile Çözümü Primal Simpleks Yöntem

Eyüp Ersan SÜLÜN Photoshop CS4 Kullanım Kursu ADOBE PHOTOSHOP KATMAN HARMANLAMA (KARIŞTIRMA) MODLARI

Bilgisayarla Görüye Giriş

YÜKSEK ÇÖZEBİLİRLİKLİ UYDU GÖRÜNTÜLERİNİN BİLGİ İÇERİKLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

GÖRÜNTÜ İŞLEME UYGULAMALARI. Arş. Gör. Dr. Nergis TURAL POLAT

DİJİTAL UYDU GÖRÜNTÜSÜ Raster Veri

Lineer Cebir. Doç. Dr. Niyazi ŞAHİN TOBB. İçerik: 1.1. Lineer Denklemlerin Tanımı 1.2. Lineer Denklem Sistemleri 1.3. Matrisler

GÖRÜNTÜ BİRLEŞTİRME İŞLEMLERİNDE KONUMSAL-SPEKTRAL KALİTE DEĞERLENDİRMESİ VE KIYI ÇİZGİSİ BELİRLEMEDEKİ YERİ

FOTOYORUMLAMA UZAKTAN ALGILAMA

ÖZDEĞERLER- ÖZVEKTÖRLER

BLG325.1 SINYAL ISLEME DERSİ BİLGİ PAKETİ. Haftalık Ders Planı

Hiperspektral ve pankromatik uydu görüntülerinin birleştirilmesi: Görsel ve İstatistiksel Analiz

Uydu Görüntülerinin. Rektifikasyon ve Registrasyonu. Hafta - 5

JDF821 UZAKTAN ALGILAMA GÖRÜNTÜLERİNDEN DETAY ÇIKARIMI Sunu2

Uzaktan Algılamanın. Doğal Ekosistemlerde Kullanımı PROF. DR. İ BRAHİM ÖZDEMİR SDÜ ORMAN FAKÜLTESI I S PARTA

Doç. Dr. Harun KESENKAŞ Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Süt Teknolojisi Bölümü

Dijital Fotogrametri

IKONOS uydu görüntüleri ile yeni bir görüntü kaynaştırma yöntemi **

HAVADAN LAZER TARAMA ve SAYISAL GÖRÜNTÜ VERİLERİNDEN BİNA TESPİTİ VE ÇATILARIN 3 BOYUTLU MODELLENMESİ

SPOT 5 VE FARKLI GÖRÜNTÜ BİRLEŞTİRME ALGORİTMALARI

Bölüm 4 Yoğunluk Dönüşümleri ve Histogram İşleme

UYDU VERİLERİNİN FARKLI YÖNTEMLERLE KARILMASI VE SONUÇLARIN KARŞILAŞTIRILMALARI

Transkript:

Görüntü İyileştirme Teknikleri Hafta-6 Doç. Dr. Oğuz Güngör Karadeniz Teknik Üniversitesi Harita Mühendisliği Bölümü 618 Trabzon ogungor@ktu.edu.tr 1

İndisler Görüntü İyileştirme Teknikleri Radyometrik İyileştirme Teknikleri (5. Hafta) Kontrast Germe Histogram Eşitleme Histogram Eşleme Gri değerlerin tersini alma Görüntü Bölme Mekansal / Konumsal İyileştirme Teknikleri (5. Hafta) Evrişim Süzgeci Crisp Görüntü kaynaştırma teknikleri (6. Hafta) Spektral İyileştirme Teknikleri (6. Hafta) PCA Decorrelation stretch Tassled Cap RGB den IHS uzayına Dönüşüm IHS den RGB uzayına Dönüşüm 2

Spektral İyileştirme PCA (Principal Component Analysis) Dönüşümü. Türkçesi Ana Bileşenler Dönüşümü Decorrelation Germe Tasseled Cap RGB den IHS ye dönüşüm IHS den RGB ye dönüşüm Indisler Görüntü kaynaştırma yöntemleri 3

