Радиометрическая калибровка космических снимков

Снимки, первоначально получаемые со спутников, записаны в виде так называемых "сырых значений" яркости DN (Digital Number). Данные в таком формате нельзя адекватно сопоставить с данными других съемок.
Задача радиометрической калибровки заключается в приведении этих значений в физические единицы. Формула для калибровки многозональных снимков в оптическом диапазоне:
B*=KDN+C
B* -это энергетическая яркости для спектральной зоны;
DN-сырые значения яркости;
K-калибровочныйкоэффициент;
C - калибровочная константа, соответствующая минимальной величине регистрируемой яркости.

Предварительная обработка материалов космической съемки.

Материалы космической съемки, как правило, нельзя использовать без предварительной обработки. Рассмотрим технологию обработки исходных материалов получаемых с двух самых распространенных спутников Ikonos и Quickbird .

Если производится заказ съемки со спутника Quickbird , то в качестве исходных материалов поставляется панхроматическое изображение с разрешением пикселя на местности 0,60 метра и мультиспектральное изображение с разрешением на местности 2,4 метра.

Если открыть панхроматическое и мультиспектральное изображения в любом графическом редакторе без всякой обработки, то можно увидеть, что исходные изображения очень темные и работать с ними практически невозможно

Можно попробовать осветлить исходные изображения в каком-нибудь графическом редакторе, например в программе Adobe Photoshop . Конечно, изображение станет намного лучше, но все равно качество таких материалов будет очень низкое, особенно это заметно на мультиспектральном изображении.

Для просмотра космических снимков в программе предусмотрена функция автоматического исправления изображения по гистограмме, причем исходное изображение не модифицируется, коррекция производится только при выводе на экран (рис. 3). Для достижения лучшего эффекта гистограмма рассчитывается не по всему полю снимка, а только по той его части, которая выводится на экран. Это позволяет получить максимальное качество изображения на данном участке. Как видно на рисунке, изображения исправленные по гистограмме по качеству значительно превосходят предыдущие из Мультиспектральное изображение полученное со спутника QuickBerd помимо информации об основных спектрах красный ( R ), синий ( G ) и зеленый ( B ), содержит в себе ближний инфракрасный канал ( nir ), который выделить и увидеть можно, только используя специальное программное обеспечение. Программа позволяет разделить исходное мультиспектральное изображение на четыре канала, а затем собрать из полученных каналов обычное RGB изображение и изображение со сдвигом в ближний инфракрасный диапазон nirRG .

Для разделения изображения служит задача 'Разделить на цветовые компоненты' необходимо указать исходный файл с мультиспектральным изображением и указать, куда должны записываться файлы отдельных каналов

ображения. После того, как файлы каналов будут созданы, при помощи задачи 'Собрать RGB из цветовых компонент' создается обычное изображение и изображение со сдвигом в ближний инфракрасный диапазон. В задаче необходимо указать исходные файлы каналов и дать название выходному файлу (рис. 5). Для создания обычного изображения ( RGB ) потребуется три канала: красный, синий, зеленый, а для создания изображения со сдвигом в ближний инфракрасный диапазон ( nirRG ) используются: ближний инфракрасный канал (вместо красного), красный (вместо зеленого) и зеленый (вместо синего). Полученные файлы RGB и nirRG можно использовать для дешифрирования местности, причем изображение полученное со сдвигом в ближний инфракрасный диапазон нужно использовать для дешифрирования контуров растительности и гидрографии (рис. 6). Растительность в ближнем инфракрасном диапазоне отображается в красном цвете и хорошо дешифрируется на снимке, границы рек и озер, на инфракрасных снимках, более четкие.

Как уже говорилось выше, мультиспектральное изображение со спутника QuickBerd имеет размер пикселя на местности 2,4 метра, а панхроматическое изображение поставляется с размером пикселя равным 0,6 метра, поэтому для дешифрирования небольших объектов и для создания крупномасштабных карт и планов нельзя использовать мультиспектральное изображение (рис. 7), в этом случае используется панхроматическое изображение, которое значительно точнее мультиспектрального, но несет меньше информации в связи с тем, что не содержит информации о цветах объектов местности, в связи с этим по такому изображению значительно сложнее дешифрировать.

Для того, чтобы использовать точность панхроматического изображения и информацию, которую несет мультиспектральное изображение, в программе 'ЦФС-Талка' есть задача 'Подкрасить ч/б растр по цветному с меньшим разрешением', которая позволяет увеличить разрешение мультиспектрального изображения до 0,6 метра. В задаче необходимо указать исходное мультиспектральное и панхроматическое изображение, а также имя и формат выходного файла Созданное мультиспектральное изображение с размером пикселя на местности 0,6 метра по качеству значительно превосходит исходное изображение (рис. 9) и обладает преимуществами исходных изображений, то есть имеет максимально возможную точность и несет в себе информацию о цветах объектов местности. По таким материалам можно изготовить более точные карты и планы при этом дешифрирование объектов существенно облегчается.

Если в дальнейшем созданные изображения предполагается использовать в других программных продуктах, их необходимо конвертировать в требуемый графический формат и при конвертировании использовать функцию исправления по гистограмме. Тогда полученные изображения можно будет просматривать в любых графических программах.Если подытожить все выше сказанное, то технология предварительной обработки материалов со спутника QuickBerd будет состоять из следующих этапов:

• Разделение исходного мультиспектрального изображения на цветовые составляющие ( nir , R , G, B).

• Создание обычного изображения( RGB ) и изображения со сдвигом в инфракрасный диапазон ( nirRG ).

