CC BY
117
УДК 528.7
РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ МНОГОЗОНАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ НА КАФЕДРЕ ФОТОГРАММЕТРИИ И ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ СГГА
Александр Петрович Гук
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, Новосибирск, ул. Плахотного, 10, профессор кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (3833)432966, e-mail: guk [email protected]
В статье рассмотрены работы последних лет, выполненные в области автоматизации фотограмметрической обработки и дешифрирования космических снимков высокого разрешения на кафедре фотограмметрии и дистанционного зондирования СГГА. Показаны примеры использования разработанных методов структурного дешифрирования, основанных на применении вейвлет-анализа.
Ключевые слова: космические снимки высокого разрешения, дешифрирование, вейвлет-анализ.
DEVELOPMENT OF HIGH RESOLUTION MULTISPECTRAL SPACE IMAGES AUTOMATIED PROCESSING METHODS
Alexander P. Guk
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Novosibirsk, Plachotnogo st., 10, professor, department of photogrammetry and remote sensing, tel. (3833)432966, e-mail: guk_ssga@mail. ru
Automation photogrammetric processing and pattern recognition works from department of photogrammetry and remote sensing of last several years are considered in article. Examples of using developed structure pattern recognition algorithms, which based on wavelet-analysis, are shown.
Key words: high resolution space images, pattern recognition, wavelet analysis.
Начиная с 2000 года основное направление кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования - автоматизация фотограмметрической обработки и дешифрирования многоспектральных космических снимков высокого разрешения, развиваемое под руководством проф., д.т.н. Гука А.П. [1, 4, 6, 10 и др.]. Были разработаны методики трансформирования космических снимков. Предложены новые дешифровочные признаки объектов на космических снимках, которые основываются на исследовании структурных свойств изображения [5, 7, 8]. Исследованы методы привязки разновременных разномасштабных изображений, проведен мониторинг природных объектов на большую глубину с использованием космических снимков аэрофотоснимков и картографического материала.
В 2003 году был создан ортофотоплан на территорию г. Новосибирска в масштабе 1:2000 по космическим снимкам Quick Bird, причем для привязки снимков и оценки точности обработки снимков было в поле определено более сотни точек, координаты которых были получены с помощью GPS [1]. Работы показали, что по геометрической точности средние ошибки положения конту-
ров не превышают 0,8 метра, и ортофотоплан удовлетворяет требованиям к топографическим картам масштаба 1:2000, однако не все элементы карты можно от-дешифрировать на ортофотоплане, например, отдельные столбы, бордюры и т.д.
В качестве структурных признаков дешифрирования космических снимков вначале было предложено использовать Фурье-образы.
Дискретное преобразование Фурье имеет вид:
і N-1 М-1 .2_ ш/ +уу
р(“-V)ЕЕ*(-.у)« У
х=0 у=о
где Р(х,у) - исходное изображение; Р(и,у) - Фурье образ исходного изображения.
Исследования показали, что Фурье-образ более устойчивый дешифровоч-ный признак, чем спектральные яркости относительно изменения освещенности и ряда других внешних факторов. Поэтому его целесообразно использовать как признак некоторого участка изображения и, сравнивая этот участок с другими аналогичными по размерам участками на снимке, можно выявить изменения структуры, то есть выявить, что на снимке изменился объект. Это весьма эффективный метод выявления изменений на разновременных снимка.
Более тонкий инструмент для анализа изменений местности по разновременным снимкам был разработан на основе Вейвлет-анализа, выполняемого в соответствии с соотношениями
1 М—Ш -1
ИфОо ,т,п) = -г= Е Е /(х.У)фк ,т,п (х-У)-
ф х=0 у=0 70 ’ ’
1 М-ш-1 ■
^ (],т,п) = ^= Е Е /(х.У)ц),т,п (х.У).
^/MN х=0 у=0
где ЪОо’т,п) - коэффициенты, определяющие приближение функ-
ции /(х, у) в масштабе 7'0;
Ж* т, п)
у - коэффициенты, определяющие горизонтальные, вертикаль-
ные и диагональные детали для масштабов у > у;
Ф7'0 ,т,п (Х’У) - масштабирующая функция;
^],т,п (х,у) - вейвлет-функция.
Вейвлет-анализ позволяет не только указать на наличие изменений, но и локализовать эти изменения. На этой основе был разработан алгоритм выявления мест незаконных рубок леса по космическим снимкам высокого разреше-
ния [10-14]. Проводятся работы по совершенствованию вейвлет-анализа, так этот метод был использован при определении изменения границы леса на большом временном интервале. Также были проведены исследования перемещения оползня в г. Барнаул берега реки Обь.
Большое внимание в работах по автоматизации дешифрирования уделяется анализу корреляционной матрицы многоспектральных измерений в многоспектральных снимках различного типа и совершенствованию методов на основе результатов выполненного анализа. Так был рассмотрен вопрос об изменении базисных векторов разложения Каруэна-Лоэва при изменении участков, выбранных на одном и том же снимке. Таким образом, можно выбрать группу объектов, для которых базисные векторы смогут служить дешифровочными признаками объектов.
Были проведены сравнительные исследования методов Tasseled Cap и метода главных компонент, показаны достоинства и недостатки применения методов. Впервые были получены коэффициенты Tasseled Cap для космических снимков FORMOSAT-2, видоизмененным методом главных компонент. На основе полученных коэффициентов разработан автоматизированный метод дешифрирования однотипных лесных массивов.
В последнее время основные работы проводятся в направлении автоматизированного и автоматического методов определения таксационных характеристик лесных массивов по цифровым аэроснимкам, космическим снимкам высокого разрешения и материалам локационной лазерной съемки. Получены первые результаты, в частности по определению размеров и сомкнутости крон.
