Научный центр
оперативного мониторинга Земли

 

RUS | ENG

главная информация о дззстатьи по дззфотограмметрическая обработка данных дистанционного зондирования

Фотограмметрическая обработка данных дистанционного зондирования

Для создания базы данных различных ГИС-проектов используются данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Измеряемой величиной в ДЗЗ является электромагнитная энергия, излучаемая исследуемым объектом.

Используется широкий диапазон излучений от 0.4 мкм-30 м. В связи с этим используются различные средства съемки: фотографические, телевизионные, сканирующие, радиолокационные и др. Для создания и пополнения кадастровых банков данных практический интерес представляют фотографические изображения, которые регистрируются на фотопленке.

Технологии фотограмметрической обработки материалов съемок развивались и совершенствовались в течение столетия. Наиболее совершенными в настоящее время являются аналитическая и цифровая.

Аналитическая технология

Фотограмметрическая обработка материалов съемок по аналитической технологии основана на использовании аналитических стереообрабатывающим приборов, средств вычислительной техники и программного обеспечения.

В настоящее время эта технология представлена:
 — семейством надежных, высокоточных аналитических стереоприборов и систем;
 — быстродействующими с большим объемом памяти вычислительными машинами;
 — мощным программным обеспечением.

К числу решаемых аналитической технологией задач относятся:
 — стереофотограмметрическая обработка снимков;
 — построение и уравнивание маршрутной и блочной фототриангуляции;
 — измерение снимков и дальнейшее построение цифровой модели местности;
 — цифровое составление карт с кодированием признаков и текущем контроле при сборе данных, интерактивным редактированием при составлении карт и выдачей графической продукции в разнообразной форме;
 — высокоточные измерения координат точек;
 — сбор данных для получения ортофотоснимков;
 — стереофотограмметрическая обработка снимков для специализированных работ в землеустройстве, лесном хозяйстве, промышленности и др.

Аналитический стереообрабатывающий прибор включает оптико-механическую систему с каретками для снимков, бинокулярную наблюдательную систему, панель управления, ручные штурвалы, ножной диск и ножные педали для включения и выключения прибора.

К прибору подключается ЭВМ с контролером и накопителем, видеотерминал с печатающим устройством.

Контролер управляет движением кареток, работой датчиков на осях координат, регистрирует смещение кареток, выполняет электронное преобразование данных и ввод-вывод данных через интерфейс на ЭВМ.

В числе устройств отображения и ввода информации могут быть видеомонитор, автоматический координатограф, графический терминал с дисплеем. Конечной продукцией может быть графическая карта или карта в цифровом виде. Потребитель может выбирать масштаб изображения, метод представления информации, категорию объектов и т.д. Математическое обеспечение аналитических стереоприборов насчитывает более 100 прикладных программ. К их числу относятся:
 — процессы построения и оценки точности стереомодели;
 — рисовка рельефа;
 — развитие и уравнивание аэрофототриангуляции;
 — цифровое построение модели местности (ЦММ);
 — обработка наземных снимков и материалов короткобазисной фотограмметрии.

В набор программ для аэрофототриангуляции входят:
 — маршрутное уравнивание независимых моделей;
 — блочное уравнивание независимых моделей;
 — блочное уравнивание с автоматическим распознаванием и исключением грубых ошибок;
 — блочное уравнивание связок с учетом дополнительных параметров и исключением систематических ошибок.

Разработан также пакет программ для цифрового сбора кодированных данных, хранения, обновления и редактирования графической информации и последующего преобразования в аналоговую форму.Некоторые аналитические стереообрабатывающие приборы имеют общую операционную систему, сервисные устройства, периферийное оборудование. Они могут объединяться в интегрированную автоматизированную систему универсального назначения, способную параллельно решать несколько задач.

Серия аналитических приборов типа «Стереоанаграф» отечественного производства имеют несколько модификаций. Первые модификации приборов состояли из стереокомпаратора, координатографа и ЭВМ, Они предназначены для создания и обновления карт и планов всего масштабного ряда по аэро- и космическим снимкам. Эти приборы имеют повышенную точность обработки снимков, автоматизацию процессов ориентирования, учет систематических ошибок прибора и снимков. Принцип работы состоит в том, что результаты линейных перемещений измерительной маркой по осям х и у фиксируются с помощью фотоэлектронных преобразователей, которые линейные перемещения преобразовывают в электрические импульсы пропорциональные величине перемещения. Далее эти сигналы преобразуются в числовую информацию, передаются на ЭВМ, обрабатываются и поступают на регистратор в виде результатов измерений.

