Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Еремеев Андрей Викторович. Базовые алгоритмы и технологии координатной и яркостной обработки изображений в системах дистанционного зондирования Земли : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.01 Рязань, 2005 144 с. РГБ ОД, 61:05-5/3191

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

1. Системный анализ вопросов координатной и яркостной

обработки спектрозональных космических изображений 10

  1. Содержание задачи координатной обработки изображений 10

  2. Анализ типовых задач яркостной обработки спектрозональных изображений 22

  3. Концептуальные положения по построению базовых технологий координатной и яркостной обработки космических изображений 33

Основные результаты 38

2. Базовые алгоритмы и технологии

координатной обработки данных ДЗЗ 39

  1. Общая модель координатной обработки и ее декомпозиция .... 39

  2. Базовое навигационное обеспечение процесса координатной обработки 44

  3. Алгоритм геометрической обработки изображений

на основе кусочно-аффинного координатного соответствия 49

2.4. Базовый алгоритм и технология геометрической обработки
изображений на основе кусочно-билинейного

координатного соответствия 55

2.5. Метрологическое обеспечение процесса координатной

обработки изображений 59

Основные результаты 68

3. Базовые алгоритмы и технологии

яркостной обработки данных ДЗЗ 69

  1. Общая модель яркостной коррекции и ее декомпозиция 69

  2. Алгоритмы коррекции низкочастотных яркостных искажений.. 73

3.3. Алгоритм коррекции структурных искажений, основанный
W

на статистическом анализе данных от одноименных объектов... 78

3.4. Алгоритм коррекции структурных искажений, основанный

на анализе статистической неоднородности видеоданных 89

3.5. Базовая технология оценки спектральной яркости земной
поверхности 96

Основные результаты 103

4. Реализация базовых технологий в составе типовой

межведомственной системы обработки данных ДЗЗ 104

4.1. Принципы организации типовой межведомственной системы

{Щ обработки данных ДЗЗ 104

  1. Принципы информационной унификации и управления процессом обработки данных ДЗЗ 109

  2. Методики оценки качества результатов координатной

и яркостной обработки данных ДЗЗ 114

4.4. Программно-аппаратная реализация базовых технологий
координатно-яркостной обработки данных ДЗЗ 120

Основные результаты 126

Заключение 127

Список литературы 130

Приложение 141

Введение к работе:

Актуальность работы. Космические изображения поверхности Земли находят эффективное применение в гидрометеорологии, охране окружающей среды, картографии, геологии, сельском и лесном хозяйствах, экологии, картографии, мониторинге чрезвычайных ситуаций, военной разведке и многих других областях человеческой деятельности [1-4]. Однако космические снимки, полученные в различных спектральных диапазонах, в исходном виде не могут быть использованы по назначению, поскольку содержат значительные геометрические и яркостные искажения по отношению к наблюдаемой сцене. Необходимо выполнить коррекцию снимков с целью получения таких изображений, по которым с максимально возможной точностью можно оценивать геометрические, энергетические и спектральные характеристики объектов земной поверхности.

Традиционно вопросы проектирования технологий обработки материалов космической съемки в нашей стране решаются в значительной степени децентрализовано, в рамках создания и эксплуатации конкретных систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) [5-9]. Различными кооперациями разработчиков проектируются средства ограниченного применения с использованием разных подходов и программно-аппаратных платформ. В результате происходит «распыление» финансовых и трудовых ресурсов, отсутствует глубокое межпроектное заимствование и преемственность технических решений при переходе от одной системы ДЗЗ к другой. В то же время анализ показывает, что десятки и сотни потребителей данных ДЗЗ нуждаются в решении одних и тех же типовых задач координатно-яркостной обработки изображений.

В условиях отсутствия базовых технологий потребители вынуждены самостоятельно решать непростые вопросы, для чего необходимы глубокие знания по процессам формирования изображений; принципам функционирования сканирующих датчиков, систем спутниковой навигации и ориентации, передающей аппаратуры; форматам и структурам представления данных и др. В на-