Ana Bileşenler Dönüşümü Bir çok bantlı görüntüde komşu bantlar arasında yüksek oranda korelasyon olabilir ve bu yüzden nesneler hakkında aynı veya benzer spaktral bilgi içerebilir. Ana bileşenler dönüşümü orijinal veri kümesini n boyutlu (n toplam bant sayısı) lineer bir dönüşüm kullanarak öz vektörler uzayına dönüştürür, Böylece orijinal verinin varyansı maksimize edilerek bantlar arasındaki korelasyon ortadan kaldırılmış olur 4

Ana Bileşenler Dönüşümü Pixels on band-1 vs. band-2 plane Pixel values in 3-D Space band -2 band-3 PC-1 PC-2 PC-3 band-1 PC-1 Pixels on band-1vs. band-3 plane ban d-3 PC-1 band-2 band-1 band-1 5

Ana Bileşenler Dönüşümü Kullanılarak Spektral İyileştirme Öncelikle çok bantlı görüntüye ana bileşenler dönüşümü uygulanır Sadece elde edilen birinci ana bileşene kontrast iyileştirme uygulanır Daha sonra kontrast iyileştirme uygulanmış birinci ana bileşen ve diğer ana bileşenler kullanılarak ters ana bileşenler dönüşümü uygulanır Sonuç görüntü spektral olarak iyileştirilmiş olur Yöntemin esprisi: Birinci ana bileşen tüm bantların içerdiği bilgiyi tek basına içerir, bu yüzden ona yapılan işlem tüm bantlara yapılmış gibi olur 6

Ana Bileşenler Dönüşümü Nasıl Yapılır? Çok bantlı bir görüntüde her bir piksel aslında bir vektördür 7

Çok bantlı bir görüntüde her bir piksel aslında bir vektördür x i = ( x, x,..., x ) T 1 2 k x 3, 13, 5 1 T m satır ve n sütün sayısını gösterirse tüm görüntüde M = mxn tane vektör oluşur Burada k toplam bant sayısıdır!!! 8

Ana Bileşenler dönüşümü orijinal görüntüyü öz vektör (eigen vector) uzayına dönüştürür. Amaç bantlar arasındaki korelasyonu ortadan kaldırmaktır Bu yüzden kovaryans matrisi gereklidir. Bütün vektörlerin ortalama vektörü m= M 1 x M ve m kullanılarak kovaryans matrisi i 1 i hesaplanır. M 1 C ( x m)( x m) x M i 1 i i T 9

C x simetriktir, boyutu da kxk dır. Ana bileşenler dönüşümü yeni bir kovaryans matrisi yi bulmayı hedefler. C y öyle bir matristir ki; C y C y ( i, j) i j olduğunda C y ( i, j) i j olduğunda Bunu bantlar arasındaki korelasyonu kaldırmak için yapar 1

Bu amaçla aşağıdaki dönüşüm uygulanır; i T A xi matrisi ortogonaldir ve C kovaryans matrisine ait öz vektörlerden x oluşturulur. C x kovaryans matrisine ait öz değer ve öz vektörler hesaplanır. A T y En büyük öz değere sahip öz vektör en üstte olacak şekilde öz vektörler sıralanır. Sıralanan bu öz vektörler T matrisi oluşturur A A Yani T nin ilk satırı en yüksek öz değere sahip öz vektördür. İkinci satırı ise ikinci en yüksek öz değere sahip öz vektördür 11

Böylece dönüşüm sonrası matrisi elde edilmiş olur. y i matrisinin ilk satırı birinci ana bileşendir. İkinci satırı ikinci ana bileşen, vs. Birinci ana bileşene kontrast iyileştirme uygulanır Daha sonra kontrast iyileştirme uygulanmış birinci ana bileşen ve diğer ana bileşenler kullanılarak ters ana bileşenler dönüşümü uygulanır x Ters dönüşüm şeklinde yapılır i Ay i y i 12

Blue band Green band Red band Infra-red band First principal component Second principal component Third principal component Fourth principal component Birinci ana bileşen tüm bantların içerdiği bilgiyi tek baçına içerir, diğer ana bileşenler gittikçe daha az bilgi içermeye başlar 13

