SlideShare une entreprise Scribd logo
1  sur  27
Aritmetika oblik:
Skriti vzorci v oblakih točk

        Domen Mongus
         Laboratorij GeMMA
             UM-FERI
Uvod:


        Od kje prihajajo?

        Kaj lahko v njih opazujemo?

        Kako vzorce odkrivamo?

        Kaj bomo še izvedeli?


Out of the Box Seminar                 2
Zajemanje oblakov točk

          Zračni sistemi           Ostali sistemi

           Visoki                                   Stacionarni
               ICESat
               Calipso


                                    Mobilni

                          Nizki
                                                   Navigacijski

                                                                    3
Out of the Box Seminar                                                  3
Zmožnosti sistemov

                             Zajem iz letala
                                Položaj določen z GPS
                                Več kot 200.000
                                 meritev na sekundo
                                Tudi nad 70 točk na m2



                             Količina podatkov
                                Predvidena količina
                                 podatkov za Slovenijo
                                 okoli 40 TB

Out of the Box Seminar                               4
Vizualizacija
        Cilji:
               Realno-časovna vizualizacija (več kot 24 slik na sekundo)
               Visoka kvaliteta slike


        Omejitve: Velika količina podatkov

        Rešitev: hierarhija detajlov
           Glede na pogled




Out of the Box Seminar                                                      5
Gradnja digitalnega modela reliefa
      Rešitev:
             Groba aproksimacija
              površja

             Postopno povečevanje
              ločljivosti

      Natančnost nad 96%

      Kako izbiramo točke?

Out of the Box Seminar                      6
Matematična morfologija
        Aritmetika oblik:
                 teorija množic, geometrija in topologija
                                                                Oblika je vsota oblik:
                                                                  
        1968 – Opis kristalnih struktur
                 Georges Matheron, Jean Serra


        1982 – Sivinska matematična morfologija


        1993 – Samoprilagodljivi operatorji


        2001 – Morfološki profili


        2007 – Spektri vzorcev


        2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev
                                                                     A – množica premikov
                                                                     B – strukturni element
        2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev            


Out of the Box Seminar                                                                         7
Matematična morfologija
        Aritmetika oblik:
                 teorija množic, geometrija in topologija
                                                                Oblika je vsota oblik:
                                                                  
        1968 – Opis kristalnih struktur
                 Georges Matheron, Jean Serra


        1982 – Sivinska matematična morfologija


        1993 – Samoprilagodljivi operatorji


        2001 – Morfološki profili


        2007 – Spektri vzorcev


        2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev
                                                                     A – množica premikov
                                                                     B – strukturni element
        2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev            


Out of the Box Seminar                                                                         8
Matematična morfologija
        Aritmetika oblik:
                 teorija množic, geometrija in topologija
                                                                Oblika je vsota oblik:
                                                                  
        1968 – Opis kristalnih struktur
                 Georges Matheron, Jean Serra


        1982 – Sivinska matematična morfologija


        1993 – Samoprilagodljivi operatorji


        2001 – Morfološki profili


        2007 – Spektri vzorcev


        2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev
                                                                     A – množica premikov
                                                                     B – strukturni element
        2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev            


Out of the Box Seminar                                                                         9
Matematična morfologija
        Aritmetika oblik:
                 teorija množic, geometrija in topologija      Sivinske oblike:
                                                                   
        1968 – Opis kristalnih struktur
                 Georges Matheron, Jean Serra


        1982 – Sivinska matematična morfologija


        1993 – Samoprilagodljivi operatorji


        2001 – Morfološki profili                              Slika → funkcija
        2007 – Spektri vzorcev                                 Strukturni element operira nad
                                                                 funkcijami:
        2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev
                                                                      minimum
        2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev                maksimum

Out of the Box Seminar                                                                            10
Matematična morfologija
        Aritmetika oblik:
                 teorija množic, geometrija in topologija      Strukturni element prilagaja svojo obliko:

