ピクセルは点と同じくらい良いのか？グローバルマッパーのラスター処理機能を探る
2021 年 5 月 18 日一部のGIS実務者の間では、ラスターデータは単純なデータであり、GISの真の作業（彼らの見解では、ベクターデータの領域に属する）のための視覚的な参照を提供するという唯一の目的を果たすものだという考え方がある。ベクターデータはデータの作成、編集、視覚化、分析においてより柔軟性があり、よりインタラクティブなマッピング体験を提供するという主張はできるかもしれないが、ピクセルにもポイントと同じくらいの知能が潜在的に備わっている可能性がある。
ラスターデータとは何ですか？
Wikipediaによると、「ラスター」という用語は、ラテン語の「rastrum」（熊手）に由来し、当初は陰極線管に平行線を投影（または掻き出す）してデジタル画像をレンダリングするプロセスに適用された。その流れで、最終的にこの用語は、結果として得られる画素の配列、すなわちピクセルと呼ばれるものにも適用されるようになった。
ラスタレイヤーの各ピクセルには、定量化された、または測定された数値が格納されます。航空写真などの従来のラスタベースマップの場合、この値は特定の単一の色を表します。しかし、ピクセル値が表すことができるデータの種類に制限はありません。たとえば、ラスタ密度レイヤーやヒートマップは、ピクセルによって定義された領域の集計点密度を含むピクセルで構成されます。この種のデータ格納方法の一般的な用途は標高データであり、ラスタベースの地形解析に無数の可能性を提供します。ラスタ画像データの編集に使用されるツールの一部は、ラスタ形式の地形データにも適用できますが、地形の処理については今後の記事でより詳しく説明します。
ラスタデータを扱う際には、各ピクセルのサイズを考慮することが重要です。ピクセルサイズは地表単位で測定され、レイヤーのメタデータに記載されており、データの解像度を反映しています。ピクセルが小さいほど詳細な情報が得られますが、ファイルサイズが大きくなり、処理速度が低下します。一方、ピクセルが大きいほど粒状のテクスチャが表示され、小規模で広範囲な用途に適しています。いずれの場合も、ピクセル値は特定の点を表すものではなく、各ピクセルが表す領域全体に適用されます。
高解像度（ピクセルサイズ20cm）画像と、同じエリアの低解像度（ピクセルサイズ5メートル）画像を比較した画像。
Global Mapperは、ラスターデータの作成、編集、視覚化、分析のための幅広いツールを提供しており、これらの機能を説明するために、いくつかの主要な機能を紹介します。
ラスターデータのインポート
Global Mapperのオンラインデータストリーミングサービスは、数十種類のラスターファイル形式をサポートするだけでなく、多種多様な無料ラスターデータへの便利なアクセスも提供しており、そのほとんどはオフラインで使用するためにローカルに保存できます。必要な地理参照情報が欠落している画像やその他のラスターファイルを扱う場合、強力な画像補正ツールを使用することで、画像内の認識可能なポイントに座標を割り当てることができます。これは、既存のマップレイヤーで対応する場所に同時にタグ付けするか、座標値を手動で入力することで実現できます。最終的に、このプロセスによって、他のラスターデータと同様に分析および処理できる、地理参照されたラスターレイヤーが生成されます。
画像補正処理の一環として、ボストンの歴史的地図に制御点が追加された。
ラスタデータの視覚特性の調整
選択したラスターレイヤーの「ラスターオプション」ダイアログボックスには、表示を調整するために使用できる多数の設定が含まれています。オプションには、選択した色または画像全体への透明度の設定、コントラスト、カラーグレード、色の強度などがあります。
ラスタオプションダイアログボックスには、重なり合う画像レイヤー間の遷移を滑らかにする簡単なツールも用意されています。これにより、世代や解像度の異なる画像間に明確な境界線ができてしまう場合によく発生する問題を効果的に解決できます。
フェザリング処理前後の低解像度画像から高解像度画像への移行
ほとんどの場合、ラスターデータは不透明であるため、2つのラスターレイヤーが重なり合う場合、一度に表示できるのは1つだけです。Global Mapperのラスターブレンド機能は、下のレイヤーの特定の特性を上のレイヤーに適用することで、2つのレイヤーを結合します。乗算、ハードライト、スクリーンなど、いくつかのオプションによって、重なり合うピクセルの相互作用を制御できます。
Global Mapperの最も強力な画像編集ツールの1つに、パンシャープニングがあります。この処理では、比較的低解像度のマルチスペクトルレイヤーと高解像度のパンクロマチック画像を組み合わせることで、高解像度のカラー画像を作成します。
左側の高解像度パンクロマチック画像を用いてカラー画像をシャープ化し、右側のパンシャープニング画像を作成する。
ラスタレイヤーの切り抜き、タイル貼り、モザイク作成
Global Mapperには、ラスターレイヤーの地理的範囲を変更するためのツールが多数用意されています。切り抜きツールは、選択したベクターポリゴンまたは領域の境界座標に基づいて、対象領域の範囲を定義するために使用されます。切り抜かれた領域の外側のピクセルは透明にレンダリングされ、分析やエクスポートの手順では考慮されません。
