Tutorial ASTER Imagery DEM Extraction Using ENVI Software
3 likes2,409 views
Dokumen ini menjelaskan tutorial tentang ekstraksi Digital Elevation Model (DEM) dari citra satelit stereo menggunakan software Envi. Proses meliputi definisi Ground Control Points (GCPs) dan Tie Points, serta pengaturan parameter ekstraksi untuk menghasilkan DEM yang akurat. Beberapa jenis sensor satelit dan mekanisme perekaman stereo juga diuraikan untuk mendukung proses ini.
Tutorial ASTER Imagery DEM Extraction Using ENVI Software
- 1. Halaman 1 dari 22 TUTORIAL EKSTRAKSI DEM DARI CITRA STEREO
- 2. Halaman 2 dari 22 TUTORIAL EKSTRAKSI DEM DARI CITRA STEREO Digital Elevation Model, selain dapat dibuat dari data kontur atau titik ketinggian melalui proses interpolasi, dapat juga dibuat dari citra satelit stereo melalui proses ekstraksi dem stereoskopis. DEM sendiri dapat dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan seperti pembuatan peta lereng, peta aspek, menghitung volume galian, perencanaan BTS, pembuatan kontur dan lain – lain. Untuk membuat DEM dari citra stereo, diperlukan software yang mendukung fungsi tersebut. Beberapa software yang sudah mendukung untuk pembuatan DEM dari citra stereo antara lain ENVI, ERDAS IMAGINE, PCI Geomatica, dan SOCET SET. Adapun jenis sensor citra satelit yang sudah mendukung pencitraan stereo antara lain ALOS PRISM, ASTER, CARTOSAT-1, FORMOSAT-2, GeoEye-1, IKONOS, KOMPSAT-2, OrbView-3, Quickbird, WorldView-1, dan SPOT 1-7. Mekanisme perekaman stereo-nya bisa along track stereo viewing atau across track stereo viewing. Along track merupakan mekanisme perekaman stereo spontan sepanjang track satelit. Perekaman along track biasanya dilakukan oleh satelit yang mempunyai dua atau lebih sensor stereo yang merekam permukaan bumi dari berbagai sudut. Contoh sensor yang menerapkan along track stereo viewing antara lain ASTER, ALOS PRISM, SPOT HRS, CARTOSAT-1, FORMOSAT-2. Adapun perekaman across track merupakan mekanisme perekaman stereo lintas track. Perekaman across track dilakukan menggunakan satu sensor tapi dari lintasan orbit yang berbeda dan pada waktu yang berbeda. Contoh sensor yang mendukung across track stereo viewing antara lain IKONOS, Quickbird, SPOT 5 HRG, OrbView, dan GeoEye. Perekaman Across Track (kiri) dan Along Track (kanan) Proses ekstraksi DEM memerlukan sebuah pasangan citra stereo, informasi hubungan pasangan citra stereo dan informasi hubungan geometris sensor dan permukaan bumi. Informasi ini disimpan dalah sebuah file yang disebut RPC (Rational Polynomial Coefficient) file. RPC ini digunakan untuk menurunkan Tie Points dan menghitung hubungan geometris pasangan citra stereo. Untuk citra
- 3. Halaman 3 dari 22 yang menggunakan format HDF seperti ASTER dan LANDSAT, informasi RPC tersimpan dalam File HDF. Sedangkan untuk format lain biasanya disimpan dalam file terpisah. Untuk praktek ekstraksi DEM dari citra stereo ini, kita akan menggunakan citra ASTER Stereo Level 1A yang merekam daerah Bandung Barat. File citra mempunyai ekstensi .DAT. File JPG merupakan preview citra, sedangkan file BRS dan TXT merupakan metadata umum citra. ENVI DEM Extraction Wizard Dalam tutorial ini, software yang akan digunakan adalah software ENVI. Software ENVI merupakan salah satu software yang mendukung ekstraksi DEM dari citra satelit stereo melalui salah satu modulnya, yaitu DEM Extraction Wizard. Proses Ekstraksi DEM sendiri merupakan beberapa tahap yang memerlukan setting banyak parameter pada setiap langkah. Langkah yang dilakukan dalam DEM extraction wizard adalah sebagai berikut : Editing DEM hasil Keluaran DEM dan Pengujian Hasil ekstraksi Penspesifikasian Parameter Input TP Input GCP Input Citra Stereo
- 4. . Halaman 4 dari 22 Input Citra Stereo Proses ekstraksi DEM dimulai dengan input pasangan citra stereo yang mempunyai informasi RPC. Citra ASTER mempunyai pasangan band stereo, yaitu Band 3 N (nadir) dan Band 3 B (Backward). . 1. Dari Menu ENVI® Classic pilih File > Open External File > EOS > ASTER. 2. Pilih file dengan ekstensi DAT lalu klik Open. The Available Bands List akan muncul.
