Диссертация (1137226), страница 5
Текст из файла (страница 5)
На этом же этапе производится географическая привязка, тоесть процедура сопоставления каждому пикселю изображения географическихкоординат участка поверхности Земли, которой он соответствует.29Радиометрическая коррекция.Радиометрической коррекцией называется процедура восстановления структуры оптического потока на входе сенсора по данным, зафиксированных на его светочувствительных элементах. Такая коррекция проводится с целью устранить систематическую ошибку из-заразницы в чувствительности элементов сенсора, а также всех особенностей оптической системы. Параметры радиометрической коррекции устанавливаютсяпо итогам предполетных и полетных испытаний, а также наземной и бортовойкалибровки [114]Атмосферная коррекция.Такая обработка необходима, если объектомизучения является поверхность Земли.
В таком случае регистрируемое сенсором излучение зависит от состояния атмосферы, через которую он проходит.Часть проходящего излучения поглощается веществами, составляющими атмосферу, рассеивается [25]. Спектральные свойства поглощения излучения атмосферы представлены на рис. 1.2.Для атмосферной коррекции необходимо сначала узнать параметры атмосферы, что выполняется с использованием соответствующих спектральныхдиапазонов, а затем на основании этих данных — концентрации аэрозолей, облачности, температуры, — провести коррекцию данных в других спектральныхканалах, фиксирующих отраженный от поверхности свет [30], применяются идругие методы.Подавление шумов.Зашумленность изображений — наличие случайных отклонений яркости пикселей от реальных значений яркости или отражающей способности объекта наблюдения, вызываются несовершенством сенсоров, неидеальностью среды распространения электромагнитного излучения,или стохастическим характером взаимодействия излучения со светочувствительными элементами.
Для избавления от шумов и улучшения визуальногокачества изображений применяются различные усредняющие и сглаживающиефильтры. Для усреднения, как правило, используется окно - участок изображения вокруг исходной точки в виде квадрата со стороной+1пикселей [51].30Усреднение:1 ∑︁ ∑︁ (, ) = 2( + , + ) =− =−′(2.2)Медианная фильтрация:1 ∑︁ ∑︁ (, ) = 2( + , + ) =− =−′(2.3)Используются и другие методы подавления шумов [133], как правило, также основанные на локальной фильтрации.Также методы фильтрации используются для повышения резкости изображений, выделения границ.
Помимо локальной фильтрации, применяются такжеметоды фильтрации в частотном пространстве, основанные на преобразованииФурье, и другие методы [54].Преобразование координат.При регистрации прибором на космическом аппарате координаты пикселя в изображении соответствуют его положению вдоль линии полёта аппарата и вдоль линии сканирования прибора.Для установления соответствия между пикселями изображения и участкамиповерхности Земли необходимо преобразование этих координат к географическим (широта и долгота). Для удобства дальнейшей обработки изображенийчасто требуется перевод в проекционные координаты, соответствующие однойиз картографических проекций.
Такие преобразования производятся на этапепредварительной обработки изображений с учётом параметров орбиты космического аппарата, параметров Земли — формы, рельефа, а также параметровтребуемой проекции [126].Устранение артефактов съёмки.В некоторых случаях из-за особенностей конструкции сенсора или его повреждения, а также из-за условий приемаданных со спутника, возникают артефакты — пропущенные пиксели или линии. Для приведения таких изображений к виду, пригодному для дальнейшейтематической обработки производится устранение таких артефактов.
Для это31го используются алгоритмы геометрической коррекции, учитывающие природуискажений [138], а также интерполяционные методы, заменяющие недостающиепиксели изображения с использованием методов линейной, билинейной, кубической или бикубической интерполяции [79].В случае, если пропущены целые строки (столбцы) в изображении, можетприменяться линейная или кубическая интерполяция, использующая одну координату. В случае линейной интерполяции значение интенсивности в точкевыражается через известные значения в точках() = (1 )1и2при1 < 22 − − 1+ (2 )2 − 12 − 1(2.4)Если же пропущенные пиксели со всех сторон окружены известными значениями, могут применяться двумерные методы билинейной 2.5 или бикубическойинтерполяции.−)(2 −)(−1 )(2 −)(, ) = (1 , 1 ) ((22−+(,)21)(−)(1212 −1 )(2 −1 )(2.5)(−1 )(−1 )−)(−1 )+(,).+(1 , 2 ) ((22−22)(−)(1212 −1 )(2 −1 )(2.6)Существуют также искажения регистрируемой картины, не связанные спропуском пикселей, в частности повторное отображение одного объекта накраях изображения — bow-tie effect [126].
