TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP XỬ LÝ ẢNH NDVI ỨNG DỤNG TRONG NÔNG - LÂM NGHIỆP Sinh viên thực Cán hướng dẫn Mai Nhật Tân MSSV: 1118012 ThS Trương Phong Tuyên Trần Minh Châu MSSV: 1117960 Lớp Kỹ thuật máy tính K37 Cần Thơ, Tháng 05 năm 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP XỬ LÝ ẢNH NDVI ỨNG DỤNG TRONG NÔNG - LÂM NGHIỆP Sinh viên thực Mai Nhật Tân MSSV: 1118012 Trần Minh Châu MSSV: 1117960 Lớp Kỹ thuật máy tính K37 Cán hướng dẫn ThS Trương Phong Tuyên Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN ĐIỆN – TỬ VIỄN THÔNG Luận văn thực bởi: Họ tên: Mai Nhật Tân, MSSV: 1118012, Lớp: Kỹ thuật máy tính K37 Họ tên: Trần Minh Châu, MSSV: 1117960, Lớp: Kỹ thuật máy tính K37 Tựa đề Luận văn (Hay tên đề tài): Xử lý ảnh NDVI phục vụ Nông – Lâm nghiệp Luận văn nộp báo cáo Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn tốt nghiệp Đại học ngành Điện tử Truyền thông/Kỹ thuật Máy tính, Bộ môn Điện tử - Viễn thông vào ngày … tháng 05 năm 2015 (Quyết định thành lập Hội đồng số: …/QĐ-CN ngày … tháng năm 2015 Trưởng Khoa Công Nghệ) Kết đánh giá: _ Chữ ký thành viên Hội đồng: Thành viên 1: ThS Trương Phong Tuyên Thành viên 2: ThS Trần Hữu Danh Thành viên 3: ThS Võ Ngọc Lợi i Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp LỜI CAM ĐOAN Đề tài “Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp” đưa công cụ hữu ích để xử lý hình ảnh, giúp người quản lý có thông tin sát thực từ hình ảnh chụp Qua đó, có biện pháp xử lý kịp thời vùng đất Chúng em chọn đề tài để thực Luận văn tốt nghiệp nhận thấy mẻ, tiến bộ, xác và tiện lợi phương pháp theo dõi, quản lý thông qua kết cụ thể xử lý từ ảnh thay sử dụng mắt thường kinh nghiệm người từ trước đến Trong trình thực hiện, đề tài không tránh khỏi thiếu sót kiến thức hạn chế nội dung trình bày báo cáo hiểu biết thành chúng em đạt giúp đỡ cán hướng dẫn Thạc sĩ Trương Phong Tuyên Chúng em xin cam đoan nội dung trình bày báo cáo Luận văn tốt nghiệp chép từ công trình có trước Nếu không thật, em xin chịu trách nhiệm trước nhà trường Cần Thơ, ngày … tháng 05 năm 2015 Nhóm sinh viên thực Mai Nhật Tân Trần Minh Châu ii Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp LỜI CẢM ƠN Để đạt kết ngày hôm nay, chúng em không quên gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến cha mẹ gia đình chúng em, người hỗ trợ chúng em mặt kinh tế để chúng em có điều kiện tốt thực đề tài Không vậy, gia đình giúp đỡ động viên, giúp chúng em có thêm nghị lực hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập rèn luyện Xin gửi lời cảm ơn đến đội ngũ cán giảng dạy trường Đại học Cần Thơ nói chung hai môn Điện tử Viễn thông Tự động hóa trực thuộc Khoa Công nghệ nói riêng tận tình giảng dạy, bảo tạo điều kiện vật chất cho chúng em suốt thời gian tham gia học tập trường Đặc biệt xin chân thành cảm ơn ThS Trương Phong Tuyên, người tận tình hướng dẫn chúng em thực đề tài luận văn Xin cảm ơn thầy tài liệu thầy cung cấp, với dẫn, định hướng kịp thời giúp chúng em thực hướng tiến độ đề tài giao Trong suốt trình thực đề tài chúng