Friday, March 25, 2011

Pan-Sharpening, Why don't you try it by yourself ?

Dalam mempelajari fusi citra dan pan-sharpening, banyak dari kita yang merasa kebingungan untuk  memulai. Kebingungan ini dapat berasal dari kurangnya pemahaman akan metode dan algoritma, dasar teori fisis penginderaan jauh, konsep spasial/spectral citra, sampai sarana dan prasarana (software dan data). Untuk yang terakhir ini, saya sungguh sangat mengalaminya ketika kuliah dulu. Bagaimana susahnya memperoleh data yang “layak” untuk digunakan sebagai sarana belajar fusi citra.

Ketika sedang mengerjakan skripsi, saya sempat kebingungan untuk mencari citra yang dapat digunakan untuk pemetaan skala 1/50.000. Data yang tersedia di jurusan saya hanya Citra SPOT-5 HRG dengan resolusi spasial 10 meter yang tentunya tidak cukup detil untuk pemetaan skala 1/50.000. Setelah saya pelajari citra tersebut beserta metadatanya dalam format DIMAP, akhirnya saya mengetahui kalo citra SPOT tersebut terdiri dari 2 dataset, yaitu dataset multispektral dengan resolusi 10 meter dan dataset Pankromatik dengan resolusi 2.5 meter. Dari sini kemudian ketertarikan saya terhadap kajian fusi citra muncul.

Di sisi lain, tidak semua orang seberuntung saya yang memperoleh citra gratis ,(padahal aslinya harganya mahal). Banyak orang yang terkendala terbatasnya akses data citra resolusi tinggi dalam mempelajari penginderaaan jauh. Namun sekarang - sekarang ini, kendala tersebut tampaknya tidak terlalu relevan lagi, karena saat ini mulai muncul badan/institusi yang memberikan produk citra mereka free of charge, termasuk di dalamnya citra – citra yang berasal dari sensor yang mempunyai kapabilitas merekam dalam mode multispektral dan pankromatik.

Saat ini setidaknya terdapat dua portal penyedia citra free of charge yang menyediakan data citra multispektral dan pankromatik yang dapat digunakan untuk mempelajari fusi citra dan pan-sharpening.

Yang pertama adalah Portal Global Landcover Facility (GLCF), dan kedua, USGS dengan portal GLOVIS-nya. Dari portal GLCF dapat diunduh beberapa scene citra Landsat 7 ETM+ rekaman sekitar tahun 2000 awal per Path/Row, untuk seluruh wilayah Indonesia. Data yang tersedia meliputi data multispektral,termal dan pankromatik dalam bentuk file terpisah, dengan format BSQ atau GeoTiff berserta metadata terkait (*.HDR). Tersedianya citra multispektral dan pankromatik dari GLCF dengan level pemrosesan yang sudah tercoregistrasi dan terorthorektifikasi antara keduanya memungkinkan data ini siap untuk langsung digunakan dalam eksperimen fusi citra dan pan-sharpening tanpa harus melalui tahapan coregistrasi citra.

1. Tampilan Homepage GLCF.


GLCF main page

2. Fasilitas peta untuk mencari data di GLCF, di panel sebelah kiri adalah list data yang tersedia di GLCF, sayang untuk wilayah Indonesia hanya tersedia data Landsat ETM, TM dan MSS, SRTM DEM, MODIS, dan AVHRR.



3. Halaman pilihan Citra yang tersedia untuk diunduh pada setiap area interes (Path/row)



4. Halaman pengunduhan Citra



 


Portal kedua adalah portal GLOVIS milik USGS. Portal ini mempunyai arsip data yang lebih lengkap daripada GLCF. Citra Landsat 7 dan 5 terbaru selalu diupdate ke portal ini, dan semuanya free of charge, termasuk citra – citra yang merekam wilayah Indonesia. Untuk kajian pan-sharpening dan fusi citra, pengguna dapat memanfaatkan dua buah jenis citra yang tersedia gratis di portal ini, yaitu Citra Landsat 7 ETM+ dan Citra EO-1 ALI. Kedua sensor memiliki kapabilitas perekaman multispektral dan pankromatik. Sensor Multispektral Landsat 7 merekam dengan resolusi 30 meter dan 15 meter untuk mode pankromatik. Sedangkan sensor ALI juga merekam pada resolusi 30 meter untuk multispektral dan 10 meter untuk pankromatik, Banyak yang bisa dieksploitasi dari kedua sensor ini. Pengguna dapat mencoba berbagai teknik fusi citra untuk mencoba mengintegrasikan kelebihan – kelebihan dari sensor multispektral dan pankromatik masing – masing sensor, atau mencoba mengintegrasikan kedua sensor (fusi landsat multispektral dan ALI pankromatik).

