Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ / Математика

Математическое обеспечение решения задач географической привязки в системе обработки многозональной космической видеоинформации

Диссертация

Автор: Головчин, Валерий Романович

Заглавие: Математическое обеспечение решения задач географической привязки в системе обработки многозональной космической видеоинформации

Справка об оригинале: Головчин, Валерий Романович. Математическое обеспечение решения задач географической привязки в системе обработки многозональной космической видеоинформации : диссертация ... кандидата технических наук : 01.01.10, 01.04.12 Новосибирск, 1984 101 c. : 61 85-5/3519

Физическое описание: 101 стр.

Выходные данные: Новосибирск, 1984






Содержание:

ГЛАВА
I МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СКАНЕРНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ
11 Геометрическая интерпретация сканерной космической съемки
12 Системы координат
13 Формулы прямых преобразований в задачах географической привязки
14 Представление реального скана сканами ориентированных плоскостей сканирования
15 Формулы обратных преобразований в задачах географической привязки ГЖВА 2 АЛГОРИТМЫ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ПРИВЯЗКИ МНОГОЗОНАЛЬНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ВИДЕСИНФОРМЦЙИ ПРИ СКАНЕРНОЙ СЪЕМКЕ
21 Алгоритм нанесения на снимки географической сетки
22 Алгоритм нанесения на снимки контуров, заданных точками с известными геодезическими координатами
23 Алгоритм трансформирования снимков в картографическую проекцию - -
ГЛАВА РЕШЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ПРИВЯЗКИ МНОГОЗОНАЛЬНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ВИДЕШНФОРМАЦИИ ПРИ СКАНЕРНОЙ СЪЕМКЕ З Д Алгоритм вычисления площадных и линейных характеристик объектов, выделенных на снимке •• ••
3 ,2* Ориентирование зеркальных поверхностей относительно направлений на Солнце и ИСЗ
3 , Алгоритмы построения изображений палеток для географической привязки • • •

