Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 16–20 ноября 2020 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XVIII.C.278

Технология автоматизированного определения изменений на местности по разновременным пространственным данным, полученным с использованием компоновки оптико-электронных камер

Алтухов А.И. (1), Коршунов Д.С. (1)
(1) Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург, Россия
Авторами предложена технология определения изменений на местности, базирующаяся на идее автоматизированного сравнения разновременных фотопланов местности, сформированных из серии кадровых снимков, полученных с использованием специальной компоновки оптико-электронных камер, установленной на борту летательного аппарата.
Актуальность разработанной технологии определяется снижением картографического подобия фотопланов местности, в случаях кода для их создания используются кадровые снимки, полученные с летательного аппарата в условиях возмущенного полета. Таким образом, на фотопланах формируются артефакты, снижающие адекватность представления местности, а также препятствующие автоматизированному дешифрированию изображений.
В основу, разработанной авторами технологии, положен подход к ведению съемки местности, подразумевающий использование компоновки оптико-электронных камер, функционирование которых реализуется на основе анализа данных навигационных измерений. Предложенный подход позволяет минимизировать перспективные геометрические искажения на снимках, возникающие в процессе полета при выполнении разворотов летательным аппаратом по тангажу, крену и рысканию. Этим обеспечивается выполнение условий плановой съемки и, как следствие, получение снимков с требуемым фотограмметрическим качеством. Отсутствие перспективных геометрических искажений на кадровых снимках позволяет создать результирующее изображение местности (фотоплан) без видимых искажений и артефактов.
Предложенный авторами, вариант компоновки оптико-электронных камер, обеспечивающей получение плановых снимков местности в условиях совершения маневров летательным аппаратом, сформулирован на основе оценок влияния отклонения линии визирования оптико-электронной камеры от направления в надир на возникновение перспективных геометрических искажений на кадровых снимках, полученных с использованием модели геометрических искажений кадрового снимка.
Важно отметить, что предложенный подход к ведению съемки местности с использованием компоновки оптико-электронных камер позволяет получать плановые кадровые снимки без использования дополнительных технических средств стабилизации съемочной аппаратуры, что обеспечивает сохранение аэродинамических качеств летательного аппарата. Кроме того, применение предложенного авторами технического решения сохранит передаточные характеристики объективов оптико-электронных камер, установленных в корпусе летательного аппарата и функционирующих в условиях существенного изменения температуры окружающей среды. Результаты экспериментов демонстрируют повышение картографического подобия фотопланов местности при выборе для их создания кадровых снимков, полученных в условиях использования для ведения съемки местности компоновки оптико-электронных камер.
Высокое картографическое подобие разновременных фотопланов обуславливает возможность автоматизированного выявления изменения на местности путем их сравнения. В частности, авторами предложен подход к сравнению разновременных фотопланов местности по критерию сходимости значений контраста и аппликаты соответственных фрагментов разновременных изображений. В частности, сформирован математический аппарат для расчета значений контраста и аппликаты анализируемых изображений в нормированном интервале. Необходимым условием автоматизированной обработки фотопланов является их фрагментация, параметры которой выбираются с учетом размеров объектов, подлежащих обнаружению. Полученные результаты сопоставления данных автоматизированной обработки с данными визуального анализа тестовых изображений, подтверждающие работоспособность предложенной авторами технологии.

Ключевые слова: Дистанционное зондирование Земли, геометрические искажения кадровых снимков, компоновка оптико-электронных камер, фотоплан местности, контраст изображения
Литература:
  1. Веселов Ю.Г., Островский А.С., Сельвесюк Н.И., Красавин И.В. Оценка предельного разрешения цифровых оптико-электронных систем дистанционного зондирования земли с использованием теории линейных систем // Известия ЮФУ. Технические науки. 2013. № 3 (140). С. 84–89.
  2. Горбачёв А.А., Коротаев В.В., Ярышев С.Н. Твердотельные матричные фотопреобразователи и камеры на их основе. СПб.: НИУ ИТМО, 2013. 98 с.
  3. Valery V. Korotaev, Anton A. Maraev. Sources and detectors of optical radiation. Saint Petersburg: ITMO University, 2017. 104 p.
  4. Григорьев А.Н., Коршунов Д.С., Беляев А.С. Прогнозирование качества космических снимков космических систем дистанционного зондирования // Труды Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2010. № 629. С. 143–147.
  5. Бакланов А.И. Системы наблюдения и мониторинга. М.: Бином, 2014. 234 с.
  6. Алтухов А.И., Коршунов Д.С., Шабаков Е.И. Метод повышения качества снимков космических объектов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. №4. С. 35–40.
  7. Алтухов А.И., Шабаков Е.И., Коршунов Д.С. Повышение качества изображений путем синтезирования космических снимков с разной экспозицией // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 1. С. 24–30. doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-1-24-30
  8. Васильев А.С., Краснящих А.В., Коротаев В.В., Лашманов О.Ю., Лысенко Д.Ю., Ненарокомов О.Н., Широков А.С., Ярышев С.Н. Разработка программно-аппаратного комплекса обнаружения лесных пожаров методом совмещения изображений // Изв. вузов. Приборостроение. 2012. Т. 55. № 12. С. 50–55.
  9. Lashmanov O.U., Vasilev A.S., Vasileva A.V., Anisimov A.G., Korotaev V.V. High-precision absolute linear encoder based on a standard calibrated scale // Measurement, IET–2018. V. 123. P. 226–234. ISSN 0263-2241, https:// doi.org/ 10.1016/ j.measurement. 2018.03.071.
  10. Коротаев В.В., Мельников Г.С., Михеев С.В., Самков В.М., Солдатов Ю.И. Основы тепловидения. СПб: НИУ ИТМО, 2012. 122 с.
  11. Григорьев А.Н., Дудин Е.А., Коршунов Д.С., Октябрьский В.В. Концептуальная и аналитическая модели ведения оптико-электронной съемки с априорной экспонометрией на борту космического аппарата // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 3. С. 128–138.
  12. Занин К.А. Выбор параметров оптико-электронной космической системы наблюдения по качеству изображения // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2007. №11. C. 30–37.
  13. Красильников Н.Н. Цифровая обработка 2D и 3D изображений. Учеб. пособие. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 608 с.
  14. Воробель Р.А. Цифровая обработка изображений на основе теории контрастности: Дис. докт. техн. наук: 05.13.06. Львов, 1999. 369 с.
  15. Васильев А.С., Коротаев В.В., Краснящих А.В., Лашманов О.Ю., Ненарокомов О.Н. Совмещение тепловизионного и телевизионного изображений при обследовании строительных конструкций зданий и сооружений // Изв. вузов. Приборостроение. 2012. Т. 55. № 4. С. 12–16.
  16. Григорьев А.Н., Алтухов А.И., Коршунов Д.С. Подход к ведению аэросъемки местности с использованием компоновки оптико-электронных камер // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 3. С. 318–326. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-3-318-326.
  17. Алтухов А.И., Билан В.И., Григорьев А.Н., Попович В.В. Методика и частные результаты исследования качества поиска ключевых точек по материалам оптико-электронной аэросъемки // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 5. С. 649–660. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-5-649-660.

Презентация доклада



Ссылка для цитирования: Алтухов А.И., Коршунов Д.С. Технология автоматизированного определения изменений на местности по разновременным пространственным данным, полученным с использованием компоновки оптико-электронных камер // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2020. C. 108. DOI 10.21046/18DZZconf-2020a

Вопросы создания и использования приборов и систем для спутникового мониторинга состояния окружающей среды

108