Основные результаты работ опубликованы, а также изложены в шести диссертационных работах [3, 13, 18 и др.], написанных под руководством автора статьи.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гук А.П. Развитие фотограмметрических технологий на основе имманентных свойств цифровых снимков // Геодезия и картография.-2007.-№11.
2. Хлебникова Е.П., Симонова Г.В. Сравнительный анализ методик формирования эталонов при обработке цифровых изображений/Сб.матер. III Междунар.научн.конгр."ГЕ0-Сибирь-2007",Новосиб.-Т.4,Ч.2-С.133-137
3. Хлебникова Е.П. Повышение эффективности регионального мониторинга по космическим снимкам на основе использования эталонов // Автореф.дис. на соиск. уч.степ.канд.техн.наук. по спец-ти 25.00.34.-Новосибирск, СГГА.-2007.-с.25
4. Гук, А.П., Евстратова, Л.Г. Планирование экспериментальных работ по исследованию автоматизации технологии дешифрирования многозональных снимков /Сб.матер. IV Международного научного конгресса "ГЕ0-Сибирь-2008", Новосибирск.-Т.3., Ч. 1.-С.102-108
5. Гук, А.П., Евстратова, Л.Г., Алферова, А.С. Использование структурных признаков изображений типовых участков местности для выявления изменений состояния территорий по космическим снимкам высокого разрешения // Изв. ВУЗов «Геодезия и аэрофотосъемка». - 2009. - №6. [в печати]
6. Гук, А.П., Евстратова, Л.Г., Алферова, А.С. Комплексный анализ космических снимков для выявления изменений при мониторинге территорий // Сб.матер. V Международного научного конгресса "ГЕ0-Сибирь-2009", Новосибирск.-Т.4., Ч. 2.-С.181-185
7. Гук, A.^, Евстратова, Л.Г., Ллферова, A.C, Чикулаева, И.И., Гук, A.A. Исследование возможностей программного комплекса ENVI для мониторинга территорий по космическим снимкам /Сб.матер. V Международного научного конгресса "ГЕО-Сибирь-2009", Ново-сибирск.-Т.4., Ч. 2.-С.186-192
8. Aлферова, A.С. Использование вейвлет-анализа для выявления изменений при мониторинге территорий по космическим снимкам //Сб.матер. V Международного научного конгресса "ГЕО-Сибирь-2009", Новосибирск.-Т.4., Ч. 1.-С.97-100
9. Хлебникова, Е.П., Крупочкин, Е.П. Методы дешифрирования археологических памятников //Сб.матер. V Международного научного конгресса "ГЕО-Сибирь-2009", Новоси-бирск.-Т.4., Ч. 1.-С.36-40
10. Гук, A.^ Локализация изменений объектов природно -территориальных комплексов по разновременным космическим снимкам [Текст] / A.^ Гук, Л.Г. Евстратова, A.C Гор-диенко, МА. Aлтынцев // Геодезия и картография. - 2010. - № 2. - С. 19-25.
11. Гордиенко, A.C Использование вейвлет-анализа при обработке аэрокосмических снимков [Текст] / A.C Гордиенко // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2010. - №
2. - С. 68-71.
12. Aлтынцев, МА. Вейвлет-анализ для выявления вырубок в лесных массивах по аэрофотоснимкам [Текст] / МА. Aлтынцев, A.C Гордиенко, A.A. Гук // Сб.матер. VI Международного научного конгресса "ГЕО-Сибирь-2010", Новосибирск.-Т.4., Ч. 1.- С. 3-8.
13. Гордиенко, A.C Разработка методики использования вейвлет-преобразования для обработки космических снимков высокого и среднего разрешения при мониторинге лесных массивов // Aвтореф.дис. на соиск. уч.степ.канд.техн.наук. по спец. 25.00.34.-Новосибирск, CTrA.-2010.- 19 с.
14. Гордиенко, A.C, Aлтынцев, МА., Aрбузов, СА. Разработка методики многоступенчатого дешифрирования космических снимков // Сб. тезисов докладов Международной научно-технической конференции «Фотограмметрия - вчера, сегодня, завтра», Москва. -2010. - С. 48 - 49.
15. Гук, A.^ Aвтоматический выбор и идентификация характерных точек на разновременных разномасштабных аэрокосмических снимках [Текст] / A.^ Гук, Йехиа Хассан Мики Хассан // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2010. - № 2. - С. 63 -68.
16. Гук, A.^ Исследование точности автоматического измерения координат точек снимков с помощью масштабно-инвариантного преобразования SIFT [Текст] / A.^ Гук, Йехиа Хассан Мики Хассан, C.A. Aрбузов // Сб.матер. VI Международного научного конгресса "ГЕО-Сибирь-2010", Новосибирск.-Т.4., Ч. 1. - С.35 - 38.
17. Йехиа Хассан Мики Хассан Обработка разновременных разномасштабных аэрокосмических снимков для выделения изменений при мониторинге территорий // Дис. на со-иск. уч.степ.канд.техн.наук. по спец. 25.00.34.-Новосибирск, СГГA.-2010. - 140 с.
18. Aлтынцев МА. Разработка методик автоматизированного дешифрирования многозональных космических снимков высокого разрешения для мониторинга природно -территориальных комплексов [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 25.00.34. — Н., 2011—172с.
19. Aрбузов СА. Разработка методики автоматизированной обработки аэро - и космических снимков для мониторинга городских территорий [Текст]: дис. . канд. техн. наук: 25.00.34. — Н., 2011—132с.
© А.П. Гук, 2013