стоящее время в различных ведомствах (Росгидромет, Роскосмос, Минприрода, Роскартография, Рослесхоз, Минсельхоз, Росземкадастр, Роскомзем, МЧС, МВД, ФСБ, Минобороны и др.) созданы и эксплуатируются системы обработки данных ДЗЗ в интересах конкретных отраслей. Как правило, эти системы информационно не совместимы друг с другом. Это не только приводит к необоснованным финансовым затратам, но и препятствует эффективному обмену данными между различными отраслями и регионами страны и затрудняет интегрировать полученную информацию на федеральном уровне. Аналогичная ситуация наблюдается и на региональном уровне. Сегодня такие системы созданы более чем в 20 субъектах Российской Федерации (Нижний Новгород, Элиста, Ханты-Мансийск, Курган, Салехард, Иркутск, Южно-Сахалинск и др.) [3,10-14]. Региональные системы используют различную программно-аппаратную среду; форматы данных; технологии обработки, хранения и распространения спутниковой информации. Иными словами, в России остро назрела проблема унификации средств получения, обработки и использования материалов космической съемки на региональном, отраслевом и федеральном уровнях.

В рамках Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» на 2002-2006 годы и Федеральной космической программы Рязанской государственной радиотехнической академии в кооперации с Российским НИИ космического приборостроения поручена разработка базовых технологий обработки, архивации и распространения данных от всех российских и многих зарубежных систем ДЗЗ. В настоящей диссертации представлены результаты исследований в части проектирования базовых технологий координатной и яр-костной обработки спутниковых изображений.

Степень разработанности проблемы. Значительный вклад в решение рассматриваемой проблемы внесли отечественные и зарубежные ученые [15-28]: Арманд Н.А., Асмус В.В., Журкин И.Г., ЗлобинВ.К., КиенкоЮ.П., Лукьянчен-коВ.И., Лупян Е.А., Полищук Г.М., Селиванов А.С., ТюфлинЮ.С, Чернявский Г.М., Huang Т., Jardan L., Kronberg P., Pratt W., Rosenfeld А. и др. Их работы состав-

ляют теоретическую основу для решения задач, поставленных в диссертации.

Характерной особенностью публикаций по организации геометрической и яркостной обработки спутниковых изображений является ориентация исследований на конкретные системы ДЗЗ, сканирующие датчики и области использования результатов обработки. Во многих работах предложены эффективные подходы и технологии координатно-яркостной обработки данных ДЗЗ, нацеленные на достижение высокой точности и скорости решения данной задачи [29-37]. Однако вопросы построения универсальных технологий координатной и яркостной обработки, некритичных к техническим характеристикам и целевому назначению различных систем ДЗЗ, являются мало исследованными.

«Платой» за универсальность построения какой-либо технологии обработки, как правило, бывает ухудшение ее других технических характеристик, в нашем случае точности и скорости обработки данных ДЗЗ. Поэтому при проектировании базовых технологий координатно-яркостной коррекции изображений возникает необходимость в решении ряда новых вопросов, связанных с расширением области применения, повышением точности и скорости обработки.

Практически отсутствуют исследования вопросов рациональной декомпозиции весьма сложных процессов координатной и яркостной обработки данных ДЗЗ. В то же время эти вопросы являются ключевыми при построении базовых технологий обработки видеоданных.

Целью диссертации является разработка базовых алгоритмов и технологий координатной и яркостной обработки многозональных видеоданных от отечественных и многих зарубежных систем ДЗЗ.

Задачи исследований. Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

системного анализа вопросов координатно-яркостной обработки изображений в современных системах ДЗЗ и выработки концептуальных положений по построению базовых технологий;

разработки моделей декомпозиции процессов координатной и яркост-

ной обработки данных ДЗЗ на базовые процедуры;

проектирования базовых технологий геометрической и яркостной обработки изображений;

разработки методик оценки качества обработки изображений;

определения проектных решений при реализации базовых технологий в составе типовой межведомственной системы обработки данных ДЗЗ.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые выявлены общие закономерности в организации процессов координатной и яркостной обработки данных ДЗЗ, сформулированы и реализованы концептуальные положения по построению базовых технологий.

Конкретно на защиту выносятся следующие новые научные результаты:

модели декомпозиции процессов координатной и яркостной обработки изображений, основанные на общих закономерностях функционирования различных систем ДЗЗ;

базовые алгоритмы и технологии геометрического трансформирования изображений, инвариантные к различным законам координатной обработки;

базовые алгоритмы и технологии яркостной обработки спектрозональ-ной видеоинформации, основанные на систематизации радиометрических искажений и общих закономерностях их проявления;

алгоритмы статистической коррекции структурных искажений на изображениях, обеспечивающие качественную обработку в условиях высокой неоднородности и малого объема статистической выборки;

методики оценки качества координатной и яркостной обработки изображений.

