Maa-57.1010 Johdanto valokuvaukseen, fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

NUMEERINEN TULKINTA -HARJOITUS


YLEISTÄ

Ennen harjoituksen suorittamista lukaise tämä harjoitusohje läpi!

Harjoitustyö tehdään Geomatica-nimisellä kaukokartoitusohjelmistolla. Harjoituksen tavoitteena on käyttää ammattilaiskäytössä olevaa ohjelmaa sekä tutustua oikeisiin satelliittikuviin ja niiden tulkintaan. Tulkintaa tehdään sekä visuaalisesti että numeerisesti (=automaattisiin algoritmeihin perustuen). Jos haluatte lisää tietoa Geomaticasta niin tästä pääsee Geomatican esittelysivuille. Tarvittaessa Geomatican omaa helppiä kannattaa käyttää (klikkaa ?-ikonia Geomatica Toolbar -ikkunasta).

Harjoitus tehdään 3 hengen ryhmissä harjoitussalissa M240 olevilla tietokoneilla. Ilmoittaudu salin M240 ovessa olevaan listaan! Yritetään saada täysiä ryhmiä, jotta harjoitussalissa olevat koneet riittäisivät. Koneet myös kuormittuvat, jos luokassa on yhtä aikaa paljon ryhmiä. Jos aloittaessasi harjoitusta luokan ovi on kiinni niin pyytäkää minut tai joku muu niistä viereisistä huoneista avaamaan ovi. Pyydä samalla koneiden salasanoja (salasanat antaa: Juho Lumme M217 tai Katri Koistinen M225). Salasanat kannattaa hakea etukäteen, jos olette tekemässä harjoitusta illalla tai aikaisin aamulla. Salasanat tulee kuitata ja palauttaa heti harjoituksen jälkeen.

Harjoitukseen kannattaa varata noin 4 tuntia aikaa. Harjoituksen teko nopeutuu huomattavasti, jos ryhmiä ei ole yhtäaikaa liikaa, sillä satelliittikuvien laskentaa vie paljon tietokoneen tehoja (isoja satelliittikuvia ei myöskään kannata ladata näytölle turhaa). Raportit palautetaan huoneen M225 edessä olevaan laatikkoon. DL on 5.3.!

Harjoitussalin koneet eivät ole verkossa! Jos kirjoitatte raporttia harjoitussalissa, niin sen siirtäminen onnistuu parhaiten muistitikulla tai disketillä. Muistitikku/disketti löytyy hakemistosta /media/usbdisk tai /media/floppy (etsikää sitten noita hakemistoja omasta koneesta - ei nexuksesta :).

Huomioikaa ryhmässänne, että jokainen pääsee kokeilemaan Geomaticaa! Jakakaa vaikka tehtävät osiin ja sopikaa missä vaiheessa vaihdetaan koneen käyttäjää. Näin jokainen pääsee tutustumaan ohjelmaan eikä aika käy kellekään liian pitkäksi.

RAPORTTI

Kirjoitelkaa raporttiin mitä olette tehneet ja oppineet harjoitusta tehdessä. Jos kokeilitte joitain muita Geomatican ominaisuuksia, niin mainitkaa myös siitä. Vastailkaa myös harjoitusohjekappaleessa esitettyihin kysymyksiin:

Raportti ei ole tärkein osa tätä harjoitusta - käyttäkää enemmän aikaa ohjelman kokeilemiseen ja satelliittikuvien tutkimiseen. Kuitenkin vaadin ainakin yhden A4:n verran koneella kirjoitettua tekstiä.

SATELLIITTIKUVAT

Ensimmäinen satelliittikuvista on NASA:n Landsat 7 -satelliitin Enhanced Thematic Mapper-Plus (ETM+) -sensorilla havaittu multispektrikuva Helsingistä: landsat_etm_helsinki.pix-tiedosto. Kuvan spatiaalinen resoluutio eli pikselikoko maastossa on 30 m. Landsat-kuva käsittää 7 eri kanavaa eli aallonpituusaluetta. Kanavat:

Toinen kuva on QuickBird-satelliitin havaitsema pankromaattinen kuva Espoosta: quickbird_espoo.pix-tiedosto. Quickbird-kuvan spatiaalinen resoluutio on 60 cm ja siinä on 1 pankromaattinen eli mustavalkoinen kanava. Harjoituksessa käytettävät kuvat löytyvät nexus-koneelta hakemistosta: /home/courses/maa571010/

HARJOITUSOHJE

1. Alkutoimenpiteitä:

2. ImageWorks

Komennon geomatica jälkeen Geomatica Toolbar -ikkuna putkahtaa esiin.

