Просмотр исходного текста страницы Паншарпенинг в QGIS с использованием Orfeo ToolBox

{{Статья|Опубликована|qgis-pansharp-otb}}
{{Аннотация|В данной статье рассказывается о том как произвести паншарпенинг в QGIS посредством инструментария Orfeo ToolBox. 

[via [http://ssrebelious.blogspot.ru/2015/01/pansharpening-in-qgis-using-qtb.html Misanthrope's Thoughts]]}}

==Введение==
При работе с данными дистанционного зондирования Земли зачастую приходится решать задачу улучшения снимков с низким разрешением за счёт снимков с высоким. В QGIS нет встроенного инструмента паншарпенинга, но есть возможность подключения инструментов [https://www.orfeo-toolbox.org/ Orfeo ToolBox] (OTB), где они есть.

==Немного теории==
На удивление сложно найти определение для слова "паншарпенинг". Попробуем сформулировать его своими словами, взяв за основу описание из книги ''Шовергердт Р.А. Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений - М.: Техносфера, 2010''. (с. 416):

'''Паншарпенинг''' (от ''анг''. Panchromatic sharpening) - это процесс объединения изображений в пространственной области основная задача которого заключается в передаче высокочастотного содержания  изображения с высоким разрешением (обычно панхроматического) изображению с низким разрешением (обычно мультиспектральному).

Одним из наиболее простых алгоритмов паншарпенинга является ''модуляция высоких частот''. В этом алгоритме для получения улучшенного изображения в канале ''PXS'' панхроматический снимок ''PAN'' попиксельно умножается на изображение с низким разрешением ''XS'', после чего полученный результат нормируется на низкочастотную компоненту панхроматического снимка ''PAN<sub>smooth</sub>'' (панхроматический снимок, обработанный сглаживающим фильтром с окном, соответствующим размеру пикселя изображения с низким разрешением):

[[Файл:Formula OTB pansharpening.png|center]]

где i и j - индексы пикселей.

==Паншарпенинг в OTB и QGIS==
С программной точки зрения процесс паншарпенинга делится на две стадии: 1) подготовительную, во время которой разрешение и экстент мультиспектрального растра приводится в соответствие с экстентом и разрешением панхроматического растра (это необходимо для проведения операций растровой алгебры, вовлекающих оба растра); 2) непосредственно паншарпенинг.
===Использование утилиты OTB===
OTB по своей сути является набором консольных утилит и приложений. За паншарпенинг отвечает приложение [https://www.orfeo-toolbox.org//CookBook/CookBooksu36.html#x57-770004.2.2 otbcli_BundleToPerfectSensor]. Оно совмещает в себе обе стадии, описанные выше, и запускается следующей консольной командой: 
  otbcli_BundleToPerfectSensor -inp pan_image -inxs xs_image -out output_image
где pan_image, xs_image и output_image соответсвенно - пути к панхроматическому, мультиспектральному и результирующему растрам. О дополнительных опциях читайте в документации.
===Запуск паншарпенинга из QGIS===
В QGIS инструменты OTB подключаются через модуль Processing. После установки OTB на компьютер  зайдите в QGIS в настройки модуля Processing (''Processing -> Options -> Providers'') и активируйте интеграцию с OTB ([http://docs.qgis.org/2.6/ru/docs/user_manual/processing/3rdParty.html#orfeo-toolbox инструкция] на английском):

[[Файл:Enable OTB.png|center]]

Теперь в ''Processing Toolbox'' у вас появится набор инструментов ''Orfeo Toolbox''. К сожалению, в инструментарий входят только консольные утилиты, но не приложения (то есть модуль otbcli_BundleToPerfectSensor не доступен из QGIS). Поэтому не спешите сразу запускать утилиты паншарпенинга (''Orfeo Toolbox -> Geomentry -> [https://www.orfeo-toolbox.org/CookBook/CookBooksu88.html#x119-4740005.4.9 Pansharpening]''), так как здесь требуется, чтобы все входные растры имели идентичный экстент и разрешение, то есть выполняется только вторая стадия. Чтобы выполнить первую - необходимо воспользоваться модулем [https://www.orfeo-toolbox.org/CookBook/CookBooksu91.html#x122-5170005.4.12 ''Superimpose sensor''] (''Orfeo Toolbox -> Geometry -> Superimpose sensor'').

