95B2.5.1. Формирование разностных изображений
В основе процесса дистанционного определения изменений, произошедших в территории, лежит сравнение двух или нескольких космических снимков, полученных через некоторые интервалы времени.
Сравнение может быть условно представлено как вычитание одного снимка из другого. При этом те участки территории, на которых изменений нет, и, следовательно, их яркость осталась прежней, в результате вычитания исчезнут, а те участки, яркость которых значительно изменилась, станут еще более заметны. В данной главе рассмотрен один из множества возможных способов создания разностных изображений, основанный на использовании простейшего подхода, который может быть легко реализован в любом программном продукте, предназначенном для обработки изображений, и в котором имеются элементарные возможности программирования собственных алгоритмов обработки.На рис. 11 приведена скаттерограмма снимка, состоящего из двух каналов. Первый канал получен из канала 3 (табл. 2) снимка спутника Landsat 5, (сенсор TM) в 1985 г, а второй канал получен из канала 3 снимка спутника Landsat 7, (сенсор ETM+) в 2000 г. Пиксели, которые отображают участки территории, не подвергнувшиеся изменениям, будут тяготеть к некоторой центральной линии, проходящей по диагонали скаттерограммы.
Рис. 11. Скаттерограмма разностного изображения
Пиксели, соответствующие значительно измененным участкам территории и, следовательно, имеющие значительно отличающуюся яркость в каждом из каналов, будут располагаться на некотором удалении от центральной линии. Это расстояние будет тем большим, чем больше с течением времени изменился коэффициент отражения участка территории. Таким образом, расстояние d или угол 5 , показанные на рис. 11, могут являться мерой степени или вероятности изменений.
На основании уравнения прямой и расстояния от точки до прямой, принимая во внимание, что мы вычисляем некоторое условное расстояние и, следовательно, нормированием уравнения можно пренебречь, получим следующую формулу:
d' = S1 • DN2 - S2 • DN1,
где DNj и DN2 — значения пикселей в соответствующих спектральных каналах, а Sj и S 2 -- средние арифметические значений DN.
Применив формулу (j), мы получим изображение, каждый пиксель которого будет содержать число d', прямо пропорциональное расстоянию d. Величина d' может принимать значения как больше, так и меньше нуля. Для точек, располагающихся ниже прямой, d' < 0, а для точек, находящихся выше прямой, d' > 0. Если считать, что снимок 1 получен раньше снимка 2, то d' < 0 будет означать, что коэффициент спектрального отражения с течением времени уменьшился (т.е. объект потемнел), а d' > 0 показывает, что коэффициент отражения увеличился. Такое поведение величины d' может быть использовано для дополнительного отбора изменений. Например, развитие подтоплений связано с уменьшением коэффициента отражения и, следовательно, значения d' для вновь подтопленных участков будут отрицательными.
Результат создания разностных снимков данным методом приведен на рис. 12. На рис. 12, А показано разностное изображение для d' > 0, а на рис 12, Б — для d' < 0. Чем более темным является пиксель, тем больше изменения спектрального коэффициента отражения и тем выше вероятность того, что на данном участке произошли изменения. В нижней левой части рисунков хорошо заметны изображения карьера, автомобильной дороги, идущей к нему, промышленной площадки и небольших карьеров, из которых был взят песок для строительства дороги. Стрелками показаны подтопленные участки территории, которые на более раннем снимке являлись заболоченными лугами на окраине болота и в пойме реки. Как было установлено при проведении полевых обследований, это подтопление носило естественный характер: незадолго до получения более позднего снимка прошли обильные дожди, что привело к повышению уровня рек и грунтовых вод. Сравнивая рис. 12, А и 12, Б, можно видеть, что возможность отбора по характеру направления изменения коэффициента отражения приводит к значительному улучшению читаемости изображений.
Рис. 12. Разностное изображение, полученное методом евклидова расстояния