Spatial and Spectral Separability of Grasslands in the inner Turku Archipelago using Landsat Thematic Mapper Satellite Imagery

The present study investigates the spatial and spectral discrimination potential for grassland patches in the inner Turku Archipelago using Landsat Thematic Mapper satellite imagery. The spatial discrimination potential was computed through overlay analysis using official grassland parcel data and a hypothetical 30 m resolution satellite image capturing the site. It found that Landsat TM imagery’s ability to retrieve pure or near-pure pixels (90% purity or more) from grassland patches smaller than 1 hectare was limited to 13% success, compared to 52% success when upscaling the resolution to 10 x 10 m pixel size. Additionally, the perimeter/area patch metric is proposed as a predictor for the suitability of the spatial resolution of input imagery. Regression analysis showed that there is a strong negative correlation between a patch’s perimeter/area ratio and its pure pixel potential. The study goes on to characterise the spectral response and discrimination potential for the five main grassland types occurring in the study area: recreational grassland, traditional pasture, modern pasture, fodder production grassland and overgrown grassland. This was done through the construction of spectral response curves, a coincident spectral plot and a contingency matrix as well as by calculating the transformed divergence for the spectral signatures, all based on training samples from the TM imagery. Substantial differences in spectral discrimination potential between imagery from the beginning of the growing season and the middle of summer were found. This is because the spectral responses for these five grassland types converge as the peak of the growing season draws nearer. Recreational grassland shows a consistent discrimination advantage over other grassland types, whereas modern pasture is most easily confused. Traditional pasture land, perhaps the most biologically valuable grassland type, can be spectrally discriminated from other grassland types with satisfactory success rates provided early growing season imagery is used.

Spectral Retinal Images Reconstruction

While red-green-blue (RGB) image of retina has quite limited information, retinal multispectral images provide both spatial and spectral information which could enhance the capability of exploring the eye-related problems in their early stages. In this thesis, two learning-based algorithms for reconstructing of spectral retinal images from the RGB images are developed by a two-step manner. First, related previous techniques are reviewed and studied. Then, the most suitable methods are enhanced and combined to have new algorithms for the reconstruction of spectral retinal images. The proposed approaches are based on radial basis function network to learn a mapping from tristimulus colour space to multi-spectral space. The resemblance level of reproduced spectral images and original images is estimated using spectral distance metrics spectral angle mapper, spectral correlation mapper, and spectral information divergence, which show a promising result from the suggested algorithms.

Geometrically accurate time series of archived aerial images and airborne lidar data in a forest environment

Abstract

Embedding, Extraction and Detection of Digital Watermark in Spectral Images

Tässä diplomityössä tutkitaan tekniikoita, joillavesileima lisätään spektrikuvaan, ja menetelmiä, joilla vesileimat tunnistetaanja havaitaan spektrikuvista. PCA (Principal Component Analysis) -algoritmia käyttäen alkuperäisten kuvien spektriulottuvuutta vähennettiin. Vesileiman lisääminen spektrikuvaan suoritettiin muunnosavaruudessa. Ehdotetun mallin mukaisesti muunnosavaruuden komponentti korvattiin vesileiman ja toisen muunnosavaruuden komponentin lineaarikombinaatiolla. Lisäyksessä käytettävää parametrijoukkoa tutkittiin. Vesileimattujen kuvien laatu mitattiin ja analysoitiin. Suositukset vesileiman lisäykseen esitettiin. Useita menetelmiä käytettiin vesileimojen tunnistamiseen ja tunnistamisen tulokset analysoitiin. Vesileimojen kyky sietää erilaisia hyökkäyksiä tarkistettiin. Diplomityössä suoritettiin joukko havaitsemis-kokeita ottamalla huomioon vesileiman lisäyksessä käytetyt parametrit. ICA (Independent Component Analysis) -menetelmää pidetään yhtenä mahdollisena vaihtoehtona vesileiman havaitsemisessa.

Highlight Removal in Spectral Images

Monissasovelluksissa on hyvin tärkeää vähentää valolähteen vaikutusta kohteen oikean värin havainnoimiseksi. Tämä on tarpeen mm. virtuaalisissa museoissa, telelääketieteessä, verkkokaupassa ja verkkorahassa. Tässä tutkielmassa on kehitetty tekniikkaa kirkkaiden heijastusten poistoon spektrikuvista. Työ sisältää katsauksen yleisen värillisen kuvan ymmärtämiseen, mihin perustuen analysoitiin erilaisia kirkkaiden heijastusten poistO'tekniikoita. Työssä kehitettiin uusi kirkkaiden heijastusten poistO'menetelmä, joka perustuu dikromaattiseen heijastus-malliin, joka kuvaa spektrisen datan objektin omaan väriin ja valaisevan valon väriin perustuen. Ehdotettu kirkkaiden heijastusten poistO'menetelmä hyödyntää erilaisia olemassaolevia menetelmiä, kuten pääkomponenttimenetelmää ja tiedon luokittelu-menetelmää. Yritys kehittää nopeasti toimiva algoritmi, joka myös suoriutuu tehtävästä hyvin, on onnistunut. Kokeet toteutettiin ehdotetun menetelmän mukaisesti ja toimivalla algoritmilla saatiin halutut lopputulokset. Edelleentyö sisältää ehdotuksia esitetyn algoritmin parantamiseksi.