Для исправления подобных искаженийиспользуются различные методы, учитывающие их природу [95, 159].Повышение контрастности.Часто уровни яркости, которые принимают пиксели изображения, не занимают полностью диапазон возможных значений0...,при этом пиксели различной, но близкой яркости оказываются слаборазличимы при визуальном анализе изображения. На гистограмме изображения в этом случае в областях малых и больших яркостей расположены нулевые значения, то есть на изображении нет точек с такими значениями. Для32улучшения представления изображения применяются различные методы преобразования (растяжения) гистограммы — линейное растяжение, нормализация,выравнивание гистограммы, чтобы диапазон значений яркости пикселей преобразованного изображения полностью заполнил область допустимых значений[33, 136].2.1.1. Численные методы повышения пространственного разрешенияДанный этап может быть проведен в целях повышения информативностидля последующего дешифрования или другой тематической обработки, а такжеулучшения визуального качества изображения.
Методы повышения разрешенияподразделяются на однокадровые, использующие для синтеза изображения повышенного разрешения только одно исходное изображение, и многокадровые,которые требуют несколько изображений низкого разрешения, или же дополнительных опорных изображений высокого разрешения.Существует множество методов повышения разрешения изображений, многие из которых применяются в дистанционном зондировании Земли.
Эти методы можно подразделить по числу используемых изображений на однокадровые (в том числе линейные [153], нелинейные градиентные [146] и фрактальные[130]) и многокадровые (сверхразрешение [43], паншарпенинг), регуляризующие[61]. Паншарпенинг — повышение разрешения многоспектрального изображения с использованием в качестве опорного панхроматического изображения тойже территории с лучшим разрешением занимает значительное место среди методов повышения разрешения аэрокосмических изображений.
Это связано с тем,что часто на космических аппаратах размещена аппаратура, получающая однои то же изображение в различных узких спектральных диапазонах (мультиспектральное), а также в широком спектральном диапазоне (панхроматическое)с более высоким пространственным разрешением. При этом используются различные методы, позволяющие использовать дополнительную информацию дляулучшения качества — различные трансформации цветового пространства, ад33дитивное и мультипликативное слияние, вейвлет-преобразование, спектральнаяфильтрация и другие [34].2.2. Статистические методы оценки качества обработкиизображенияРазличные методы предварительной обработки изменяют изображение,приближая его, предположительно, к наиболее точному соответствию исходным данным.
Разработанные методы повышения качества изображений требуют оценки качества работы, чтобы можно было вынести заключение о целесообразности их использования.Для того, чтобы было возможно оценить качество обработки, необходимоиметь эталон — изображение, которое должно быть получено в идеале. Дляэтого используется следующая процедура. В качественное изображение, соответствующее требуемому результату обработки, вносятся изменения, аналогичные тем, которые должна исправлять обработка — геометрические искажения,пропущенные точки или линии, или же понижается разрешение.
Искаженноеизображение называется исходным, и оно является входными данными для исследуемого метода обработки изображений. Выходные данные — изображение,улучшенное с использованием исследуемого метода, необходимо сравнить с эталоном. Метод обработки можно считать тем лучше, чем ближе результат егоработы к эталону. Для оценки близости изображений существует множествометрик, некоторые из которых рассмотрены ниже.Среднеквадратичная ошибка определяет изменение яркости пикселей поформуле [156]: (1 , 2 ) =⎯⎸ ⎸ ∑︀ ∑︀⎸( (, ) − 2 (, ))2⎷ =1 =1 1).(2.7)34При измерении на однородной области изображения, среднеквадратичная ошибка позволяет достаточно хорошо оценить спектральное качество изображения.Среднеквадратичная ошибка должна быть близка к нулю.Индекс структурного сходства характерен тем, что учитывает «восприятие ошибки», благодаря учёту структурного изменения информации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