Введение:
В настоящее время интенсивно развиваются методы дистанционного зондирования Земли космическими средствами.В соответствии с документом ООН "А/АС105/С.1/Л.94" дистанционное зондирование Земли определяется как "наблюдение и измерение энергетических и поляризационных характеристик собственного и отраженного излучения элементов суши, океана и атмосферы Земли в разжчных диапазонах электромагнитных волн, способствующее описанию местонахождения, характера и временной изменчивости естественных природных параметров и явлений, природных ресурсов Земли, окружающей среды, а также антропогенных объектов и образований". Основной объем данных дистанционного зондирования приходится на съемочные системы сканирующего типа (сканеры), которые установлены на специализированных искусственных спутниках Земли (ИСЗ). Сканеры регистрируют спектральное излучение, приходящее с земной поверхности одновременно в нескольких узких спектральных зонах. Результаты регистрации спектрального излучения называют многозональной космической видеоинформацией иж просто снимками, так как они могут быть представлены в виде набора изображений, каждое из которых есть снимок земной поверхности в соответствующей спектральной зоне. Видеоинформация поступает на наземные пункты приема по радиотелевизионным каналам, преобразуется в цифровую форму и может храниться как в памяти электронно-вычислительной машины (ЭВМ), так и на внешних накопителях (магнитная лента, магнитный диск и т . п . ) .Современный этап развития методов дистанционного зондирования характеризуется переносом центра тяжести исследований с реше5 ния задач частного, прикладного характера на создание наземной системы оперативной обработки многозональной космической видеоинформации. Эта система должна обеспечивать сбор, обработку данных дистанционного зондирования и выдачу результатов в виде тематических карт в квазиреальном масштабе времени, При ее создании должны быть учтены следующие основные факторы: - объем измеряемых данных; - необходимость извлечения из одних и тех же данных различных по виду и содержанию характеристик, являюпщхся входными для системы в целом; -специфичность решения задач, обусловленная необходимостью интерактивного режима для выработки решений на промежуточных конечных этапах обработки; - высокая оперативность решения задач, Факторы оперативности и объема обрабатываемых данных дают оценку по мощности пропускаемого через систему обработки потока данных с нижней границей в I Г байт/час.Одним из блоков математического обеспечения этой системы является блок географической привязки, который решает следующие задачи: - трансформирование изображений в заданную проекцию; - нанесение на изображение линий и контуров, положение которых определено в некоторой детерминированной системе координат; - вычисление различных геометрических характеристик объектов изображения.Точность географической привязки должна быть не более одного элемента разрешения на местности съемочной аппаратуры.Подавляющее большинство известных работ и результатов в этой области можно условно раздежть на четыре группы. I . Разработка и исследование параметрических методов географической привязки. Параметрический метод заключается в установлении аналитических соотношений, связывающих систему координат снимка и земную систему координат через определенные некоторым образом параметры. Существует два подхода к определению этих связей. Первый подход состоит в установлении детерминированных зависимостей меяйу следующими параметрами: текущим моментом времени, геодезическими координатами точек земной поверхности, эелементами орбиты и ориентации ИСЗ, параметрами съемочной аппаратуры и временной привязкой. Второй подход заключается в установлении полиномиальных зависимостей мезду системой координат снимка и геодезической системой координат через опорные точки. Параметрами связи являются коэффизиенты полиномов. Этот подход принципиально не обеспечивает возможности оперативного режима обработки.Эти соотношения могут быть использованы при трансформировании снимков в картографическую проекцию по принципу "какому элементу снимка соответствует данный элемент карты". ' В / 3, 9, 17-22 / получены соотношения, которые можно использовать для перехода от системы координат снимка к геодезической системе координат, В / 3, 17-20 / применялись аналитические методы аэрофотограмметрии.Подходу, основанному на использовании опорных точек, посвящены работы / 23-32 /. Особый интерес представляет работа / 27 /, в которой учитываются данные о рельефе, что повышает точность привязки.В / 33, 34 / рассматривается комбинированный способ географической привязки, при котором трансформирование в заданную проекцию осуществляется в два этапа - сначала на основе параметров первого подхода, потом "доводка" по опорным точкам. Такой способ привлекателен тем, что при "доводке" требуется значительно меньше опорных точек, т.к. степень полиномов после прохождения первого этапа обработки резко понижается.2. Разработка и исследование блочных методов географической привязки. Блочный метод состоит в том, что корректирующее преобразование систем координат задается внутри некоторого блока снимка, причем у каждого блока свои параметры преобразования. Как правило, это аффинные преобразования / 35-37 /. В / 36 / делается вывод об эффективности аффинного преобразования по сравнению с различными видами интерполяции.3. Разработка быстродействующих алгоритмов геометрических преобразований. По этому направлению исследований можно указать - II на работы / 26, 38-42 / • В / 26 / описывается организация виртуального изображения (оптимальная подкачка фрагментов), благодаря которой удалось сократить затраты машинного времени почти на порядок по сравнению с использованием функции обычного прямого доступа. Организация виртуального изображения возникает из-за сложности машинной реализации трансформирования, когда все исходное изображение не умещается в оперативной памяти ЭВМ, В этом алгоритме исходили из положения, что в большинстве процедур стандартных геометрических преобразований существует некая предсказуемая закономерность изменения координат элементов доступа к изображению .Большой интерес представляет алгоритм,описанный в / 40 / .Аффинное преобразование фрагмента 512x512 элементов на миникомпьютере PDP- II/3^ выполняется по этому алгоритму за 40 секунд, в то время как ло классическому алгоритму - за 45 минут. Такое быстродействие достигнуто благодаря использованию целочисленной арифметики и всего двух действий - сложения и сравнения.Во всех этих алгоритмах преобразование выполнялось на основе - 12 использования опорных точек.В / 50-54 / исследовались вопросы разработки условной картографической проекции, обеспечивающей максимальную вычислительную эффективность алгоритмов трансформирования космических снимков.В этих исследованиях были получены аналитические соотношения, связывающие систему координат снимка с системой координат этой проекции через параметры орбиты ИСЗ, закон сканирования, временную привязку. С точки зрения географической привязки данных дистанционного зондирования результаты этих работ можно рассматривать лишь как способ устранения систематических геометрических искажений, возникающих из-за суточного вращения Земли, кривизны земной поверхности, перемещения ИСЗ в процессе съемки, сканирования в плоскости.4 . Отдельные исследования. Одной из задач географической привязки является построение мозаичного изображения по разновременным снимкам. Решение этой задачи рассматривается в / 55, 56 / .Проводятся работы по маркировке снимков при помощи зеркальных отражателей / 57, 59 / . В / 57 / исследовались возможности маркировки снимков, получаемых с ИСЗ " LANDbAT-i" при помощи специального пассивного зеркального отражателя. Зеркало диаметром 56 см устанавливалось на земной поверхности так, что отраженный от него солнечный световой поток попадал в оптическую систему датчиков ИСЗ в момент его прохождения над участком съемки. Эти методы можно использовать для маркировки опорных точек, создания геодезического обоснования.Проблема автоматического выделения реперных точек пока не решена полностью. Обычно на одном снимке они выделяются вручную, а на другом ищутся по корреляции / 30 / . Точность привязки репер- 13 ных точек доходит до 0,1 А / 30, 60-64 /, где д пространственный элемент разрешения. В / 64 / привязка рассматривалась как задача корреляции зашумленных сигналов, и получена оценка теоретического предела точности привязки: Л , деленный на отношение сигнал/шум.В / 65 / исследуется метод определения функции преобразования с помощью инвариантных характеристик изображений. Инвариантом могут быть две параллельные прямые на обоих изображениях в случае аффинного преобразования.При преобразовании в картографическую проекцию приходится выполнять параллельно с геометрическими преобразованиями и яркостные. Вызвано это тем, что заданный элемент карты покрывает несколько элементов снимка частично. Пересчет яркости - интерполяция определяется весовой функцией вклада яркостей элементов снимка в элементы карты, В / 62 / анализируются методы интерполяции значений яркости.Постановка задачи Как явствует из обзора, в настоящее время отсутствуют методы автоматизированной географической привязки данных дистанционного зондирования, обеспечивающие оперативный режим обработки больших объемов информации с точностью до одного элемента разрешения, Поэтому целью работы являлись исследование и разработка алгоритмов и технологических схем оперативного решения задач географической привязки в системе обработки многозональной космической видеоинформации. Для достижения поставленной цели необходимо: - разработать математическую модель сканерной космической сьемки; - на основе этой модели разработать алгоритмы решения различ- 14 ных задач географической привязки; - создать соответстБр)щее программное обеспечение.Часть практических результатов обработки экспонировалась на ВДНХ СССР. На защиту выносятся: