Generalidades de MultiSpec Descripción del programa

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1 Generalidades de MultiSpec Descripción del programa MultiSpec es un programa originalmente implementado para computadoras Macintosh, pero actualmente está disponible para computadoras personales que utilizan el Sistema Operativo Windows. MultiSpec está diseñado para el análisis de imágenes multiespectrales e hiperespectrales capturadas por plataformas como Landsat, AVIRIS, AVHRR, TERRA entre otras. El programa es distribuido gratuitamente por la Universidad de Purdue en West Lafayette, Indiana a través de Internet. Los autores de Multiespec han implementado una serie de algoritmos que permiten el tratamiento de imágenes digitales. Los algoritmos incluyen los aspectos más básicos como el manejo de realce de contraste hasta los mas sofisticados como son el análisis de componentes principales. MultiSpec consiste principalmente de dos ventanas, i.e., Aplicación y Salida de Texto (Application-Text Output). La barra del menú principal presenta una serie de submenús, los cuales a su vez contienen otros menús (Fig. 1). Figura 1. Ventana principal de MultiSpec. La ventana de salida de texto muestra los procesos ejecutados por el programa. Las funciones de cada uno de los menús incluidos en el programa pueden ser consultadas a detalle en el documento proporcionado por los autores, Dr. David Landgrebe y Dr. Larry Biehl, An Introduction to MultiSpec, que puede ser descargado en la página web: así como también el programa gratuitamente. NOTA: Las instrucciones que se dan en las sesiones de laboratorio siguen el siguiente formato. Cuando se hable seleccionar comandos dentro de algún menú en MultiSpec o 1

2 algún otro programa utilizado, la instrucción se mostrará en tipo Times New Roman en itálicas. Por otro lado, cuando se proporcione una instrucción de ubicación de archivos (proyectos, archivos shape, imágenes, matrices, etc.) dentro de algún directorio en la computadora, se mostrará en tipo arial en negritas. 2

3 1. Visualización de imágenes digitales Introducción Actualmente la obtención, almacenamiento, y manipulación de información se lleva a cabo por medios electrónicos. Para poder visualizar tal información es necesario contar con el equipo adecuado i.e., computadora, software, impresora, etc. Como es sabido, las imágenes son capturadas por instrumentos denominados cámaras fotográficas. Tales dispositivos permiten la obtención de una imagen a través de hacer incidir la luz reflejada por el objeto sobre una película o material sensible a la luz, donde la imagen quedará registrada. Estas cámaras capturan principalmente longitudes de onda que están dentro del espectro visible, es decir, el rango del espectro electromagnético que el humano puede ver. Si uno desea analizar o visualizar una fotografía utilizando medios electrónicos, será necesario digitalizar la imagen impresa. Para esto se puede utilizar un escáner convencional. El escáner digitalizará la imagen y la convertirá en valores digitales binarios (0 y 1). Otra posibilidad de obtener una imagen en formato digital es emplear una cámara digital, sensores (satelitales o en aeronaves). En realidad una cámara digital consta de un sensor capaz de capturar cierta longitud de onda dentro del espectro visible. Estos dispositivos capturan las imágenes a través de sensores electro-ópticos que convierten la energía reflectada o emitida por el objeto en forma binaria (0 y 1). El ejercicio de esta sesión consiste en desplegar imágenes capturadas por algunos de sus compañeros con una cámara digital. Las características espectrales de las imágenes se determinarán y descompondrán estas en cada una de las bandas o canales que la componen. En un ejercicio posterior se trabajará con imágenes capturadas por satélites. Objetivos Manipular una imagen digital. Desplegar cada una de las bandas existentes en una imagen digital. Obtener información espectral de cada una de las bandas. Inicio Los datos de esta sesión se encuentran en la página Web del curso, el cual contiene las fotografías digitales de Zion National Park y del Parque Yellowstone. Descargar el archivo y crear una carpeta de trabajo, e.j. curso-pr. Para abrir estas imágenes utilizaremos el programa MultiSpec que esta ubicado en el directorio c:\archivos de programa\multispec\multispec.exe (posiblemente en algunas computadoras el programa se encuentre en la dirección c:\multispec\multispec.exe) o exista un acceso directo en el escritorio. En caso de no estar instalado, usted puede descargar el programa e instarlo. 3

4 Haga doble clic para inicializar el programa. Al inicializar el programa aparece una ventana con el nombre de Text output. En esta ventana se desplegarán los procesos que ejecuta el programa. Las imágenes que se utilizarán están en el formato *.TIF (Tagged Image File). Despliegue la imágen yellowstone.tif que se encuentra en el directorio, ya sea usando el icono de fólder o en el menú principal bajo File, seleccione Open. Por defecto el programa desplegará las imágenes que tengan la extensión *. img, *.bil, o *.lan. Seleccione en el campo Files of type la opción All files (*.*) para ver todos los archivos contenidos en la carpeta (Fig. 1-1). Figura 1-1. Tipos de archivos que puede abrir MultiSpec. Al escoger alguno de los archivos y hacer doble clic en él ó presionar el botón Open, aparece una ventana solicitando información sobre las características de la imagen (Fig. 1-2). Por el momento no se discutirán los otros campos presentes, esto se tratará en las siguientes sesiones del laboratorio. Asimismo se discutirá posteriormente las características de cada uno de los formatos de imágenes que puede abrir MultiSpec. Por defecto el programa enumera los canales del 1 al 3 (Fig. 1-2), esto no es una regla, pero indica que la banda 1 corresponde al rojo, banda 2 al verde y banda 3 al azul. Figura 1-2. Ventana de inicio al leer una imagen. La ventana muestra las especificaciones de la imagen a desplegar. 4

