главная информация о дззстатьи по дззсоздание ортоисправленных изображений со спутника ikonos на основе цмр со спутника spot

Создание ортоисправленных изображений со спутника IKONOS на основе ЦМР со спутника SPOT

Космический аппарат IKONOS был запущен с авиабазы Ванденберг (США) 24 сентября 1999 года. Владельцем спутника является компания Space Imaging (США). Спутник был выведен на низкую, высотой 680 км, солнечно-синхронную орбиту, обеспечивающую его прохождение над любым районом Земли каждые 2-3 дня. Спутник IKONOS предназначен для получения цифровых изображений земной поверхности с пространственным разрешением 1 метр в режиме реального времени и мультиспектральных данных с пространственным разрешением 4 м с отклонением от надира до 60 градусов, что позволяет получать также стерео изображения. IKONOS стал первым спутником, с которого стала коммерчески доступным съемка высокого разрешения, которая широко используется в настоящее время для решения различных задач в интересах как государственных, так и коммерческих структур и даже частных лиц.

Вместо использования дорогостоящей, а зачастую и просто недоступной аэрофотосъемки, пользователь получает возможность мониторинга и достаточно частого обновления информации на значительные участки земной поверхности. Появляются и развиваются совершенно новые направления деятельности, такие, как точечное или (точное) земледелие, высокоточное прогнозирование залегания горных пород и геологических структур, высокоточное проектирование при строительстве населенных пунктов, транспортной и городской инфраструктуры, планирование развития территорий, экологический мониторинг.
Ортоисправленные спутниковые изображения представляют собой уникальный источник информации, соответствую топографическим картам по масштабу и геометрической точности. В связи с тем, что ортофото обладает всеми характерными преимуществами карты, оно позволяет точно измерять расстояния между объектами и площади.

С другой стороны можно легко добавить какие-то дополнительные слои с топоосновы и наоборот, обновить уже имеющиеся карты на основе ортоисправленного снимка.

Используя геометрическую коррекцию можно легко ортотрасформировать исходный снимок с помощью метода DLT (Direct Linear Transformation – непосредственная линейная трансформация). Для этого требуется только 6 наземных точек привязки, после чего координаты снимка представляются как функция координат карты для каждого пиксела ортоисправленного изображения, приведенного в ту же систему координат, что и карта, после чего производится дискретизация методом «ближайшего соседа» ( метод дискретизации изображений, при котором элемент выходного изображения формируется на основе параметров его ближайших пикселов ).

DLT (Direct Linear Transformation – непосредственная линейная трансформация)

Впервые метод DLT (Direct Linear Transformation – непосредственная линейная трансформация) был применен в 1971 году Абдель-Азизом Аль-Карара. Метод применяется для трансформирования снимка в проекцию местности.
Уравнение DLT выглядит следующим образом:

Это уравнение с 11 параметрами позволяет трансформировать координаты точки на снимке х и у в проекцию местности. Пренебрегая третьей координатой это уравнение приобретает следующий вид:

Где х и у – координаты точек на снимке, а (X, Y, Z) – координаты точек на местности (наземных контрольных точек).
Решая это уравнение можно найти все 11 параметров. Сначала все 4 координаты на карте должны быть определены, после чего для каждого пиксела изображения, приведенного в те же систему координат, что и карта, определяется значение «серого» с помощью функции трансформации DLT и определяется соответствующее положение точки на исходном снимке, после чего происходит его повторная дискретизация методом «ближайшего соседа» ( метод дискретизации изображений, при котором элемент выходного изображения формируется на основе параметров его ближайших пикселов ). Хотя необходимо заметить, что нам необходима еще и третья координата, которая вычисляется из готовой ЦМР.

Цифровая модель рельефа (ЦМР) состоит из совокупности измерений по высоте, выполненных с определенным шагом (дискретностью). Однако цифровые модели рельефа могут различаться как точностью, так и шагом дискретизации, так и просто качеством. ЦМР являются важным источником данных при планировании газо- и трубопроводов, геологическом и сейсмическом анализе, при проектировании линий электросвязи и электропередачи и в других областях. В данном конкретном примере мы взяли ЦМР, полученную после обработки стерео пар со спутника SPOT (Рис. 1).

Координаты верного левого угла ЦМР Е: 533902,811, N: 3953680,726; координаты нижнего правого угла ЦМР Е: 537092,811, N: 3950670,726 в проекции UTM. Количество пикселов в линии для файла составило 319301. Шаг матрицы (дискретизации) ЦМР составил 10 м, импортировался снимок со спутника IKONOS с такой же высотой и параметрами в плане (10х10 пикселов). Для того, чтобы получить высоту из файла ЦМР пришлось осуществить определенную обработку исходного файла. Исходный файл ЦМР 16 битовый (greyscale) и имеет формат Raw. Для последующей компьютерной обработки пришлось выполнить следующее вычисление: поскольку файл 16 битовый, т. е. высота выражается 2 байтами, то высоту можно рассчитать по формуле: Н=2*256+1байт

Компания Space Imaging предлагает 5 уровней обработки данных со спутника IKONOS по различной цене. Данные поставляются в 8-битовом или 11 битовом формате с файлом метаданных ASCII.

Продукт Precision – самый дорогой. Он имеет самую высокую точность (4м). Для того, чтобы достигнуть максимальной точности изображения, заказчику необходимо предоставить компании Space Imaging точки наземной привязки для создания ортотрансформированного изображения.

Поскольку большинство снимков получено с отклонением от надира, точки наземной привязки должны иметь точность не хуже 1 метра, а цифровые модели местности – не хуже 5 метров. Субпиксельной точности по данным со спутника IKONOS достичь невозможно.

Недостатком продукта Precision также являются задержки во времени, вызванные необходимостью предоставления точек наземной привязки и DEM и высокая цена. Однако пользователи могут заказать данные первого уровня обработки Geo (в 5,5 раза дешевле продукта Precision) и произвести дальнейшую обработку самостоятельно.

В данном проекте использовался снимок со спутника Тегеран (3137, 2897).
Для того, чтобы программа Borland C могла открыть этот файл, формат tiff необходимо преобразовать в jpg.

Рис. 2 – сырой снимок со спутника IKONOS.

Для геокодирования использовалось около 35 точек наземной привязки, полученных при помощи карты масштаба 1:2000.

Рис. 3 – (карта Тегерана М 1:2000)

Программа, результаты и анализ

Данная программа написана на языке Borland C. Снимки и DEM загружаются при помощи открывающегося меню (рис. 4).

Рис. 4 – Открытый снимок и загрузка информации о высоте из файла DEM.

Точки привязки можно получить вручную, либо загрузить из текстового файла. (рис. 5).

Рис. 5 – таблица параметров.

Геометрическая коррекция производится в 2 этапа:
1. Трансформирование координат пикселов: Каждый пиксел в геопривязанном снимке трансформируется методом DLT с целью определения положения выборки в исходном изображении.
2. Повторная выборка: используется для определения значений пиксела с целью их последующего вода в геопривязанное изображение из исходного изображения. (рис. 6).

Рис. 6 – Повторная выборка методом ближайшего соседа.

В результате получаем ортотрансформированное изображение (рис. 7).

Точность изображения составляет +4 пиксела по оси X и =14 пикселам по оси Y.
Для того, чтобы проверить истинность полученных результатов, производим наложение
карты М 1 :2000 на снимок (рис. 8).

Версия для печати