A hiperspektrlis kpfeldolgozs mdszerei s az els magyarorszgi

A hiperspektrális képfeldolgozás módszerei és az első magyarországi képalkotó spektrométeres repülés adatainak elemzése Hargitai Henrik doktori értekezésének védési bemutatója Témavezetők: Kardeván Péter, Mari László ELTE TTK Földtudományi Doktori Iskola Földrajzi program 2006 (2007) 2020. 12. 05. 1

2020. 12. 05. 2

Bevezetés Hiperspektrális távérzékelés: Forrás: Műholdas, légifelvételezés, terepi spektroradiométer, labor spektrométer, Spektrális modellszámítás (kevert pixel), felbontás: Több spektrumkönyvtár (endmember) tíz sáv, szűk A: LANDSAT, B: DAIS felbontásban Jellegzetes lefutású spektrumgörbe Szűk elnyelési sávok azonsíthatók 2020. 12. 05. 3

2020. 12. 05. 4

A témák ismertetése n 2020. 12. 05. A mondanivaló felvázolása 5

Az adatkocka 2020. 12. 05. 6

Főbb földtudományi felhasználási lehetőségek n n NÖVÉNYZET VIZSGAÁLATA - 400 -1100 nm: főleg növényzet vizsgálata (vörös él) (látható+közeli IV) (vegetációborítás miatt Európa nagy része) TALAJ, ÁSVÁNYOK, KŐZETEK - 1100 -2400 nm: ásványi anyagok, kőzetek jellegzetes elnyelési sávokkal (középső IV (reflektív IV) (sivatagi területek) HŐMÉRSÉKLET (TÜZEK) - 2, 5 - (10) um: termális IV (hőmérséklet) Európa: bányászati szennyeződések (meddőhányók, vízek): MINEO, PECOMINES -- Hysens 2002 projekt (EU/DLR/MÁFI). Gond: gyakori felhőborítás (monitorozás nehéz) 2020. 12. 05. 7

Hysens 2002 n n n 2020. 12. 05. 2002. augusztus 17– 18 DAIS - 79 sáv- méter/képpont hiperspektrális adatkockák GER 3700 640 sávos terepi spektroradiométer DLR előfeldolgozás Egyszeri légifelvételezés (2 egymást követő napon) 8

Saját kutatás: erdőtípusok spektrális szétválasztása n n Homogén területek azonosítása a képen Homogén területek azonosítása a terepen Elegyes erdők (spektrálisan homogén) azonosítása Kutatási területek: Recsk, Gyöngyösoroszi 2020. 12. 05. 9

1. Történeti összegzés n n n 1989 MINOTEQ (FÖMI) Bős-Nagymaros 2000: ciánszennyezés – MÁFI-ITC (NL) együttműködés kezdete (Kardeván Péter - Vekerdy Zoltán) Próbamérések GER 3700 spektroradiométerrel az Alföldön Hysens 2002: MÁFI: pályázat – DAIS elérhetővé tétele. Koordinál: DLR. ITC, JSC: ASD Field. Spec, GER 3700, PIMA spektroradiométerek + VITUKI, DE (Látókép, Tedej) 2000: ciánszennyezés – MÁFI-ITC (NL) együttműködés kezdete 2020. 12. 05. 10

2. Magyar kutatások n n n DAIS adatkockák felhasználásával: Bányászati szennyeződések – Sajó, Gyöngyösoroszi, Recsk Mezőgazdasági kutatás (hibrid gabonafajták): Látókép, Tedej (részletes táblatörzskönyv) – DE MTA Vácrátót (Horváth Ferenc): erdőtípusok Jung A. : városi kutatás (növényzet állapota) Gyöngyös 2020. 12. 05. 11

3. Angol-magyar szójegyzék n n Magyar irodalom alapján Imaging spectroscopy, imaging sopectrometry, hyperspectral remote sensing – képalkotó spektrometria, hiperspektrális táváérzékelés (mérések által sokcsatornás kép létrehozása) Endmember: végállású spektrum, végállású összetevő Ground truth: körülírással 2020. 12. 05. 12

4. A technológia működési elvei n n Leírás az ENVI működése alapján „lépésről lépésre” kalauz a jövőbeni felhasználóknak (a potenciális hibákat hol kerüljük el? ) 2020. 12. 05. 13

5. Spektrumkönyvtár n n n „Spektrumtájak”: sok tényező együttjátszása, egy adott vegetációs időpontban Tedej: haszonnövények Recsk, Gyöngyösoroszi: erdei fák (erdőtípusok) és erdei felszínborítás-típusok (rét stb) 2020. 12. 05. 14

2020. 12. 05. 15

2020. 12. 05. 16

2020. 12. 05. 17

6. Terepi ellenőrzés n n 1: automatizált osztályba sorolás 2: erdészeti adatbázisok alapján tanítópontos osztályba sorolás 3. Terepbejárás alapján homogén területek tanítómezeinek felhasználásával osztályba sorolás A három módszer eredményei egybevágnak – nincs szükség terepbejárásra? 2020. 12. 05. 18

