Принципы построения и архитектура информационно-аналитической системы анализа дистанционной спектральной и видео информации

Принципы построения и архитектура информационно-аналитической системы анализа дистанционной спектральной и видео информации.

Стандартное решение тематических задач методами дистанционного зондирования основано на обработке многоспектральных снимков со спутников с возможным привлечением априорной информации из электронных спектральных библиотек и/или данных наземных измерений. При этом атрибутивное описание спектров и другая сопровождающая информация являются весьма ограниченными и могут не соответствовать времени и условиям измерений. Значительно большая точность при решении тематических задач может быть достигнута, когда у обработчика наряду с изображениями имеются данные сопутствующих спектральных измерений. Такая информация (изображения и спектры), регистрируется многими современными системами ДЗЗ высокого пространственного и спектрального разрешения, в частности, Фотоспектральной системой (ФСС), работающей на борту МКС в рамках космического эксперимента «Ураган». Известные пакеты обработки данных ДЗЗ (например, ENVI, ERDAS IMAGING и др.) не имеют функций совместной обработки пространственно «привязанных» и одновременно зарегистрированных изображений и спектров. Особенностью предлагаемой информационно-аналитической системы является наличие в ней блоков независимой тематической обработки и анализа спектров, изображений, а также блока совместной обработки и анализа сопряженной спектральной и видеоинформации, а так же геобиофизических характеристик объектов измерения, что позволит наиболее эффективно использовать её при решении целого ряда научных и прикладных задач ДЗЗ.
Структурно информационно-аналитическая система представляет собой совокупность блоков исходной информации и блоков обработки и анализа.

Два блока исходной информации включают:

I - полученную фотоспектральную информации об объекте, включая параметры и условия съемки (данные о геометрии съемки, фокусные расстояния объективов, поля зрения, высота съемки, скорость движения носителя, все временные характеристики сеанса съемки из служебного файла, углы ориентации оптических осей, метеорологическая информация, II - физико-географические характеристики территории и описание предметно-специфических параметров объектов измерения.
Три блока информационно-аналитические части включают:

I -Блок обработки и анализа спектральной информации, который, в сою очередь, включает:
1. Предварительную обработку спектральной информации: пересчет цифровых отсчетов в абсолютные единицы спектральной плотности энергетической яркости (СПЭЯ) и относительные (коэффициенты спектральной яркости, КСЯ) по данным калибровки; атмосферную коррекцию, коррекцию аппаратных погрешностей приборов (в частности привязки каналов по длинам волн); фильтрацию нетипичных спектров и их отдельных значений; сглаживание спектральных кривых для уменьшения шумов в выборке и снижение её размерности; дополнительное преобразование спектральных данных (в факторные значения, главные компоненты и пр.).

2. Визуальный анализ полученных данных и проведение на его основе и данных блока II исходной информации количественной и качественной параметризации объектов исследования: физико-географическая характеристика территории; характеристика объекта, его предметно специфические, геобиофизические параметры.

3.Тематическую обработку преобразованной спектральной информации, которая включает: классификацию без обучения; обучаемую классификацию и распознавание объектов по эталонным выборкам; классификацию выборок по факторным и другим значениям; составление регрессионных зависимостей на факторных значениях; комбинирование распознающих и моделирующих правил для определения параметров объектов; прогнозирование характеристик состояния объектов путем вычисления трендов.

4. Формирование и запись результатов спектральной тематической обработки: идентификатор объекта (его название); качественные и количественные характеристики (оценки) свойств и состояния объекта.
II – Блок обработки изображений включает все стандартные функции обработки: предварительную обработку изображений; радиометрическую, геометрическую и атмосферную коррекцию; геопривязку; построение мозаик изображений, описание и параметризацию объектов; тематическую обработку (классификацию) изображений, формирование результатов тематической обработки изображений (растры, векторные слои, идентификаторы объектов, значения их характеристик и пр.).
III - Блок обработки сопряженной спектральной информации и изображений включает:
1. Пространственную привязку спетрометрируемых областей к соответствующим изображениям.

2. Корреляционный анализ спектральной информации, визуально-интерактивный анализа изображений и спектров, пространственно-структурный анализ изображений для их совместной обработки.

3. Декомпозицию «смешанных» спектров на спектры однородных классов подстилающей поверхности («чистые спектры»).

4. Пространственно-спектральную интерполяцию и получение расчетным путем мультиспектральных изображений в заданном числе новых спектральных каналов.
4. Тематическую обработку (классификацию) полученных мультиспектральных изображений.

5. Организацию результатов обработки и анализа, экспорт данных в ГИС и представление в картографическом виде.
Одним из важных элементов системы обработки является возможность корректировки и дополнения уже существующих решений.
Результатом работы информационно-аналитической системы является достижение необходимой точности решение задач мониторинга природных и техногенных объектов и явлений.