        1968 – Opis kristalnih struktur
                 Georges Matheron, Jean Serra


        1982 – Sivinska matematična morfologija


        1993 – Samoprilagodljivi operatorji


        2001 – Morfološki profili


        2007 – Spektri vzorcev
                                                                Slika postane množica regij z enako
                                                                 intenziteto
        2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev
                                                                1998: hierarhična predstavitev regij slike

        2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev

Out of the Box Seminar                                                                                        11
Matematična morfologija
        Aritmetika oblik:                                      Granulometrija:
                 teorija množic, geometrija in topologija          Postopno zmanjševanje
                                                                     oblik
        1968 – Opis kristalnih struktur
                 Georges Matheron, Jean Serra
                                                                Morfološki profil:
                                                                   Spremljanje sprememb
        1982 – Sivinska matematična morfologija


        1993 – Samoprilagodljivi operatorji


        2001 – Morfološki profili


        2007 – Spektri vzorcev


        2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev


        2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev          Hierarhija vzorcev

Out of the Box Seminar                                                                       12
Zaznavanje dogodkov na površju
       Zemlje
   Aktivnost vulkanov
                           1547 m3 izbruhane lave

   Zemeljski plazovi

   Erozija




Out of the Box Seminar                              13
Matematična morfologija
        Aritmetika oblik:
                 teorija množic, geometrija in topologija
                                                                Filtriranje oblik:
        1968 – Opis kristalnih struktur
                 Georges Matheron, Jean Serra                      Hierarhija regij


        1982 – Sivinska matematična morfologija


        1993 – Samoprilagodljivi operatorji


        2001 – Morfološki profili


        2007 – Spektri vzorcev
                                                                Atributni filtri

        2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev                   Histogrami oblik:
                                                                   Štetje vzorcev
        2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev

Out of the Box Seminar                                                                  14
Razpoznava dreves
  Problem:
         Razpoznava posamičnih dreves
         Ocenjevane parametrov dreves (velikost krošenj)
         Lesna biomasa
  Rešitev: spektralna analiza vzorcev




Out of the Box Seminar                                      15
Matematična morfologija
        Aritmetika oblik:
                 teorija množic, geometrija in topologija      Iskanje najbolj kontrastnih regij
                                                                     Filtriranje z vsemi strukturnimi

        1968 – Opis kristalnih struktur                               elementi
                                                                     Vsemi atributnimi vrednostmi
                 Georges Matheron, Jean Serra

                                                                Iskanje največjega odziv:
        1982 – Sivinska matematična morfologija


        1993 – Samoprilagodljivi operatorji


        2001 – Morfološki profili


        2007 – Spektri vzorcev


        2008 – Razvoj “ultimate” morfoloških operatorjev


        2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev          Razpoznava stavb

Out of the Box Seminar                                                                                   16
Izračun solarnega potenciala




                         Letni solarni potencial

Out of the Box Seminar                             17
Izračun solarnega potenciala
           97.04% ujemanje glede na dejansko solarno
            elektrarno.




Out of the Box Seminar                                  18
Matematična morfologija
        Aritmetika oblik:
                 teorija množic, geometrija in topologija
                                                                Odpravlja pomanjkljivosti
        1968 – Opis kristalnih struktur                         “ultimate” operatorjev
                 Georges Matheron, Jean Serra


        1982 – Sivinska matematična morfologija


        1993 – Samoprilagodljivi operatorji


        2001 – Morfološki profili


        2007 – Spektri vzorcev


        2008 – Razvoj “ultimate” morfoloških operatorjev       Nadzor nad največjimi odziv:
                                                                   enolična idetifikacija
        2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev              homogenih regij
Out of the Box Seminar                                                                       19
Razpoznava geometrijskih struktur

  Kako ločimo vzorce?

