Universidad de Alcalá Departamento de Geografía Qué es una imagen digital? Grey Levels Digital...

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Qué es una imagen digital?

Grey LevelsDigital NumbersPixel ValuesNivel Digital

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Significado de los píxeles

Lsen,i,j,k = f (NDi,i,k)Lsu,i,j,k

ConversiónDigital-analógica

B1 23B2 45B3 87 NDi,j,k

... ...Bn 16

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Estructura de la imagen

BANDA 1

BANDA 2

BANDA 3

BANDA 4

BANDA 6

BANDA 7

BANDA 5

Localiz

ació

n esp

ectra

l

Localización espacialX

Y

ND

ND

ND

ND

ND

i,j,2

i,j,3

i,j,4

i,j,5

i,j,6

i,j,7

ND i,j,1

Z

ND

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Soporte físico

Tradicionalmente: CCT Disquetes.

Actualmente: CD - ROM Cartuchos

Exabyte

Acceso Secuencial Directo

Directo Secuencial

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Formatos de grabación

Organización de los datos: Band Sequential (BSQ). Band Interleaved by Line (BIL). Band Interleaved by Pixel (BIP).

Tipo de codificación: 8 bits / 16 bits / 32 bits.

Código para la codificación: ASCII, Binario.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

AlmacenamientoBSQ

0

9

15

30

28

0

9

9

33

21

4

11

18

36

21

5

12

21

42

39

5

11

27

42

36

10

13

33

43

5

10

24

8

32

3

11

18

10

32

6

12

18

14

39

7

14

33

18

43

9

14

30

18

39

11

36

36

46

8

6

27

18

36

6

7

27

10

39

6

12

33

21

43

11

15

36

25

50

10

15

33

32

50

12

30

39

39

46

39

13

0

5

8

9

10

0

3

6

9

11

4

6

6

11

12

5

7

11

12

14

5

9

10

11

14

10

11

12

13

13

6

15

24

27

30

7

9

18

27

33

12

18

18

33

36

15

21

33

36

42

15

27

30

33

42

30

33

36

39

39

8

18

28

32

36

10

10

21

32

39

14

21

21

39

43

18

25

39

43

50

18

32

36

39

50

36

39

43

46

46

BIL

0

5

8

9

10

6

15

24

27

30

8

18

28

32

36

0

3

6

9

11

7

9

18

27

33

10

10

21

32

39

4

6

6

11

12

12

18

18

33

36

14

21

21

39

43

5

7

11

12

14

15

21

33

36

42

18

25

39

43

50

5

9

10

11

14

15

27

30

33

42

18

32

36

39

50

10

11

12

13

13

30

33

36

39

39

36

39

43

46

46

BIPB4

0

5

8

9

10

0

3

6

9

11

4

6

6

11

12

5

7

11

12

14

5

9

10

11

14

10

11

12

13

13

6

15

24

27

30

7

9

18

27

33

12

18

18

33

36

15

21

33

36

42

15

27

30

33

42

30

33

36

39

39

B3

B2

8

18

28

32

36

10

10

21

32

39

14

21

21

39

43

18

25

39

43

50

18

32

36

39

50

36

39

43

46

46

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Equipos de tratamiento digital Periféricos de entrada:

Mesa digitizadora. Escáner.

Unidades de proceso. Periféricos de salida:

Monitor de alta resolución. Impresoras raster: tinta, sublimación,

láser, electrostáticas.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

(e)

Teclado

RatónEscáner

Digitizador

Periféricos de entrada

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Memoria internaRAM

CPU

Unidades dealmacenamientoexterno

Unidades de proceso

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Impresora

Plotter de inyección

MonitorFilmadora

Periféricos de salida

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Componentes lógicos

Sistema operativo: Unix / Linux Windows NT / 2000

Lenguajes de alto nivel: C++ Delphi, Visual-basic...

Programas de aplicación.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Organización del software

SISTEMA

OPERATIVO

PROGRAMAS DE

APLICACIÓN

USUARIO

PROGRAMADOR DEAPLICACIONES

PROGRAMADOR DESISTEMAS

HARDWARE

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Tendencias en el software

Entornos gráficos / lenguajes comando. Auto-programables:

Macros. Bibliotecas de rutinas. Lenguajes gráficos.

Arquitecturas abiertas: orientado hacia aplicaciones específicas.