em xin cám ơn giúp đỡ nhiệt tình anh, chị khóa trước, hợp tác nhóm làm luận văn hướng dẫn thầy Trương Phong Tuyên, toàn thể bạn bè nhiệt tình động viên ủng hộ, cổ vũ tinh thần cho chúng em Xin chân thành cám ơn! Cần Thơ, ngày … tháng 05 năm 2015 Nhóm sinh viên thực Mai Nhật Tân Trần Minh Châu iii Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp MỤC LỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT MỤC LỤC HÌNH TÓM TẮT ABSTRACT .4 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .5 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ .6 1.3 PHẠM VI ĐỀ TÀI 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .8 2.1 TỔNG QUAN phương pháp viễn thám [5] 2.1.1 Khái niệm viễn thám .8 2.1.2 Ứng dụng viễn thám [6] 2.1.3 Phân loại viễn thám 2.1.4 Những cảm viễn thám 2.2 Tổng quan ảnh – điểm ảnh [7] [8] 2.2.1 Định nghĩa .9 2.2.2 Độ phân giải ảnh 2.2.3 Mức xám ảnh 10 2.2.4 Không gian màu 10 2.2.5 Ảnh hồng ngoại phương pháp thu ảnh hồng ngoại 13 2.2.6 Ảnh NDVI floating point, NDVI colormap LUT 16 2.3 Modul chụp ảnh Raspberry Pi NoIR Camera 16 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG 19 3.1 Tính toán NDVI 19 3.1.1 Cơ sở lý thuyết 19 3.1.2 Khái niệm 20 3.2 Fiji (Imagej) 21 3.2.1 Giới thiệu Imagej 21 3.2.2 Tính Imagej 21 3.2.3 Fiji 22 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN VÀ KẾT QUẢ 24 4.1 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 24 4.1.1 Tổng quát 24 4.1.2 Xử lý ảnh 24 4.1.3 Xử lý hàng loạt nhiều ảnh .27 4.2 Kết đạt 29 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 Phụ lục 36 Cài đặt phần mềm plugin 36 Sử dụng CTU NDVI .37 iv Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT IR LUT NDVI NGB NIR NRG PAR RGB VIS Infrared Lookup table Normalized Difference Vegetation Index Near-infrared – Green – Blue Near-infrared Near-infrared – Red – Green Photosynthetically active radiation Red - Green - Blue Visible Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Máy bay Quadrocopter thực bay thử nghiệm Hình ảnh lấy từ tin thời 60 phút đài Phát - Truyền hình Vĩnh Long ngày 19/01/2015 Hình 2.1 Ví dụ minh họa loại ảnh 10 Hình 2.2 Không gian màu RGB 11 Hình 2.3 Bước sóng quang phổ cận hồng ngoại bước sóng ánh sáng nhìn thấy với bước sóng khác [4] .13 Hình 2.4 Độ nhạy quang phổ cảm biến silicon điển hình camera với lọc IR gỡ bỏ Ảnh khảo sát từ máy ảnh Canon 40D [9] 14 Hình 2.5 Độ nhạy quang phổ cảm biến silicon điển hình camera với lọc IR gỡ bỏ Ảnh khảo sát từ máy ảnh Nikon D200 [9] 14 Hình 2.6 Các vùng quang phổ camera thu sử dụng lọc infrablue Schott BG3 [10] 15 Hình 2.7 Quang phổ camera thu sử dụng lọc blue BG3 red Wratten 25A [10] 15 Hình 2.8 Bộ lọc IR thay thể cho lọc chặn IR máy ảnh Canon A495, sửa đổi cho dự án PLOTS KickStarter năm 2012 [11] 16 Hình 2.9 Board Raspberry Pi B+ 17 Hình 2.10 Camera NoIR Pi .18 Hình 2.11 Module camera 5MP Wide Angle 160 degree kết hợp board Raspberry Pi B+ 18 Hình 3.1 Phản xạ ánh sáng khác miền cận hồng ngoại miền ánh sáng nhìn thấy xanh tốt sức sống 19 Hình 3.3 Các giá trị NDVI tính toán chi tiết khác bề mặt