Диссертация (1137226), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Низким называют разрешение, при которомразмер области составляет от 200-300 метров, при среднем — от 30-50 до 200-300,при высоком — 1-40 метров [17], и сверхвысоком — менее метра.Пространственное разрешение изображений ограничивается массогабарит­ными требованиями к сенсорам, устанавливаемым на КА, мощностью каналовпередачи информации, атмосферными искажениями, и прочими техническимисложностями. Дальнейшая миниатюризация съемочной аппаратуры затрудне­на достижением дифракционного предела — физический размер светочувстви­тельного элемента должен быть не меньше длины волны электромагнитногоизлучения, которое он регистрирует. Кроме того, при уменьшении размера све­точувствительного элемента уменьшается и количество фотонов, попадающихна него за период регистрации, что увеличивает шумы — случайные статисти­ческие ошибки.

При этом величина пространственного разрешения важна дляразличения на изображении определенных объектов, а также точности опреде­ления их границ и площадей [1]. Поэтому важным этапом предварительно об­работки может быть повышение разрешения изображений. Подробнее об этой22задаче и применяемых для ее решения методах описано в п.2.3.Спектральное разрешение характеризуется количеством и шириной спек­тральных каналов, фиксируемых аппаратурой. Если такой канал один, изобра­жение может называться монохроматическим, если канал узкий, или же пан­хроматическим, если канал включает в себя широкий спектр длин волн.

Какправило, панхроматические изображения регистрируют излучение с длинамиволн 300-600 нм, покрывающими видимый свет.Изображения, содержащие несколько отдельных спектральных каналов,называются мультиспектральными, они могут содержать от трёх (как правило,RGB — видимый свет в составе трех каналов в красном R, зеленом G и синемB диапазонах) до нескольких десятков каналов [137]. При большом количествеканалов изображение называется гиперспектральным, как правило, если спек­тральные каналы непрерывно покрывают область в пространстве длин волн, вотличие от мультиспектрального, где узкие спектральные каналы обычно отде­лены друг от друга и не пересекаются.

В целом спектральные каналы различнойаппаратуры ДЗЗ покрывают широкий диапазон длин волн от ультрафиолета(200 нм) до теплового инфракрасного (10-15 мкм), а также радиоволн (до 1м). Типичная ширина канала мультиспектрального изображения — 10-100 нм.Более подробно характеристики электромагнитного излучения с различнымидлинами волн описаны в таблице 1.1.Временное разрешение характеризуется частотой повторения съёмки од­ного и того же участка земной поверхности. Как правило, при более высокомпространственном разрешении временное разрешение ниже. Большинство спут­никовых изображений никого и среднего пространственного разрешения полу­чены сканированием в надир, когда аппаратура снимает в направлении норма­ли к поверхности земли и регистрируется изображение полосы земной поверх­ности, симметрично ориентированной вдоль трека.

Для изображений низкогоразрешения частота съемки может достигать нескольких раз в сутки, для сред­него — около одного раза в 10 суток. При высоком разрешении производится,23как правило, не сканирующая съёмка в надир, а целевая съёмка требуемой тер­ритории. Таким образом, с одной стороны, возможно достаточно частая съемкаопределенной территории, на уровне среднего и низкого пространственного раз­решения, однако невозможно получение одинаково частого повторения для всейтерритории земли, как при сканировании в надир.

Временное разрешение важ­но для изучения временных рядов изображений и отслеживании изменений, атакже при регулярном оперативном мониторинге для получения актуальнойинформации [110].Радиометрическое разрешение — разница между уровнями сигнала, кото­рую различает аппаратура. Связанным с ней параметром является динамиче­ский диапазон — количество уровней сигнала, которое различает сенсор. Чемвыше радиометрическое разрешение, тем больше информации может содержатьизображение одной и той же территории за счет различение уровней сигнала,которые при более низком разрешении считаются тождественными.

Как пра­вило, радиометрическое разрешение лежит в диапазоне28 − 216 ,и выражаетсяколичеством бит на пиксель [114].1.2.3. Геопривязка космических изображенийКосмические изображения требуют привязки к географической или какой­либо другой системе координат на поверхности Земли, для чего в комплекте срастровыми данными поставляются данные геопривязки. Распространены ва­рианты попиксельной и проекционной геопривязки. Попиксельная геопривязкаподразумевает, что для каждого пикселя изображения записаны его географи­ческие координаты (широта и долгота).

Этот вариант занимает значительныйобъём памяти, однако необходим в отдельных случаях, когда расположение пик­селей на земной поверхности не позволяет в явном виде вычислять их координа­ты из неполных данных[160]. Такой формат, в частности, используется в данныхнизкого уровня обработки, в которых строка изображения соответствует линииразвертки сканера. Проекционная геопривязка связана с понятием картогра­24фической проекции — отображения поверхности Земли на плоскость. В такомпредставлении требуется хранить только параметры проекции и координатынебольшого количества опорных точек, в то время как координаты остальныхмогут быть вычислены по данным параметрам. Представление данных дистан­ционного зондирования в проекционном виде требует предварительной обработ­ки — проецирования, однако позволяет значительно сократить объем хранимыхгеоданных, поэтому используется для большинства данных, прошедших пред­варительную обработку [134].1.3.

