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:

Гомозов Олег Анатольевич. Методы и технологии геометрической обработки космической видеоинформации от оптико-электронных систем высокого пространственного разрешения : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.01.- Рязань, 2005.- 151 с.: ил. РГБ ОД, 61 05-5/3154

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

1 Анализ современного состояния методов и технологий
геометрических преобразований космических изображений

от оптико-электронных съемочных систем 12

  1. Общая схема съемки и задачи геометрической коррекции оптико-электронных изображений земной поверхности. 12

  2. Анализ моделей и технологий координатной обработки космических изображений , 21

  3. Предложения по созданию систем и технологий геометрической обработки данных ДЗЗ высокого пространственного разрешения 36

Основные результаты , 40

2 Модели формирования и геолривязки снимков высокого
пространственного разрешения
, 42

  1. Прецизионная модель съемки земной поверхности 42

  2. Структурное восстановление изображения 57

  3. Метод дифференциального уточнения параметров орбитального и углового движения съемочной системы 63

  4. Методика уточнения параметров внутреннего ориентирования съемочной системы 70

Основные результаты 76

3 Методы и алгоритмы геометрической обработки спутниковой
информации
78

  1. Методика оценки точности геометрической обработки по орбитальным параметрам 78

  2. Метод ортотрансформирования космических изображений с использованием локальной модели рельефа 82

3.3 Обработка блока оптико-электронных космических

изображений 88

Основные результаты 93

Реализация систем и технологий высокоточных геометрических
преобразований космических изображений
95

  1. Фильтрация грубых ошибок измерений с использованием порядковых статистик 95

  2. Проектирование программного обеспечения систем геометрической обработки видеоданных 106

  3. Результаты экспериментальных исследований и оценки эффективности технологий обработки изображений 115

Основные результаты 134

Заключение 136

Слисок использованных

источников 141

Приложение. Акты практического использования

результатов диссертации 149

Введение к работе:

Актуальность работы. До недавнего времени съемка земной поверхности с высоким пространственным разрешением (1 м и менее) выполнялась с помощью фотографических спутников, а получаемая информация использовалась, главным образом, для решения задач специального визуального наблюдения. Поэтому основным назначением, как самих съемочных систем, так и технологий обработки было получение изображения, обладающего высокими фотометрическими характеристиками. Фотограмметрические задачи, связанные с устранением геометрических искажений изображений, как правило, решались с использованием обобщенных моделей съемочной системы (кадровой, щелевой или панорамной) и большого количества опорных данных о местности, представленных в виде опорных точек и цифровых моделей рельефа. Космические снимки использовались для картографирования территорий, имеющих полное топогеодезическое обеспечение [1-3].

В настоящее время получают интенсивное развитие оптико-электронные космические системы мониторинга земной поверхности, основанные на новых принципах регистрации и передачи информации дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) [4, 5]. NASA (США) и Европейское космическое агентство прилагают беспрецедентные усилия по созданию группы искусственных спутников Земли, которая обеспечивала бы получение оперативной и высокоточной информации о земной поверхности. К их числу, в первую очередь, можно отнести ИСЗ с системами высокого пространственного разрешения - Ikonos, ObrView, QuickBird, Spot-5 [6-9].

Появление российских космических аппаратов (КА) с оптико-электронными системами высокого пространственного разрешения («Аркон», «Ресурс-ДК», «Монитор-Э»), оснащенных высокоточными системами навигации, выдвигает новые требования к методам обработки материалов ДЗЗ [10,

11]. В отличие от технологий обработки космической информации среднего и

низкого разрешения 30 - 1000 м), получаемой от КА «Ресурс-01», «Метеор-ЗМ», «Океан-О», NOAA и предназначенной для обновления карт масштабов 1:200000 -1:1000000, необходимо учитывать специфические особенности формирования видеоданных и более точно определять пространственные координаты элементов изображения с целью картографирования территорий в масштабе не менее 1:10000 [12-15].

В работе дается решение важной научно-технической проблемы, связанной с разработкой прецизионных методов и полнофункциональных технологий геометрической обработки изображений от существующих и вновь проектируемых систем ДЗЗ высокого пространственного разрешения. Работа направлена на повышение эффективности использования систем ДЗЗ и удовлетворение постоянно растущих требований потребителей по оперативности и точности результатов обработки.

Степень разработанности темы. Вопросам геометрических преобразований данных дистанционного зондирования Земли посвящены труды таких выдающихся отечественных и зарубежных ученых как Лобанов А.Н, Урма-ев М.С., Агапов СВ., Журкин И.Г., Злобин В.К., Тюфлин Ю.С., Погорелов В.В., Киенко Ю.П., Huang Т., Jordan L., Kronberg P., Pratt W., Rosenfeld А. Наряду с ними большой опосредованный вклад в теорию геометрических преобразований космических изображений сделали разработчики теории орбитального движения КА - Тихонравов М.К., Яцунский И.М., теории фигуры и гравитационного поля Земли — Молоденский СМ., Грушинский Н.П., методов математической картографии — Бугаевский Л.М., J.P.Snyder, В основе современных методов обработки космических изображений лежат закономерности, полученные этими выдающимися учеными [2, 16-24].