Acceso virtual (Internet).

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Equipo de tratamiento digital de imágenes

Entrada de Información

Proceso yAlmacenamiento

Visualización

Intérprete

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Sistemas de tratamiento digital (1/2) Equipos basados en un PC:

Procesador Pentium 500. 128 Mb de RAM. 15 Gb de disco. 8 Mb de memoria gráfica. Monitor 17 pulgadas (1024 x 1010). Impresora de inyección de tinta / láser

en color.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Sistemas de tratamiento digital (2/2) Equipos basados en una estación de

trabajo: Procesador Risc. 1 Gb de RAM. 100 Gb de Disco. 8 Mb de memoria gráfica. Monitor 17-19 pulgadas. Impresora de láser color / sublimación.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Funciones de tratamiento digital

Operaciones generales. Corrección radiómetrica y geométrica. Realces del contraste. Filtros. Transformaciones (IV, ACP, ALME). Clasificación. Detección de cambios. Análisis textural.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Operaciones generales: Gestión de archivos (1/2) Importación / exportación a formatos

externos. Documentación.

# filas y columnas. Codificación (8/16/32). Coordenadas y tamaño de píxel, datos de la

proyección. Datos de la adquisición: fecha, ángulos

solares, calibración.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Operaciones generales: Gestión de archivos (2/2) Carga de datos a la memoria gráfica.

Imágenes, Vectores. Tablas de color...

Salvar datos de la memoria gráfica. Transferir información entre archivos. Extraer una ventana de la imagen. Cambiar formatos / codificación.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Almacenamiento

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Documentación

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Máscaras Seleccionar un ámbito de la imagen para su

posterior tratamiento individualizado. Clasificación estratificada; estadística de

sectores geográficos.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Utilidades para la visualización Ampliar / reducir la imagen. Obtener coordenadas y valores de

ND. Digitizar vectores sobre la imagen. Moverse a una escala ampliada

(roam / scroll). Superponer vectores y gráficos.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Operaciones con el cursor

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Mediciones

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Zoom - interpolación

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Operaciones generales: Estadísticas Tendencia central y

dispersión. Histogramas. Perfiles radiométricos. Dispersogramas. Correlación y regresión entre

bandas.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Medidas estadísticas

n

ND=NDk

ki,n=1,ik

n

)ND-ND(=s

k

2kki,n=1,i

k

mk

ni ikim

mk ss

nNDNDNDNDr km /)))(((

,1 ,,

,

Media

Desviación típica

Correlación de Pearson

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Histogramas

Tendencia central. Anchura: varianza,

heterogeneidad. Desplazamiento de

los valores mínimos (dispersión atmosférica).

Presencia de “picos”.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Dispersogramas Correlación entre

bandas: carácter específico o redundante.

Selección de bandas (separabilidad de cubiertas).

Presencia de agrupaciones.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Transectos Variabilidad espacial. Carácter específico de cada banda.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Perfiles espectrales Diversidad espectral / firmas espectrales. Particularidades de cada banda.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Perfiles 3D

Band 4

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Mejoras del contraste

Definición: C1 = NDmax / NDmin C2 = NDmax - NDmin C3 = DTND

Alternativas: Expansión: realce visual. Compresión: almacenamiento.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Ajuste del contraste:necesidad

Equipos de visualización pobre. Sensores de alta resolución

radiométrica: AVHRR: 10 bits Ikonos: 11 bits.

Histograma poco contrastado.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Tablas de referencia del color (Look Up Table, LUT)

Disco Memoria RAM Memoria gráfica Monitor

D/A

NV = f (ND) ND NV0 01 22 43 6.. ..

LUT

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Métodos de ajuste

Compresión: Conversión 24 a 8 bits. Compresión gráfica (.JPG ; Wavelets)

Expansión: Lineal. Gausiana. Frecuencial. Especial.