Практическая ценность работы состоит в том, что на базе предложенных базовых алгоритмов и технологий координатно-яркостной обработки изображений созданы программные комплексы серии NormSat, определен проектный облик типовой межведомственной системы обработки данных ДЗЗ.

Специальное программное обеспечение, реализующее базовые алгоритмы

и технологии, в составе комплексов NormSat используется для обработки видеоинформации от космических систем ДЗЗ «Pecypc-Ol» и «Метеор-ЗМ».

Реализация и внедрение. Диссертация выполнена в Рязанской государственной радиотехнической академии в рамках НИР 2-03 Г, НИР 13-03 Г, НИР 23-99, ОКР 6-04.

Результаты работы в виде научно-технических отчетов, специального
программного обеспечения и эксплуатационной документации внедрены в Рос
сийском НИИ космического приборостроения, НИИ точных приборов, Науч
ном центре оперативного мониторинга Земли, Научно-исследовательском цен-
Щ тре космической гидрометеорологии «Планета».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации
докладывались и обсуждались на Международной конференции «Космонавти
ка. Радиоэлектроника. Геоинформатика» (Рязань-2003), Международных кон
ференциях «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах
телекоммуникаций» (Рязань-2002, 2003, 2004), Международной конференции
«Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания обра-
^ зов, обработки изображений и символьной информации» (Курск-2003), Между-

народной конференции «XXX Гагаринские чтения» (Москва-2004), Международной конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза-2004), Всероссийских конференциях «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань-2003, 2004), Всероссийской конференции «Современные проблемы ДЗЗ из космоса» (Москва-2003), Всероссийской конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Нижний Новгород-2004), Всероссийской конференции «Информационно-телекоммуникационные технологии» (Сочи-2004).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 работы: 6 статей,
13 тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях, разде-
" лы в трех отчетах по НИР.

Личный вклад автора по опубликованным работам состоит в следующем:

в работах [60, 61] соискателем предложен алгоритм и базовая технология высокоскоростной координатной коррекции видеоданных на основе кусочно-аффинного представления закона обработки;

в работах [46, 80, 81] соискателем предложены модели декомпозиции процессов координатной и яркостной обработки изображений;

в работе [76] соискателем представлен алгоритм коррекции структурных искажений, основанный на статистическом анализе многомодальных гистограмм;

в работе [90] соискателем предложены меры численной оценки статистической неоднородности изображения;

в работе [91] соискателем разработана модель оценки спектральной яркости изображения по нескольким спектрозональным отсчетам;

в работах [75,82,93] соискателем представлены алгоритмы и базовые технологии координатно-яркостной обработки данных ДЗЗ;

в работе [97] соискателем предложены принципы организации базовых технологий обработки данных ДЗЗ в составе типовой межведомственной системы;

работы [45,62,63,64,77,87,88,94,95,96] выполнены соискателем без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения, которое содержит документы о внедрении результатов. Объем работы составляет 144 стр., в том числе основное содержание- 125 стр., рисунки и таблицы - 5 стр., список литературы 103 наименования - 11 стр., приложение - 3 стр.

Подобные работы
Кочергин Андрей Михайлович
Алгоритмы и технологии предварительной обработки изображений в системах каталогизации данных дистанционного зондирования Земли
Кузнецов Алексей Евгеньевич
Математическое и программное обеспечение систем обработки данных дистанционного зондирования Земли
Леонов Евгений Николаевич
Принятие решений на основе нечёткозначных моделей и алгоритмов обработки графических данных в технологии машинного обучения
Буй Тхе Чуен
Разработка методов и технологии обработки трехмерных изображений с применением шейдерной графики
Чобану Михаил Константинович
Аналитический синтез многомерных неразделимых сигналов и устройств для многоскоростных систем обработки изображений
Никитин Виктор Васильевич
Информационно-логическая модель автоматизированной системы обработки изображения
Киселев Антон Евгеньевич
Информационная система обработки изображений для оптоэлектронной спутниковой навигации по наземным ориентирам
Кузьмин Сергей Алексендрович
Организация вычислительного процесса обработки изображений в системе технического зрения робота на базе микроЭВМ
Брянцев Андрей Анатольевич
Алгоритмы вейвлет-анализа изображений в системах компьютерной обработки информации при производстве герконов и генераторных ламп
Егошкин Николай Анатольевич
Система обработки и анализа изображений колесных тележек железнодорожных составов на основе сканерной тепловизионной съемки

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net