De-correlation Germe Herhangi bir kontrast germe işleminin amacı görüntüdeki gri değerlerin lineer olarak -255 aralığına gerilmesidir. De-correlation germe orijinal bantlara değil de Ana bileşenlere uygulanır. Ana bileşen dönüşümü sonrasında her ana bileşen bandı -255 aralığında olmayabilir. Bu yüzden her ana bileşen bandındaki gri değerler -255 aralığına gerilir. Böylece ana bileşen bantlarına kontrast germe uygulanmış olur. 14

Daha sonra ters ana bileşen dönüşümü uygulanarak orijinal RGB uzayına dönülür. Böylece kontrast germe işlemi bantların arasında korelasyonun olduğu RGB uzayında değil de bantların arasındaki korelasyonun ortadan kaldırıldığı ana bileşenler uzayında yapılmış olur. Daha önce anlatılan ana bileşen dönüşümü kullanılarak spektral iyileştirme yönteminden farkı burada sadece birinci ana bileşene değil de tüm ana bileşenlere kontrast germe işlemi yapılıyor olmasıdır. 15

Tasseled Cap Çok bantlı bir görüntüde her piksel N-boyutlu bir vektör olarak temsil edilebilir. Tasseled Cap dönüşümü orijinal Landsat MSS uzayını 4 boyutlu bir uzaya dönüştürür. Bu dönüşüme Tasseled Cap ya da Kauth-Thomas dönüşümü denir 16

Dönüşüm sonucu 4 yeni eksen oluşur Toprak gri değer indeksi (B) Yeşil bitki örtüsü endeksi (G) Sarı nesneler indeksi (Y) Diğer nesneler (N) 17

Landsat MMS görüntüsünde her bir eksen için katsayılar şu şekilde hesaplanır B =.332 MSS 1 +.63MSS 2 +.657MSS 3 +.262MSS 4 G =-.283 MSS 1 -.66MSS 2 +.577MSS 3 +.388MSS 4 Y = -.899 MSS 1 +.428MSS 2 +.76MSS 3 -.41MSS 4 N = -.16 MSS 1 +.131MSS 2 -.452MSS 3 +.882MSS 4 18

Landsat TM için de görülür, yakın kızıl ötesi, orta kızıl ötesi bantlar parlaklık, yeşillik ve nemlilik katsayılarına aşağıdaki şekilde dönüştürülür B =.299 TM 1 +.2493TM 2 +.486TM 3 +.5568TM 4 +.4438TM 5 +.176TM 7 G = -.2728 TM 1 -.2174TM 2 -.558TM 3 +.7221TM 4 +.733TM 5 -.1648TM 7 W =.1446 TM 1 +.1761TM 2 +.3322TM 3 +.3396TM 4 -.621TM 5 -.4186TM 7 19

Renk Uzayı Renk uzayı renklerin bir nokta olarak temsil edildikleri bir koordinat sistemidir. İnsan renkleri üç ana renk olan mavi, yeşil ve kırmızının değişik oranlarda kombinasyonu şeklinde görür. Bu yüzden renk uzayında renkleri temsil etmek için üç sayısal bileşen gereklidir. Literatürde herkes tarafından onaylanmış tek bir renk uzayı yoktur. (2 den fazla tanımlı renk uzayı olduğu bilinir) Farklı amaçlar için farklı renk uzayları tanımlanmıştır. 2

RGB Renk Uzayı Görüntü işlemede en yaygın kullanılan renk uzaylarından biridir. RGB renk uzayı üç boyutlu kartezyen bir koordinat sistemi olarak tanımlanabilir Her bir eksen mavi, yeşil ve kırmızı renklerden oluşur. Koordinat sisteminin orijininde siyah vardır ve maksimim mavi, yeşil ve kırmızı beyaz ı oluşturur. Eşit miktarda mavi, yeşil ve kırmızı farklı gri tonları oluşturur, ve bu renkler siyak ve bayaz noktaları birleştiren doğru üzerinde yer alır. Bütün diğer renkler, mavi, yeşil ve kırmızı eksenler üzerinde aldıkları değerlere göre oluşan küpün içerisinde veya küpün üzerinde yer alır. 21

