Диссертация (Автоматическая сшивка радиолокационных изображений земной поверхности при неизвестных элементах внешнего ориентирования), страница 4

Данные РСА работают на частоте9,6 ГГц впрожекторном, маршрутном и широкозахватном режимах спространственным разрешением 1, 3 и 15 метров и полосой съемки 15, 30 и100 км соответственно. В настоящим момент данные РСА задействованы вбистатическом режиме, при этом орбита «TerraSAR-X» стабильна, а «TanDEM-X20поддерживает движение на удалении 300-600 метров от него. Основной задачейтандема РСА является создание трехмерной модели поверхности Земли сиспользованием интерферометрической съемки. В скором времени планируетсязапуск третьей копии РСА «TerraSAR-X» под обозначением «Paz SAR-X», котораябудет работать в интересах Испанского агентства CDTI.Среди зарубежных космических РСА C- и S-диапазонов [15] следуетотметить коммерческие РСА «Radarsat-2» (Канада), «ASAR» (Европейскоекосмическое агентство), «RISAT-1» (Индия) и «HJ 1C» (Китай).

Характеристикиданных РСА представлены в таблице 1.6.Таблица 1.6 – Характеристики зарубежных космических РСА C- и S-диапазоновРСАНесущая частота, МГцПолоса обзора, кмRadarsat-2ASARRISAT-1HJ-1C5405533153503200150-500400-500400-20, 25, 701003040--10-100-500405120, 240100-5--3, 11, 28283, 125--~1-25-100150, 98025, 5020-30--Полоса съемки, кммаршрутныйпрожекторныйширокозахватныйсъемки морских волнРазрешение, ммаршрутныйпрожекторныйширокозахватныйсъемки морских волнКосмические РСА L-диапазона значительно меньше распространены.Новейшие китайские разведывательные РСА серии «Yaogan», работающие вданном диапазоне, могут обеспечивать разрешение до 1,5 м.21РСА «TerraSAR-L» (Германия) работает на частоте 1268 МГц и имеетследующие режимы съемки:– маршрутный (разрешение 5 и 9 м при полосе съемки 40 и 60 кмсоответственно);– широкозахватный (разрешение 50 м при полосе съемки 180 или 260 км).Космический РСА «PALSAR-2» (Япония), работающий на частоте 1,2 ГГц,позволяет в прожекторном режиме получать разрешение около 1 метра приразмере одного кадра 25 x 25 км.

При работе в маршрутном и широкозахватномрежимах обеспечивается разрешение 3-10 и 100 м при полосе съемки 50-70 и350 км соответственно.Процесс обработки данных радиолокационного мониторинга земнойповерхности подразделяется на два этапа.К первому этапу – первичной обработке данных – относятся:1) обработка первичных радиолокационных сигналов с формированием РЛИместности, в том числе операции сжатия по наклонной и путевойдальностям, компенсация флуктуаций фаз сигналов с помощью методовмикронавигации или алгоритмов автофокусировки [19], подавление шумови других искажающих факторов;2) дешифрирование РЛИ, включающее в себя обнаружение и классификациюобъектов на изображении;3) радарграмметрическаяобработкаРЛИ,позволяющаяопределитькоординаты и размеры объектов на РЛИ, а так же провести коррекциюгеометрическихискаженийизображения(рисунок1.2)иегогеографическую привязку к местности;4) обработка РЛИ с целью сокращения избыточности для передачи порадиоканалу или более компактного хранения в ПЗУ.22а)б)Рисунок 1.2 – РЛИ земной поверхности с проективными искажениями до (а) ипосле (б) радарграмметрической обработкиКо вторичной обработке данных радиолокационного мониторинга относятсяанализ результатов первичной обработки данных путем сопоставления срезультатами предыдущих полетов радиолокационного или других средствмониторинга (оптико-электронных, радиотехнических, аэрофотографических ипрочих) и уточнение географической привязки РЛИ земной поверхности пообнаруженным и распознанным ориентирам.

Результаты вторичной обработкиданныхобеспечиваютповышениеполноты,точностиидостоверностиполучаемой информации [2]Из всех перечисленных этапов обработки полной автоматизации меньшевсего поддаются процессы дешифрирования и вторичной обработки данных.Данные этапы обработки относятся к наиболее интеллектуальному и трудноформализуемому виду деятельности человека. В этой связи в целях повышенияоперативностииэффективностиобработкиданныхрадиолокационногомониторинга для оператора должны формироваться изображения, отвечающие егосубъективным требованиям к их качеству, иначе говоря, наиболее удобные дляанализа.23Высокая информативность современных РСА, обеспечиваемая повышеннойдетальностью формируемых РЛИ, а также применением многочастотных РСА споляризационнойобработкойданных,способствуетувеличениюобъемаполучаемой радиолокационной информации, что, в свою очередь, усложняетпроцедуры дешифрирования и вторичной обработки данных радиолокационногомониторинга.

В этом случае для удобства анализа данных операторомцелесообразно формирование единой многослойной радиолокационной картыпутем совмещения имеющихся РЛИ земной поверхности.Географическая привязка РЛИ в современных РСА проводится в основномдвумя способами:1) сиспользованиемтелеметрииносителяРСА(элементоввнешнегоориентирования);2) по обнаруженным и распознанным опорным объектам (точечным илипротяженным ориентирам или эталонам цифровой карты местности),координаты которых известны.Первый способ географической привязки полностью автоматический,однако может давать погрешность до нескольких сот метров или даже несколькихкилометров [2].Второй способ географической привязки обладает большей точностью,выполняется как с участием оператора, так и автоматически (за исключениемначального формирования набора опорных объектов для заданного районамониторинга, который проводится с участием оператора) [20].