- 5. . Halaman 5 dari 22 3. Dari menu utama ENVI, pilih Topographic > DEM Extraction > DEM Extraction Wizard > New. 4. Klik tombol Select Stereo Image. Pilihan Select Left Stereo Pair Image akan muncul. Pilih ASTER VNIR Band3N dan klik OK. Pilihan The Select Right Stereo Pair Image muncul. Pilih ASTER VNIR Band3B dan klik OK. ENVI akan mengestimasi ketinggian minimum dan maksimum dari area cakupan citra berdasarkan informasi RPC. 7. Klik Next untuk melanjutkan.
- 6. . Halaman 6 dari 22 Mendefinisikan Ground Control Points Pada langkah kedua ini,anda akan mendefinisikan GCP sebagai referensi koordinat citra dan sumber data elevasi. Pilihan penggunaan GCP ada tiga macam, l No GCPs. Pilihan ini tidak menggunakan GCP sebagai referensi koordinat dan ketinggian, sehingga DEM yang dihasilkan merupakan DEM relatif yang mana ketinggiannya hanya merupakan ketinggian estimasi dari muka air laut dan koordinat horisontalnya hanya merupakan estimasi dari parameter RPC. DEM relatif biasanya tidak akurat dan hanya bisa digunakan untuk pemetaan kualitatif. l Define GCPs Interactively. Menu ini memungkinkan kita untuk memasukkan GCP secara manual, sehingga kita bisa memasukkan informasi ketinggian absolut sesuai datum yang digunakan, dan koordinat dari hasil survei lapangan, sehingga koordinat dan ketinggian yang dihasilkan merupakan ketinggian absolut yang dihitung dari Datum pemetaan dan bukan muka air laut rata – rata. l Read GCPs From File. Pilihan ini untuk memasukkan GCP dari file GCP eksisting yang pernah atau sudah dibuat sebelumnya.
- 7. . Halaman 7 dari 22 Dalam praktek kali ini kita akan membuat DEM absolut. . 1. Klik Define GCPs Interactively . Jendela GCP Input akan muncul diserta tampilan citra stereo. Atur tampilan agar seperti gambar di bawah. Pastikan posisi kursor antara Band 3N dan Band 3B di Zoom Window benar – benar sama. 2. Klik Tombol untuk memasukkan data dalam format derajat menit detik. Masukkan angka seperti gambar di bawah. Kemudian klik Add.
- 8. Halaman 8 dari 22 2. Untuk memasukkan GCP kedua, atur tampilan agar seperti gambar di bawah 3. Masukkan nilai koordinat seperti gambar di bawah, kemudian klik Add.
- 9. Halaman 9 dari 22 4. Atur Posisi seperti gambar di bawah untuk GCP ketiga. 5. Masukkan GCP seperti gambar di bawah kemudian klik Add.
- 10. Halaman 10 dari 22 6. Untuk GCP ke empat, atur seperti gambar di bawah. 7. Masukkan Koordinat GCP seperti gambar di bawah kemudian klik Add. Kemudian Klik NEXT.