Isot neliöt tarkoittavat eri ohjelmiston osia. Oikean ylälaidan x-ruudusta poistutaan ohjelmistosta.

Tämän jälkeen aukeaa ImageWorks Configuration -ikkuna. Ladataan satelliittikuva näytölle seuraavilla asetuksilla (asetukset näkyvät myös oikealla olevassa kuvassa):

  • Haetaan kuvatiedosto: Use Image File...
    • Valitse kotihakemistossasi oleva home/ryhma-x/landsat_etm_helsinki.pix tai
    • Kurssihakemistosta home/courses/maa571010/quickbird_espoo.pix.
  • File Information -osa ilmoittaa kuvatiedoston koon ja kanavien lukumäärän. Katso että Reduce to -kohta on aina 100%.
  • Image Planes -kohdassa määritellään kuvalla olevien kanavien lukumäärä. ETM+ -kuvalla on 7 kanavaa (sekä kaksi tyhjää kanavaa, jonne tallennetaan opetusalueet sekä luokittelutulokset) ja QuickBird-kuvalla yksi. Image Planes-kohtaan laitetaan siis Landsat-kuvan kohdalla 9 ja QuickBird-kuvan kohdalla 1.
  • Kaikissa tapauksissa kanavat ovat 8 bit unsigned eli ne käyttävät lukualuetta 0 - 255.
  • Huomioi että Graphic Planes -kohdassa on valittu kohta: 0.
  • Sitten vain painetaan Accept and Load.

 

 

 

 

ImageWorks-asetukset kuvaa ladattaessa:

Nyt aukeaa kaksi ikkunaa, joista toinen on varsinainen ImageWorks-ikkuna (se jossa on tumma satelliittikuva) ja toinen kontrolli-ikkuna, jonka avulla voidaan muokata kuvaa ja vaihtaa näytöllä näkyviä kanavia.

ImageWorksin Kontrolli-ikkuna:

 

 

Kontrolli-ikkunan Cursor-osa ilmaisee kursorin paikan ja käytetyn mittausyksikön (kuva-, tiedosto- tai karttakoordinaatit).

Imagery-osassa valitaan kuvan näyttömuoto:

  • RGB (Red-Green-Blue) tarkoittaa että kuvan jotkut kolme kanavaa näytetään pääväreillä jolloin tuloksena on värikuva,
  • BW (Black-White) tarkoittaa että yksi kanava näytetään harmaasävykuvana,
  • PC (PseudoColor) tarkoittaa että yksi kanava näytetään väritaulukon avulla jolloin tuloksena on värikuva, ja
  • viimeinen vaihtoehto on off eli ei näytetä kuvaa ollenkaan.
  • Kokeile eri väri- ja kanavavaihtoehtoja!

Vectors- tai Graphics-osia ei tarvita tässä harjoituksessa.

Enhancements-osa. Kun kuva on juuri luettu ikkunaan, se on yleensä aika "pimeä", koska kuvan harmaansävyarvot ovat keskittyneet pieniin arvoihin. Enhancements-osan avulla voidaan muokata kuvan histogrammeja siten, että kuvan harmaansävyarvot jakaantuvat laajemmalle alueelle ja näemme kuvalla enemmän tietoa. Takaisin alkuperäiseen kuvaan pääsee painamalla vasemmalla olevaa neliötä jossa on poikkiviiva. Kokeilkaa eri vaihtoehtoja!

Histogrammi on graafinen esitys kuvan harmaansävyarvojen jakaantumisesta. Esim.