Selecting Wavelet Filter for Compression of Spectra from Multispectral Images

The problem of selecting anappropriate wavelet filter is always present in signal compression based on thewavelet transform. In this report, we propose a method to select a wavelet filter from a predefined set of filters for the compression of spectra from a multispectral image. The wavelet filter selection is based on the Learning Vector Quantization (LVQ). In the training phase for the test images, the best wavelet filter for each spectrum has been found by a careful compression-decompression evaluation. Certain spectral features are used in characterizing the pixel spectra. The LVQ is used to form the best wavelet filter class for different types of spectra from multispectral images. When a new image is to be compressed, a set of spectra from that image is selected, the spectra are classified by the trained LVQand the filter associated to the largest class is selected for the compression of every spectrum from the multispectral image. The results show, that almost inevery case our method finds the most suitable wavelet filter from the pre-defined set for the compression.

Lossless compression of hyperspectral images

Technological progress has made a huge amount of data available at increasing spatial and spectral resolutions. Therefore, the compression of hyperspectral data is an area of active research. In somefields, the original quality of a hyperspectral image cannot be compromised andin these cases, lossless compression is mandatory. The main goal of this thesisis to provide improved methods for the lossless compression of hyperspectral images. Both prediction- and transform-based methods are studied. Two kinds of prediction based methods are being studied. In the first method the spectra of a hyperspectral image are first clustered and and an optimized linear predictor is calculated for each cluster. In the second prediction method linear prediction coefficients are not fixed but are recalculated for each pixel. A parallel implementation of the above-mentioned linear prediction method is also presented. Also,two transform-based methods are being presented. Vector Quantization (VQ) was used together with a new coding of the residual image. In addition we have developed a new back end for a compression method utilizing Principal Component Analysis (PCA) and Integer Wavelet Transform (IWT). The performance of the compressionmethods are compared to that of other compression methods. The results show that the proposed linear prediction methods outperform the previous methods. In addition, a novel fast exact nearest-neighbor search method is developed. The search method is used to speed up the Linde-Buzo-Gray (LBG) clustering method.

Wavelet Filter Parameterization for Compression of Spectral Images

Vaatimus kuvatiedon tiivistämisestä on tullut entistä ilmeisemmäksi viimeisen kymmenen vuoden aikana kuvatietoon perustuvien sovellutusten myötä. Nykyisin kiinnitetään erityistä huomiota spektrikuviin, joiden tallettaminen ja siirto vaativat runsaasti levytilaa ja kaistaa. Aallokemuunnos on osoittautunut hyväksi ratkaisuksi häviöllisessä tiedontiivistämisessä. Sen toteutus alikaistakoodauksessa perustuu aallokesuodattimiin ja ongelmana on sopivan aallokesuodattimen valinta erilaisille tiivistettäville kuville. Tässä työssä esitetään katsaus tiivistysmenetelmiin, jotka perustuvat aallokemuunnokseen. Ortogonaalisten suodattimien määritys parametrisoimalla on työn painopisteenä. Työssä todetaan myös kahden erilaisen lähestymistavan samanlaisuus algebrallisten yhtälöiden avulla. Kokeellinen osa sisältää joukon testejä, joilla perustellaan parametrisoinnin tarvetta. Erilaisille kuville tarvitaan erilaisia suodattimia sekä erilaiset tiivistyskertoimet saavutetaan eri suodattimilla. Lopuksi toteutetaan spektrikuvien tiivistys aallokemuunnoksen avulla.

Oliopohjaisen ohjelmiston kehitysprosessi CASE: Sonera TradeXpress Mapper

Työ kartoittaa yleisemmin ohjelmistonkehitysprosesseille asetettavia vaatimuksia ja selvittää yksityiskohtaisemmin niiden soveltamista ja vaikutusta uusien ominaisuuksien suunnittelussa Soneran TradeXpress Mapper ohjelmistoon. Kyseinen työkalu mahdollistaa muun muassa EDI-viestien muokkaamisen graafisesti. Työn tuloksena syntyi selvitys ohjelmistonkehitysprosessien perusteista ja niiden soveltamisessa oliopohjaiseen systeemityöhön. Prosessin avulla voitiin ohjelma tehdä tarkemmin asiakkaan vaatimusten mukaiseksi ja uusien ominaisuuksien lisääminen onnistui helposti.