- 11. Halaman 11 dari 22 Mendefinisikan Tie Points Tie point merupakan titik titik yang menghubungkan antara pasangan citra stereo. Tie Points diperlukan untuk mendefinisikan geometri epipolar dan membuat citra epipolar yang nanti akan menjadi dasar dalam ekstraksi DEM. Ada tiga pilihan pendefinisian Tie Points. l Generate Tie Points Automatically. ENVI dapat menurunkan tie points secara otomatis, sesuai dengan parameter pemandu yang kita tentukan. l Define Tie Points Interactively. Pilihan ini untuk mendefinisikan tie points secara manual. l Read Tie Points From File. Mengambil Tie Points dari file yang sudah dibuat sebelumnya. 1. Klik Generate Tie Points Automatically. Ekstraksi Tie Points secara otomatis memerlukan empat parameter. l Jumlah Tie Points yang akan diekstrak. l Search Window Size dan Moving Window Size. Search Window adalah luasan jendela pencarian tie points, sedangkan moving window adalah luasan area pencarian tie points yang sesuai dalam search window. l Region Elevation adalah elevasi rata rata dari area cakupan citra. Nilai ini diestimasi dari informasi RPC Note: meningkatkan jumlah tie points, Search Window Size, dan atau Moving Window Size akan meningkatkan waktu pemrosesan, tapi hasilnya biasanya akan lebih baik, akurat dan lebih dapat dipercaya. 2. Tingkatkan jumlah Search Window Size ke 101 3. tingkatkan jumlah Moving Window Size ke 19, (yang lebih besar dari resolusi spasial ASTER sebesar 15 meter. 4. Pastikan Examine and Edit Tie Points di set ke Yes sehingga kita bisa mengeevaluasi hasil estimasi tie points sudah akurat apa belum dan mengeditnya. Klik Next untuk melanjutkan, ekstraksi Tie Points biasanya memerlukan waktu beberapa menit.
- 12. Halaman 12 dari 22 Editing Tie Points Begitu proses estimasi Tie Points diselesaikan, langkah 5 dari 9 step ekstraksi DEM akan menampilkan kedua citra stereo dan juga tie points yang dihasilkan untuk diperbaiki apabila nilai kesalahannya besar. Tombol Reset digunakan untuk kembali ke tahap sebelumnya. 1. Hasil ekstraksi Tie Points akan ditampilkan di View. Lihat pada kolom Y Paralaks. Y Paralaks adalah parameter yang menentukan kesesuaian antara citra Band 3N dan Band 3B pada sumbu Y. Nilai Y paralaks sebesar 6 berarti masih ada perbedaan posisi sebesar 6 piksel antara Band 3N dan 3B kearah sumbu Y. Perbedaan 6 piksel ini cukup besar yang menyebabkan hasil ekstraksi DEM tidak akan sempurna. Oleh karena itu Tie Points yang dihasilkan harus diedit atau ditambah agar Y paralaks bisa menurun nilainya mendekati 0. 2. Kita akan menguji lebih dulu Tie Points yang dihasilkan apakah sudah akurat apa belum. Klik tombol Likely Error Ranking. Tombol ini akan menampilkan list Tie Points yang mempunyai kemungkinan ketidakakuratan posisi yang besar dan menyebabkan Y Paralaks-nya menjadi besar. Tapi untuk memastikan error apa tidak, perlu dilihat langsung di citra, klik Pada Tie Points yang mempunyai nilai error paling besar, titik tersebut akan ditampilkan di view citra. Lihat secara menyeluruh apakah posisi titik di citra kanan dan kiri sudah sama atau belum. Kalau sudah sama pindah ke titik lain karena ada kemungkinan titik lain yang menyebabkan titik sebelumnya memiliki nilai error yang besar. Tips : Hapus Tie Points yang diplot di daerah berpenutup awan, karena biasanya Tie Points yang terletak di awan yang menyebabkan Nilai Y Paralaks yang besar.
- 13. Halaman 13 dari 22 5. Apabila ditemukan titik yang posisinya tidak sama antara citra kanan dan kiri, betulkan dengan menggeser salah satu titik di citra di Zoom Window, kemudian klik Update. Anda bisa juga menggunakan Auto Predict untuk memprediksi posisi yang benar. Jika anda memilih untuk menghapus titik tersebut klik Delete. 6. Lanjutkan Proses editing Tie Points sampai Nilai Y Paralaks di bawah 1, seperti gambar di bawah, kemudian klik Next.