7. Terepi és laborspektrum eltér n n n A terepi és a laborspektrum nem összevethető (növényzet esetén): abszolút reflektanixca és lefutási görbe jellemzői is különbözhetnek. Ok: felülről máshogy néz ki a terep (lombkoronaszint szerkezete, aljnövényzet, árnyékviszonyok, záródás) Falevél tisztán erősebb reflektaniájú, mint terepen 2020. 12. 05. 19

8. Fenológiai fázisok spektrális térképezése n n n A mezőgazdasági termésbecslés alkalmazáshoz hasonlóan az erdészeti felhasználsát is segítené, ha minden fenológiai fázisból rendelkezésre állna spektrum Felvétele: multitemporális (spektroradiométerrel? ) Felhőzet miatt több évi kutatást igényel Nem dátumhoz, hanem adott helyhez, évi időjáráshoz, éghajlathoz stb. kötött Legnagyobb különbség ideje a szétválasztandó fajok között így állapítható meg 2020. 12. 05. 20

9. „Bükk” és „tölgy” elkülönítése n A spektrum lefutása csak pár helyen tér el u. Ez n csak a hiperspektrális vizsgálattal azonosítható A reflektancia viszont jelentősen különbözik u. Ehhez 2020. 12. 05. viszont elég célzott multispektrális vizsgálat 21

n 10. A recski terület növényborítási térképe (Matched filtering) Tölgy 2020. 12. 05. Rét Bükk Fenyves Kompozit 22

2020. 12. 05. 23

11. Zajszűrés n n n A DAIS képekre 79 -ből 52 sáv hasznos A rossz jel-zaj viszony oka u. Erős légköri elnyelés (víz 0, 9, 1, 1, 1, 4, 1, 8 nm) ualacsony reflektancia (anyagfüggő, pl. víz) u. Lámpás terepi vizsgálat: lámpa egyenletes radianciájú, de gyengébb: az 1, 4 és 1, 8 nm-en erősebb, mint a terepi napfény, másutt gyengébb 2020. 12. 05. 24

12. Feldolgozási mátrix n n Légi és terepi felvételezés Korrekciók Szűrés, adatdim. csökk. Célspektrum választás u n n n (ROI, endmember) Osztályozás Ábrázolás Ellenőrzés, tévesztési mátrix 2020. 12. 05. 25

2020. 12. 05. 26

2020. 12. 05. 27

2020. 12. 05. 28

13. Tedeji területre LANDSAT összehasonlítás n n n Ismert táblatörzskönyv Landsat és DAIS között főleg a táblaperemeken van különbség Az osztályozás a tág kategóriákon belül nem tér el jelentősen 2020. 12. 05. 29

14. Összegző megállapítások n n Célszerű használat: ha multispektrális nem működik Spektrumkönyvtár a teljes fenofázisra u. Célszerű 2020. 12. 05. felvételi időpont: tavasz, ősz 30

KÉRDÉSEK 2020. 12. 05. 31

Berke József 1. KÖLTSÉGEK Terepi spektroradiométer 1, 5 -10 m. Ft Bérlés: 50 e. Ft/nap Légi felvételezés (repülés) 5 -10 m. Ft teljes projekt, 250 e. Ft belföldi repülés Repülő műszer: 20 -30 m. F? Korrekció: 250 e. Ft/kép Műholdas adatkocka: 50 -100 e. Ft Szoftver 1, 7 m. Ft 2020. 12. 05. 32

n n n n n 2. 6 x 6 - kvázi homogén felszínborítás - nem volt spektrométer -csak potenciális endmemberként használt spektrumok 3. Lehetőségek Jogilag szabványos eljárás Állami megrendelés Spektumkönyvtár háttérbázis Planetológia (képalkotó) 2020. 12. 05. 33

Elek István n n n Hibabecslés DLR: at sensor, nem geokódolt atmoszfériukusan korrigált, sík felszínre; ill. topográfiai normalizációval – hibás Először ezt használtuk, de: túl nagy korrelláció a domborzattal Pont-pont referálással a geokódolásos képről az at sensor képre De: topográfiai normalizáció a hegy-völgye területre fontos (a lejtős területeken) Pl: Philip A. Townsend and Jane R. Foster TERRAIN NORMALIZATION OF AVIRIS AND HYPERION IMAGERY IN FORESTED LANDSCAPES 2020. 12. 05. 34

n Folytatás: u. Nincs terepi spektroradiométer u. Teszt repülések u. Multitemporális spektrumkönyvtár felállítása u. Jövő tervek: u. Mars: szulfátok kimutatás in situ CL módszerrel, egyesítve a hiperspektrális vizsgálatot (pl. OMEGA) és a CL módszert 2020. 12. 05. 35