Высокопроизводительные технологии получения спутниковых изображений уровней обработки 1 и 2

В докладе рассматриваются технологии обработки изображений от космических систем ДЗЗ высокого разрешения. В настоящее время видеодатчики таких систем строятся на основе ПЗС-матриц, работающих в режиме временной задержки и накопления. Для обеспечения высокого пространственного разрешения (лучше 1 м) и полосы захвата в несколько десятков километров, съемка в каждом спектральном диапазоне ведется несколькими ПЗС-матрицами, размещенными в фокальной плоскости с перекрытием полей обзора. Стандартные продукты уровня 1 представляют собой изображения от ПЗС-матриц (сканы), объединенные в плоскости единого панхроматического, спектрозонального или многоспектрального (цветосинтезированного) кадра. По геометрическим характеристикам этот кадр эквивалентен снимку, полученному одной ПЗС-линейкой, перекрывающей совокупную полосу обзора ПЗС-матриц. Стандартные продукты уровня 2 представляют собой единый кадр, представленный в системе координат картографической проекции. Преобразование в картпроекцию может выполняться с использованием средней высоты (трансформирование, уровень 2A) или ЦМР (ортотрансформирование, уровень 2B).
В настоящее время для создания стандартных продуктов по данным от КА «Ресурс П» реализована технология, предусматривающая последовательные операции «сшивки» изображений от ПЗС-матриц, цветосинтеза и трансформирования (ортотрансформирования) в картографическую проекцию. В докладе сообщаются сведения об использованных в технологии параллельных алгоритмах выполнения перечисленных операций, позволяющих эффективно задействовать вычислительные ресурсы современных многопроцессорных систем. Приводятся данные о повышении скорости обработки за счет распараллеливания. Например, на 20-процессорном сервере при 20 задействованных параллельных потоках время выполнения операций сокращается в 6,2—12,8 раз по сравнению с однопоточным процессом. Приведенные параллельные алгоритмы могут быть использованы как в системах, функционирующих на отдельных персональных компьютерах, так и в распределенных системах обработки данных ДЗЗ.
Рассмотрен вопрос доработки технологии для решения задачи максимально быстрого формирования изображений уровня 2 в случае, когда не требуется выдача продуктов уровня 1. Для этого предлагается дополнить технологию операцией непосредственного трансформирования сканов в плоскость единого кадра в системе координат картпроекции. Такой алгоритм позволяет избежать двукратного выполнения операций яркостной интерполяции и видеоинформационного обмена. Кроме выигрыша в скорости обработки, это позволяет снизить потери качества видеоданных. Использование для каждого скана традиционного алгоритма трансформирования по обратному закону с кусочно-линейной или кусочно-билинейной аппроксимацией функции координатного соответствия приводит к значительным затратам памяти под аппроксимационные решетки одновременно для всех сканов либо к необходимости последовательной обработки сканов, что снижает скорость обработки. Предлагается алгоритм выполнения операции, свободный от указанных недостатков и основанный на построении аппроксимационных решеток в повернутой системе координат. Доработанная технология реализована в экспериментальном программном обеспечении обработки данных от КА «Ресурс-П». В докладе приводятся данные по достигнутой скорости обработки на многопроцессорном сервере. По сравнению с существующей технологией, скорость обработки выросла в 1,4—1,8 раза.