Методы обработки мульти- и гиперспектральных данных дистанционного зондирования Земли при решении тематических задач

Применение мульти- и гиперспектральных данных позволяет повысить эф-фективность обнаружения и распознавания элементов сцены. Эти данные могут ис-пользоваться как совместно с информацией о топологии наблюдаемых объектов, так и самостоятельно.
Появление оптико-электронной аппаратуры нового поколения существенно расширяет возможности применения данных дистанционного зондирования в различ-ных тематических задачах. C этой точки зрения уникальным является российский кос-мический аппарат «Ресурс-П», созданный в ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» по заказу Фе-дерального космического агентства и запущенный 25 июня 2013 года. Он может осу-ществлять высокодетальное, детальное широкозахватное и гиперспектральное наблю-дение земной поверхности. В связи с этим актуальной становится задача освоения существующих и разработки новых методов обработки мульти- и гиперспектральной информации с учётом особенностей её получения.
В основе использования мульти- и гиперспектральных данных лежит понятие спектральной сигнатуры, т.е. уникальной зависимости отражательной способности материалов от длины волны электромагнитного излучения. Мультиспектральные сис-темы наблюдения имеют несколько относительно широких спектральных каналов, ко-торые выбираются с учётом возможности решения конкретных задач. Гиперспек-тральная аппаратура работает в узких смежных спектральных каналах, что позволяет строить детальные спектральные сигнатуры в пределах окон прозрачности атмосферы и производить более точную идентификацию.
Мульти- и гиперспектральные данные находят сегодня широкое применение при проведении мониторинга окружающей среды, в геологическом карто-графировании, в сельском и лесном хозяйстве, при исследовании атмосферы и клима-та, при изучении функционирования экосистем; анализе развития городских территорий, мониторинге чрезвычайных ситуаций.
Важную роль в интерпретации мульти- и гиперспектральных изображений иг-рают сведения о наблюдаемых объектах и фонах, а также о динамике их поведения.
Увеличение числа каналов даёт больший объём информации о сцене, но необ-ходимо учитывать, что простое визуальное дешифрирование не позволяет извлечь все сведения, содержащиеся в кубе данных.
У существующих в настоящее время методов автоматизированной обработки данных ДЗЗ есть свои достоинства и недостатки. В частности, после проведения клас-сификации каждый пиксел изображения можно отнести только к одному конкретному классу материалов. При низком пространственном разрешении это в корне не соответ-ствует действительности. С другой стороны, высокая точность субпиксельного разде-ления смесей возможна только при наличии правильно заданных исходных спектраль-ных составляющих.
Выбор наиболее подходящего метода зависит от свойств наблюдаемой сцены, цели исследований, а также пространственного и спектрального разрешения имеющихся в наличии данных ДЗЗ.
Преимущества гиперспектральных данных состоит в том, что они позволяют использовать для анализа наиболее информативные спектральные диапазоны.
В докладе представлены примеры практического применения алгоритмов об-работки мульти- и гиперспектральных данных.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 13-01-12014).