Совмещение космических изображений различного разрешения
с использованием электронных карт

Космические изображения, полученные аппаратурой различного вида, как правило, отличаются друг от друга многими параметрами: точностью геодезической привязки, пространственным разрешением, спектральными характеристиками, сюжетными и временными различиями (объекты, которые присутствуют на изображениях от одной аппаратуры, могут отсутствовать на снимках от другой). Задача совмещения таких изображений имеет высокую сложность и требует больших вычислительных затрат.
Решение описываемой задачи с помощью известных подходов можно разбить на два этапа. Во-первых выполняется предварительная обработка изображений с целью приведения их к единому виду. Здесь решаются задачи приведения снимков к единой системе координат, единому разрешению, и при необходимости контурному виду. Во-вторых, производится пространственное совмещение снимков. На этом этапе осуществляется выбор опорных точек на совмещаемых изображениях (опорные точки должны принадлежать уникальным объектам, присутствующих на обоих изображениях), поиск множества одноименных точек и непосредственное пространственное совмещение пары изображений по набору найденных точек. При этом обычно используются корреляционные методы поиска, которые чувствительны к геометрическим и яркостным преобразованиям изображений, т.е. результат совмещения во многом зависит от качества предварительной обработки изображений.
В докладе предлагается выполнять независимое сопоставление каждого изображения с электронной картой, а непосредственное совмещение пары изображений осуществлять на основе одноименных точек карты, найденных на каждом из снимков. Такой подход позволит избежать предварительной обработки снимков, что повысит надежность и точность решения задачи, существенно сократит вычислительные операции. Предлагаемая технология основывается на следующих конструктивных предложениях.
Во-первых, осуществляется выбор уникальных фрагментов, которые хорошо различимы на снимках и присутствуют на карте. Электронные карты априорно представляют собой высокоуровневое описание территории, характерные объекты которой выделены в отдельные слои: населенные пункты, дорожная сеть, точечные объекты, водные объекты и др. При этом в качестве опорных фрагментов в случае совмещения карты со снимком низкого разрешения целесообразно использовать одни объекты карты (береговые линии, крупные дороги), а с изображением высокого разрешения – другие (здания, улично-дорожную сеть, мосты, точечные объекты, водоемы). Участие в совмещении лишь тех областей изображения, которые соответствуют карте, сокращает объем обрабатываемой информации, а использование различных слоев одной карты позволяет производить независимую обработку изображений параллельно, повышая производительность работы.
Во-вторых, выполняется нанесение электронной карты на пару снимков, которое представляет собой трансформирование геодезических координат каждой точки карты в пару плоскостных координат каждого снимка.
В-третьих, выполняется совмещение карты с парой изображений. Известно два подхода решения этой задачи: идентификация контуров изображения с очертаниями объектов карты [1,2] и идентификация характерных участков изображений с бинарными масками, построенными на базе карты [3].
В-четвертых, изображение высокого разрешения обладает, как правило, точной геодезической привязкой по сравнению с изображением низкого разрешения. В этом случае совмещение карты с высокодетальным снимком проводить не требуется и задача значительно упрощается.
В-пятых, на основе пары множеств найденных одноименных точек снимка и карты устанавливается геометрическое соответствие пары снимков.
Результат совмещения может быть использован в различных задачах: для уточнения геодезической привязки изображения низкого пространственного разрешения относительно высокодетального снимка, создание цветосинтезированных изображений на базе высокодетальных и мультиспектральных данных, совмещения изображений различных спектральных каналов.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 13-01-12014 офи_м.

Список литературы:
1. Злобин В.К., Еремеев В.В. Обработка аэрокосмических изображений. М.: Физматлит, 2006. 288 с.
2. Федоткин Д. И. Математическое и программное обеспечение процессов пространственной привязки космических изображений по электронным картам – Дис. канд. техн. наук. Рязань, 2000. 162 с.
3. Козлов Е.П. Алгоритмы и технология высокоточной координатной привязки снимков от геостационарных космических систем по электронным картам – Дис. канд. техн. наук. Рязань, 2009. 144 с.