Zoom-osan avulla voidaan tarkentaa kuvaa ja liikkua kuvalla. Neliö ilmaisee missä päin kuvaa ollaan. Napsauttamalla ja liikuttamalla neliötä, voimme siirtyä kuvalla.

 

Landsat-kuva enhancements-operaatioiden jälkeen kanavilla (R:4 G:3 B:2):

ImageWorks-ikkunan yläosasta löytyvät valikot File, Edit, View, Tools ja Classify.

  • File-valikosta löytyy toimintoja esim. kuvien lataamiseksi ja tallettamiseksi.
  • Edit-valikosta löytyy toimintoja mm. kuvan muuttamiseksi.
  • View-valikosta löytyy toimintoja kuvatiedoston ja kuvadatan tarkasteluun. Esimerkiksi Histograms-kohdasta voi tarkastella kanavien histogrammeja.
  • Tools-valikosta löytyy toimintoja mm. kuvien suodattamiseen.
  • Classify-valikosta löytyy työkaluja kuvan luokittelua varten - näistä lisää myöhemmin.

3. Visuaalista tulkintaa

Tässä vaiheessa tehtävänä on analysoida erilaisten kohteiden näkyminen Landsat ETM+ sekä QuickBird-kuvilla.

Vihje: ImageWorks-ikkunoita voi avata useamman mikä helpottaa kuvien vertailua. Huomioi kuitenkin että isot kuvat vievät paljon koneen muistia. Jos useita ryhmiä on tekemässä samaan aikaan ja kone takkuilee, niin sulkekaa ylimääräisiä ImageWorks-ikkunoita.

4. Tietokoneavusteista tulkintaa

Tässä osuudessa sateliittikuvan tulkinta tehdään numeerisesti eli automaattisesti algoritmeihin perustuen.

Luokittelussa käytetään Landsat-kuvan kanavia 1-7. Visuaalisen tulkinnan avulla sinun tulee etsiä opetusalueet. Opetusalueilla tarkoitetaan esimerkkejä kohteista (esim. pelto, metsä), joiden avulla automaattinen luokittelu tehdään. Käytä hyväksesi paikallistuntemusta, esim. voit aluksi etsiä kuvalta Helsingin keskustan. Etsi opetusalueet seuraaville luokille: kaupunkialue, vesi, pelto (tarkoittaa matalaa kasvillisuutta) ja metsä. Yhdelle luokalle voi ja pitää osoittaa useampia opetusalueita, eri puolilta kuvaa. Ole huolellinen rajatessasi aluetta.

Luokittelun alkutoimet

Käynnistä Image Works uudelleen mikäli suljit sen tarkastellessasi välillä QuickBird-kuvaa. Tässä vaiheessa on tärkeää että avaat sen satelliittikuvan, jonka kopioit omaan kotihakemistoon (/home/ryhma-x/landsat_etm_helsinki.pix).

Opetusalueiden osoitus

Training Site Editing -ikkunan avulla osoitetaan luokkien opetusalueet. Visuaalisen tulkinnan avulla sinun tulee etsiä opetusalueet seuraaville luokille: kaupunkialue, vesi, pelto ja metsä.

Luokittelu

Sitten mennään varsinaiseen luokitteluun.

Kun olet tehnyt harjoituksen niin muista tuhota ETM+ -kuva (ja muut turhat tiedostot) kotihakemistostasi!!! Komennot:
cd ~ (siirtyminen kotihakemistoon)
ls (näyttää kotihakemiston sisällön)
rm tiedosto.pix (tuhoaa tiedoston)

Loggaa ulos Nexus-koneesta komennolla: exit ja sammuta tietokone. Jätä salasanat huoneeseen M225 tai M217 (jos emme ole paikalla, huoneeseen M240).

Jos harjoituksesta tulee jotain kysyttävää, niin lähetä sähköpostia alla olevaan osoitteeseen tai tule kysymään huoneesta M217. Myös Katrilta (M225) saa tarvittaessa ohjeita.


Palaa laboratorion pääsivulle
Ylläpitäjä: Juho Lumme (etunimi.sukunimi@hut.fi)
Sivu päivitetty: 21.1.2008.