Magyar Vízgazdálkodás, 1981 (21. évfolyam, 1-12. szám)
1981-05-01 / 5. szám
Számítógépes képfeldolgozás a vízgazdálkodásban A légifényképezés több évtizedes múltra tekint vissza. A -légifellvételek a vízgazdálkodásban is meghonosodtak, s egyre jobban terjednek. Ar- és belvízvédekezés idején, különböző létesítmények tervezésekor már régebben ismert módszer. Újabban a területi vízügyi felügyelet ellátása, a vízmimőségvédelem terén is hasznosítják a légi fényképezéssel nyert távérzékelési információkat. Egyidejűleg fokozatosan nő az igény a légifényképek értelmezése (interpretálása) és az ehhez értő szakemberék iránt. A távérzékelés lehetőségei a mesterséges holdak, űrhajók pályára bocsátásával ugrásszerűen bővültek. Az űrfelvételek újabb távlatokat nyitottak a föld természeti kincseinek, a földi környezet változásainak, szerkezetének megismeréséhez, köztük különböző vízgazdasági feladatok megoldásához. A VIZUÁLIS ELJÁRÁSNÁL PONTOSABB A légi és űrfelvételek mennyiségi növekedése, a felvételekben (képekben) rejlő óriási információtartalom szükségessé teszik az értékelés, a feldolgozás módszereinek fejlesztését, a hagyományos vizuális (analóg) eljárások mellett újabb módszerek kidolgozását. A fejlettebb országókban ma már általánosak a számítógépre alapozott digitális (képpontokra bontott és digitálisan tárolt képeik feldolgozására alkalmas) képfeldolgozó nendiszerek, amelyek gyorsa sá g ókkal, felbontóképességükkel, a különböző információk nagyszámú kiemelési és kombinálási lehetőségével ugrásszerűen segíthetik a kapott adatok hasznosítását a népgazdaságban. Cikkünkben viszont arról adhatunk számot, hogy hazánkban is hasznos íthatóan rendelkezésre áll a digitális képfeldolgozó rendszer. Az elmúlt években a Számítástechnikai Koordinációs Intézetben (SzKI), főbb komponenseit tekintve a hazai eszközökre alapozva, került kidolgozásra egy R—10 számítógépre telepített digitális képfeldolgozó rendszer. Nem célunk a rendszer részletes ismertetése, mivel a korábbi publikációkban megtalálható, de a rendszer főbb jellemzőiről azért szólni kell a folyamat jobb megértése miatt is. A számítógép a hagyományos berendezéseken (mágnesszalag egységek, mágneslemez tprolók stb.) kívül speciális képbemeneti és kép meg jelenítő eszközökkel egészül ki. A rendszer bemeneti lehetőségei közül egy televíziós kaiméra biztosítja a képek durvább felbontású, de gyors bevitelét a számítógépbe. A képkimieneti egységek közül a 300x x400 képpontból álló színes raszter display a legfontosabb. Az SzKI-ban fejlesztett berendezés képpontonként 16 szín, illetve szürkeségi árnyalat előállítására alkalmas. A továbbfejlesztett és a Híradástechnika Szövetkezet által gyártásra átvett változat már 64 szín megjelenítésére képes. A display video jelét egy Tektronix képrögzítő berendezésbe vezetve, a képernyőn megjelenített képről fekete-fehér papírképet kaphatunk, amely közbenső munkaanyagként jól használható. A rendszer kimenetének további része az Eötvös Loránd Geofizikai Intézet által kifejlesztett forgódobos színes nyomtatóval 1024x1024 képpontból álló 40x40 cm méretű papírkép állítható élő, négy alapszín keveréssel 32 színárnyalatban. Az ismertetett eszközrendszerre (hardware) kifejlesztett képfeldolgozó programrendszer (software) a képet mint képpontokból felépített mátrixot tekinti, amelyben a mátrix minden eleme egy bizonyos hullámhosszban a földfelszín adott területéiről visszavert sugárzásra jellemző egész érték. Tekintettel arra, hogy a felvételek különböző hullámsávtartomámybam készülhetnek (rnuftispektráfis felvételek), így egy-egy területről több képmátrixot kophatunk. E mátrixok azonos indexű elemei a földfelszín azonos területére jellemző számértékeket adnak. A feldolgozó software ezekkel a képmátrixokkal és a képmátnixök együttes értékelésével kapcsolatos egyszerűbb és bonyolultabb műveletek elvégzésére alkalmas. Főbb összetevői a következők: — Kép ki- és