Untuk dapat mengunduh citra dari USGS GLOVIS, terdapat dua syarat yang harus dipenuhi. Pertama, pengguna harus melakukan registrasi dulu ke USGS (gratis), dan yang kedua, web browser harus terinstall Java Runtime Environment terbaru. JRE dapat diunduh gratis dari situs Java. Data dari GLOVIS USGS tersedia dalam format GeoTiff dengan file terpisah untuk setiap saluran, beserta metadata dalam format *.MTL. Metadata format MTL ini dapat di-parsing dengan menggunakan software ENVI mulai versi 4.7, sehingga pengguna tidak perlu melakukan stacking secara manual, melainkan diproseskan secara otomatis oleh software. Citra dari USGS juga sudah dalam kondisi tercoregistrasi dan terorthorektifikasi antara data multispektral dan pankromatik, sehingga dapat langsung digunakan untuk eksperimen fusi citra.

5. Tampilan aplikasi pencarian katalog citra di USGS Glovis



6. Tampilan menu download setelah pengguna melakukan registrasi dan login ke dalam sistem.



 


Berikut ini adalah contoh hasil fusi citra Landsat 7 ETM+ dan EO-1 ALI
Landsat 7 Multispektral (30 meter)




EO-1 ALI Pankromatik (10 meter)



Hasil Fusi (Citra multispektral resolusi 10 meter)



Semoga bermanfaat :D

Thursday, March 24, 2011

HIGHVIEW SOFTWARE

HighView is an advanced image fusion and pan-sharpening software program. It uses GeoSage's
state-of-the-art and highly efficient image fusion algorithms that have been developed over the past few
years and successfully merges low-resolution multispectral bands with high-resolution panchromatic
band of recent satellite images (e.g., GeoEye-1, QuickBird, IKONOS, KOMPSAT-2, FORMOSAT-2,
ALOS, SPOT-5 and Landsat 7 ETM+).

Highlights:
􀂙 Band combination and image stretching
􀂾 A hybrid of both linear and nonlinear image stretching
􀂾 Stretched output imagery in 24-bit BMP and/or un-stretched output in GeoTIFF format
􀂾 A GUI-based batch processing function able to process hundreds or thousands of images
overnight.
􀂾 Advanced simulation method for making true-colour composite from SPOT-5 false-colour Near
Infrared/Red/Green input or any other colour infrared (CIR) imagery. Six methods or colour
templates are provided. (Only included in HighView Professional Version 2.5)
􀂙 Pan-sharpening
􀂾 Local spectral/spatial optimization method
􀂾 Global spectral/spatial optimization method
􀂾 An efficient, improved bilinear resampling scheme
􀂾 Spatial enhancements (none, detail, sharp) for any selected set of bands
􀂾 Colour enhancements by adjusting R/G/B factors
􀂾 Option for matching linear stretches used during band combination
􀂾 Option for image noises reduction
􀂾 Pan-sharpened output with full, un-stretched dynamic range
􀂾 An efficient batch processing function that can be easily integrated with enterprise workflows
􀂾 Applicable to QuickBird, IKONOS, ALOS, and many more
􀂾 Option for either intensive or low memory usage in processing large-sized inputs (max image
size is 32,768 by 32,768 pixels for the panchromatic band)
􀂾 If the file size of fused multi-band output is close to or larger than 2GB, HighView automatically
produces outputs with separate bands.
HighView is a handy companion to popular remote sensing and GIS software. It provides tools that lay
a solid foundation for image classification and feature extraction. With this unique and customer-proven
technology, users can now confidently and conveniently perform image fusion and pan-sharpening by
themselves. GUI-based HighView is ideal for casual users and licensing fees start from US $125.

 

Download the trial software with limited unrestricted features with no expiration date here.

 

My Comment

Software yang cukup mahal,tapi hasil pan-sharpening olahan bumbu dapur mereka cukup bagus,

GEOSAGE HIGHVIEW

HighView is an advanced image fusion and pan-sharpening software program. It uses GeoSage's
state-of-the-art and highly efficient image fusion algorithms that have been developed over the past few
years and successfully merges low-resolution multispectral bands with high-resolution panchromatic
band of recent satellite images (e.g., GeoEye-1, QuickBird, IKONOS, KOMPSAT-2, FORMOSAT-2,
ALOS, SPOT-5 and Landsat 7 ETM+).