nơi khảo sát [15] .21 Hình 3.4 Giao diện ImageJ 21 Hình 3.5 Các Plugin mở rộng phát triển người dùng Imagej 22 Hình 3.6 Giao diện Fiji 22 Hình 3.7 Giao diện trình soạn thảo biên dịch script editor Fiji 23 Hình 4.1 Menu plugin 24 Hình 4.2 Sơ đồ bước thực xử lý NDVI .24 Hình 4.3 Giao diện xử lý ảnh 25 Hình 4.4 Sơ đồ giải thuật xử lý ảnh .26 Hình 4.5 Giao diện xử lý ảnh hàng loạt .27 Hình 4.6 Sơ đồ giải thuật xử lý ảnh hàng loạt 28 Hình 4.7 Ảnh cánh đồng lúa chụp từ module camera noir gắn máy bay Quadrocopter 29 Hình 4.8 Ảnh NDVI floating point tạo Xử lý từ ảnh (4.7) CTU NDVI 29 Hình 4.9 Kết thống kê với ngưỡng 0.1 cho vùng (B) hình (4.8) 30 Hình 4.10 Ảnh chụp diều không ảnh SWA JSA Theo dõi bãi bồi bờ hồ Kansas (A) chụp vào 8/2008 (B) chụp vào 10/2006 [3] 30 Hình 4.11 Ảnh NDVI floating point xử lý từ ảnh (4.10) CTU NDVI 31 Hình 4.12: Ảnh chụp than đá cháy nóng lò từ camera 5MP Wide Angle 160 degree kết hợp với board raspberry pi b+, ảnh chụp phòng kính, gió ánh sáng .32 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Hình 4.13: Ảnh NDVI floating point than đá cháy Được xử lý từ ảnh (4.12) CTU NDVI .32 Hình 4.14: Ảnh NDVI colormap than đá cháy Được xử lý từ ảnh (4.12) CTU NDVI 33 Hình 5.1 Menu CTU NDVI sau cài đặt xong .36 Hình 5.2 Giao diện xử lý ảnh 37 Hình 5.3 Ảnh xử lý NDVI floating point tạo .38 Hình 5.4 Biểu đồ thống kê điểm ảnh ảnh NDVI floating point 38 Hình 5.5 Ngưỡng cần tính phần trăm điểm ảnh 39 Hình 5.6 Chọn vùng để tính phần trăm 39 Hình 5.7 Biểu đồ thống kê giá trị điểm ảnh ảnh NDVI floating point 39 Hình 5.8 Số điểm ảnh phần trăm số điểm ảnh ngưỡng thống kê 40 Hình 5.9 Ảnh NDVI color xử lý xong 40 Hình 5.10 Giao diện xử lý ảnh hàng loạt .41 Hình 5.11 Thông báo xử lý xong ảnh .41 Hình 5.12 Các ảnh xử lý xong lưu lại thư mục định 42 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp TÓM TẮT Trong Nông – Lâm nghiệp nay, mô hình cánh đồng mẫu lớn ngày phổ biến khu vực Đồng sông Cửu Long với diện tích lên đến hàng chục hécta làm phát sinh khó khăn việc theo dõi tình trạng lúa Với việc ứng dụng máy bay không người lái kết hợp với phương pháp chụp ảnh không vào nông nghiệp giúp người nâng cao việc quản lý cánh đồng Vì thế, nhóm chúng em chọn đề tài “Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp” với mong muốn xây công cụ tảng ImageJ có khả xử lý hình ảnh chụp cánh đồng cần quản lý theo dõi Đề tài sử dụng ngôn ngữ Java biên dịch scpits phần mềm ImageJ để tạo plugin hoạt động phần mềm Hy vọng kết đạt sau xử lý hình ảnh giúp người biết thông tin hữu ích mặt sinh học mức độ phản xạ quang phổ đối tượng ảnh, qua theo dõi tình trạng phát triển cánh đồng lúa Từ khóa: Fiji, RGB, NDVI, Raspberry pi, near infrared ABSTRACT In Agriculture - Forestry at present, large paddies is increasingly common in the Mekong Delta with an area of up to tens of hectares also make more difficulties in monitoring the status of the rice fields By using Unmanned Aerial Vehicle combined with aerial photography method in agriculture to help people improve the management of their fields Therefor, we