- 14. Halaman 14 dari 22 Menghitung Geometri Epipolar dan Citra Epipolar Dari hasil input Tie Points, ENVI akan menghitung geometri epipolar dan membuat citra epipolar yang digunakan untuk mengekstrak DEM. Citra epipolar mendeskripsikan hubungan antar piksel dari pasangan stereo (dikenal dengan beda paralaks), sehingga citra epipolar bisa dilihat secara tiga dimensi menggunakan kacamata anaglyph (kacamata tiga dimensi seperti yang biasa digunakan untuk menyaksikan pertunjukan tiga dimensi di bioskop). 1. Pada step 6 ini anda diminta memasukkan nama dan lokasi penyimpanan citra epipolar. 2. Setelah itu anda bisa mengatur Epipolar Reduction Factor, dimana parameter ini akan menentukan resolusi spasial dari DEM hasil ekstraksi. Misalnya untuk ASTER, maksimal resolusi yang bisa dihasilkan adalah 15 meter sesuai denganr resolusi citranya. Apabila anda ingin menurunkan resolusi DEMnya menjadi 30 meter, maka di parameter Epipolar Reduction Factor diisi dengan nilai 2. 3. Examine Epipolar Results digunakan untuk melihat citra epipolar secara tiga dimensi menggunakan kacamata anaglyph (kacamata 3D). Pilihannya ada dua, yaitu RGB=left, right, right, dan RGB= Right, lef left. Pilih kombinasi yang sesuai dengan warna kacamata 3D (biasanya digunakan yang RGB=Left, Right, Right) . 4. Klik Next.
- 15. Halaman 15 dari 18 Penspesifikasian Output DEM Setelah citra epipolar dibuat, langka berikutnya adalah penspesifikasian Keluaran DEM seperti resolusi spasial DEM, proyeksi peta yang digunakan, dan lain – lain. . l Klik Toggle Button untuk mengubah dari Easting dan Northing (UTM) menjadi lintang bujur (Geografis) l Klik Change Proj untuk mengubah proyeksi dan unit proyeksi. l Edit X Pixel Size dan Y Pixel Size untuk mengubah resolusi piksel. l Edit Output X Size dan Output Y Size untuk mengatur keluaran dimensi raster DEM hasil. l TOmbol Options memungkinkan untuk mengubah beberapa parameter tambahan, biarkan saja dalam kondisi default. l Klik Next untuk melanjutkan.
- 16. Halaman 16 dari 18 Penspesifikasian Parameter Ekstraksi DEM Langkah ke delapan dikhususkan untuk menspesifikasikan parameter ekstraksi DEM, dimana disini diatur mengenai korelasi minimal antara dua titik dari pasangan stereo, nilai background dari hasil DEM, edge trimming, ukuran moving window, relief cakupan citra, detail medan, tipe data keluaran dan lokasi penyimpanan l Parameter Minimum Correlation adalah batas koefisien korelasi yang digunakan untuk menentukan apakah pasangan titik yang ditemukan dalam moving window/kernel dianggap matching atau tidak. Jika matching berarti nilai paralaks dari pasangan titik itu akan diambil dan dikonversi menjadi nilai ketinggian, jika tidak akan dianggap sebagai nilai error (no data). l Edge Trimming imengindikasikan luasan pemotongan sisi DEM keluaran dari area overlap antara pasangan citra. l Moving Window Size menentukan luasan area pencarian untuk menghitung korelasi antar pasangan piksel dari citra stereo. Makin detil resolusi spasial, ukuran moving window harus lebih besar agar kenampakan yang kecil dapat diidentifikasi. l Dari list drop down Terrain Relief anda dapat memilih tipe medan yang merepresentasikan dari area cakupan citra stereo anda. Low untuk area relatif datar dan landau, DEM akan dibuat dengan mempertimbangkan efek smoothing untuk mengurangi waktu kalkulasi. Moderate merupakan pilihan default yang merupakan pilihan umum untuk segala jenis medan. High dipilih jika cakupan citra didominasi medan bergunung dan curam. Untuk pilihan High ini maka adanya kenampakan topografis dengan perbedaan relief yang besar (seperti patahan/sesar) tidak akan di smoothing. l DEkstraksi DEM menggunakan metode image matching untuk menemukan kenampakan yang sama antara citra kiri dan citra kanan dari pasangan stereo. Penggunaan parameter Terrain Detail menentukan seberapa presisi medan direpresentasikan dalam DEM hasil. Untuk digunakan dalam skala kecil pilih level 1 yang paling kasar. Sedangkan apabila DEM akan digunakan untuk pemetaan skala besar (sejauh yang bisa didukung data ASTER DEM) gunakan level 5 atau level detil maksimum.. l Parameter Output Data Type memungkinkan operator untuk memilih output DEM apakah nilai ketinggian dalam Integer (default, nilai bulat seperti 1 meter, 2 meter dsb) atau Floating Point. (decimal). l Samakan parameter seperti gambar di bawah kemudia klik Next.