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Diversos métodos de expansión del contraste

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

minmax ND - ND255g

minmax

min

ND - NDND * 255-s

255*ND - ND

ND - ND

minmax

minNV

Realce lineal

NV = s + g ND 0 = s + g NDmin

255 = s + g NDmax

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Ejemplo de realce linealND NV ND NV ND NV ND NV

0 0 75 175 150 255 225 2555 0 80 194 155 255 230 255

10 0 85 213 160 255 235 25515 0 90 232 165 255 240 25520 0 95 251 170 255 245 25525 0 100 255 175 255 250 25530 3 105 255 180 255 255 25535 22 110 255 185 25540 41 115 255 190 25545 60 120 255 195 25550 79 125 255 200 25555 98 130 255 205 25560 117 135 255 210 25565 137 140 255 215 255

70 156 145 255 220 255

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Realces

Tablas de Daimiel

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Realce frecuencialND Frec Frec. Ac. Frec.obj NV

0 0,000 0,000 1,953 05 0,000 0,000 3,906 0

10 0,000 0,000 5,859 015 0,000 0,000 7,813 020 0,000 0,000 9,766 025 0,056 0,056 11,719 030 1,330 1,387 13,672 035 4,634 6,021 15,625 1040 6,972 12,993 17,578 3045 8,815 21,808 19,531 5050 11,656 33,464 21,484 8055 11,731 45,195 23,438 11060 10,990 56,184 25,391 14065 12,347 68,532 27,344 17070 10,240 78,772 29,297 19575 7,913 86,686 31,250 21580 4,853 91,539 33,203 23085 3,142 94,681 35,156 23590 2,155 96,836 37,109 24095 1,119 97,955 39,063 245

100 0,778 98,732 41,016 250105 0,516 99,249 42,969 250110 0,300 99,548 44,922 255

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Realces II

Tablas de Daimiel

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Realce lineal / frecuencial

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Máscaras de color

Máscara binaria para aislar zonas de agua

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Formación del color

Elección de las bandas (respuesta espectral). Criterio de interpretatividad visual. Criterio estadístico:

Orden de asignación.

|r|s=OIFjj=1,3

k=1,3k

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Significado del color

B4 = 4938B3 = 901B2 = 1092

B4 = 6191B3 = 5335B2 = 4624

B4 = 29B3 = 80B2 = 181

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Seudo-color

Imagen TM-4 del P.N.Cabañeros

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Efecto espacial de los filtros

-500

50100150200250300350400

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121

Distancia

original paso bajo paso alto

ND

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Filtro en el dominio frecuencial

Pinilla, Alcalá, Ariza, 1997

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Filtro en el dominio espacial

Matriz deFiltraje

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Filtro espacial

Valor ponderado de acuerdo a los valores vecinos:

CF

CFND=ND

q+cp,+f1,1=q1,1=p

q+cp,+fq+jp,+i1,1=q1,1=p,ji,

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Ejemplo de filtrado espacial

Imagen original Imagen filtrada

0 0 0 0 0 0

1 1 11 2 11 1 1

10 18 21 35 38 40

12 14 17 24 32 34

25 15 17 27 40 43

18 16 18 24 29 39

14 16 20 20 27 36

0 17 21 29 35 0

0 17 21 28 35 0

0 18 19 25 31 0

0 0 0 0 0 0

Imagen original Imagen filtrada

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Paso bajo:

Paso alto:

Matrices de filtraje

1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,25 0,50 0,25(1) 1,00 1,00 1,00 (2) 1,00 2,00 1,00 (3) 0,50 1,00 0,50

1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,25 0,50 0,25

-1 -1 -1 0 -1 0(4) -1 9 -1 (5) -1 5 -1

-1 -1 -1 0 -1 0

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Efectos del filtrado

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Filtros direccionales

NORTE SUR ESTE OESTE 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 -1

(6) 1 -2 1 (7) 1 -2 1 (8) -1 -2 1 (9) 1 -2 -1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 1 1 -1 SURESTE NOROESTE SUROESTE NORESTE -1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 1

(10) -1 -2 1 (11) 1 -2 -1 (12) 1 -2 -1 (13) -1 -2 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 1 -1 -1 1

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Filtros direccionales

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Filtros direccionales

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Detectores de borde

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Aplicación de filtros a MDT

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Filtros no lineales

Sobel:

C = (NDi-1,j+1 + 2 NDi,j+1 + NDi+1,j+1) - (NDi-1,j-1 + 2 NDi,j-1 + NDi+1,j-1)

F = (NDi-1,j-1 + 2 NDi-1,j + NDi-1,j+1) - (NDi+1,j-1 + 2 NDi+1,j + NDi+1,j+1)

22,' FCND ji

A B C

D E F

G H I

Universidad de AlcaláDepartamento de Geografía

Filtro no lineal (Sobel)