Принципы и процессы обработки спутниковых изображений дистанционного зондирования

Что такое обработка изображений дистанционного зондирования?

Изображения, полученные с помощью дистанционного зондирования, содержат огромное количество информации, которую можно эффективно анализировать и извлекать только после оцифровки (дискретизация и квантование системой обработки изображений, а также цифровое хранение). Дальнейшая обработка данных изображения, такая как коррекция координат графического выравнивания и улучшение контуров объектов, может значительно повысить точность обработки изображений и эффективность извлечения информации. Этот процесс можно назвать «цифровой обработкой изображений дистанционного зондирования».

Обработка изображений дистанционного зондирования, являясь фундаментальным и важным компонентом процесса «наблюдения за Землей», занимает важнейшее место в цепочке поставок спутниковых приложений, выступая в качестве моста между секторами, расположенными выше и ниже по цепочке. Она обеспечивает связь с наземными средствами спутниковой связи на начальном этапе и предоставляет «готовые» данные или инструменты для конкретных бизнес-приложений в таких отраслях, как сельское хозяйство, лесное хозяйство, метеорология и добыча природных ресурсов, на заключительном этапе.

Рабочий процесс обработки изображений дистанционного зондирования

Хранение и управление данными

Крупномасштабная система агрегации, управления, хранения и распространения данных дистанционного зондирования

Исходные данные, полученные наземной станцией, обрабатываются с помощью фототехнологий, преобразуются и оцифровываются в позитивную пленку или магнитную ленту, совместимую с компьютером. Полученные фотографии затем объединяются в альбомы и каталогизируются, чтобы пользователи могли выбрать из них подходящие.

Предварительная обработка изображений

Оборудование для обработки изображений используется для выполнения геометрической и радиометрической коррекции систематических ошибок в изображениях дистанционного зондирования, таких как ошибки геометрической формы и положения, а также ошибки, связанные с радиометрической интенсивностью изображения.

Принципиальная схема геометрической коррекции

Геометрическая коррекция

При дистанционной съемке, из-за совокупного воздействия таких факторов, как деформация фотоматериалов, искажение линз, атмосферная рефракция, кривизна Земли, вращение Земли и топографический рельеф, геометрическое положение, форма, размер, габариты, ориентация и другие характеристики объектов на местности на исходном изображении часто не соответствуют характеристикам соответствующих объектов. Это несоответствие называется геометрической деформацией, также известной как геометрическое искажение.

Для устранения причин геометрических искажений выполняется геометрическая коррекция. Перед передачей данных пользователям наземная приемная станция использует традиционные методы обработки и одновременно получает информацию об ориентации в пространстве, показателях работы датчиков, атмосферных условиях и угле высот Солнца с изображений для коррекции и устранения этих геометрических искажений с помощью ряда математических моделей, обеспечивая точное позиционирование.

До геометрической коррекции - После геометрической коррекции

Коррекция радиации

Речь идёт о коррекции систематических и случайных искажений или аберраций излучения, вызванных внешними факторами в системах сбора и передачи данных, а также о процессе устранения или коррекции искажений изображения, вызванных ошибками излучения.

Радиометрическая коррекция — это процесс устранения различных искажений в данных изображения, связанных с излучением. Станция обработки получает необработанные данные от приемной станции, считывает их в систему обработки изображений и сначала разлагает данные на отдельные файлы: необработанные данные дистанционного зондирования и вспомогательные данные телеметрии. Затем, на основе модели коррекции радиометрических ошибок изображения дистанционного зондирования, выведенной из уравнения переноса излучения, и при поддержке аппаратного и программного обеспечения системы обработки изображений, выполняется радиометрическая коррекция системы.

Вкратце, это включает в себя удаление сенсорного или атмосферного «шума» для более точного отображения состояния поверхности земли и повышения «качества» изображения, главным образом за счет восстановления недостающих данных, удаления дымки или подготовки к созданию мозаики и мониторингу изменений.

До и после коррекции лучевой терапии

Улучшение изображения

Гистограмма до и после растяжения

Для повышения читаемости информации о наземных особенностях, содержащейся на изображениях дистанционного зондирования, и выделения интересующих объектов требуется обработка изображений для улучшения их качества. В основном это включает такие этапы, как повышение контрастности изображения, цветовое композитирование, преобразование гистограммы, сегментация плотности, инверсия оттенков серого, межкадровые операции, слияние изображений, обрезка изображений, сшивание изображений и мозаичное изображение с цветовой балансировкой.

Извлечение информации

Характеристики объектов на изображениях дистанционного зондирования отражают различия в электромагнитном излучении этих объектов на изображении. Процесс идентификации типа, свойств, пространственного положения, формы, размера и других атрибутов объектов на основе характеристик изображения дистанционного зондирования называется извлечением информации из дистанционного зондирования.

В настоящее время методы извлечения информации включают визуальную интерпретацию и компьютерную классификацию. Среди них визуальная интерпретация является наиболее распространенным методом.

• Визуальная интерпретация

Также известная как ручная интерпретация, она включает в себя ручную интерпретацию изображений дистанционного зондирования, нанесение на изображения границ целевых объектов и извлечение информации.

• Классификация изображений

Это процесс классификации всех пикселей изображения по нескольким категориям на основе их свойств, в соответствии со спектральными характеристиками наземных объектов, с определением дискриминационной функции и соответствующих критериев дискриминации. Основными методами являются контролируемая и неконтролируемая классификация.

Обработка данных дистанционного зондирования, являясь важной составляющей индустриализации дистанционного зондирования Земли и дистанционного зондирования, также подверглась влиянию эпохи больших данных. Она реагирует на эту тенденцию и претерпевает трансформацию, двигаясь в сторону обработки в реальном времени, стандартизации, крупномасштабности и автоматизации.

Сегодня методы и модели обработки информации дистанционного зондирования становятся все более научными. Информационные модели и технологии, такие как нейронные сети, вейвлеты, фракталы, когнитивные модели, экспертные знания в области геонаук и интеграция систем обработки изображений, значительно повысят точность и надежность объединения, классификации и извлечения данных дистанционного зондирования из множества источников. Органичное сочетание статистической классификации, нечеткой логики, экспертных знаний и классификации на основе нейронных сетей образует составной классификатор, значительно повышающий точность классификации и количество классов. Объединение и комбинированное применение множества платформ, слоев, датчиков, временных фаз, спектров, углов и пространственных разрешений является важным направлением развития технологий дистанционного зондирования. Разработка и применение моделей обработки неопределенной информации дистанционного зондирования и систем поддержки принятия решений на основе искусственного интеллекта также требуют дальнейших исследований.

Часть информации в этой статье получена из...

Границы ГИС, Сверхмощное пространство-время