selected the topic "NDVI Image processing in Agriculture - Forestry", we want to build a tool on ImageJ platform It can process photos that were taken the field to manage and tracking The thesis uses the Java language compiler on scpits in ImageJ software to create a plugin may work on this software We hope the results obtained after image processing can help people know useful information about the biology and extent of spectral reflectance of the object in the image, which can monitor development status of rice fields Keywords: Fiji, RGB, NDVI, Raspberry pi, near infrared Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Bắt đầu Chọn kiểu định dạng ảnh Còn ảnh chưa xử lý không? Đ Có tăng bão hòa kênh VIS không? Đọc lấy giá trị ảnh S S Đ Có tăng bão hòa kênh NIR không? Đ S Tính NDVI Tạo ảnh NDVI floating point Nhập giá trị bão hòa Chọn kênh đại diện cho VIS NIR Có hiển thị ảnh NDVI floating point không? Đ S Nhập khoảng giá trị NDVI Chọn LUT Hiển thị ảnh NDVI floating point Có hiển thị ảnh NDVI colormap không? Đ S Hiển thị ảnh NDVI colormap Lưu ảnh Kết thúc Hình 4.6 Sơ đồ giải thuật xử lý ảnh hàng loạt 28 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp 4.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Phân tích ảnh chụp cánh đồng lúa sau: Hình 4.7 Ảnh cánh đồng lúa chụp từ module camera noir gắn máy bay Quadrocopter Hình 4.8 Ảnh NDVI floating point tạo Xử lý từ ảnh (4.7) CTU NDVI 29 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Hình (4.8) cho thấy, vùng đen (A) diện lúa, màu đen vùng (A) đất nước bị trơ bề mặt Vùng (B) cho thấy, có nhiều lúa sức sống Thống kê số điểm ảnh với ngưỡng 0.1 cho kết sau: Hình 4.9 Kết thống kê với ngưỡng 0.1 cho vùng (B) hình (4.8) Kết cho thấy, tỷ lệ số điểm ảnh có NDVI < 0.1 33% Điều cho thấy, diện tích lúa sức sống vùng (B) lớn Ngược lại, đất vùng (C), đồng lúa sáng đồng ảnh NDVI floating point Điều cho thấy, lúa phát triển tốt NDVI ứng dụng tốt cho việc theo dõi phát triển thảm thực vật, hoang hóa Ví dụ thảm thực vật chụp hai ảnh hai thời điểm sau: A B Hình 4.10 Ảnh chụp diều không ảnh SWA JSA Theo dõi bãi bồi bờ hồ Kansas (A) chụp vào 8/2008 (B) chụp vào 10/2006 [3] 30 Luận văn tốt nghiệp A Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp B Hình 4.11 Ảnh NDVI floating point xử lý từ ảnh (4.10) CTU NDVI Đây vùng nước mặn, đường chạy dọc bờ hồ ảnh (4.11A) cho thấy, mực nước rút nắng nóng khô hạn để lại lớp muối chạy dọc bờ hồ, ảnh xử lý cho thấy lớp muối có NDVI thấp Trên phía bờ đất liền nơi thảm thực vật dài, số NDVI cao cho ảnh sáng Ở mép nước gần bờ, xuất vài quần sáng rộng, điều chứng tỏ có thảm thực vật phát triển mặt nước gần lớp muối hình thành sát bờ hồ Ở hình (4.11B), có hai đường rõ nét chạy dọc theo bờ hồ, theo màu sắc lại không giống hình (4.11A), ảnh xử lý cho NDVI khác biệt (ở hình (4.11B) đường dọc bờ hồ cho NDVI cao) Theo ảnh (4.11B) dễ dàng khẳng định rằng, đường dọc bờ hồ phải thực vật sáng Nhưng so sánh với thảm thực vật phía đất liền độ sáng thảm thực vật sát bờ hồ thấp (NDVI thấp hơn), điều chứng tỏ, thảm thực