Highlights:
􀂙 Band combination and image stretching
􀂾 A hybrid of both linear and nonlinear image stretching
􀂾 Stretched output imagery in 24-bit BMP and/or un-stretched output in GeoTIFF format
􀂾 A GUI-based batch processing function able to process hundreds or thousands of images
overnight.
􀂾 Advanced simulation method for making true-colour composite from SPOT-5 false-colour Near
Infrared/Red/Green input or any other colour infrared (CIR) imagery. Six methods or colour
templates are provided. (Only included in HighView Professional Version 2.5)
􀂙 Pan-sharpening
􀂾 Local spectral/spatial optimization method
􀂾 Global spectral/spatial optimization method
􀂾 An efficient, improved bilinear resampling scheme
􀂾 Spatial enhancements (none, detail, sharp) for any selected set of bands
􀂾 Colour enhancements by adjusting R/G/B factors
􀂾 Option for matching linear stretches used during band combination
􀂾 Option for image noises reduction
􀂾 Pan-sharpened output with full, un-stretched dynamic range
􀂾 An efficient batch processing function that can be easily integrated with enterprise workflows
􀂾 Applicable to QuickBird, IKONOS, ALOS, and many more
􀂾 Option for either intensive or low memory usage in processing large-sized inputs (max image
size is 32,768 by 32,768 pixels for the panchromatic band)
􀂾 If the file size of fused multi-band output is close to or larger than 2GB, HighView automatically
produces outputs with separate bands.
HighView is a handy companion to popular remote sensing and GIS software. It provides tools that lay
a solid foundation for image classification and feature extraction. With this unique and customer-proven
technology, users can now confidently and conveniently perform image fusion and pan-sharpening by
themselves. GUI-based HighView is ideal for casual users and licensing fees start from US $125.

 

Download the trial software with limited unrestricted features with

PANCROMA (shareware)

Pan Sharpen and Gap-Fill with PANCROMA

 

PANCROMA pan sharpening is the Simple yet Powerful GIS software application for creating 15m resolution color pan sharpened images from FREE Landsat ETM+ satellite data for ANY part of the world.

PANCROMA pan sharpening software uses an image fusion technique to produce a high-resolution color satellite image from the low-resolution multispectral band files and the single panchromatic band file included in many satellite data bundles (like Landsat ETM+ and SPOT®):

Low Res Color + High Res Grayscale = High Res Color

Plus, PANCROMA pan sharpening gap fills SLC-Off Landsat scenes. And PANCROMA pan sharpening connects with your other GIS applications using GeoTiff² file format.

PANCROMA Features

  • PANCROMA combines an intuitive GUI with a sophisticated computation engine. With its 'Quick Start' Instruction Manual, instructional videosWhite Papers and friendly customer support, you will create your first pan sharpened satellite image within minutes!

  • PANCROMA has unique image preprocessing utilities to compensate for the color distortions inherent in the pan sharpening process, allowing you to produce high quality Landsat or SPOT® pan sharpened images.

  • PANCROMA gap fills (post 2003) SLC-Off ETM+ images using the Transfer or Hayes algorithms, improving the appearance and utility of post-2003 (SLC-Off) Landsat imagery.

  • PANCROMA automatically generates matched multiple band subsetsof co-registered and georeferenced satellite images for subsequent pan sharpening.

  • PANCROMA can extract SPOT® and ASTER L1B band files from composite images downloaded for free from the LP-DAAC Data Pool and the USGS Earth Explorer website.

  • PANCROMA can synthesize natural color composite RGB images from SPOT® and ASTER false-color bands 1, 2 and 3(N). PANCROMA can produce natural color pan sharpened images from the synthesized SPOT®data.

  • PANCROMA batch processes virtually unlimited quantities of band files to produce RGB color composite and pan sharpened images.

  • Input and output files in JPEG, BMP, PNG, GeoTiff and Landsat L1G format

  • Display individual grayscale band files at full resolution

  • Create 30m resolution true-color RGB images from Landsat band files 3, 2, 1 instantly

  • Create 30m resolution false-color images from any combination of Landsat band files

  • Create 20m resolution false-color and natural-color images from SPOT®band files

  • Create 15m resolution false-color and natural-color images from ASTER band files

  • Create 15m resolution pan-sharpened images from Landsat ETM+ band files and panchromatic band data using HSI or Brovey Transform methods

  • Create 10m resolution pan-sharpened true and false color images from SPOT® band files and panchromatic band data

  • Create 10m resolution pan-sharpened true and false color images from NASA EO-1 band files and panchromatic band data

  • Create 10m resolution pan-sharpened images from Landsat ETM+ band files using a SPOT panchromatic band

  • Unbundle and process Digital Globe WorldView® data.