ЭВМ имеет стандартную конфигурацию персонального компьютера. Вывод на экран различной текстовой и графической информации осуществляет монитор, вывод на печать текстовой и графической информации выполняется принтером.

Стереоанаграф-6 — это сравнительно новая разработка в серии этих приборов.

Он может использоваться для получения цифровых карт и планов, получения площадей и периметров участков, для целей городского и земельного кадастра, для проектирования и строительства и для решения многих других задач. Инструментальная средняя квадратическая ошибка определения координат составляет не более 3 мкм.

Цифровая технология

Цифровая фотограмметрия, в отличие от использования физических изображений на стекле, пленке или бумаге, обрабатывает изображение в цифровой форме в компьютере. При этом фотографическое изображение преобразовывается в цифровую форму путем дигитализации или сканирования. Изображения также могут быть получены в цифровой форме непосредственно со специальной камеры, установленной на различных носителях.

Путем сканирования, изображение делится на определенное количество крошечных равных площадей, называемых пикселями. Каждая такая площадь содержит достаточную информацию (подобно клетке) в отношении цвета и плотности цвета. В цифровой фотограмметрии точность получения результатов возрастает с повышением разрешения сканирования. Чем меньше размер пикселя, тем точнее результат.

Цифровая фотограмметрия будет расширять пределы применения фотограмметрического продукта вследствие легкости обработки и использования готовых компьютеров. Наиболее перспективными областями цифровой фотограмметрии являются:
 — построение фототриангуляции, использующей соответствие изображения для стереоскопического измерения;
 — получение упрощенных генераций цифровых моделей местности;
 — ортофотопланы;
 — создание различных тематических карт, карт линий визирования;
 — моделирование через перспективный взгляд.

Экраны с высоким разрешением обеспечивают достаточное поле обзора для пикселя размером 25 мкм и меньше. Для сканирования изображения в настоящее время разработано множество сканеров. Специальные фотограмметрические сканеры высокопроизводительны и высокоэффективны. Они способны сканировать как целые пленки (фильмы), так и отдельные снимки. Конструкции некоторых сканеров основаны на принципе высокоточной платформы с пластиной, движущейся вдоль стационарной камеры. Области, фиксируемые прямоугольным массивом, повторного считывания не требуют. Лучшие модели сканеров имеют производительность более 1 мегапикселя/сек. Сканирование с разрешением 15 мкм одного черно-белого аэроснимка может быть выполнено за 4 мин. Размеры пикселей от 4 до 20 микрон, формат изображения 260 х 260 мм.

Аппаратно-программные средства цифровой фотограмметрии

К числу современных программных продуктов для цифровой фотограмметрии относятся: аппаратно- программный комплекс Дельта" (1998 г.). Он реализует все функции стереофотограмметрической обработки изображений и обеспечивает получение и стереоскопическое представление информации в виде:
цифровой полутоновой стереоскопической геометрической модели в базисной и топоцентрической системах координат;
трехмерного структурного описания точек рельефа местности и объектов;
двумерного линейного описания рельефа посредством горизонталей или профилей;
матричного описания высот точек местности.

Работает «Цифровой стереоплоттер» в следующих основных режимах: «проект», «изображение», «ориентирование», «стереоизмерение», «стереоредактор». «Цифровой стереоплоттер» работает в среде Windows 95. Выше перечисленные модули решают конкретные задачи в том числе:
измерение точек отдельных цифровых изображений в монокулярном режиме;
измерение координат опорных точек стереопары, вычисление параметров внутреннего, взаимного и внешнего ориентирования цифровых изображений стереопар и моделей;
трансформирование исходных цифровых фотографических изображений в базисную плоскость нормального случая съемки;
стереоскопические визуальные и автоматические измерения координат точек местности.

Цифровая стереофотограмметрическая станция ЦСС-2 (1996 г.) производит высокоточную стереофотограмметрическую обработку цифровых аэро- и космических снимков с целью создания и обновления топографических карт и планов, получения топографической основы ГИС, решения других задач. Станция базируется на управляющем компьютере. Система стереонаблюдения представляет собой оптическую стереонасадку для мониторов с диагональю 14-17 дюймов. Формат обрабатываемых снимков до 30 х 30 см, при размере элемента геометрического разрешения от 7 мкм и более, фотометрическое разрешение 256 градаций серого цвета.