Однако область знаний, связанная с обработкой космических снимков,

непрерывно развивается. Это обусловлено тем, что, с одной стороны, системы

ДЗЗ постоянно совершенствуются, и часто для их построения используются

принципиально новые физические основы и конструктивные решения, а, с дру-
vT гой стороны, требования потребителей к точности обработки неуклонно повы-

шаются, То есть возникает необходимость в разработке новых методов и технологий геометрической коррекции изображений, учитывающих особенности построения новых систем ДЗЗ. Достаточно сказать о том, что использование стандартных пакетов обработки аэрокосмических изображений, таких как «Фотоплан», Erdas, ErMapper и др. [26, 27] возможно только при решении узкого круга задач, поскольку в них используются обобщенные модели съемки, не учитывающие многоматричную структуру построения сканирующих устройств. Кроме того, одной из особенностей известных технологий геометрической обработки сканерной информации [14] является недостаточная точность определения координат объектов изображения (5-10 пикселей при размерах пикселя на местности 30-40 м), что ограничивает применение используемых в них моделей для систем высокого пространственного разрешения. Поэтому важной задачей является проектирование высокоточных моделей геометриче-ской коррекции, наиболее полно учитывающих весь спектр искажающих фак-торов, реализующих структурное восстановление изображений, и обеспечивающих погрешность геопривязки видеоданных не хуже одного метра.

Практически отсутствуют публикации по вопросам разработки методик априорной и апостериорной оценки геометрической точности видеоинформации [28, 29], а также методов калибровки сканирующих устройств по результатам съемки тестовых полигонов.

Недостаточно исследованными являются задачи, связанные с трансформированием сканерных изображений по цифровым моделям рельефа и высокоточным геодезическим ориентированием маршрутов съемки при ограниченном числе опорных данных. В этом отношении оперативное решение вопросов координатного обеспечения наблюдаемых объектов и картографирование боль-

ших площадей, имеющих слабое топогеодезическое обеспечение, являются ис-

#' ключительно актуальными задачами.

Целью диссертации является разработка методов и технологий геометрических преобразований космических изображений, получаемых отечественными оптико-электронными системами ДЗЗ высокого разрешения, и создание на их основе для приемных центров полнофункционального программного обеспечения, способного решать задачи мелкомасштабного и крупномасштабного картографирования земной поверхности.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие

* основные задачи:

обоснование направлений создания прецизионных технологий обработки спутниковых изображений высокого пространственного разрешения;

проектирование высокоточных моделей, описывающих процесс формирования и геопривязки изображений от многоматричных сканерных систем;

разработка методов трансформирования и ортотрансформирования одиночных и перекрывающихся снимков, а также оценки точности результатов

обработки;

- реализация полнофункциональных технологий в программном обеспе
чении геометрической обработки видеоинформации от существующих и вновь
проектируемых систем ДЗЗ высокого пространственного разрешения.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые дается систематизированное решение крупной научной задачи, связанной с созданием математических и методологических средств высокоточной обработки видеоинформации от спутниковых систем нового принципа построения. Это предопределяется тремя главными обстоятельствами. Во-первых, применением всей совокупности данных, получаемых об угловом и линейном движении КА, систем навигации и астроориентации, наземных и летных калибровочных испыта-

ний съемочной аппаратуры, для построения высокоточных моделей координат-

ной привязки изображений. Во-вторых, комплексным использованием орбитальных параметров, опорной информации и цифровых матриц рельефа при геометрических преобразованиях как одиночных изображений, так и совместной обработке блока перекрывающихся снимков. В-третьих, использованием данных о точностных характеристиках систем КА для получения достоверных априорных и апостериорных геометрических параметров изображений. На защиту выносятся следующие новые научные результаты:

1. Геометрические модели формирования и геопривязки сканерных изо
бражений высокого пространственного разрешения, включающие:

высокоточную модель съемки и геопривязки изображений земной поверхности;

модель структурного восстановления изображений по орбитальным данным;

метод дифференциального уточнения параметров орбитального и углового движения съемочной системы по минимальному количеству опорной информации;

методику уточнения параметров внутреннего ориентирования съемочной системы по тестовым полигонам.

2. Методы и алгоритмы геометрической обработки спутниковой инфор
мации, а именно:

методику априорной оценки точности трансформирования снимков по орбитальным данным;

метод ортотрансформирования с использованием локальной модели рельефа;

алгоритм обработки блока космических изображений.

3. Структурные и алгоритмические решения по проектированию систем
и технологий высокоточных геометрических преобразований космических изо
бражений, в том числе:

алгоритм фильтрации грубых ошибок измерений с использованием порядковых статистик;

структурные и информационные модели построения систем обработки;

результаты экспериментальных исследований и оценки эффективности создаваемых технологий.