RGB Renk Küpü Kaynak: http://www.shapes.com.au/colourandlight/images/rgb-cube.jpg 22

Avantaj Dezavantaj RGB renk uzayı renk oluşturmak için idealdir Monitörler renkli görüntüleri RGB renk uzayını kullanarak gösterirler Çoğu görüntü işleme algoritmaları uygulamalar için RGB renk uzayını kullanır Fakat, RGB renk uzayının bazı dezavantajları da vardır RGB renk uzayı insanın renkleri görme mantığına uygun değildir Bu yüzden bir rengi diğer bir renkten sadece RGB renk koordinatları ile ayırmak mümkün olmaz Ayrıca RGB renk uzayı donanım bağımlıdır, farklı monitörler farklı renk sonuçları verir 23

IHS Renk Uzayı IHS renk uzayı renkleri Intensity (yoğunluk??), Hue (ton??) ve Saturation (renksel doymuşluk??) olarak üç bileşenle temsil eder. Bu bileşenler görseldir ve ressamların bir rengi diğerinden ayırmada kullandığı mantıkla aynıdır. Bu yüzden bir renkten diğerine geçiş veya istenilen rengi elde etmek RGB renk uzayına göre daha kolaydır 24

Intensity, Hue ve Saturation Bileşenleri Hue: Gördüğümüz renklerdeki baskın dalga boyudur. Başka bir deyişle bir limona sarı dediğimizde onun hue bileşenini söylemiş oluruz Saturation: Rengin saflık derecesi saturation ile ifade edilir. Rengin beyaz ışık ile ne kadar seyreltildiğinin göstergesidir. Bu yüzden saf renkler %1 saturated denilebilir. Intensity: Rengin parlaklığıdır. Intensity az ise görüntü karanlık çok ise daha aydınlık olur. Dolayısıyla intensity bir renge ait tüm dalga boylarındaki enerji miktarına bağlıdır. Intensity fiziksel bir niceliktir ve ölçülebilir. Uzaktan algılama sensörleri nesnelerden yansıyan enerjinin miktarına göre enerji yoğunluğunu algılar ve siyah beyaz görüntüleri oluşturan sayısal değerlere çevirir. Bu yüzden intensity siyah-beyaz görüntüler için en önemli tanımlayıcıdır. 25

Intensity, Hue ve Saturation Bileşenleri Intensity Kaynak: http://mmas.unca.edu/~cloninger/121/hsv.jpg 26

Saf ve Saturated Renkler 1% saturated R, G, and B primaries Less saturated primaries 27

White (I = 1) Green Yellow Cyan White (I = 1) Red Blue Magenta Intensity Cyan Green I =.5 Yellow Red Saturation Hue Red = o Black (I = ) Blue Inte nsit y Black (I = ) Magenta Saturation Hue Red = o a) Six Sided Hexcone b) Double Six Sided Hexcone White (I = 1) Intensity Blue Black (I = ) Hue Red Saturation Green Red White (I = 1) Intensity Blue Black (I = ) Hue Green Saturation Farklı IHS Renk Uzayları c) Sphere d) Cylinder 28

RGB ve IHS Renk Uzayı Arasında Dönüşüm Tanımlı tek bir IHS renk uzayı olmadığı için RGB ve IHS uzayları arasında tanımlı tek bir dönüşüm yoktur Burada örnek olarak RGB ve IHS uzayları arasında sadece üç farklı dönüşüm verilmektedir 29

Dönüşüm - I R,G,B koordinatları öncelikle lineer bir dönüşümle I,V 1, V 2 uzayına dönüştürülür Daha sonra I,V 1, V 2 kullanılarak H ve S hesaplanır I, H ve S varsa ters dönüşüm ile R,G ve B yandaki şekilde elde edilebilir 3

Dönüşüm - 2 RGB den IHS ye Ters Dönüşüm IHS den RGB ye 31

Dönüşüm - 3 32

IHS Renk Uzayının Avantajı IHS renk uzayında her bir bileşen kendi başına modifiye edilebildiğinden sadece Intensity bileşeni modifiye edilerek görüntü iyileştirme ve görüntü kaynaştırma uygulamaları için oldukça uygun bir renk uzayı 33