  • Unbundle and process GeoEye® data.

  • Use ENHG and XIONG algorithm spectral distortion correction algorithms for truer pan sharpened color tones.

  • Use a persistent RGB comparison image provided for fine-tuning pan sharpened images.

  • Resample large Landsat files to lower resolution

  • Compute band ratio images

  • Histogram match two images

  • Histogram stretch a single image

  • Subtract two images

  • Post process image - color adjust

  • Use unsupervised C-Clustering image clustering algorithms to group land features.

  • Full User Manual including Tutorials

  • Online Help file

  • Online instructional videos

  • Import Landsat files in .tif, .L1G, .jpg, png and .bmp format

  • Save processed files in .jpg, .png and .bmp format

  • Friendly customer support included in purchase price

  • PANCROMA's adaptive algorithms detect your computer's memory configuration, allowing computers with as little as 256MB of installed RAM to pan sharpen and save full sized Landsat datasets, while allowing faster processing speeds for more capable computers.


 

A trial version of PANCROMA is available for free download. All features are fully operational except that the 'Save' utilities have been disabled. You can load full-sized Landsat, SPOT and ASTER data sets and create RGB and pan sharpened images.

Download the Trial Software Here, Get the full version for 49.95 USD

My Comment

Benar - benar software yang menarik, walaupun interfacenya agak rumit, tapi kapabilitasnya boleh juga, versi trial memungkinkan kita menggunakan seluruh tools yang tersedia, cuman sayangnya data hasil pengolahan tidak bisa disimpan karena di disable. Dengan harga 49 dollar, fungsionalitas software ini cukup bisa diandalkan, terutama bagi mereka para pengguna citra landsat 7 yang sudah terdegradasi sensor-nya.

Sunday, March 13, 2011

SFIM (Smoothing FIltered Intensity Modulation ) Pan Sharpening Algorithm

adalah sebuah algorithm image fusion/pan-sharpening berbasis operasi aritmatika/map algebra, namun menggunakan prinsip fisis perjalanan gelombang elektromagnetik dalam penginderaan jauh.

Tidak seperti algoritma aritmatik lain seperti brovey yang menginjeksikan detil pankromatik melalui operasi multiplikasi yang pada akhirnya mengacaukan komposisi spektral citra multispektral, SFIM mengambil detil pankromatik tanpa menyentuh atribut spektral dari citra multispektral. Sehingga, nilai spektral dari citra multispektral tidak terdistorsi/teralterasi.

Tidak juga seperti algoritma berbasis transformasi seperti PCA sharpening atau IHS transform, SFIM tidak mengambil informasi intensitas, sehingga dia tidak tergantung pada julat spectral dari citra pankromatik, sehingga dapat digunakan untuk memfusikan saluran SWIR pada citra ASTER atau LANDSAT tanpa perlu khawatir informasi spektral teralterasi/terdistorsi terlalu jauh, walaupun tidak ada citra pankromatik yang direkam sampai spektrum SWIR.

Algoritma ini seperti Wavelet atau FFT based algorithms, dia mengambil informasi tekstural horisontal, vertikal dan diagonal dari citra pankromatik, namun dengan cara yang lebih sederhana (mean/low pass filter dan operasi aritmatika).

Satu lagi kelebihan SFIM, dia dapat mengkoreksi keterdapatan awan pada citra pankromatik, karena yang diambil informasi tekstural, bukan intensitas.

Prinsip algoritmanya adalah seperti berikut:

Berdasarkan prinsip paling dasar dan sederhana dalam teori  penginderaan jauh optik pasif,  DN atau Nilai pixel ditentukan oleh 2 komponen, yaitu Iradiansi matahari dan reflektansi obyek.
1, DN = iradiansi x reflektansi

Dalam kondisi waktu perekaman citra satelit yang tidak terlalu berbeda antara citra  multispektral dan pankromatik (kondisi atmosfer, sudut azimuth dan elevasi matahari),

pada citra multispektral:
2, DN_ms = IRADIANSI_ms x REFLEKTANSI_ms

pada citra pankromatik:
3, DN_pan = IRADIANSI_pan x REFLEKTANSI_pan

SFIM memerlukan satu data lagi, yaitu versi low pass filtered dari citra pankromatik. low pass filtered image ini dapat diperoleh dengan cara mengaplikasikan mean filter pada citra pankromatik.
4, DN_pan_lp = IRADIANSI_pan_lp x REFLEKTANSI_pan_lp