vật sát bờ hồ bị suy thoái, nước rút dần, khiến thảm thực vật không phát triển tốt Ngoài ra, giải thuật CTU NDVI phù hợp với việc xử lý ảnh chụp xạ hồng ngoại trực tiếp từ vật thể Cụ thể ảnh chụp than đá cháy sau: 31 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Hình 4.12: Ảnh chụp than đá cháy nóng lò từ camera 5MP Wide Angle 160 degree kết hợp với board raspberry pi b+, ảnh chụp phòng kính, gió ánh sáng Than đá cháy nóng tỏa nhiệt lượng lớn, nhiệt lượng tia hồng ngoại gây ra, phần xạ quang phổ cận hồng ngoại Camera NoIR thu vùng xạ cận hồng ngoại từ than đá thể qua hình xử lý sau: Hình 4.13: Ảnh NDVI floating point than đá cháy Được xử lý từ ảnh (4.12) CTU NDVI 32 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Hình 4.14: Ảnh NDVI colormap than đá cháy Được xử lý từ ảnh (4.12) CTU NDVI Vùng sáng (A) ảnh (4.13) vùng màu sáng (A) ảnh (4.14) thể quang phổ hồng ngoại xạ bên miệng lò than lớn Tại vị trí than cháy (B) trong, ảnh hưởng ảnh sáng nhìn thấy than phát làm giảm giá trị NDVI nên tối ảnh (4.13) 33 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận: Phần mềm hỗ trợ xử lý ảnh chụp từ máy bay điều khiển từ xa Quadrocopter phục vụ Nông – Lâm nghiệp công nghệ cao Các kết xử lý từ CTU NDVI phù hợp với yêu cầu đặt Cụ thể ảnh NDVI floating point cho thấy phản ánh giá trị NDVI khác vật, ảnh NDVI colormap giúp lập đồ, phân biệt rõ ràng chi tiết ảnh Chức thống kê phần trăm, tính toán vùng, biểu đồ hữu ích cho việc phân tích ảnh Giá trị NDVI với CTU NDVI hỗ trợ tốt cho người việc đánh giá sức khỏe trồng, khảo sát mặt đất Tuy nhiên, với việc thiết lập nhiều tùy chọn thông qua số thao tác sử dụng công cụ đòi hỏi người dùng phải có am hiểu kiến thức định phần mềm Người dùng trang bị sẵn hướng dẫn sử dụng kèm với công cụ Đề nghị, hướng phát triển: Với camera 5MP đáp ứng tốt yêu cầu đặt Tuy nhiêu cải thiện chất lượng ảnh việc sử dụng camera có độ phân giải cao cho ảnh chất lượng tốt Hiện công cụ hoạt động tốt máy tính Nếu có thời gian, điều kiện phát triển tối ưu công cụ, nhóm hy vọng chạy phần mềm độc lập kit Raspberry Pi, Intel Galileo, tương thích với hệ điều hành Windows, Linux, Raspbian để hoạt động độc lập, chuyên dụng, tiết kiệm chi phí không cần sử dụng máy tính 34 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Thực trạng rừng trồng sản xuất Việt Nam [2] Cổng thông tin điện tử Thị xã Điện Bàn Bước đầu xây dựng mô hình “Cánh đồng mẫu lớn” Điện Bàn http://dienban.gov.vn/Default.aspx?tabid=107&NewsViews=4595 [3] James S Aber, Irene Marzolff, Johannes B Ries Small-Format Aerial Photography Elsevier’s Science & Technology Rights Department in Oxford Netherlands 2010 [4] National aeronautics and space administration http://modis.gsfc.nasa.gov [5] TS Đàm Xuân Hoàn Giáo trình trắc địa ảnh viễn thám Trường Đại học Nông nghiệp Hà nội, 2008 [6] Ts Dương Văn Khảm Một số kiến thức vềviễn thám gis khí tượng thủy văn tài nguyên môi trường Viện Khí tượng Thủy văn [7] Trần Nguyễn Minh Thư Bài giảng xử lý ảnh Chương Khoa Công nghệ thông tin & truyền thông – Đại học Cần Thơ [8] PGS.TS