RGB den IHS ye dönüşüm ile Görüntü İyileştirme Orijinal görüntüye RGB den IHS ye dönüşümü yapılır Elde edilen Intensity ve saturation bileşenine kontrast iyileştirme yapılır Daha sonra ters IHS den RGB ye dönüşüm gerçekleştirilir Bu sayede renk yapısı bozulmadan çok bantlı görüntüye kontrast iyileştirme yapılmış olur. 34

Bant oranlama ve İndeksler NDVI (Normalized Difference Vegitation Index) NDVI = (KÖ - K) / (KÖ + K) Görsel olarak KÖ ve K bantlarının direkt oranı ile NDVI çok yakın sonuçlar üretiyor. Fakat NDVI da bantların farkının ve toplamının kullanılması bir alanın belli bir zaman aralığında değerlendirilmesinin gerektiği durumlarda NDVI ı daha avantajlı yapar, Çünkü bu sayede atmosferik değişkenlerin oran görüntüyü etkileme olasılığı düşürülmüş olur. 35

a) SPOT HRV Bant-3 (Yakın kızıl ötesi) b) Aynı görüntü Bant-2 (kırmızı bant) c) Yakın kızıl ötesi / Kırmızı oran görüntü d) NDVI görüntüsü Kaynak: Mather, P. Computer Processing of Remotely-Sensed Images. An Introduction 36

Kullanılan Diğer Bitki İndeksleri KÖ/K SQRT (KÖ/K) Bitki İndeksi = KÖ - K TNDVI = SQRT[ (KÖ-K / KÖ+K) +.5] Demir Oksit: TM3/TM1 Kil Mineralleri: TM5/TM7 Demir Mineralleri: TM5/TM4 Mineral Bileşikleri: TM5/TM7, TM5/TM4, TM3/TM1 Hidrotermal Bileşikleri: TM5/TM7, TM3/TM1, TM4/TM3 37

Bazı Uydulara Ait Kızılötesi ve Kırmızı Bantlar UYDU KÖ K Landsat MSS 7 5 SPOT XS 3 2 Landsat TM 4 3 NOAA AVHRR 2 1 IKONOS 4 3 QuickBird 4 3 38

Görüntü kaynaştırma teknikleri Görüntü Füzyonu Konsepti ve Problemin tanımı Mevcut yöntemler Renk tabanlı Yöntemler IHS Brovey SVR Dalgacık Dönüşümü (Wavelet Transform) Tabanlı Yöntemler Mallat A-trous M-band İstatistiksel Yöntemler PCA Lineer Regresyon Kriter Tabanlı Görüntü Füzyonu Yöntemi Sonuçlar 39

Niçin Pankromatik görüntüler genellikle multispektral görüntülere göre daha yüksek konumsal çözünürlüğe sahiptirler? Pankromatik Multispektral Tek bir dedektör optik IFOV (Instantaneous Field of View) Yeryüzünde bir pikselin alanı Küçük IFOV = Yüksek Çözünürlük ----- (Daha geniş bant aralığındaki enerjiyi algılar) Geniş IFOV = Düşük Çözünürlük ----- (Sadece küçük bir bant aralığındaki enerjiyi algılar) 4

Spectral response of panchromatic sensor Spektral ve Mekansal Genelleştirme Spektral Genelleştirme (ideal multispektral bantların ağırlıklı ortalaması) Mekansal Genelleştirme (yüksek çözünürlükle bantların ağırlıklı ortalaması) Pankromatik görüntü kullanarak gürüntü füzyonu desired high resolution multispectral image a band of desired multispectral image + = Yüksek çözünürlüklü pankromatik görüntü Düşük çözünürlüklü multispektral görüntünün bir bandı Pankromatik Multispektral Görüntü Füzyon yapılmış Görüntü Yüksek çözünürlüklü pankromatik ve düşük çözünürlüklü multispektral görüntüler spektral ve mekansal genelleştirme sürecinde spektral ve mekansal bilgilerinin bir kısmınıkaybederler. Multispektral görüntüdeki eksik detayları pankromatik görüntüyü kullanarak bul, multispektral görüntüye yapısını bozmadan ekle O yüzden problemin çözümü için bazı varsayım ve koşullar kullanılmalıdır. 41

