Исследование методов совмещения видеоданных дистанционного зондирования

• Автор: Василейский, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Постановка задачи совмещения изображений
2.1. Задачи, решаемые на основе совмещения изображений
2.2. Требования к процессу совмещения изображений
2.3. Точность предварительной привязки как требование
к процессу совмещения изображений
2.3.1. Методика оценки точности предварительной привязки
2.3.2. Исходные данные для оценки точности
2.3.3. Результаты оценки точности предварительной привязки
Глава 2. Известные методы совмещения видеоданных
3.1. Площадные методы совмещения
3.2. Контурные методы совмещения
3.3. Трансформирование изображений при совмещении
3.4. Сравнительный анализ методов совмещения
Глава 3. Предлагаемый метод субпиксельного совмещения видеоданных и его преимущества
4.1 Предлагаемый общий алгоритм совмещения
4.2. Идентификация опорных точек
4.2.1. Методика скользящего окна
4.2.2. Корреляционный метод
4.2.3. Метод наименьших квадратов
4.2.4. Выбор размера фрагмента и области поиска
- Зона поиска
- Размер фрагмента
- Выбор размера фрагмента для корреляционного метода
- Выбор размера фрагмента для МНК
4.3. Отбор опорных точек
4.3.1. Оператор Моравека
4.3.2. Оператор энтропии
4.3.3. Сравнение операторов Моравека и энтропии
4.3.4. Выбор однородной сети опорных точек
4.3.5. Предсказание положения опорных точек
- Функция преобразования
- Оценка функции преобразования

4.4. Предобработка изображений
4.4.1. Радиометрические преобразования
4.4.2. Пространственная фильтрация
4.4.3. Выделение границ
4.5. Уточнение местоположения опорных точек
4.5.1. Субпиксельное уточнение с использованием МНК
4.6. Верификация опорных точек
4.6.1. Верификация по остаточным ошибкам
4.6.2. Верификация по корреляционному коэффициенту
4.6.3. Верификация по ошибке МНК
4.6.4. Верификация по корреляции Уолша
4.6.5. Комбинированная многоступенчатая верификация
5. Глава 4. Экспериментальная проверка метода субпиксельного совмещения видеоданных
5.1. Совмещение модельных видеоданных с КА Р11ЕСО/РРЕЛ/
5.2. Совмещение изображений разных каналов
6. Заключение Список литературы
Приложение 1. Задачи ДЗЗ и требования к космической информации
Приложение 2. Система КА ДЗЗ для детектирования лесных пожаров Р1ШОО/РРЕУ/
Приложение 3. Программное обеспечение субпиксельного совмещения видеоданных
1. Архитектура ПО
2. Совместимость ПО
3. Возможности ПО
4. Программная реализация

Введение
Актуальность работы
Изображения земной поверхности, получаемые с космических аппаратов (КА), уже на протяжении нескольких десятков лет с успехом применяются для изучения Земли. В последнее время наблюдается устойчивая тенденция роста использования видеоданных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в решении научных, хозяйственных и прикладных задач.
Объем видеоинформации ДЗЗ и необходимость оперативного использования большей ее части требуют разработки и реализации эффективных методов автоматизированной и автоматической обработки получаемых из космоса изображений земной поверхности.
Космические видеоданные, отражающие результаты съемки одних и тех же участков земной поверхности, получают в разное время, разными съемочными системами, с разных КА, в различных спектральных зонах и с разным пространственным разрешением. В то же время, эффективность исследования большинства характеристик земной поверхности и происходящих на ней процессов может быть достигнута только при совместной обработке большей части всех вышеперечисленных видеоданных.
Такая совместная обработка разных изображений одного и того же участка земной поверхности требует их координатного совмещения с субпиксельной точностью.
При совмещении двух изображений одно из них принято называть базовым или опорным, второе обычно называют совмещаемым. Совмещение изображений это процесс трансформирования совмещаемого изображения, осуществляемого таким образом, чтобы одни и те же пространственные структуры на нем и на базовом изображении имели одинаковые координаты в принятой системе координат (например, в системе координат базового изображения).
Таким образом, проблема совмещения различных получаемых из космоса изображений земной поверхности может рассматриваться как задача координатной привязки совмещаемого изображения к базовому. Автоматизация такого совмещения является весьма актуальной задачей.
изображений могут быть описаны с помощью набора ОТ. Использование различных типов ОТ совместно с некоторыми дополнительными атрибутами обеспечивает дополнительную гибкость методов совмещения. Априорная координатная информация, получаемая в системе РиЕСО/РЯБЛ/ на этапе предварительной географической привязки, также может быть представлена в виде набора ОТ. В силу указанных выше причин, концепция опорных точек была выбрана в качестве базовой в данной работе.
Обобщенный площадной алгоритм совмещения изображений, основанный на применении ОТ может быть условно разделен на приведенные ниже основные этапы [32,46,55,67].
■ Предобработка совмещаемого и базового изображений для представления их в наиболее удобной для последующего совмещения форме. Этот этап может включать радиометрическую коррекцию, пространственную фильтрацию для устранения шумов, а иногда и передискретизацию одного из подлежащих совмещению изображений для его поворота и приведения его к необходимому масштабу [37,46,102].
■ Выбор опорных точек на одном из изображений с предсказанием их положения на другом изображении. ОТ обычно выбираются на базовом изображении в местах хорошо различимых деталей. Для обеспечения наилучшего возможного предсказания положения ОТ на совмещаемом изображении на этом шаге используются результаты предварительной географической координатной привязки.
■ Идентификация опорных точек. На этом шаге положение выбранных ОТ уточняется таким образом, чтобы они указывали на соответствующие детали совмещаемого и базового изображения. Идентификация ОТ является наиболее сложным этапом и иногда требует применения методов теории распознавания образов.
■ Верификация полученного набора ОТ. Этот этап подразумевает исключение из дальнейшего рассмотрения неправильно идентифицированных ОТ, которые реально указывают на разные детали совмещаемого и базового изображений, для избежания больших ошибок и повышения надежности и точности процесса совмещения.