         Velikost

         Oblika



  Notranja geometrija
   vzorca ?
         Nizkonivojsko
          razumevanje struktur

Out of the Box Seminar                     20
Razpoznava geometrijskih struktur
       (0.910)




Out of the Box Seminar                     21
Razpoznava geometrijskih struktur
       (0.920)




Out of the Box Seminar                     22
Razpoznava geometrijskih struktur
       (0.990)




Out of the Box Seminar                     23
Razpoznava geometrijskih struktur

      Aplikacije:

       ◦ Medicinska
         razpoznava
            Tumor:



       ◦ Karakterizacija
         objektov:


       ◦ Morfološki jezik
            Povpraševanje slik in
             oblakov točk

Out of the Box Seminar                     24
Razpoznava geometrijskih struktur

      Aplikacije:

       ◦ Medicinska
         razpoznava
            Tumor:



       ◦ Karakterizacija
         objektov:


       ◦ Morfološki jezik
            Povpraševanje slik in
             oblakov točk

Out of the Box Seminar                     25
Razpoznava geometrijskih struktur

      Aplikacije:

       ◦ Medicinska
         razpoznava
            Tumor:



       ◦ Karakterizacija
         objektov:


       ◦ Morfološki jezik
            Povpraševanje slik in
             oblakov točk

Out of the Box Seminar                     26
OBS | Aritmetika oblik: skriti vzorci v oblakih točk

Contenu connexe

Plus de Out of The Box Seminar

Plus de Out of The Box Seminar (20)

OBS | Composite Projection
OBS | Composite ProjectionOBS | Composite Projection
OBS | Composite Projection
 
OBS | Does the language of colour already exist
OBS | Does the language of colour already existOBS | Does the language of colour already exist
OBS | Does the language of colour already exist
 
OBS | Is an ethical society ever possile
OBS | Is an ethical society ever possileOBS | Is an ethical society ever possile
OBS | Is an ethical society ever possile
 
OBS | Ali obstajajo za okolje primerni proizvodi
OBS | Ali obstajajo za okolje primerni proizvodiOBS | Ali obstajajo za okolje primerni proizvodi
OBS | Ali obstajajo za okolje primerni proizvodi
 
OBS | From Open Innovation towards Open Democracy
OBS | From Open Innovation towards Open DemocracyOBS | From Open Innovation towards Open Democracy
OBS | From Open Innovation towards Open Democracy
 
OBS | Demokracija 2.0
OBS | Demokracija 2.0OBS | Demokracija 2.0
OBS | Demokracija 2.0
 
OBS | Prostor ustvarjalne komunikacije
OBS | Prostor ustvarjalne komunikacijeOBS | Prostor ustvarjalne komunikacije
OBS | Prostor ustvarjalne komunikacije
 
OBS | Meditacija: razum izven škatle
OBS | Meditacija: razum izven škatleOBS | Meditacija: razum izven škatle
OBS | Meditacija: razum izven škatle
 
Out of the Box Conference 2012 | Reflection
Out of the Box Conference 2012 | ReflectionOut of the Box Conference 2012 | Reflection
Out of the Box Conference 2012 | Reflection
 
OBS | 2. anniversary retrospective
OBS | 2. anniversary retrospectiveOBS | 2. anniversary retrospective
OBS | 2. anniversary retrospective
 
OBS | The struggle for Animal Rights
OBS | The struggle for Animal RightsOBS | The struggle for Animal Rights
OBS | The struggle for Animal Rights
 
OBC | The creative use of visual and spoken narrative to help people and poli...
OBC | The creative use of visual and spoken narrative to help people and poli...OBC | The creative use of visual and spoken narrative to help people and poli...
OBC | The creative use of visual and spoken narrative to help people and poli...
 
OBC | The obstacles only exist inside people's heads!
OBC | The obstacles only exist inside people's heads!OBC | The obstacles only exist inside people's heads!
OBC | The obstacles only exist inside people's heads!
 
OBC | From flirt to innovation How to establish network ties between science ...
OBC | From flirt to innovation How to establish network ties between science ...OBC | From flirt to innovation How to establish network ties between science ...
OBC | From flirt to innovation How to establish network ties between science ...
 