Renk Tabanlı Yöntemler IHS Yöntemi Brovey Yöntemi SVR Yöntemi Görüntü Füzyonu Yöntemleri Dalgacık Dönüşümü Tabanlı Yöntemler Mallat ın Algoritması A-trous Yöntemi M-Band dalgacık dönüşümü İstatistiksel Görüntü Füzyonu Yöntemleri PCA yöntemi Lineer regresyon yöntemi Kriter tabanlı görüntü kaynaştırma yöntemi Multispektral banttaki eksik detayları nasıl bulduklarına göre sınıflandırılır. 42

43 RGB ve IHS Uzaylari arası Dönüşüm B G R V V I 2 1 2 1 6 2 2 6 2 6 2 3 1 3 1 3 1 2 1 2 2 2 1 1 2 tan V V S V V a H ) sin( ) cos( 2 1 H S V H S V Geri Dönüşüm İleri Dönüşüm 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1 1 V V Pan B G R Varsayım: Multispektral bantlardan hesaplanan intensity pankromatik görüntüye çözünürlüğü hariç eşit varsayılabilir F 1 = R + (Pan Intensity); F 2 = G + (Pan Intensity); F 3 = B + (Pan Intensity);

IHS Görüntü Kaynaştırma Yönteminin Özellikleri Anlaşılması ve uygulanması basit Konumsal detayı arttırmada oldukça başarılı Sadece üç multispektral bant kullanılabılır Bu yüzden, multispektral bantlardan hesaplanan intensity pankromatik görüntüye eşit sayılabilir varsayımı tam doğru değil Çünkü intensity hesaplanırken diğer bantların katkısı ihmal edilir Bu yüzden multispektral görüntüde renk bozulmaları olur Problem farklı sensörler kullanılırsa daha da artar 44

Brovey Yöntemi Varsayım: Pankromatik görüntüdeki detaylar, her bir multispektral bandı pankromatik bant ve intensity nin oranıyla çarparak da transfer edilebilir. I n i1 XS i C Pan I F i C XS i Yukarıdaki varsayım aslında detayları multispektral görüntüdeki piksellerin oluşturduğu spektral vectörü C kadar uzatarak ya da kısaltarak aktarır C intensity ile doğrudan ilişkili Dolayısıyla intensity hesaplamadaki varsayımın doğruluğuna bağlı olarak radyometrik bozulma oluşabilir 45

SVR Yöntemi Pan n i1 w i XS i I n w i XS i C Pan i1 I F i C XS i Her bir multispektral bant için farklı bir ağırlık hesaplar Ağırlıklar yüksek çözünürlüklü pankromatik ve boyutları pankromatik görüntününkine çıkarılmış (resampled) multispektral görüntü arasında doğrudan lineer regresyon yapılarak bulunur. SVR yöntemi aslında Brovey yöntemini genelleştirir ve radyometrik bozulma problemini azaltır. Fakat intensity için hesaplanan ağırlıklar bantın tümü için kullanıldığından yine spektral bozulmalar olur 46

Mallat Algoritması İleri Dönüşüm Ortonormal dalgacık filtreleri (haar, db2, etc) kullanılarak görüntüler alçak ve yüksek frekans bileşenlerine (approximation and detail coefficients) ayrılırlar Katsayıların kombinasyonu Her iki resimden gelen katsayılar kaynaştırılmış katsayıları elde etmek için seçilen bir kurala göre birleştirilir. Geri Dönüşüm Katsayılar birleştikten sonra geri dönüşüm uygulanarak kaynaltırılmış görüntü elde edilir. 47