beviteli 'modulok (mágnesszalagról a képek bevitele, off-line megjelenítéshez, kirajzoláshoz a képek mágnesszalagra való kivitele). — Képmegjelenítő modulok (kicsinyítés, nagyítás, színezés, részlelki jelölés). — Képjavító modulok (simítás, zajszűrés, élkiemélés). — Statisztikai számítások (a képponthoz tartozó jellemzők átlagának, szórásának, hisztog romjának, korrelációjának számítása). — Osztályozó modulok (a képpontok osztályba sorolása a földi referenciapontok adatai alapján vagy azok felhasználása nélkül). A programrendszer segítségével már a jelenlegi keretek között is, 1980-ban az OM'FB és OVH támogatásával a Vízgazdálkodási Intézet,' a VITUKI és a VIZITERV szakemberei az SzKI munkatársaival együttműködve több témában eredményesen alkalmazták a rendszert. Az eddig végzett összes kísérleti feldolgozásból egy konkrét feldolgozás rövid bemutatásával kíséreljük meg a rendszer lehetőségeit szemléltetni. KÍSÉRLETI FELDOLGOZÁS ÉS TAPASZTALATAI A kísérleti féldölgozásra a Balaton eutrofizációja és a vízgyűjtőin a vízgyűjtőfejlesztés kapcsolatának vizsgálata keretében került sor. Célját a keszthelyi öböl vízminőségi viszonyainak területi eloszlásvizsgáilata és a környező vízgyűjtő terület szennyezésilehetőségi tér struktúrájának jellemzése képezte. A vizsgálathoz a LANDSAT műhold több sávos érzékelője (Multispectral Scanner-MSS) által 1976. április 1-én négy hullámsávban készített és mágnesszalagra rögzített (Computer Compatible Tape-CCT) felvételét használtuk fel. A műholdon elhelyezett letapogató egyszerre négy hullámsávban méri a földfelszínről visszavert elektromágneses sugárzást. Ezek a sávok; 500—600 nm: zöld fény, 600—700 nm: narancsszín, 700—800 nm : vörös szín, 800— -*-1100: nem látható, infravörös. A földfelszín elemei (növényzet, település, vízfelület stb.) különböző mértékben verik vissza a sugárzást, és így a különböző h ullámsáv-tartományokban visszavert sugárzásértékek alapján jellemezhetők, felismerhetők. A számítógépes intepretáció feladata e visszavert sugárzásértókek alapján felismerni a különböző felszíni elemeket. A feldolgozás során a következő módszertani eljárást követtük. Kiválasztottunk 10—15 képpontból álló mintaterületeket, amelyek — feltételezésünk szerint — egy-egy vizsgálni kívánt felszíni elemet (pl. vízminőségi mintavételi helyet, települést, erdőt stb.) jellemeznek. A mintaterületen levő képpontok (sugárzás értékek) átlagértékét és a szórását mind a négy hullámsáv-tartományban meghatározta a feldolgozó program. Ezt valamennyi mintaterületre elvégezve a különböző felszíni alakzatokhoz egy-egy 'négydimenziós vektort (a mintaterülétén számított átlagok a négy hullámsávban) rendeltünk hozzá. Általában egy-egy felszíni elemhez több mintaterületet jelöltünk ki és az így kapott négydimenziós vektorok összehasonlításával, elemzésével alakítottuk ki az osztályozásnál használt, egy adott osztályra jellemző mintavektort. Ezután a számítógép elvégezte az osztályozást, azaz a vizsgált terület minden egyes képpontjára (egy képpont egy négydimenziós vektor, ahol az egyes komponensek a négy hullámsávban az adott elemi területről visszavert elektromágneses sugárzásra jellemző értékek) megállapította, hogy melyik mintavektorral jellemzett osztályhoz sorolható legnagyobb valószínűséggel. Lehetnek egyik osztályba sem sorolható képpontok. Ezek a fel nem ismert területek kategóriáját alkotják. Újabb mintaterületek felvételével, illetve az osztályozási paraméterek megváltoztatásával elérhető, hogy a fel nem ismert terület minimális legyen. A több sáv felhasználásával végzett osztályozás eredménye egy olyan képmátrix, ahol az egyes elemek jelzik, hogy az adott helyen levő képpont melyik osztályba tartozik. Ezután az egyes osztályokhoz önkényesem színeket rendelve előállíthatjuk a színes display-en vagy a plotteren az adott területen az egyes osztályok elhelyezését ábrázoló képet. Felhasználva, hogy a felvétel kö-17