Практическая ценность. Работа имеет важное практическое значение, поскольку на основе разработанных методов, моделей, алгоритмов и технологий спроектировано семейство программных систем обработки космических изображений, получаемых с КА «Аркон» («OrthoScan»), «Монитор-Э» («Norm-Scan»), «Ресурс-ДК» («OrthoNormScan»). Эти системы эксплуатируются в Федеральном центре Роскосмоса в г. Москве, Координационно-аналитическом центре ГКНПЦ им. М.В.Хруничева и войсковой части 54023.

По результатам использования программных систем, при выполнении работ по высокоточной обработке материалов ДЗЗ получены следующие оценки эффективности их применения: до 70 % сокращаются затраты на выполнение дорогих полевых работ, связанных с получением опорных данных о местности, и до 90 % сокращается трудоемкость выполнения операций привязки изображений к картографической основе.

Достоверность полученных результатов подтверждена сопоставлением альтернативных подходов по обработке материалов ДЗЗ с использованием системы «OrthoScan» с одной стороны и программных комплексов «Фотоплан» и «Erdas» с другой, а также положительными результатами приемо-сдаточных испытаний и опытной эксплуатации созданных систем при обработке данных КА «Аркон».

Реализация и внедрение. Диссертационная работа включает в себя исследования, выполненные в рамках государственного контракта с Российским федеральным космическим агентством № 756-5505.99, ОКР № 25/ЦКТ,

ОКР № 134/03, ОКР № 4-00 и ОКР № 20-03.

Результаты диссертационной работы в виде математического и программного обеспечения внедрены в Научном центре оперативного мониторинга Земли, ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, войсковой части 54023, что подтверждается соответствующими актами, приведенными в приложении.

Апробация работы. Результаты исследований, составляющие основное содержание диссертации, докладывались на 4-х международных и 3-х всероссийских конференциях и семинарах:

3-й и 4-ой междунар. н.-тех. конф. «Космонавтика. Радиоэлектроника. Геоинформатика» (г. Рязань, 2000г., 2003г.), IX всероссийск. н.-тех. конф. «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (г. Рязань, 2004 г.), II всероссийск. н.-тех. конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (г. Москва, 2004 г.), междунар. молодежи, н.-тех. конф. «XXX Гагаринские чтения» (г. Москва, 2004 г.), 13-й междунар. н-тех. конф. «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (г. Рязань, 2004 г.), второй военно-науч. конф. космических войск (г. Санкт-Петербург, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ: 5 статей, 9 тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях и семинарах.

Личный вклад соискателя в опубликованных материалах состоит в следующем:

в работах [55,56,67,69,74] автору принадлежат идеи по построению прецизионных технологий геометрической коррекции видеоинформации от спутниковых систем высокого пространственного разрешения;

в работе [31] автором разработана модель структурного восстановления видеоинформации с использованием данных об орбитальном движении;

в работах [37, 54] соискателем предложен алгоритм использования линейных объектов местности в качестве опорной информации и методика

фильтрации ошибок измерений на основе порядковых статистик;
iw - в работе [79] автором разработана методика оценки точности геомет-

рической обработки изображений на основе метода статистических испытаний (метод Монте-Карло);

в работе [68] автором предложена методика уточнения параметров внутреннего ориентирования съемочной системы по снимкам земной поверхности;

работы [51,66,72,78] выполнены без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения, которое содержит документы о внедрении и практическом использовании результатов. Общий объем работы составляет 153 с, в том числе: основное содержание — 140 с, 34 рисунка, 15 таблиц, список литературы на 9 с. (79 наименований), приложение - 4 с.

*

Подобные работы
Буй Тхе Чуен
Разработка методов и технологии обработки трехмерных изображений с применением шейдерной графики
Лакаев Анатолий Семенович
Разработка интеллектуальных технологий и методов обработки неструктурированной информации
Ле Кхак Нгок Ань
Технология и методы управления документооборотом промышленных предприятий Социалистической Республики Вьетнам
Ардашев Дмитрий Васильевич
Разработка модели и технологии противодействия методам несанкционированного доступа типа переполнения буфера в операционных системах
Васильев Павел Михайлович
Методы и технологии доступа к видеоинформации системы дистанционного обучения с использованием распределенной базы данных
Бритов Александр Георгиевич
Методы повышения надежности сетевых технологий для корпоративных информационных систем
Пегов Геннадий Михайлович
Разработка метода обоснования приоритетных направлений развития наукоемких технологий на высокотехнологичном предприятии
Паринов Андрей Владимирович
Методы формализации профессиональных знаний врача на основе интеллектуальных технологий идентификации состояния здоровья пациента и выбора тактики лечения
Шубарев Андрей Евгеньевич
Разработка методов повышения защиты компьютерных сетей и приложений : На примере использования технологии MPLS
Григорьев Роман Николаевич
Методы и средства построения моделирующих комплексов и обучающих систем на основе технологий распределенного моделирования

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