Nguyễn Quang Hoan Xử lý ảnh Học viện công nghệ bưu viễn thông Hà Nội, 2006 [9] LDP LLC Spectral response http://www.maxmax.com/spectral_response.htm [10] Lifepixel Lifepixel.com [11] North Country Radio http://www.northcountryradio.com/Articles/irfltr.htm [12] ImageJ User Guide Image Types and Formats http://rsbweb.nih.gov/ij/docs/guide/146-7.html [13] David X D Yang, Abbas El Gamal, Boyd Fowler, and Hui Tian A 640 x 512 CMOS Image Sensor with Ultrawide Dynamic Range Floating-Point Pixel-Level ADC 1999 http://vafs.gov.vn/vn/2014/06/thuc-trang-rung-trong-san-xuat-o-viet-nam/ [14] NASA Earth Observatory Measuring Vegetation (NDVI & EVI) http://earthobservatory.nasa.gov/Features/MeasuringVegetation/measuring_ve getation_1.php [15] SCANEX Research and Development Center NDVI In agriculture http://www.scanex.ru/en/monitoring/default.asp?submenu=farming&id=ndvi 35 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp PHỤ LỤC Cài đặt phần mềm, plugin hướng dẫn tùy chọn xử lý hình ảnh CTU NDVI CÀI ĐẶT PHẦN MỀM VÀ PLUGIN Bước 1: Tải phần mềm http://fiji.sc/Fiji http://imagej.nih.gov/ij/download.html sau cài đặt phần mềm vào máy Bước 2: Copy file thư viện RegImagePair.java CTU NDVI vào thư mục có đường dẫn …\Fiji\jars Copy file cài đặt CTU_NDVI.jar vào thư mục có đường dẫn …\Fiji\plugins Hình 5.1 Menu CTU NDVI sau cài đặt xong 36 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp SỬ DỤNG CTU NDVI Từ giao diện Fiji chọn File => Open chọn hình cần xử lý Chọn Plugins => CTU NDVI để chạy plugin Có tùy chọn menu CTU NDVI xử lý ảnh, nhiều ảnh thông tin CTU NDVI help Hình 5.2 Giao diện xử lý ảnh - NDVI floating point/Color image show: có muốn xử lý loại ảnh NDVI floating point color hay không Nếu chọn vào NDVI Color image show người dùng phải chọn khoảng NDVI cần để tạo đồ màu cách nhập kéo giá trị Min/Max value for scaling, giá trị tối thiểu -1 tối đa phải nhỏ max (mặc định giá trị -1 1) - Change saturation VIS/NIR channel: có muốn tăng độ bão hòa cho kênh VIS NIR hay không Nếu có, cần đặt giá trị vào ô Saturation value cách nhập kéo giá trị Giá trị ô Saturation value khoảng – 200 - Channel for VIS/NIR band: chọn kênh đại diện cho VIS NIR, có lựa chọn red, green blue - Select LUT for NDVI Color image: chọn LUT để tạo ảnh NDVI color - Save NDVI floating point/Color image: có muốn lưu lại ảnh xử lý hay không - Statistics pixel threshold: tính phần trăm điểm ảnh theo ngưỡng - Save options for next session: Lưu thiết lập cho lần chạy 37 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Hình 5.3 Ảnh xử lý NDVI floating point tạo Nếu chức Statistics pixel threshold chọn, có số tùy chọn khác: Hình 5.4 Biểu đồ thống kê điểm ảnh ảnh NDVI floating point 38 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Hình 5.5 Ngưỡng cần tính phần trăm điểm ảnh Hình 5.6 Chọn vùng để tính phần trăm - Bins: khoảng giá trị để vẽ biểu đồ (tốt nên để giá trị mặc định 256) - X X max: giá trị cho trục tung để vẽ biểu đồ (nên đặt giá trị -1 để phù hợp với giá trị NDVI tính) - Value of threshold: nhập giá trị ngưỡng cần tính