OBC | String theory and quests for unification of fundamental forces of nature
OBC | String theory and quests for unification of fundamental forces of natureOBC | String theory and quests for unification of fundamental forces of nature
OBC | String theory and quests for unification of fundamental forces of nature
 
OBC | FuturICT – Global participatory computing for our complex world
OBC | FuturICT – Global participatory computing for our complex worldOBC | FuturICT – Global participatory computing for our complex world
OBC | FuturICT – Global participatory computing for our complex world
 
OBC | Observing the brain to know ourselves
OBC | Observing the brain to know ourselvesOBC | Observing the brain to know ourselves
OBC | Observing the brain to know ourselves
 
OBC | Sustainability of automobile fuels
OBC | Sustainability of automobile fuelsOBC | Sustainability of automobile fuels
OBC | Sustainability of automobile fuels
 
OBC | UNESCO’s contribution to global challenges
OBC | UNESCO’s contribution to global challengesOBC | UNESCO’s contribution to global challenges
OBC | UNESCO’s contribution to global challenges
 
OBC | Buddhist philosophy and modern society
OBC | Buddhist philosophy and modern societyOBC | Buddhist philosophy and modern society
OBC | Buddhist philosophy and modern society
 

OBS | Aritmetika oblik: skriti vzorci v oblakih točk

  • 1. Aritmetika oblik: Skriti vzorci v oblakih točk Domen Mongus Laboratorij GeMMA UM-FERI
  • 2. Uvod:  Od kje prihajajo?  Kaj lahko v njih opazujemo?  Kako vzorce odkrivamo?  Kaj bomo še izvedeli? Out of the Box Seminar 2
  • 3. Zajemanje oblakov točk Zračni sistemi Ostali sistemi  Visoki  Stacionarni  ICESat  Calipso  Mobilni  Nizki  Navigacijski 3 Out of the Box Seminar 3
  • 4. Zmožnosti sistemov  Zajem iz letala  Položaj določen z GPS  Več kot 200.000 meritev na sekundo  Tudi nad 70 točk na m2  Količina podatkov  Predvidena količina podatkov za Slovenijo okoli 40 TB Out of the Box Seminar 4
  • 5. Vizualizacija  Cilji:  Realno-časovna vizualizacija (več kot 24 slik na sekundo)  Visoka kvaliteta slike  Omejitve: Velika količina podatkov  Rešitev: hierarhija detajlov  Glede na pogled Out of the Box Seminar 5
  • 6. Gradnja digitalnega modela reliefa  Rešitev:  Groba aproksimacija površja  Postopno povečevanje ločljivosti  Natančnost nad 96%  Kako izbiramo točke? Out of the Box Seminar 6
  • 7. Matematična morfologija  Aritmetika oblik:  teorija množic, geometrija in topologija  Oblika je vsota oblik:   1968 – Opis kristalnih struktur  Georges Matheron, Jean Serra  1982 – Sivinska matematična morfologija  1993 – Samoprilagodljivi operatorji  2001 – Morfološki profili  2007 – Spektri vzorcev  2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev  A – množica premikov  B – strukturni element  2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev  Out of the Box Seminar 7
  • 8. Matematična morfologija  Aritmetika oblik:  teorija množic, geometrija in topologija  Oblika je vsota oblik:   1968 – Opis kristalnih struktur  Georges Matheron, Jean Serra  1982 – Sivinska matematična morfologija  1993 – Samoprilagodljivi operatorji  2001 – Morfološki profili  2007 – Spektri vzorcev  2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev  A – množica premikov  B – strukturni element  2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev  Out of the Box Seminar 8
  • 9. Matematična morfologija  Aritmetika oblik:  teorija množic, geometrija in topologija  Oblika je vsota oblik:   1968 – Opis kristalnih struktur  Georges Matheron, Jean Serra  1982 – Sivinska matematična morfologija  1993 – Samoprilagodljivi operatorji  2001 – Morfološki profili  2007 – Spektri vzorcev  2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev  A – množica premikov  B – strukturni element  2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev  Out of the Box Seminar 9
  • 10. Matematična morfologija  Aritmetika oblik:  teorija množic, geometrija in topologija  Sivinske oblike:   1968 – Opis kristalnih struktur  Georges Matheron, Jean Serra  1982 – Sivinska matematična morfologija  1993 – Samoprilagodljivi operatorji  2001 – Morfološki profili  Slika → funkcija  2007 – Spektri vzorcev  Strukturni element operira nad funkcijami:  2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev  minimum  2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev  maksimum Out of the Box Seminar 10