Данные, получаемые с помощью аэрофотосъемкиДля аэрофотосъемки используется широкий спектр аппаратуры, регистри­рующей данные в различных спектральных диапазонах, от панхроматическогодо гиперспектральной съемки [49]. Обработка представленных в цифровом видеданных аэрофотосъемки представляет собой единую задачу с обработкой косми­ческих изображений с некоторыми особенностями [16]. Сравнение космическихизображений высокого разрешения и аэрофотосъемки приведено в таблице 1.3.Таблица 1.3 – Сравнительная характеристика аэрофотосъёмки и космических изображенийХарактеристикаРегулярностьТип развёрткиПространственноеразрешениеПредварительнаяобработкаСрок съёмки на за­казПлощадь съёмкиАэрофотосъёмкаЦелевая съёмкаПокадровая2-50 см [32]Космические изображенияРегулярная съёмкаСканирующаяот 0,5 мВыравнивание, склейка кадров Атмосферная коррекция, про­[68]ецированиеот 1 дня7-60 днейдо 4000 кв.

км. в час [32]от 350 тыс. кв. км. в сутки [23]Таким образом, аэрофотосъёмка находит применение там, где необходи­мо высокое разрешение, особенно при сжатых сроках, при этом не требуютсяданные о больших площадях. Это, как правило, задачи локальной картогра­фии, геодезии, мониторинг землепользования и лесопользования, обнаружениемелких объектов [69].251.4. Векторная модель представления данныхДля данных дистанционного зондирования также имеет важное значениевекторная модель представления — трактовка данных как набора отдельныхобъектов и запись геометрических параметров объектов в виде набора коорди­нат, с хранением дополнительных данных для каждого объекта. В геоинформа­ционных системах и прочих приложениях, использующих векторную информа­цию о Земле и данных дистанционного зондирования, векторная информацияпредставлена следующими типами объектов:∙точка — пара координат;∙линия — ломаная, незамкнутый набор точек;∙контур— замкнутый набор точек;∙полилиния — объект, состоящий из нескольких линий;∙полигон — объект, содержащий несколько контуров, причём возможнопредставление неодносвязных множеств за счёт вычитания одного кон­тура из другого.Для каждой точки, в том числе входящей в состав линии или полигона,записываются её географические координаты.

Точками представляются, какправило, точечные или небольшого размера объекты, линиями/полилиниями —протяжённые объекты, полигонами — площадные. При этом для каждого объ­екта могут храниться дополнительные данны — информация о типе, названии,физических параметрах объекта.Векторные данные хранятся в файлах формата шейпфайл [90], и некото­рых других (evf, kml и др.)[132].Принципиально векторная модель допускает описание математическимиуравнениями и более сложных объектов — кривых и порождённых ими пло­26щадных объектов, однако это, как правило, не применяется в работе с даннымидистанционного зондирования.Векторная модель данных может также содержать топологическую инфор­мацию о взаимном расположении объектов: парные атрибуты вида «пересека­ет», «содержит» и др.Модель представления данных в векторной форме имеет следующие до­стоинства: она менее требовательна к памяти для хранения данных, хранитнепосредственно данные об интересующих объектах, а не полную сетку ярко­стей, гораздо легче анализ и обработка объектов за счёт наличия атрибутивнойинформации и объектной модели представления данных [7, 59].Однако, учитывая, что непосредственно со съёмочной аппаратуры данныеприходят в растровом виде, представляя собой геопривязанные отсчёты сенсо­ра, представление данных в векторной модели требует перевода (векторизации,дешифрования).

Кроме того, при переводе данных в векторную модель пред­ставления, неизбежно теряется часть информации.27Глава 2Численные методы предварительной обработкиданных дистанционного зондированияДанные, получаемые непосредственно с космических аппаратов, зачастуюнедостаточно информативны, подвержены шумам, искажениям, и представля­ют не те физические величины, которые необходимы для изучения. Однакомногие из проблем космических изображений описаны физическими моделямиили эмпирическими закономерностями, что позволяет проводить предваритель­ную обработку, чтобы в дальнейшем позволить более эффективно использоватьметоды тематической обработки для получения актуальной научной информа­ции.2.1. Общая характеристика методов предварительнойобработкиК предварительно обработке относятся [33]:∙Геометрическая коррекция спутниковых изображений;∙Радиометрическая коррекция;∙Радиационная (атмосферная) коррекция влияния атмосферы;∙Подавление шумов и фильтрация[51];∙Перевод изображения в географическую проекцию [164];∙Преобразование координат [126];∙Устранение артефактов съемки;28∙Контрастирование;∙Повышение пространственного разрешения;∙Прочие методы обработки данных, направленные на повышение их каче­ства или упрощение дальнейшей обработки.Геометрическая коррекция.На данном этапе изображение трансфор­мируется с учетом формы и рельефа Земли, а также параметров орбиты кос­мического аппарата.Форма Земли сложна для математического представления, поэтому ис­пользуются различные её приближения для расчетов и преобразований поверх­ности.

Геоид — фигура, заданная полем силы тяжести Земли, поверхность, вкаждой точке перпендикулярная полю земной гравитации, и совпадающая сосредним уровнем поверхности спокойной воды в морях и океанах. Данное при­ближение не учитывает рельеф поверхности, но все равно слишком сложнодля использования в преобразовании и проецировании изображений. Прибли­жением геоида, используемым для этого, является земной эллипсоид, то естьэллипсоид вращения, ось вращения которого совпадает с осью вращения Зем­ли, сплюснутый с полюсов. Эллипсоид характеризуется двумя параметрами —длинами малой (полярной) и большой (экваториальной) полуосей, которые обо­значаютсяисоответственно. Выбор параметров должен соответствоватькритерию минимизации среднего квадратичного отклонения от геоида:Z2 Zℎ2 (, ) → ,(2.1)− 2 −гдеℎ(, ) — отклонения эллипсоида от геоида в точке со сферическими коорди­натами(, )[48].

Характеристики

Список файлов диссертации