選択したポリゴンを使用して、地形図の一部を切り取ります。
タイリング機能を使用すると、エクスポート処理中に大きなラスターレイヤーをより扱いやすい複数のファイルに分割できます。タイルの範囲とサイズは、データのエクスポート時に設定された設定に基づいて自動的に適用することも、選択したベクターポリゴンの配列に基づいて手動で定義することもできます。
Global Mapperにおけるラスターレイヤーのモザイク処理は、特別な操作を必要としません。自動的に実行されます。画像解析時や複数の画像レイヤーをエクスポートする際に、それらは自動的に1つのレイヤーに統合されます。
ラスター主題図
データの性質によっては、ラスターレイヤーを主題図作成の基盤として使用し、各ピクセルカラー値が表す特性を凡例で説明することができます。このプロセスは、必要なパレット画像にインデックス付きの色が限られた数含まれており、それぞれに事前に設定された説明が付随しているという事実に基づいています。これは、ベクターベースの主題図作成に代わる方法です。
凡例付きのラスター形式の土地被覆データ。
ラスタ計算
この記事の冒頭で述べたように、ラスターレイヤーの各ピクセルには数値が含まれています。この数値は、重なり合うレイヤーの対応する値、または同じレイヤー内の別のバンドの値と比較することで、数学的な計算に使用できます。Global Mapperのラスター計算機能には、正規化植生指数（NDVI）など、あらかじめフォーマットされた多数の数式が含まれています。NDVIは、近赤外線バンドと赤色バンドを使用して新しいラスターレイヤーを作成し、そのレイヤー内の各ピクセルには、植生の緑度または光合成活動の度合いを表す計算値が含まれます。ラスター計算機は、任意のラスターレイヤー内のピクセルごとの固有の値に基づいて、カスタム数式を作成するためにも使用できます。
左側の赤色帯域と中央の近赤外線帯域は、右側のNDVIグリッドを計算するために使用されます。
ラスタ再分類
Global Mapperのラスター再分類ツールは、ユーザーが定義したルールに基づいて、ラスターレイヤーのピクセルごとの値を更新する機能を持っています。この強力なツールは、パレットインデックスの統合、数値範囲のグループ化、パレット内の特定の色の変更など、さまざまな用途に活用できます。例えば、土地被覆レイヤーで固有のインデックス値で表される異なる種類の植生を、単一のインデックス値に再分類することで、植生分布をより簡潔に把握できます。
左側の国土被覆データ（NLCD）を、右側の6つの土地被覆クラスに再分類したもの。
等しい値からエリアフィーチャを作成する
Global Mapperのラスター処理ツールの中でもあまり知られていないものの、最も便利なツールの1つと言えるのが「等値からエリアフィーチャを作成」ツールです。このツールはレイヤーメニューからアクセスでき、定義された色範囲に一致するピクセルの集合からポリゴンを生成し、ラスターデータをベクトル化するために使用されます。このツールの可能性は事実上無限大です。ラスター地形図からベクトル輪郭を抽出したり、航空写真から建物の輪郭を抽出したり、特定の植生タイプを持つエリアや水域を抽出したり、その他さまざまな用途に利用できます。
左側のラスター形式の土地被覆データから抽出された、右側の森林地帯を表すベクターポリゴン。
ラスターエクスポート
Global Mapperのラスター処理機能に関するこの駆け足ツアーは、ラスターデータをソフトウェアに読み込む方法についての説明から始まりましたが、最後には、無数のエクスポートオプションについて説明します。多くのラスター処理ワークフローは、新しいファイルまたは複数のファイルの作成で完了します。エクスポート可能な数十種類のラスターファイル形式それぞれについて、Global Mapperで生成されたファイルが宛先ソフトウェアで期待どおりに動作するようにするための、多数の設定とパラメータが用意されています。ピクセルサイズまたは解像度、地理的範囲、タイルの数とサイズ、バンド設定、画像リサンプリングの度合いなどを定義するオプションがあります。
ラスタワークフローが定型的で、事前に定義され、繰り返し実行される場合、Global Mapperのバッチ変換/再投影機能またはスクリプト機能は、個々のファイルを手動でインポート、処理、エクスポートする代わりに有効な代替手段となる可能性があります。これらのツールを使用することでワークフローを自動化し、効率と生産性を向上させることができます。
それでは早速本題に入りましょう。ラスターデータの分析的価値はしばしば過小評価されがちですが、これまで見てきたように、Global Mapperには、単にベースマップとして読み込むだけでなく、ラスターレイヤーに内在するインテリジェンスを活用するためのツールが数多く用意されています。
Global Mapperを初めてご利用になる方で、このソフトウェアの機能やその他の特徴を試してみたい場合は、無料の評価版をダウンロードできます。ご質問がありましたら、お気軽にお問い合わせください。
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