К недостаткамданного способа можно отнести возможную недоступность цифровой картыместности на заданный район мониторинга или недостаточное количествонайденных опорных объектов на одиночном РЛИ. В крайнем случае эффективнеепроводитьгеографическуюпривязкуединойрадиолокационнойкарты,составленной из одиночных РЛИ земной поверхности.Приведенный обзор систем радиолокационного мониторинга показал, чтосовременныеРСАземлеобзоракакавиационного,такикосмического24базирований позволяют получать РЛИ земной поверхности в широком спектредиапазонов длин волн с различной степенью детализации и проникающейспособностью сигналов в зависимости от поставленных задач мониторинга.Кроме того, стоит подчеркнуть, что полностью исключить оператора из обработкиданных радиолокационного мониторинга земной поверхности в настоящее времяи в ближайшей перспективе не удастся.

Тем не менее, для повышенияоперативности получения информации на основе РЛИ целесообразно сводить егоучастие к минимуму.1.2 Обзор программных комплексов и алгоритмов сшивки изображенийАмплитудноеРЛИпредставляетсобойполутоновоеизображениеразрядностью 8 или 16 бит, по форматам хранения ничем не отличающееся отлюбого другого изображения. В этой связи для более полного анализа необходимов том числе рассмотреть программные комплексы и алгоритмы сшивкинерадиолокационных изображений.Задачи сшивки или совмещения различных одиночных изображенийактуальнывразличныхобластяхчеловеческойдеятельности:медицина,компьютерное зрение, фотография, дистанционное зондирование земли и другие[21, 22].

Процесс сшивки изображений состоит из следующих этапов: ориентацииизображений друг относительно друга и их последующего наложения [23].Цель этапа ориентации (корегистрации) изображений заключается вприведении всех изображений в единую систему координат (СК). В ряде случаев,в СК одного из исходных изображений, которое называется базовым (опорным,эталонным). Различные алгоритмы ориентации изображений специфичны изависят от способа формирования изображений.Алгоритмы наложения преобразованных на этапе ориентации изображенийдруг на друга большей частью универсальны – не зависят от типа и способаформирования изображений.

Алгоритмы наложения различаются по способам25сглаживания видимых границ на стыке изображений, а так же по форматухранения результатов наложения: единое изображение или множество отдельныхпреобразованных изображений с информацией об их ориентации.Программные комплексы и алгоритмы создания панорам из отдельныхфотографий, такие как Hugin [24], [25], [26] и многие другие, не используютпараметры внешнего ориентирования, проводя корегистрацию по опорным точкам,автоматически найденным в областях перекрытия изображений.

Однако в процессерасчетов подразумевается, что все изображения сформированы из одной точкиобзора, но при разных направлениях линии визирования. Такая модельформирования изображений не позволяет использовать данные методы для сшивкиРЛИ земной поверхности. Алгоритмы создания панорам, предполагающиедвижение точки обзора, такие как [27] и [28], дают визуально приемлемыйрезультат, однако допускают на результирующем изображении неоднородностимасштаба, приводящие к искажений дешифровочных признаков, поэтому также неприменимы в нашем случае.Сшивка аэрофотографий с получением фотосхем и ортофотопланов являетсяодной из актуальных задач совмещения изображений.

Среди программныхкомплексов, решающих данную задачу, стоит отметить Photomod (PhotomodGeoMosaic, Photomod UAS), разработанный компанией ЗАО «Ракурс» [29], иPhotoscan компании ООО «Агисофт [30]. Для корректной работы помимо самихизображений данным программным продуктам требуются координаты центровпроекций изображений или элементы внешнего ориентирования носителяфотоаппарата.Врамкахэтапаориентацииизображенийподдерживаетсявозможность как ручного, так и автоматического нахождения опорных точек,позволяющих проводить уточнение корегистрации. К недостаткам данныхпрограммных продуктов стоит отнести низкую стабильность автоматическойсшивки аэрофотографий, полученных в зимний период (содержащих помимоснежных однотонных областей некоторое количество контрастных объектов), атакже огромное потребление ресурсов ЭВМ в случае Photoscan.26К сожалению, в силу особенностей формирования и прочих отличий РЛИ отфотографий применение в радиолокации программных комплексов и алгоритмовсшивки аэрофотографий не дает стабильного и качественного результата.В радиолокации и радионавигации сшивка или сопоставление РЛИ земнойповерхности как с другими РЛИ, так и с изображениями, полученными инымиспособами, также является актуальной задачей [5].Совмещение РЛИ земной поверхности с оптическими изображениями(например, аэрофотографиями) позволяет повысить вероятность обнаружения икачество распознавания объектов [31, 32].ЗадачасовмещенияРЛИземнойповерхностисгеографическипривязанными эталонными изображениями, хранящимися на борту ЛА, решаетсяв кореляционно-экстремальных навигационных системах (КЭНС), позволяющихпроводить уточнение местоположения и навигацию ЛА.