Программное обеспечение станции имеет широкие возможности:
 — интерактивное внутреннее, взаимное и внешнее ориентирование снимков;
 — изменение контраста и масштаба изображения;
 — создание изображений;
 — автоматическое стереонаведение;
 — стереосовмещение векторной и растровой информации;
 — графический редактор;
 — классификатор топографических объектов.

Система многофункциональной фотограмметрической обработки стереопарных изображений PHOTOMOD

Система PHOTOMOD осуществляет полный фотограмметрический цикл обработки стереопарных изображений на персональном компьютере РС в оперативной среде Windows. Основные особенности системы:
 — автоматизация фотограмметрического цикла;
 — высокая точность автоматических измерений;
 — сочетание автоматизации с возможностью ручной работы в стереорежиме визуализации;
 — широкий круг решаемых задач.

Система PHOTOMOD с дополнительным модулем Scan Correct осуществляет:
 — высокоточные трехмерные измерения;
 — создание цифровых моделей рельефа;
 — автоматический расчет и визуализация горизонталей;
 — создание векторных объектов и карт в том числе в стереоскопическом режиме визуализации;
 — метрическую калибровку настольных сканеров для их использования в фотограмметрии.

Система может быть использована для решения основных фотограмметрических задач в геодезии, картографии, кадастре, горном деле и др.

Для обеспечения всех цифровых процессов фотограмметрии фирмой «Leica» разработан мощный пакет программного обеспечения Socet Set. Наибольшую отдачу в работе с ПО дает операционная система Windows NT, которая раскрывает все возможности пакета программ.

Socet Set — мировой лидер в области ПО для цифровой фотограмметрии был запущен в 1990 г. с Windows 3 и затем с Windows 95. Высокоэффективные процессоры с высокоэффективными платами графики обеспечивают такую же эффективность, как если бы работали одновременно несколько станций. Этот пакет может использоваться для обработки воздушной фотосъемки, изображений, полученных с близкого расстояния, спутниковых данных. В результате обработки материалов съемок возможно получить следующие данные:
 — корректирующие данные;
 — цифровые модели местности и векторные данные карты;
 — автоматизированной фототриангуляции;
 — ортофотопланы;
 — перспективные изображения и др.

Socet Set — имеет дополнительные модули:
 — стереоскопический просмотр;
 — автоматизированное возникновение цифровой модели местности;
 — мозаика из многочисленных изображений;
 — составление и вывод смешанных растровых и векторных изображений.

Научно-производственная лаборатория «Геосистема» производственного объединения «Аэрогеоприбор» разработала и создала цифровую фотограмметрическую станцию «Дельта», которая предназначена для обработки аэро- и космических снимков с целью получения картографических материалов, цифровых карт и планов и ортофотопланов. Аппаратными средствами этой станции являются:êкомпьютер высокой мощности, жесткий диск не менее 1 Гб, ОЗУ не менее 8 Мб, видеоадаптер с разрешением не хуже 1024 х 768 точек, 256 цветов, стереоскопическая насадка для мониторов, вставная плата контроллера фотоприемной установки, печатающее устройство и манипулятор типа «мышь». Программные средства включают: операционную систему, программные средства русификации и драйвер-манипулятора «мышь».

Для перевода аналоговой информации в цифровую в комплект станции входит фотограмметрический сканер с рабочим полем 300 мм. Минимальный сканирующий элемент имеет размеры 14 микрон. Время сканирования фотоснимка форматом 230 х 230мм составляет 30 мин. В процессе сканирования изображение выводится на экран. При этом можно контролировать качество изображения и ошибки сканирования для каждого фрагмента который выводится на экран.

Стереорисовка блока осуществляется при выполнении ряда программ. Подготовительные работы включают подготовку исходных данных, подготовку файла опорных точек для стереопары. К исходным данным относятся: фокусные расстояния АФА, базис фотографирования в масштабе снимка, эталонные расстояния между координатными метками, элементы внутреннего ориентирования АФА. Затем выполняются программы:
 — внутреннее ориентирование;
 — взаимное ориентирование;
 — внешнее ориентирование;
 — задание параметров плана;
 — стереоскопический сбор цифровой информации.

Внутреннее ориентирование выполняется по 4 координатным меткам или центральным крестам. Взаимное ориентирование заключается в последовательном устранении поперечных и продольных параллаксов на 6 точках стандартных зон. Внешнее ориентирование модели выполняется по 6 опорным точкам. В задачу параметров плана входит масштаб создаваемого плана и координаты левого нижнего угла листа планшета.