Classification-Based compression of Multispectral Images

The purpose of this thesis is to present a new approach to the lossy compression of multispectral images. Proposed algorithm is based on combination of quantization and clustering. Clustering was investigated for compression of the spatial dimension and the vector quantization was applied for spectral dimension compression. Presenting algo¬rithms proposes to compress multispectral images in two stages. During the first stage we define the classes' etalons, another words to each uniform areas are located inside the image the number of class is given. And if there are the pixels are not yet assigned to some of the clusters then it doing during the second; pass and assign to the closest eta¬lons. Finally a compressed image is represented with a flat index image pointing to a codebook with etalons. The decompression stage is instant too. The proposed method described in this paper has been tested on different satellite multispectral images from different resources. The numerical results and illustrative examples of the method are represented too.

Wood Volume Measurement Using Color Images

Tämä työ käsittelee puutukkien tilavuuden mittaamista värikonenäön avulla. Värikuvat on saatu Simpeleellä olevan metsäteollisuusyrityksen hiomosta. Työssä esitetään perusteellisesti matemaattinen teoria, joka liittyy käytettyihin kuvankäsittelymenetelmiin, kuten luokitteluun, kohinan poistoon ja tukkien segmentointiin. Esitetyt menetelmät implementointiin käytännössä ja eri menetelmillä saatuja tuloksia vertailtiin keskenään. Kuvankäsittelyalgoritmit on implementoitu Matlab 6.0:n avulla. Pääasiassa käytettiin uusinta Image Processing Toolboxia, joka on versio 3.0. Tämä työn näkökulma on pääasiassa käytäntöön soveltava, koska metsäteollsuus on korkealla tasolla Suomessa ja siellä on paljon alan yrityksiä, joissa tässä työssä kehitettyä menetelmää voidaan hyödyntää.

Lossless Compression Methods for Multispectral Images: Development and Comparisons

Main purpose of this thesis is to introduce a new lossless compression algorithm for multispectral images. Proposed algorithm is based on reducing the band ordering problem to the problem of finding a minimum spanning tree in a weighted directed graph, where set of the graph vertices corresponds to multispectral image bands and the arcs’ weights have been computed using a newly invented adaptive linear prediction model. The adaptive prediction model is an extended unification of 2–and 4–neighbour pixel context linear prediction schemes. The algorithm provides individual prediction of each image band using the optimal prediction scheme, defined by the adaptive prediction model and the optimal predicting band suggested by minimum spanning tree. Its efficiency has been compared with respect to the best lossless compression algorithms for multispectral images. Three recently invented algorithms have been considered. Numerical results produced by these algorithms allow concluding that adaptive prediction based algorithm is the best one for lossless compression of multispectral images. Real multispectral data captured from an airplane have been used for the testing.

Statistical Analysis of Spectral Images

Tämä diplomityö liittyy Spektrikuvien tutkimiseen tilastollisen kuvamallin näkökulmasta. Diplomityön ensimmäisessä osassa tarkastellaan tilastollisten parametrien jakaumien vaikutusta väreihin ja korostumiin erilaisissa valaistusolosuhteissa. Havaittiin, että tilastollisten parametrien väliset suhteet eivät riipu valaistusolosuhteista, mutta riippuvat kuvan häiriöttömyydestä. Ilmeni myös, että korkea huipukkuus saattaa aiheutua värikylläisyydestä. Lisäksi työssä kehitettiin tilastolliseen spektrimalliin perustuvaa tekstuurinyhdistämisalgoritmia. Sillä saavutettiin hyviä tuloksia, kun tilastollisten parametrien väliset riippuvuussuhteet olivat voimassa. Työn toisessa osassa erilaisia spektrikuvia tutkittiin käyttäen itsenäistä komponenttien analyysia (ICA). Seuraavia itsenäiseen komponenttien analyysiin tarkoitettuja algoritmia tarkasteltiin: JADE, kiinteän pisteen ICA ja momenttikeskeinen ICA. Tutkimuksissa painotettiin erottelun laatua. Paras erottelu saavutettiin JADE- algoritmilla, joskin erot muiden algoritmien välillä eivät olleet merkittäviä. Algoritmi jakoi kuvan kahteen itsenäiseen, joko korostuneeseen ja korostumattomaan tai kromaattiseen ja akromaattiseen, komponenttiin. Lopuksi pohditaan huipukkuuden suhdetta kuvan ominaisuuksiin, kuten korostuneisuuteen ja värikylläisyyteen. Työn viimeisessä osassa ehdotetaan mahdollisia jatkotutkimuskohteita.