phần trăm điểm ảnh cho ảnh floating Giá trị nằm khoảng -1 đến - Selection a area: chọn vùng để tính phần trăm không muốn tính toàn ảnh Hình 5.7 Biểu đồ thống kê giá trị điểm ảnh ảnh NDVI floating point 39 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Hình 5.8 Số điểm ảnh phần trăm số điểm ảnh ngưỡng thống kê Hình 5.9 Ảnh NDVI color xử lý xong 40 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Hình 5.10 Giao diện xử lý ảnh hàng loạt - Select output image type: chọn loại định dạng ảnh cần lưu lại sau xử lý - Các tùy chọn lại tương tự phần xử lý ảnh - Show image: có muốn hiển thị hình ảnh trình xử lý hay không - Sau nhấn OK phần mềm hỏi nơi chứa ảnh cần xử lý nơi lưu ảnh sau xử lý - Xử lý xong có thông báo từ phần mềm Hình 5.11 Thông báo xử lý xong ảnh 41 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Hình 5.12 Các ảnh xử lý xong lưu lại thư mục định Kết cho thấy, phần mềm xử lý kết phù hợp với yêu cầu đặt Cụ thể ảnh xám cho thấy phản ánh giá trị NDVI khác vật, ảnh màu giúp lập đồ, phân biệt rõ ràng chi tiết ảnh Ngoài ra, chức thống kê phần trăm, tính toán vùng, biểu đồ hữu ích cho việc phân tích ảnh Giá trị NDVI với CTU NDVI hỗ trợ tốt cho người việc đánh giá sức khỏe trồng, khảo sát mặt đất,… ứng dụng Nông – Lâm nghiệp 42 [...]... Lưu ảnh Kết thúc Hình 4.6 Sơ đồ giải thuật xử lý ảnh hàng loạt 28 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng trong Nông – Lâm nghiệp 4.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Phân tích ảnh chụp cánh đồng lúa như sau: Hình 4.7 Ảnh cánh đồng lúa chụp từ module camera noir gắn trên máy bay Quadrocopter Hình 4.8 Ảnh NDVI floating point tạo ra Xử lý từ ảnh (4.7) bằng CTU NDVI 29 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng trong. .. giá trị NDVI S Nhập ngưỡng/ Chọn vùng Hiển thị giá trị thống kê được Có tạo ảnh NDVI colormap không? Đ Tính NDVI Chọn LUT S Tạo ảnh xám floating 1 Hiển thị ảnh NDVI colormap Kết thúc Hình 4.4 Sơ đồ giải thuật xử lý từng ảnh 26 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng trong Nông – Lâm nghiệp 4.1.3 Xử lý hàng loạt nhiều ảnh Với các tùy chọn cũng như giải thuật tương tự như xử lý từng ảnh, xử lý ảnh hàng... trị từng điểm ảnh trong ảnh NDVI floating point, so sánh với file LUT để lấy được giá trị RGB đưa vào cho ảnh mới Hình 4.3 Giao diện xử lý từng ảnh 25 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng trong Nông – Lâm nghiệp Bắt đầu 1 Đọc và lấy giá trị ảnh Có tạo ảnh NDVI floating point không? Đ Có tăng bão hòa kênh VIS không? Hiển thị ảnh NDVI floating point S Đ Có thống kê giá trị điểm ảnh không? Có tăng... tính NDVI Có được giá trị của các điểm ảnh, phần mềm sẽ tính giá trị NDVI theo công thức tổng quát (1) Các kênh đại diện trong công thức được chọn tùy theo ảnh cần xử lý là loại ảnh nào (ảnh RGB, NGB, NRG…), tùy vào lựa chọn, phần mềm sẽ tính NDVI theo công thức (2) hoặc (3) Giá trị NDVI của từng pixel được đưa vào 24 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng trong Nông – Lâm nghiệp để tạo ra ảnh NDVI. .. mục lưu các ảnh cần xử lý và thư mục lưu