Setelah citra multispektral di co-registrasi dan diresampling resolusinya agar sama dengan citra pankromatik, Algoritma SFIM dapat diekspresikan sebagai berikut:

5, DN_sfim = (DN_ms x DN_pan) / DN_pan_lp
dengan kata lain:
6, DN_sfim = ((IRADIANSI_ms x REFLEKTANSI_ms) x (IRADIANSI_pan x REFLEKTANSI_pan)) / (IRADIANSI_pan_lp x REFLEKTANSI_pan_lp)

Sesuai dengan presumsi bahwa kondisi atmosfer, waktu perekaman dan sudut matahari tidak jauh berbeda dan ditambah resolusi radiometrik yang sama antara citra pankromatik dan muktispektral, maka :
7, IRADIANSI_ms equivalen dengan  IRADIANSI_pan dan IRADIANSI_pan_lp

Selain itu, karena operasi low pass/mean filter tidak mengubah atribut reflektansi citra, maka:
8,  REFLEKTANSI_pan  equivalen dengan  REFLEKTANSI_pan_lp

dengan demikian:

Persamaan 6:
DN_sfim = ((IRADIANSI_ms x REFLEKTANSI_ms) x (IRADIANSI_pan x REFLEKTANSI_pan)) / (IRADIANSI_pan_lp x REFLEKTANSI_pan_lp)

(IRADIANSI_ms dan  IRADIANSI_pan_lp saling membatalkan,
REFLEKTANSI_pan dan  REFLEKTANSI_pan_lp saling membatalkan)

sehingga:
7, DN_sfim = REFLEKTANSI_ms x IRADIANSI_pan

Persamaan 7 menyisakan komponen reflektansi dari citra multispektral dan komponen iradiansi dari citra pankromatik. Gabungan dua komponen ini membentuk citra fusi dengan informasi spektral (reflektansi) seperti citra multispektral, namun dengan kedetilan spasial (iradiansi) dari citra pankromatik

Contoh hasil Fusi dengan SFIM

1, FORMOSAT 2 (8m multispektral dan 2m pankromatik)
SFIM Pan Sharpening pada Citra Formosat

2, LANDSAT 7 ETM (30m multispektral dan 15m pankromatik)
SFIM Pan Sharpening pada Citra Landsat 7 ETN+

3, Quickbird (2,4m multispektral dan 0,6m pankromatik)
SFIM Pan Sharpening pada Citra Quickbird

4. SPOT-5 (10m multispektral dan 2,5m pankromatik supermode)
SFIM Pan Sharpening pada Citra SPOT-5

Contoh hasil koreksi awan dengan SFIM
Koreksi Awan menggunakan SFIM

Kunci kesuksesan dalam penerapan SFIM adalah jenis filter lowpass dan ukuran kernel yang digunakan. Berdasarkan pengujian yang saya lakukan, ukuran kernel lebih besar akan memberikan hasil fusi yang lebih baik, sebagaimana gambar berikut:
Perbedaan ukuran kernel dan pengaruhnya terhadap hasil fusi

Menarik untuk dikaji, sampai berapa ukuran maksimum kernel yang dapat memberikan hasil optimal. :D

Dengan presumsi kesamaan kondisi iluminasi, maka SFIM akan bekerja maksimal pada sensor – sensor yang merekam pada mode multispektral dan pankromatik pada waktu yang bersamaan seperti LANDSAT 7 ETM, SPOT-4/5, IKONOS, Quickbird, Geoeye-1, Formosat-2, IRS/Cartosat, RapidEye, Worldview-2, ALOS AVNIR2/PRISM dan OrbView-3,

Sejauh yang saya tahu, Software yang sudah mengimplementasikan SFIM sebagai salah satu modul spatial enhancement adalah OSSIM 1,7 dan ER MAPPER 7,1. Namun bagi anda yang ingin mencoba algoritma ini melalui software ArcGIS 10, anda dapat mencoba Geoprocessing model buatan saya yang dicompile dalam bentuk toolbox. Penggunaannya hanya tinggal di-load melalui arcToolbox>add new toolbox. dan secara otomatis tool akan masuk ke dalam deretan tools di ArcToolbox. Saat ini model buatan saya baru men-support citra 4 band dengan resolusi radiometrik 8 BIT. Anda dapat mengembangkannya sendiri agar dapat mensupport lebih dari 4 band atau mensupport citra 16 BIT. Saya sangat mengharapkan kritik dan masukan atas model tersebut. Tool dapat diunduh di sini.:

Terimakasih sudah berkunjung. :D