- 17. Halaman 17 dari 18 Menguji dan Mengedit Hasil Ekstraksi Setelah DEM selesai dibuat, tahapan berikutnya adalah melihat hasil DEM, mengidentifikasi area yang masih terdapat kesalahan, mengganti area yang salah dengan data dari DEM lain apabila tidak bisa diperbaiki, dan solusi lainnya. Kesalahan dalam ekstraksi DEM biasanya disebabkan antara lain, sebaran GCP dan TP yang kurang bagus. Semakin banyak GCP dan TP yang digunakan dan semakin tersebar, hasil ekstraksi akan semakin baik dan akurat. Selain itu, kesalahan bisa juga disebabkan karena kegagalan moving window dalam mencari titik – titik dari pasangan citra yang mempunyai nilai korelasi tinggi (kenampakan yang sama). Kesalahan ini muncul disebabkan antara lain koefisien korelasi yang diseting terlalu tinggi atau ukuran moving window yang kurang besar sehingga kenampakan yang sama pada kedua citra sulit ditemukan. Jika DEM yang dihasilkan kurang memuaskan, coba ulangi proses ekstraksi dengan mengklik tombol Previous. Coba ulangi proses dengan menambah GCP dan TP atau mengubah parameter ekstraksi seperti Koefisien Korelasi dan Ukuran Moving Window. Untuk kesalahan hasil ekstraksi yang disebabkan tutupan awan pada dasarnya tidak bisa dikoreksi karena untuk kenampakan awan biasanya nilai kecerahannya relatif sama, sehingga ENVI tidak akan dapat mencari titik titik yang sama dari pasangan citra (Koefisien korelasinya sangat rendah). Oleh karena itu untuk daerah tutupan awan tidak direkomendasikan untuk dijadikan GCP dan TP. Selain itu pada hasil ekstraksi DEM pada daerah tertutup awan tidak bisa diperbaiki oleh karena itu harus diganti dengan data lain atau interpolasi dari daerah sebelahnya. Proses ini dapat dilakukan di DEM editing Tool. 1. Klik Load DEM Result To Display With Editing Tool
- 18. Halaman 18 dari 18 Menggunakan DEM Editing Tool DEM editing tool adalah modul ENVI yang digunakan untuk mengedit DEM hasil ekstraksi dari citra stereo. Solusi yang tersedia antara lain penggantian nilai ketinggian yang dianggap salah dengan nilai rata – rata piksel di sebelahnya, penggantian dengan nilai tertentu yang ditentukan operator, dan dengan cara interpolasi tetangga (bisa menggunakan smoothing algorithm, median filter algorithm, spot removal algorithm, thin plate spline algorithm, dan triangulate algorithm). 1. Buat Polygon ROI dengan cara klik kanan mouse di dalam Image Window untuk menentukan titik awal ROI poligon, kemudian lanjutkan dengan titik yang lain untuk mendefinisikan polygon ROI. Untuk menyelesaikan pembuatan satu ROI Poligon klik kiri mouse. 2. Menggunakan DEM editing tool, anda bisa mengganti nilai piksel pada area yang ditutup ROI dengan pilihan yang ada pada Method di kolom Edit Pixel Values. Pilihannya bisa dari Replace with value, Replace with mean, smooth, median filter, spot removal, thin plate spline interpolation, dan triangulate interpolation). Klik Save Changes untuk menyimpan perubahan. 3. Klik Finish di DEM Extraction Wizard, klik Save apabila anda ingin menyimpan seluruh rangkaian proses, termasuk konfigurasi GCP dan TP yang sudah diinput. Selain itu ada baiknya GCP yang ada juga di backup di file terpisah sebagai backup.