Модуль ''Superimpose sensor'' имеет следующие параметры:
* '''Reference input''' - базовое изображение, к параметрам которого будет приведено обрабатываемое изображение (здесь выбираем панхроматическое).
* '''The image to reproject''' - изображение, чьи параметры будут приведены к параметрам базового изображения (здесь выбираем мультиспектральное).
* '''Default elevation''' - средняя высота изображения над эллипсоидом.
* '''Spacing of the deformation field''' - интервал расстояния поля деформации (coarser deformation field).
* '''Interpolation''' - тип интерполяции.
* '''Available RAM''' - ограничение использования оперативной памяти. (Если изменение дефолтного значения [http://gis-lab.info/forum/viewtopic.php?f=3&t=18913&p=127347#p127344 приводит к вылету модуля] - обновите Processing.) 
* '''Output image''' - результирующий растр.
[[Файл:Superimpose sensor.png|thumb|center|x500px|Интерфейс модуля Superimpose sensor]]

После трансформации мультиспектрального растра можно переходить непосредственно к паншарпенингу. Модуль [https://www.orfeo-toolbox.org/CookBook/CookBooksu91.html#x122-5170005.4.12 ''Pansharpening(rsc)''] имеет следующие параметры:
* '''Input PAN image''' - панхроматическое изображение высокого разрешения.
* '''Input XS image''' - мультиспектральное изображение, приведённое к параметрам панхроматического.
* '''Algorithm''' - алгоритм для паншарпенинга (не изменяется, для использования других алгоритмов (LMVM и Bayesian) используйте соответсвующие модули ''Pansharpening(bayes) и Pansharpening(lvmv)'')
* '''Available RAM''' - ограничение использования оперативной памяти. (Если изменение дефолтного значения [http://gis-lab.info/forum/viewtopic.php?f=3&t=18913&p=127347#p127344 приводит к вылету модуля] - обновите Processing.) 
* '''Output image''' - результирующий растр.
[[Файл:Pansharp dialogue.png|thumb|center|x500px|Интерфейс модуля ''Pansharpening(rsc)'']]

Давайте посмотрим на результат паншарпенинга при помощи указанных модулей.

[[Файл:Initial panchrome.png|thumb|center|x700px|Пахроматический растр с пространственным разрешением 0,5 м]]
[[Файл:Initial multi.png|thumb|center|x700px|Мультиспектральный растр с пространственным разрешением 2,0 м]]
[[Файл:OTB pansharp result.png|thumb|center|x700px|Мультиспектральный растр после паншарпенинга при помощи OTB]]

Результат выглядит довольно неплохо, и что немаловажно, был получен очень бытро - ''OTB'' использует многопоточную обработку и задействует все ядра вашего процессора.

===Создание модели===
Согласитесь, гораздо удобнее было бы обойтись без промежуточных операций и растров. Этого можно добиться путём [http://gis-lab.info/qa/sextante-qgis.html#.D0.9F.D0.BE.D1.81.D1.82.D1.80.D0.BE.D0.B8.D1.82.D0.B5.D0.BB.D1.8C_.D0.BC.D0.BE.D0.B4.D0.B5.D0.BB.D0.B5.D0.B9_.28Modeler.29 создания соответствующей модели для Processing Toolbox]. В качестве входных параметров модели следует использовать панхроматический и мультиспектральный растры. Последний сначала подготавливается при помощи ''Superimpose sensor'', а затем обрабатывается при помощи ''Pansharpening(rsc)''.
[[Файл:Model pansharp OTB.png|thumb|center|x550px|Модель паншарпенига]]
Интерфейс модели будет выглядеть следующим образом:
* '''High resolution panchrome raster''' - панхроматическое изображение высокого разрешения.
* '''Low resolution raster''' - мультиспектральное изображение низкого разрешения.
* '''pansharpened OTB''' - результирующий растр.
[[Файл:Pansharp model dialogue.png|thumb|center|x500px|Интерфейс модели паншарпенига]]
====Файл модели====
Вы можете скачать модель в виде текстового файла [http://wiki.gis-lab.info/images/5/56/Pansharpening_OTBl.zip отсюда]. Архив необходимо распаковать в папку ".../.qgis2/processing/models/". После этого она появится у вас в списке моделей Processing toolbox (необходим рестарт QGIS).

==Заключение==
В данной статье был рассмотрен процесс паншарпенинга изображений при помощи инструментов OTB, запускаемых при помощи модуля Processing в QGIS. OTB позволяет получить качественный и быстрый (благодаря многопоточной обработке) результат. Для паншарпенинга в QGIS удобнее всего создать соответствующую модель при помощи Model Builder, чтобы избежать проволочек, связанных с промежуточными файлами.
==Ссылки по теме==
[http://wiki.gis-lab.info/w/%D0%9F%D0%B0%D0%BD%D1%88%D0%B0%D1%80%D0%BF%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%BD%D0%B3_%D0%BF%D1%80%D0%B8_%D0%BF%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%B8_R Паншарпенинг при помощи R]

[http://gis-lab.info/qa/pan-sharpening-erdas.html Паншарпенинг в ERDAS]

[http://gis-lab.info/qa/grass7-landsat8-processing.html#.D0.9F.D0.B0.D0.BD.D1.88.D0.B0.D1.80.D0.BF.D0.B5.D0.BD.D0.B8.D0.BD.D0.B3 Обработка и интерпретация данных Landsat 8 (OLI) средствами GRASS GIS 7 [раздел Паншарпенинг в GRASS]]

[http://gis-lab.info/qa/sextante-qgis.html Геопроцессинг с SEXTANTE для QGIS]