À Trous Algoritması H bir 5x5 convolution maskesidir ve alçak geçiren l( i) 1/16[1 4 6 4 1] filtreden üretilir H 1 256 1 4 6 4 1 4 16 24 16 4 6 24 36 24 6 4 16 24 16 4 1 4 6 4 1 Her ayrıştırma adımı (j) de filtre katsayıları arasına 2 j-1-1 kadar sıfır doldurulur H 1 1 256 1 4 6 4 1 4 16 24 16 4 6 24 36 24 6 4 16 24 16 4 1 4 6 4 1 I = Orjinal Pan Wavelet Düzlemleri I 1 = convolve(i,h ); w 1 = I I 1 ; I 2 = convolve(i 1,H 1 ); w 2 = I 1 I 2 ; I 3 = convolve(i 2,H 2 ); w 3 = I 2 I 3 ; I n = convolve(i n-1,h n-1 ); w n = I n-1 I n ; I ı yeniden oluşturmak için w i ler toplanır I I J w j J j1 FUSION F k I M k W where W J w j j1 48

M-Band Wavelet Transform Mallat ın algoritmasının aksine frekans uzayını iki değil de M kanala böler Düşük frekans görüntüyü elde etmek için orjinal görüntünün çözünürlüğünü direk M (pozitif integer) düşürür. Oysa Mallat ın algoritması çözünürlük düşürmede 2 n (n=1, 2, 3, ) ile sınırlıdır M-band dalgacık dönüşümünde sadece bir tane ölçek fonksiyonu ve M-1 tane dalgacık fonksiyonu vardır.. Böylece bir tane alçak frekans görüntüsü (LL) ve M 2-1 tane detay görüntüsü (LH m, H m L, and H m H n ) üretilir. Üretilen görüntülerin boyutu orjinal görüntünün 1/M i olur a) original image b) 3-Band wavelet Decomposition 49

Bu yöntemlerdeki varsayım: pankromatik görüntünün yüksek frekans bileşeni frekans uzayında ayrıştırılarak düşük çözünürlüklü multispektral görüntüye detay olarak eklenebilir Dalgacık Dünüşümü tabanlı yöntemler orjinal görüntünün rengini korumada oldukça başarılılar Fakat bu yöntemler görüntüleri sadece yatay düşey ve çapraz yönlerde filtreledikleri için bu yönlerde kenarları doğrusal olmayan nesnelerin geometrilerinde bozulmalar oluşur 5

PCA Yöntemi Ana bileşenleri elde etmek için görüntünün kovaryans matrisine dayalı lineer bir dönüşüm uygulanır Birinci anabileşen pankromatik görüntü ile yer değiştirilir Geri dünüşüm uygulanarak kaynaşmış görüntü elde edilir Pixels on band-1 vs. band-2 plane a) Pixel values in 3-D Space b) PC-1 PC-1 band-3 PC-2 PC-3 band-2 c) band-3 band-1 Pixels on band-1vs. band-3 plane band-2 band-1 band-1 PC-1 Varsayım: Birinci anabileşen görüntüdeki konumsal detayın büyük bir oranını içerir. Diğer anabileşenler ise görüntünün spektral özelliklerini içerir. Eğer birinci anabileşen ile pankromatik görüntü arasındaki korelasyon düşükse hem renk hem detay performansı düşer Görüntünün boyutu da önemli 51

Linear Regression Method h x kl l x ij h y kl l y ij ideal multispektral görüntü düşük çözünürlüklü multispektral görüntü yüksek çözünürlüklü pankromatik görüntü pankromatik görüntünün ortalaması l k m 1 kk 1l 1 m1 y ij y 1 ll 1 h kl Varsayım x h kl x l ij a ij y h kl y l ij m pixel _ size _ of _ XS pixel _ size _ of _ pan a nasıl bulunur a ij i1 j1 pi1 q j1 i1 l l l l y y x x pq j1 pi1 q j1 l l y y 2 pq ij pq ij ij Kaynaşmış görüntü x h kl a ij h l l y y x kl ij ij Tüm pencere için aynı a kullanıldığından detay düzgün gelemez 52

