Chapter8

Arosics/影像套合

AROSICS(Automated and Robust Open-Source Image Co-Registration Software)是一套開源的自動化影像套合程式，參考影像(Reference Image)與待套合影像(Target Image)都必須經過地理對位且具有地理坐標，核心技術為頻率域匹配(Phase-Sift Image Matching)、多重錯誤點偵測(Multi-stage Validation of Calculated Spatial Shift)及局部套合(Warping by Local Transform)。演算法詳細內容可參考(Scheffler et al. 2017)。

Arosics提供兩種影像套合方法: (1) 全域策略(Global Approach)及(2)局部策略(Local Approach)。全域策略一張套合影像張僅計算個整體偏移量；局部策略則以規則式網格進行匹配產生均勻分佈的套合點，再經過錯誤匹配點過濾，最後以局部轉換進行重新取樣。

  1. Scheffler, D., Hollstein, A., Diedrich, H., Segl, K., and Hostert, P., 2017. AROSICS: an automated and robust open-source image co-registration software for multi-sensor satellite data. Remote Sensing. 9(7):676.

以下就Arosics進行軟體安裝及使用說明，本說明文件採用的OS為Ubuntu 16

8-1. Installation/安裝

Step 1 Install Anaconda>> https://www.anaconda.com/download

(在Linux系統安裝Anaconda)

Step 1-1 進入Anaconda網站後選擇Linux系統 > 點選Download，下載Python 3.6 version

Step 1-2 選擇 Save File，儲存下載檔案

Step 2 在桌面點滑鼠右鍵選擇Open Terminal，開啟Terminal 輸入指令安裝 Anaconda

Step 2-1 輸入：dir (列出所有存放資料的資料夾)

Step 2-2 輸入：cd Downloads (切換工作路徑至Downloads 資料夾)

Step 2-3 輸入：bash Anaconda3-4.0.0-Linux-x86_64.sh (Step1-1下載的檔案名稱)

Step 2-4 會出現詢問是否同意將Anaconda3安裝至電腦指定位置，若無想設定的位置，請輸入：yes ，以繼續安裝

Step 2-5 安裝完成後，請依照下圖黃框內指示開啟新的Terminal

Step 3 開啟新的Terminal，依序輸入以下指令 (目的是為arosics創造虛擬環境)：

1.conda create -y -q --name arosics python=3

2.source activate arosics

3.conda install -y -q -c conda-forge numpy gdal scikit-image matplotlib pyproj rasterio

4.conda install -y -q -c conda-forge pyfftw basemap pykrige # these libraries are optional

Step 4 Install Arosics >> https://pypi.python.org/pypi/arosics

  • 方法一：Step 4-1-1 在Terminal輸入：pip install arosics

  • 方法二：Step 4-2-1 至上方網站點選 Download arosics-0.5.0.tar.gz，下載arosics-0.5.0.

Step 4-2-2 選擇 Save File 儲存下載檔案

Step 4-2-3 開啟新的Terminal > 輸入：dir > cd Downloads > xvf arosics-0.5.0.tar.gz ( 此步驟目的為解壓縮arosics-0.5.0.tar.gz )

Step 5 如何確認Arosics安裝成功？

在Terminal輸入指令”source activate arosics”，若可成功啟動，則代表安裝成功。

8-2. Learning Materials

Arosics的使用說明可以參考以下網址 :

8-3. Data Preparation

  • 選擇Input Image 產品：影像等級必須為 Level 2 (經系統改正後)之影像，不適用 Level 1 原始影像，且須設有EPSG座標系統。
  • 參考正射影像 (Reference Image)必須設有EPSG座標系統。
  • Optional - Cloud Mask : 若影像中有雲，可以排除，加速運算。
  • 參數設定說明>> http://danschef.gitext.gfz-potsdam.de/arosics/doc/usage.html#arosics-cli-py

  • 必要參數設定說明 :

8-4. Usage

  • 方法一：Global Approach

Step 1. 開啟Terminal，輸入： cd /您anaconda3資料夾的路徑/anaconda3/envs/arosics/bin

Step 2. 啟用arosics，輸入：source activate arosics

Step 3. 進行影像套合，輸入： python arosics_cli.py global /您存放Reference Image的路徑/ Reference Image的檔名 /您存放Input Image的路徑/Input Image的檔名 -fmt_out GTIFF -max_shift 100，( max_shift 100，表示最大偏移距離為100 pixel；-fmt_out GTIFF，表示輸出的檔案格式為GTIFF )

For example :

  • 方法二：Local Approach

Step 1. 開啟Terminal，輸入： cd /您anaconda3資料夾的路徑/anaconda3/envs/arosics/bin

Step 2. 啟用arosics，輸入：source activate arosics

Step 3. 進行影像套合(須給予雲遮罩)，輸入： python arosics_cli.py local /您存放Reference Image的路徑/ Reference Image的檔名 /您存放Input Image的路徑/Input Image的檔名 200 -mask_tgt /您存放CloudMask Image的路徑/CloudMask Image的檔名 -fmt_out GTIFF -max_shift 100，(200為影像網格大小；max_shift 100，表示最大偏移距離為100 pixel；-fmt_out GTIFF，表示輸出的檔案格式為GTIFF)

For example :

8-5. 範例展示

以下分別比較影像套合前及套合後之成果，影像套合前可看到 Reference Image 及 Target Image 明顯不連續處，完成影像套合可提升影像間的一致性。
  • 套合前 :

  • 套合後 :

方法一 : Global Approach

方法二：Local Approach

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