• Увеличение разрешения мультиспектрального изображения.

• Конвертирование готовых изображений в требуемый формат для использования в других программных продуктах.

Изображения со спутника Ikonos , как правило, поставляются с уже разделенными каналами, в этом случае обработку изображений следует начинать со второго пункта.

Заказ материалов космической съемки.

Перед приобретением материалов космической съемки заказчику предстоит выбрать наиболее подходящий для решения его задач тип снимков. При подборе данных для создания топографических карт в качестве основных критериев обычно выступают пространственное разрешение и цена снимков, а другие факторы зачастую игнорируются. Между тем для каждого конкретного случая необходимо учитывать и другие не менее важные параметры: - возможность/вероятность выполнения съемки в заданные сроки; - возможности и специфику обработки и дешифрирования снимков; - технические особенности съёмочных систем; - характеристики необходимых входных данных (опорные точки, цифровые модели рельефа (ЦМР) и т.д.); - экономические аспекты, определяющие стоимость заказа и последующей обработки. Перед тем, как перейти к подробному обсуждению этих вопросов, следует обратить внимание на следующий важнейший постулат: для оптимального подбора данных дистанционного зондирования необходимо, чтобы уже на этапе заказа были сформулированы требования к выходным продуктам обработки: их составу (ортофотопланы, цифровые карты, ЦМР и т.д.), точности и детальности (которые обычно определяются масштабом выходных продуктов). Кроме того, должно быть подготовлено и экономическое обоснование работ, накладывающее ограничения на стоимость снимков и других входных данных.

5.9.1. Проектирование аэрофотосъемки.

5.9.1.1. Аэрофотосъемка проектируется для создания и обновления топографических карт и планов и проектируется как самостоятельный вид работ по отдельной смете и только как исключение может быть включена в комплексный проект.

5.9.1.2. Основу проектирования составляют расчеты параметров аэрофотосъемки. Для создания топографических карт и планов может проектироваться аэрофотосъемка в одном или двух масштабах. Предпочтение при проектировании должно отдаваться одному, но оптимальному масштабу аэрофотосъемки.

5.9.1.3. В техническом проекте приводится перечень ранее исполненных аэрофотосъемочных работ последних лет на объекте и даются их характеристики (форма ПС-5).

5.9.1.4. Расчет к проекту аэрофотосъемки на объекте приводится в форме ПС-11.

5.9.1.5. Аэрофотосъемка, проектируемая для решения задач геологии, геофизики, землеустройства, лесоустройства, мелиорации земель, тематической картографии и других договорных работ, может проектироваться цветной или спектрозональной. Для съемки ледников может проектироваться радарная съемка бокового обзора с профилированием при помощи радиовысотомера.

5.9.1.6. Оперативная аэрофотосъемка на районы стихийных бедствий и камеральная обработка таких снимков с выдачей фотопланов или фотосхем проводится в весьма сжатые сроки в соответствии с решением Правительства Российской Федерации. При этом может и не составляться специальный технический проект, но пишется пояснительная записка, передаваемая заинтересованным организациям, а оригиналы фотоматериалов остаются в предприятии отрасли.

Расчет затрат на аэрофотосъемку проводится в соответствии с действующими тарифами.

При проектировании аэрофотосъемки используют следующие основные НТА:

1. Основные положения по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов (ГКИНП-09-032-80). М.: "Недра", 1982.

2. Руководство по аэрофотосъемочным работам. М.: "Воздушный транспорт", 1988. 334 с.

3. Руководство по фотографическим работам. ГКИНП-02-190-85, М., ЦНИИГАиК, 1985, и их более поздние редакции.

5.9.2. Проектирование космических съемок и связанных с ними работ.

5.9.2.1. Исследование природных ресурсов Земли из космоса может осуществляться различными методами: фотосъемки, радиозондирование, тепловые, радарные и другие виды съемок.

Оценка качества аэросъемки

Оценка производится по фотограмметрическому и фотографическому качествам аэросъемки.

Фотограмметрическое качество аэроснимков устанавливают по степени соблюдения заданных продольных и поперечных перекрытий параллельности сторон аэроснимков линиям базисов прямолинейности маршрутов и выравниванию аэропленки.

Прямолинейность маршрутов

Контроль при съемке равнинных районов проводят по накидному монтажу участка — соединению контактных отпечатков по их общим контурам. На накидном монтаже соединяют прямой линией главные точки крайних аэрофото­снимков маршрута и измеряют расстояние L между этими точками; затем измеряют наибольшее уклонение главной точки одного из аэрофотоснимков от этой прямой (рисунок 5).

Относительное уклонение находят по формуле:

n= l /L *100%

Величина уклонения не должна превышать 2% при Н>750м.

Ориентирование сторон аэрофотоснимков (елочка)

Oопределяется углом φ между продольными сторонами аэрофотоснимков и линией соединяющей их центры (рисунок б). Этот угол не должен превышать 5°.

Выравнивание аэропленки предварительно проверяют по отсутствию видимой нерезкости фотоизображения и видимого искривления контрольных нитей на аэроснимках а также просматривая аэроснимки под стереоскопом.

Для трех исследуемых маршрутов данные о фотограмметрическом качестве приведены в таблице 1.

Принципиальная схема РЛС.

1.генератор радиосигнала

2.передающая антенна

3. принимающая антенна

4. блок приема сигнала

5. блок обработки сигнала

6. блок передачи и записи сигнала.

Характер изображения радиолокационных ориентиров определяется не только свойствами отражающей поверхности, но и техническими данными станции, масштабом и типом развертки, углом наклона антенны, временем года, метеорологическими условиями.