  • 11. Matematična morfologija  Aritmetika oblik:  teorija množic, geometrija in topologija  Strukturni element prilagaja svojo obliko:  1968 – Opis kristalnih struktur  Georges Matheron, Jean Serra  1982 – Sivinska matematična morfologija  1993 – Samoprilagodljivi operatorji  2001 – Morfološki profili  2007 – Spektri vzorcev  Slika postane množica regij z enako intenziteto  2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev  1998: hierarhična predstavitev regij slike  2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev Out of the Box Seminar 11
  • 12. Matematična morfologija  Aritmetika oblik:  Granulometrija:  teorija množic, geometrija in topologija  Postopno zmanjševanje oblik  1968 – Opis kristalnih struktur  Georges Matheron, Jean Serra  Morfološki profil:  Spremljanje sprememb  1982 – Sivinska matematična morfologija  1993 – Samoprilagodljivi operatorji  2001 – Morfološki profili  2007 – Spektri vzorcev  2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev  2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev  Hierarhija vzorcev Out of the Box Seminar 12
  • 13. Zaznavanje dogodkov na površju Zemlje  Aktivnost vulkanov 1547 m3 izbruhane lave  Zemeljski plazovi  Erozija Out of the Box Seminar 13
  • 14. Matematična morfologija  Aritmetika oblik:  teorija množic, geometrija in topologija  Filtriranje oblik:  1968 – Opis kristalnih struktur  Georges Matheron, Jean Serra  Hierarhija regij  1982 – Sivinska matematična morfologija  1993 – Samoprilagodljivi operatorji  2001 – Morfološki profili  2007 – Spektri vzorcev  Atributni filtri  2008 – Razvoj “ultimate” operatorjev  Histogrami oblik:  Štetje vzorcev  2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev Out of the Box Seminar 14
  • 15. Razpoznava dreves  Problem:  Razpoznava posamičnih dreves  Ocenjevane parametrov dreves (velikost krošenj)  Lesna biomasa  Rešitev: spektralna analiza vzorcev Out of the Box Seminar 15
  • 16. Matematična morfologija  Aritmetika oblik:  teorija množic, geometrija in topologija  Iskanje najbolj kontrastnih regij  Filtriranje z vsemi strukturnimi  1968 – Opis kristalnih struktur elementi  Vsemi atributnimi vrednostmi  Georges Matheron, Jean Serra  Iskanje največjega odziv:  1982 – Sivinska matematična morfologija  1993 – Samoprilagodljivi operatorji  2001 – Morfološki profili  2007 – Spektri vzorcev  2008 – Razvoj “ultimate” morfoloških operatorjev  2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev  Razpoznava stavb Out of the Box Seminar 16
  • 17. Izračun solarnega potenciala Letni solarni potencial Out of the Box Seminar 17
  • 18. Izračun solarnega potenciala  97.04% ujemanje glede na dejansko solarno elektrarno. Out of the Box Seminar 18
  • 19. Matematična morfologija  Aritmetika oblik:  teorija množic, geometrija in topologija  Odpravlja pomanjkljivosti  1968 – Opis kristalnih struktur “ultimate” operatorjev  Georges Matheron, Jean Serra  1982 – Sivinska matematična morfologija  1993 – Samoprilagodljivi operatorji  2001 – Morfološki profili  2007 – Spektri vzorcev  2008 – Razvoj “ultimate” morfoloških operatorjev  Nadzor nad največjimi odziv:  enolična idetifikacija  2012 – Profili samoprilagodljivih operatorjev homogenih regij Out of the Box Seminar 19
  • 20. Razpoznava geometrijskih struktur  Kako ločimo vzorce?  Velikost  Oblika  Notranja geometrija vzorca ?  Nizkonivojsko razumevanje struktur Out of the Box Seminar 20
  • 21. Razpoznava geometrijskih struktur (0.910) Out of the Box Seminar 21
  • 22. Razpoznava geometrijskih struktur (0.920) Out of the Box Seminar 22
  • 23. Razpoznava geometrijskih struktur (0.990) Out of the Box Seminar 23
  • 24. Razpoznava geometrijskih struktur  Aplikacije: ◦ Medicinska razpoznava  Tumor: ◦ Karakterizacija objektov: ◦ Morfološki jezik  Povpraševanje slik in oblakov točk Out of the Box Seminar 24
  • 25. Razpoznava geometrijskih struktur  Aplikacije: ◦ Medicinska razpoznava  Tumor: ◦ Karakterizacija objektov: ◦ Morfološki jezik  Povpraševanje slik in oblakov točk Out of the Box Seminar 25
  • 26. Razpoznava geometrijskih struktur  Aplikacije: ◦ Medicinska razpoznava  Tumor: ◦ Karakterizacija objektov: ◦ Morfološki jezik  Povpraševanje slik in oblakov točk Out of the Box Seminar 26

