Разработка алгоритмических и программных средств регистрации и визуализации локальных гиперспектральных данных

• Автор: Овчинников, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Задача локальных гиперспектральных исследований

1.1 Средства регистрации гиперспектральных измерений.

1.2 Описание существующих методов дистанционного

гиперспектрального зондирования Земли.

1.2.1 Тематическая обработка гиперспектральных данных

1.3 Обзор программных средств обработки гиперспектральных даниых

1.4 Требования к программному комплексу.

Глава 2. Разработка алгоритмического аппарата и программных средств регистрации и визуализации спектральной информации

2.1 Алгоритмическое обеспечение локальных гиперспектральных измерений.

2.1.1 Проблема выбора диспергирующего элемента
2.1.2 Математическая модель гиперспектрометра.
2.1.3 Результата моделирования локальных спектральных измерений
2.1.4 Исследование алгоритма программной коррекция дисторсии гинерспектрометра
2.1.5 Выбор формата сохранения и использования регистрируемых данных
2.2 Модель программного обеспечения.
2.3 Диаграмма классов.
2.4 Реализация интерфейса программного комплекса
2.4.1 Исследование подготовки, управления и использования готовых библиотек эталонных сигнатур.
Глава 3. Экспериментальные исследования разработанных программных
средств локального гииерспсктромегра на тестовых примерах
3.1 Описание гипсрспектромстра для проведения экспериментов
3.2 Методика экспериментальной проверки программного обеспечения
3.2.1 Сценарий использования программных средств
3.2.2 Сценарий использования гипсрспектромстра
3.2.3 Схема экспериментальной сцены
3.3 Результаты тестирования и настройки программного комплекса .
3.3.1 Результаты работы модуля коррекции дисторсии.
3.3.2 Результаты тематической обработки
Заключение
Список литературы


Увеличение числа каналов в одном и том же диапазоне приводит к увеличению точности спектрального разрешения измерений и значительному увеличению объема обрабатываемых данных []. Наличие двадцати и более каналов в приборе, регистрирующем одновременно интенсивность излучения сигнала для всех длин воли и пространственной координаты исследуемой поверхности, позволяет говорить об использовании в спектральных исследованиях гиперспектрометра. Соответственно гиперспектралънъш анализом называется спектральный анализ, проводимый для числа спектральных каналов (числа длин волн, для которых измеряется интенсивность) от нескольких десятков до тысяч. Интенсивность отраженного сигнала зависит, разумеется, и от интенсивности сигнала подсветки [], в качестве которой может быть использованы как естественные источники света - Солнце [7], Луна, так и искусственное освещение, и от способности к самостоятельному излучению сигнала. Основными величинами, подлежащими измерению при спектральном анализе, являются длина волны, интенсивность отраженного сигнала и пространственная координата исследуемой поверхности. Программное обеспечение формирует гиперкуб путем интегрирования всего объема регистрируемой информации в единый массив данных (рис. В.1). Рис. В.1 Пример гиперкуба. Основное функциональное отличие гиперспектрального анализа от мультиспектрального заключается в возможности использования для тематической обработки (то есть обработки полученных данных с целью выявления объектов на общем фоне, удовлетворяющих заранее известным критериям) изображения его спектральных характеристик. Отсутствие фактического усреднения интенсивности излучения по 3-5 диапазонам длин волны позволяет сохранить уникальность данных передаваемых отраженным излучением. Это позволяет применять информацию, теряемую при использовании мультиспектрального анализа, для определения химического состава поверхностей. В задачах дистанционного зондирования объекты, наблюдаемые на поверхности Земли, расположены на значительном удалении от исследовательского прибора, обладают намного меньшими геометрическими размерами, чем ширина полосы обзора (полоса поверхности, попадающая в поле видимости гиперспектрометра) []. Использование этого нового класса гиперспектральиых приборов потребовало создания специальною программного обеспечения для регистрации, сохранения, предварительной подготовки и дальнейшей обработки гиперспектральной информации. Требования к разрабатываемому программному обеспечению локального гииерспектрометра в сильной степени зависят от целевой задачи системы наблюдения и способа спектрального преобразования отраженного сигнала. Важной является проблема альтернативного выбора дифракционной решётки или призмы в качестве средства спектрального разложения. Из соображений снижения стоимости спектральных приемников и видсосенсоров желательно ограничиться единственным фотоприёмником. Достоверная математическая и программная модели локального гиперспектрометра позволяют выбрать его характеристики и установить необходимые зависимости между параметрами оптического канала и требованиями к программному обеспечению. В диссертации разрабатываются алгоритмы и программные средства для гиперспектрального комплекса с единственной видеокамерой, обеспечивающие регистрацию и визуализацию спектральных сигналов, получаемых от объектов, расположенных вблизи гиперспектрометра. Создание и исследование алгоритмов и программных средств для анализа в полевых и лабораторных условиях возможности использования локальных гиперспектральиых измерений при решении задач идентификации в мехатронике и робототехнике. ИПМ им. М.В. Основные результаты диссертации представлены в одном журнале из списка ВАК РФ, рекомендованного Экспертным советом по специальности “Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов, систем и сетей” и в материалах пяти зарубежных и отечественных конференций. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы. Она изложена на 6 страницах и содержит 4 таблицы, рисунков и список литературы из наименований.