База гиперспектральных данных с возможностями поиска по спектральным линиям и временной динамике

В ИКИ РАН создается система хранения и обработки данных гиперспектральной съемки Марса прибором «Омега». За 3 года эксперимента «Марс-Экспресс» по некоторым регионам (особенно приполярным) накопился временной ряд из десятков гиперкубов. Таких данных нет даже по Земле. Встает вопрос о сочетании традиционного гиперспектрального анализа «вдоль l» и анализа «вдоль t”.
Первое приближение: из исходных данных конструируются «временные гиперкубы», представляющие динамику изменения глубины некоторой спектральной линии. Это позволяет использовать для динамики весь аппарат обычного гиперспектрального анализа. Однако спектральные особенности, в первую очередь линии, устроены несколько иначе, чем временные особенности. Желательно обобщение, охватывающее оба типа особенностей.
Для этого в базе гиперспектральных данных (БД) организован универсальный поиск особенностей на основе трех точек по l и/или t. Это спектральные линии заданного положения и ширины, градиенты и перегибы временной траектории, комбинированные особенности, например временной градиент глубины линии, и т.д. «Элементарная единица» поиска - условие попадания значения особенности по l и/или по t в заданный диапазон (например, глубина линии не менее 50%). Можно аналогично задать дополнительные условия на особенности по пространственным координатам x и y. Например, ограничение градиента по x и y обеспечивает пространственную однородность результатов поиска. Элементарные условия поиска могут комбинироваться любыми логическими операторами. Это позволяет, например, искать объект сразу по нескольким спектральным линиям.
Для такого поиска исходные гиперкубы трансформированы в реляционную БД (насколько известно, впервые). Результаты поиска представляются в виде списка особенностей. На его основе формируется итоговый гиперкуб-композит по l или t, содержащий все отобранные особенности. С ним работают дальше. Частный случай - описанный выше «временной гиперкуб».
Мы приводим примеры различных применений такого поиска, в т.ч. нетривиальных (например, для фильтрации сбоев данных). Наиболее продвинутое применение - построение моделей временной динамики в итоговом гиперкубе в виде дифференциальных уравнений на основе особенностей, соответствующих 1 и 2 производным по времени. Иллюстрация - модель динамики глубины линий водного и углекислого льда и пара для Южной полярной шапки Марса.