CC BY
12
Секция «Программные средства и информационные технологии»
УДК 004.932.4
ОДНОМЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ КАК МЕТОД СУБПИКСЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ В ЗАДАЧАХ МОНИТОРИНГА ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ
Д. В. Фетисов*, А. Н. Колесенков, С. И. Бабаев, Т. А. Фетисова
Рязанский государственный радиотехнический университет Российская Федерация, 390005, г. Рязань, ул. Гагарина, 59/1 E-mail: morzitko@gmail.com*, pyurova_ta@mail.ru
Мониторинг полезных ископаемых с помощью снимков с космических спутников является актуальным в настоящее время. Разработанный и реализованный алгоритм одномерного сканирования позволяет повысить качество таких снимков для дальнейших исследований.
Ключевые слова: космическая съемка, мониторинг, одномерное сканирование, алгоритм, модуль.
ONE-DIMENSIONAL SCANNING AS A METHOD OF SUBPIXEL DATA PROCESSING IN THE PROBLEMS OF MONITORING NATURAL RESOURCES
D. V. Fetisov*, A. N. Kolesenkov, S. I. Babaev, T. A. Fetisova
Ryazan State Radio Engineering University 59/1, Gagarin St., Ryazan, 390005, Russian Federation E-mail: morzitko@gmail.com , pyurova_ta@mail.ru
Monitoring of minerals using images from space satellites is currently relevant. The developed and implemented one-dimensional scanning algorithm improves the quality of such images for further researches.
Keywords: space shooting, monitoring, one-dimensional scanning, algorithm, module.
Введение. Задача мониторинга полезных ископаемых, природных ресурсов является важным аспектом в развитии современного общества [1]. Однако наземные средства не позволяют полностью рассмотреть картину состояния недр земли, поэтому ученые обращаются к воздушным аппаратам, а именно к аэрокосмической съемке. Данная съемка позволяет получить снимки земной поверхности с помощью спутников, но зачастую их качество не удовлетворяет необходимым требованиям, потому применение компьютерной обработки изображений, полученных в результате аэрофотосъемки, является неотъемлемой частью при мониторинге полезных ископаемых.
Теоретические положения. В настоящей работе рассмотрены методы субпиксельной обработки изображений [2], в частности одномерное сканирование, основная идея которого состоит в обработке нескольких снимков поверхности земли в результате аэрокосмической съемки, сделанных со смещением камеры в одном из двух направлений [3]: горизонтальном или вертикальном. При этом изображения представляются в виде матриц.
Главная идея алгоритма одномерного сканирования заключается в совмещении матриц снимков, смещенных на половину пикселя относительно друг друга. Значения матрицы выходного изображения получаются при усреднении значений пикселей входных изображений. Пусть имеется два входных снимка А и В, представленных в виде соответствующих матриц. Тогда значение пикселя результирующего изображения С можно вычислить, как C[m,n]=(A[i,j]+B[i,j])/2, где m, n - индексы получаемого пикселя, i, j - индексы пикселей исходных снимков. Однако при смещении изображений на половину пикселя первая и последняя строки или столбы не обрабатываются, а значит и улучшения качества в них не происходит. Поэтому выделять вычислитель-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 2
ные ресурсы ЭВМ на включение этих строк или столбцов в результирующее изображение не является целесообразным, если рассматриваются большие изображения.
Практическая реализация. Разработанный алгоритм был реализован в виде программного модуля на языке программирования С#. Для его исполнения с помощью графических элементов интерфейса необходимо загрузить два изображения земной поверхности, смещенных относительно друг друга на половину пикселя, затем выполнить одномерное сканирование, нажав на соответствующую кнопку. Результатом работы программного модуля является новое изображение повышенного качества, которое можно просмотреть в отдельном окне.
Выводы. Одномерное сканирование является простым и быстрым способом повышения качества снимков и не требует дополнительных вычислительных ресурсов. Не смотря на производительность разработанного модуля и удобный графический интерфейс, результирующее изображение может уступать качеству снимков, полученных с помощью фотоаппаратов такого же разрешения. Однако у разработанного алгоритма одномерного сканирования есть ряд следующих преимуществ:
- для получения более качественного изображения минимально требуется два снимка более низкого качества;
- для получения изображения высокого разрешения используется простой математический аппарат;
- данный алгоритм устойчив к шуму и помехам.
Разработанный алгоритм одномерного сканирования имеет различные аспекты для дальнейшего исследования. Одним направлением может служить повышение качества уже улучшенных снимков путем применения к ним фильтров и дополнительных обработчиков [4]. Другое направление связано с субпиксельной обработкой аэрокосмических снимков, в частности, исследование и разработка алгоритма двумерного сканирования позволит сравнить качество выходных изображений, полученные в результате работы своего алгоритма и алгоритма одномерного сканирования, и сделать выводы об их применимости при решении различных задач в области мониторинга полезных ископаемых.
Библиографические ссылки
1. Чернявский Г. М. Перспективы космического мониторинга земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Т.1. C.39-46.
2. Improving the Aerospace Image Quality Using Subpixel Processing for the Earth's Distance Monitoring / Strotov V. V., Fetisov D. V., Kolesenkov A. N. and etc. // Proceedings Collections from SPIE Remote Sensing, 2018, Berlin, Germany, Paper 10792-17. 6 pp.
3. Фетисов Д. В., Колесенков А. Н. Увеличение пространственного разрешения аэрокосмических снимков с использованием субпиксельной обработки // Сборник трудов международной научно-технической и научно-методической конференции «Современные технологии в науке и образовании». СТНО-2018 - Рязань, 2018г. С.221-226.
4. Блажевич С. В., Синтез цифровых изображений субпиксельного уровня разрешения с использованием расфокусировки // Сб. науч. ст. Техническое зрение в системах управления. М.: Ротапринт ИКИ РАН, 2012. С.127-137.
© Фетисов Д. В., Колесенков А. Н., Бабаев С. И., Фетисова Т. А., 2019