Программа стереоскопического сбора позволяет создавать и регистрировать цифровую модель местности по растровым изображениям в виде последовательных точек с 3 геодезическими координатами. Точки регистрируются с шагом размером 1 мм в масштабе плана. Цифровые данные собираются и регистрируются по следующим классам: населенные пункты, промышленные объекты, гидрография, коммуникации, элементы рельефа, растительный покров, границы землевладений, прочие элементы, пикеты и текстовые подписи. После измерения производится оценка точности стереопары. Программа редактирования цифровой информации предназначена для формирования планшетного листа карты с подписями и условными знаками, а также оперативного получения информации о любом объекте. Цифровая фотограмметрическая станция имеет программное обеспечение по инвентаризации земель и созданию ортофотопланов.

Фирма INTERGRAPH — поставляет интегрированный комплекс программных и аппаратных продуктов для решения уникальных аналитических задач в области фотограмметрии. Этот комплекс формирует основу законченных цифровых технологических процессов, использующихся при:
картографировании;
создании земельных и городских кадастров;
создании ортофотопланов;
обработке спутниковых данных;
создании цифровых моделей местности;
планировании транспортных путей и т.д.

Работа начинается с ввода информации из различных источников: аэроснимки, спутниковые данные, цифровые фотоснимки, полученные с цифровых камер и пр. При настройке проектов оператор определяет такие переменные как параметры камеры, опорные точки, единицы измерения. Для управления проектом имеется программное обеспечение. Для автоматизации построения ЦММ имеется высоко эргономичные программно-аппаратные средства стереопросмотра цифровых, цветных, и черно-белых изображений на 27 дюймовом мониторе в реальном режиме времени.

Используя ЦММ и Images/Image Station, Images/Image Rectifier оператор производит ортофототрансформирование изображений для удаления всех необходимых геометрических искажений, присутствующих на большинстве аэро- и космических снимков, включая искажения за рельеф.

Методы дешифрирования аэрокосмических снимков

При дистанционном изучении местность (объекты и явления) заменяются моделью — результатами аэро- или космических съемок. На материалах дистанционных съемок объективно и документально регистрируются данные об изучаемых объектах. Многие информационные задачи для кадастра решаются непосредственно по первичным материалам — фотоснимкам, фотосхемам, визуализированным изображениям. Информационные возможности различных съемочных систем различны, поэтому приемы и методы дешифрирования различны.

В зависимости от используемых средств считывания и анализа видеоинформации выделяют следующие методы дешифрирования:
визуальный, в котором информация со снимков считывается и анализируется человеком;
машинно-визуальный, в котором видеоинформация предварительно преобразуется специализированными средствами с целью облегчения последующего визуального анализа;
автоматизированный, в котором считывание со снимков и анализ построчно записанной видеоинформации выполняются специализированными интерпретационными машинами при активном участии оператора;
автоматический, в котором дешифрирование полностью выполняется интерпретационными машинами.

Для обработки и тематического дешифрирования изображений разработан ряд программ. Наиболее известными являются: ERDAS Imagine, ER Mapper Idrisi (растровая ГИС). Эти программные продукты позволяют выполнять:
ввод и первичное формирование изображения;
предварительную обработку изображения (геометрическую коррекцию, подавление шумов);
тематическую обработку;
перевод обработанных данных в ГИС.

Версия для печати

    Еще в рубрике: Влияние пиковых попусков с Волгоградской ГЭС на экологию Северо-Западного Каспия, Дешифрирование космических снимков для целей картографии, Создание ортоисправленных изображений со спутника IKONOS на основе ЦМР со спутника SPOT, Обновление географической информации на основе данных ДЗЗ высокого разрешения, Использование коэффициентов рационального многочлена (RPCs) для ортотрансформирования спутниковых изображений IKONOS/QuickBird,
    Все материалы

© Официальный сайт Научного центра оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ) АО «Российские космические системы». При использовании материалов сайта ссылка на источник обязательна.

127490, Москва, ул. Декабристов, вл.51, стр. 25
Тел.: (495) 925-04-19, (495) 229-43-89, Факс: (495) 509-12-00
E-mail: ntsomz@ntsomz.ru, service@ntsomz.ru

 

Яндекс цитирования Rambler's Top100 Система Orphus