Kriter Tabanlı Görüntü Kaynaştırma Kaynaşmış görüntüyü pankromatik ve multispektral görüntülerin lineer kombinasyonu olarak hesaplar F k a I b ( m, n) ( m, n) ( m, n) ( m, n) k( m, n) I a ve b ağırlıklar m and n satır ve sütun numaraları k = 1,2,., N (N = toplam bant sayısı) F k kaynaşmış bant I pankromatik görüntü, I k multispektral görüntü 53

a ve b nasıl belirlenir? Üç kriter çözüm için belirlenir Kriter 1: Kaynaşmış görüntünün varyansı pankromatik görüntünün varyansına eşit olmalı 2 2 2 2 Cov F, F ) a 2a b b ( k k k o k k ok k k o Criterion 2: Kaynaşmış görüntünün ortalaması multispektral görüntünün ortalamasına eşit olmalı Mean( F ) a b k k o k k k Criterion-3: Multispektral bantlar arasındaki oran kaynaşma sonrası aynı kalmalı F C k I k 54

55 Yöntemin Uygulanması ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( n m n m n m n m n m k k o k k I b I a F 2 2 2 2 ), ( ), ( ), ( ), ( 2 o k k ok k k o k n m m n m n n m b b a a k k k o k n m n m b a ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( n m n m k m n k I C F Her bir bant için 4 eşitlik yazılır (k bandt için, 4k eşitlik) İlk üç eşitlikte 3k bilinmeyen vardır (F, a,b) Son eşitlik bilinmeyen olarak C yi içerir ve C tüm bantlar için aynıdır r = 4k-(3k+1)=k-1 fazla eşitlik en küçük kareler yöntemi kullanılarak çözülür. Yöntem tüm resim yerine MxM lik pencerelere uygulanır ve kaynaşmış piksel değeri sadece pencerenin merkezindeki piksel için üretilir. Sonra pencere bir yana kaydırılır ve aynı işlem bir sonraki piksel için yapılır M, multispektral görüntünün çözünürlüğünün pankromatiğinkine oranından büyük en yakın tam sayı

KTÜ KAMPÜS IKONOS GÖRÜNTÜLERİ IKONOS Pankromatik (1 metre) IKONOS Multispectral Bantlar: mavi, yeşil, kızılötresi (4 metre) 56

KTÜ KAMPÜS IKONOS GÖRÜNTÜLERİ IKONOS füzyon uygulanmış Bantlar: mavi, yeşil, kızılötresi (1 metre) IKONOS Multispectral Bantlar: mavi, yeşil, kızılötresi (4 metre) 57

KTÜ KAMPÜS IKONOS GÖRÜNTÜLERİ IKONOS Multispectral Bantlar: mavi, yeşil, kızılötresi (4 metre) IKONOS Kaynaşmış Bantlar: mavi, yeşil, kızılötresi (1 metre) 58

Fusion Results of the QuickBird Pan and the IKONOS XS Images Displayed Using Blue, Green and Red bands a) Quickbird panchromatic b) IKONOS multispectral c) Classical IHS d) Generalized IHS e) Brovey f) SVR g) Mallat h) The à trous i) M-Band k) PCA m) Linear regression n) Criteria-based 59

Fusion Results of the QuickBird Pan and XS Images over Purdue Campus (Displayed Using Blue, Green and Red bands) a) Quickbird panchromatic b) QuickBird multispectral c) Classical IHS d) Generalized IHS e) Brovey f) SVR g) Mallat h) The à trous i) M-Band k) PCA m) Linear regression n) Criteria-based 6

A-trous Method Criteria-Based Method 61

Sonuçlar Renk tabanlı yöntemler detayı başarılı bir şekilde arttırabilmektedir; fakat görüntünün rengini yeterince koruyamamaktadır Dalgacık dönüşümü tabanlı yöntemler ise rengi çok güzel koruyor ama detay yeterince aktarılamıyor Kriter tabanlı kaynaştırma yöntemi hem rengi koruyor hem de detayı başarılı bir şekilde aktarabiliyor Kriter tabanlı yöntemde sonuç önceden belirlenen kriterlere göre hesaplandığı için kaynaştırılmış görüntünün özellikleri ve kalitesi önceden bilinebilmektedir. Bu, kullanıcıların ihtiyaçları doğrultusunda kendi kaynaştırma araçlarını dizayn edebilmelerine imkan verecek yeni kaynaştırma algoritmaları hususunda geleceğe dönük ipuçları sunmaktadır. 62