5 Al hacer clic en el botón de OK aparecerá una ventana más, que mostrará el área utilizada para hacer el cálculo del histograma de la imagen. Aquí solamente haga clic en OK para proseguir con el calculo; cuando se solicite el lugar para guardar el archivo de la estadística *.sta, escoja la misma carpeta del lab_01 (este último proceso ocurre cuando no existe el archivo de la estadística de la imagen (*.sta). Inmediatamente vera una ventana mostrando la imagen, así como la ventana de Text output, una breve descripción del proceso ejecutado (Fig. 1-3). Figura 1-3. Desplegado de imagen y texto. Obtenga ahora la información de la imagen. Seleccione en el menú principal la opción Processor y después Histogram image... En la siguiente ventana seleccione en List options > List histogram summary (Fig. 1-4). Al ejecutar esto el programa hará el calculo estadístico básico de la imagen mostrándose en la ventana de Text output. Como se podrá observar la imagen consta de tres bandas (canales), las cuales tienen diferentes intervalos de valores media, mediana y desviación estándar (Fig. 1-4). a) Figura 1-4. a) Obtención del histograma, b) Salida de procesamiento mostrando las características estadísticas de la imagen. b) 5

6 A continuación proceda a desplegar la imagen en cada una de las bandas (canales) que la componen. Borre el contenido de la ventana Text output seleccionando el texto con el cursor del ratón y elimine el texto. En el menú principal en el comando Processor, seleccione la opción Display image... (Fig. 1-5). Figura 1-5. Cambio de desplegado de la imagen. Al seleccionar está opción aparecerá la ventana con las especificaciones de la imagen (Fig. 2), escoja la opción Display Side by side channels (Fig. 1-6). Una vez realizado esto haga clic en OK Figura 1-6. Desplegado de la imagen en múltiples canales por separado. Una ventana con cada uno de los canales aparece. Cada canal está numerado del 1 al 3. Explore cada uno de los canales y observe sus diferencias en tonalidades. La correcta combinación de las bandas le permite observar la imagen en color o en falso color como sucederá en las imágenes de satélite que se verán en ejercicios posteriores. Para experimentar esto haga lo siguiente. Cierre la imagen y despliegue nuevamente una de las imágenes. Cuando aparezca la ventana de especificaciones de la imagen cambie en la opción Display a 2-Channel Color (R-G) Si los canales fueron almacenados correctamente en la imagen, esto es Rojo, Verde, Azul (RGB en Ingles), diremos que el primer canal es la banda 1 y corresponde al rojo y así sucesivamente. Experimente la opción anterior asignando los colores R= 1 y G= 2. Observe el resultado. La combinación de estos colores nos da tonalidades amarillas en la nueva imagen creada. Por que? Si recuerda los colores Rojo, Verde y Azul son los colores primarios (aditivos) y la combinación de alguno de ellos nos proporciona colores sustractivos, por ejemplo: Rojo + Verde = Amarillo, Rojo + Azul = Magenta y Verde + Azul = Cyan. Reproduzca estas combinaciones de colores con las imágenes contenidas en el directorio Lab_01. 6

7 Preguntas Nota: Para este laboratorio y los demás a desarrollar escriba sus respuestas en un procesador de textos y haga las gráficas solicitadas ya sea en Excel o en algún otro programa para graficar (e.g., Veusz, Kaleidagraph). Seleccionar alguna una de las imágenes disponibles [migrupo_2013.tif o migrupo_2013b.tif] (no olvide dar el nombre de la imagen usada en su informe). Despliegue la imagen en color. En el menú principal bajo Processor seleccionar List data... (Fig. 1-7). En la siguiente ventana que aparece utilice las opciones propuestas en la Figura 1-7. Esto reducirá el número de datos a desplegar. Figura 1-7. Procedimiento para el desplegado de datos en formato ASCII. En los campos de Selected Area, introduzca un intervalo de 5 para las líneas y columnas. En el campo de opciones marque Include line and column values y que sean desplegados los resultados en la ventana de texto Text window o si tiene problemas con la memoria de la computadora marque la opción Disk File. Al hacer clic en el botón OK, el programa desplegará los valores originalmente en formato binario al formato ASCII. La primera columna (Line) de datos representa las coordenadas en y de cada uno de los píxeles, la segunda columna (Column) corresponde a los valores en x de los píxeles. Las últimas tres columnas corresponden a los valores de cada uno de los píxeles en sus correspondientes bandas. Use estos datos para hacer lo siguiente: 1. Grafique cada una de las bandas, usando como coordenadas en X el valor digital de los píxeles y en Y el número de los valores con el mismo valor digital. Describa la diferencia mostrada por los histogramas en función de la longitud de onda que representan, i.e., rojo, verde, azul. Por que se tienen mas valores de una longitud de onda que de otra? Cuál es el rango máximo y mínimo encontrado en los valores digitales de las bandas? 7

8 2. Las fotografías en color de objetos tomadas en áreas sombreadas presentan un sombreado azul. Explique por qué. 3. A que se le denomina como albedo y que características tiene. 8