Notes de l'éditeur

  1. Pri izboru točk pa se zanašamo na eno teorijo, ki ji pravimo matematična morfologija. Matematična morfologija je matematično orodje za računanje z oblikami Teorija množic, geometrija in topologija Razvila: Matheron in Sera za opisovanje kristalnih struktur: Osnovna ideja: vsako obliko lahko razgradimo v preprostejše oblike Čopič in premiki čopiča Radirka je minus
  2. Takšna matematična definicija nam omogoča dodajanje in izločanje točk iz množice
  3. Zato lahko enostavno računamo s črno-belimi slikami
  4. Razumevanje sivinskih slik pa je drugačno: Točk ne dodajamo in odstranjujemo Vsaka točka ima višino oz. intenziteto oz. barvo Potrebujemo vsaj 3 koordinate (dejansko sta to 2.5 D, ker na istem xy-mesti ne moremo imeti dveh točk) Teoretično sedaj sliko obravnavamo kot diskretno funkcijo… načeloma pa namesto čopiča sedaj dobimo magnet, s katerim svetlimo in temnimo sliko
  5. Ko uporabljamo tak v naprej določen strukturni element, imamo pogosto probleme z njegovo obliko. Vsak izmed vas je gotovo že kdaj naletel na problem s čopičem v photoshopu… podobno je tudi tukaj, ko se oblika strukturnega elementa ne prilega oblikam na sliki, ki jih želimo izločiti. Leta 1993 so bili predstavljeni samoprilagodljivi strukturni elementni: določimo npr. velikost elementa, ta pa se razlije po sliki kolikor se pač lahko. V ta namen je sedaj slika predstavljena kot množica regij z enako intenziteto. 1998 pa je bila razvita hierarhična predstavitev slike.
  6. Če smo pri samoprilagoljivih operatorjih poitskali rešitve za obdelavo struktur različnih oblik, pa smo se nato skoncentrirali na vzorce različnih velikosti. Rešitev za to smo našli v tako imenovanih morfoloških profilih: Granulometrija – postopno filtriranje slike s povečevanjem strukturnega elementa Profil spremlja spremembe, ki so pri tem nastale na sliki Na ta način lahko ustvarimo hierarhijo vzrocev (kaj je vsebovano znotraj nečesa)