ảnh xử lý đầu ra Đồng thời, kiểu file định dạng ảnh cũng được chọn tùy theo nhu cầu, các kiểu file được cung cấp như: tiff, gif, jpeg, png, bmp… Ngoài ra, các tùy chỉnh độ bão hòa, chọn kênh cho VIS và NIR, chọn LUT cũng tương tự như phần xử lý trên Hình 4.5 Giao diện xử lý ảnh hàng loạt 27 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng trong Nông – Lâm nghiệp 2 Bắt... ĐIỂM ẢNH Giá trị điểm ảnh TÍNH GIÁ TRỊ NDVI Giá trị NDVI TẠO ẢNH NDVI FLOATING POINT Giá trị của LUT TẠO ẢNH NDVI COLORMAP Hình 4.2 Sơ đồ các bước thực hiện xử lý NDVI 4.1.2 Xử lý lần lượt từng ảnh Phần mềm sẽ nhận ảnh do người dùng chọn vào để xử lý, sau đó đọc các thông số cơ bản về chiều rộng và chiều cao ảnh (tính bằng đơn vị pixel) Ảnh sẽ được can thiệp sâu hơn vào cấu tạo của từng điểm ảnh, lấy... Hình ảnh lấy từ bản tin thời sự 60 phút của đài Phát thanh - Truyền hình Vĩnh Long ngày 19/01/2015 Ảnh được sử dụng ở đây là những bức ảnh gọn nhẹ, có độ phân giải không quá cao Công cụ để tính toán chỉ số NDVI, xử lý và phân tích ảnh được xây dựng trên nền tảng hoàn toàn miễn phí Các vấn đề nghiên cứu của đề tài bao gồm: 6 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng trong Nông – Lâm nghiệp Tính toán NDVI. .. toán NDVI từ không ảnh Xử lý ảnh gốc tạo ra ảnh NDVI foating point dựa trên kết quả tính toán NDVI, dựa vào đó có thể phân biệt các chi tiết có NDVI khác nhau ● Xử lý tạo ảnh NDVI colormap, bản đồ màu NDVI được tạo ra, ảnh màu sẽ giúp phân biệt rõ hơn các chi tiết trong ảnh, đặc biệt là các chi tiết có NDVI gần nhau ● Cung cấp thêm chức năng tính toán tỷ lệ phần trăm số điểm ảnh có NDVI trên và dưới... sử dụng trong để tài ● Tìm hiểu các thành phần trên board Raspberry Pi B+ và module Raspberry Pi NoIR Camera ● Tìm hiểu về các lý thuyết xử lý ảnh, chỉ số NDVI ● Thiết kế và xây dựng plugin trên Fiji ● Thiết kế và xây dựng giải thuật trên script với ngôn ngữ Java ● Khảo sát kết quả thực tế và cải tiến phần mềm ● Kết quả và đánh giá 7 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng trong Nông – Lâm nghiệp. .. đó là xử lý ảnh lần lượt, tùy chỉnh cho một ảnh duy nhất hoặc xử lý ảnh hàng loạt, xử lý đồng thời nhiều ảnh, kết quả lưu chung một thư mục được chỉ định Hình 4.1 Menu chính của plugin Ý tưởng tổng quát: đọc dữ liệu từ ảnh hồng ngoại, lấy các giá trị cần thiết để tính NDVI cho từng điểm ảnh của hình ảnh, từ giá trị NDVI đó tạo ảnh xám NDVI floating point, sau đó thiết lặp các giá trị LUT để tạo ảnh màu ... Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp LỜI CAM ĐOAN Đề tài Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp đưa công cụ hữu ích để xử lý hình ảnh, giúp người quản lý có thông... tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Tính toán NDVI từ không ảnh Xử lý ảnh gốc tạo ảnh NDVI foating point dựa kết tính toán NDVI, dựa vào phân biệt chi tiết có NDVI khác ● Xử lý. .. qua hình xử lý sau: Hình 4.13: Ảnh NDVI floating point than đá cháy Được xử lý từ ảnh (4.12) CTU NDVI 32 Luận văn tốt nghiệp Xử lý ảnh NDVI ứng dụng Nông – Lâm nghiệp Hình 4.14: Ảnh NDVI colormap