85400

Методы дешифрирования и цифровой обработки изображений, полученных в результате ДЗ

Доклад

Экология и защита окружающей среды

Поэтому дешифровщики космических снимков конечно же обязательно зная механизм изучаемых явлений например биологический местоположение и природнохозяйственные условия опорных наземных объектов очень часто пользуются методом аналогий при котором основную роль играют такие характеристики снимков как цвет яркость геометрия размер текстура. А на земле на опорных объектах работниками специальных служб агрометеорологами гидрологами гидрогеологомелиораторами лесомелиораторами измеряются наземные параметры характеризующие...

Русский

2015-03-24

430 KB

2 чел.

4

10. Методы дешифрирования и цифровой обработки изображений,

полученных в результате ДЗ.

Для того чтобы правильно понимать изображения Земли, отснятые из Космоса, нужно хорошо знать многие науки: географию, физику, биологию, информатику. Именно физика, объясняет взаимодействие электромагнитных излучений с земными объектами наблюдений и раскрывает механизм получения изображения поверхности нашей планеты.

На снимке из Космоса земные объекты могут быть совершенно непохожими на свои реальные образы. Поэтому дешифровщики космических снимков, конечно же, обязательно зная механизм изучаемых явлений (например, биологический), местоположение и природно-хозяйственные условия опорных наземных объектов, очень часто пользуются методом аналогий, при котором основную роль играют такие характеристики снимков, как цвет, яркость, геометрия, размер, текстура.

А на земле, на опорных объектах работниками специальных служб (агрометеорологами, гидрологами, гидрогеолого-мелиораторами, лесомелиораторами) измеряются наземные параметры, характеризующие состояние наблюдаемых объектов: урожайность сельскохозяйственных культур, засоленность, влажность, гумусность почвы, площадь листовой поверхности сельскохозяйственных растений, толщина снегового покрытия, толщина ледового покрытия, загрязненность водных поверхностей нефтепродуктами или поверхностно-активными веществами (ПАВ) и многие другие параметры, величины которых имеют тесную связь с яркостными характеристиками космических снимков.

Такие опорные объекты называются тематическими полигонами. Тематические полигоны могут быть самого разнообразного назначения, например: геологические, сельскохозяйственные, гидрологические, лесные.

Снимки могут быть цветными и черно-белыми. Цветные снимки информативнее, чем черно-белые, но в большинстве случаев они состоят из «псевдоцветов».

Это не значит, что такие цвета всегда «не настоящие». Просто глаз человека и съемочная аппаратура имеют различные возможности для регистрации электромагнитных излучений, и у них по-разному может происходить восприятие цвета (например, как у собаки и человека).

Желательно, чтобы цвет, допустим, растительного покрова на снимке был зеленым, а цвет моря - синим. Но это вовсе не обязательно. Опознание на снимке по местоположению тематического полигона, например, активно вегетирующей сельскохозяйственной растительности, пусть даже отображенного красным цветом, позволяет по аналогии все красные объекты снимка отнести к категории активно вегетирующей сельскохозяйственной растительности. Соответственно яркость тона (темно-красный или светло-красный) подскажет, где биомасса больше, а где меньше.

Геометрия и размер объекта укажут, естественный это покров или искусственный.

Все снимки из Космоса выполняются в трех основных диапазонах электромагнитных излучений: видимом (то, что видит человеческий глаз), тепловом и микроволновом. Снимки в тепловом и микроволновом диапазонах дают человеку возможность увидеть такие явления, которые он никогда бы не увидел собственными глазами.

Например, прямое измерение температуры поверхности интересующих нас объектов на тепловых снимках позволяет увидеть заморозок на поверхности почвы.

При анализе пространственного распределения температур на тепловых снимках часто выявляются температурные аномалии. Это могут быть пожары, металлургические комбинаты, теплообменники атомных электростанций, утечки воды из оросительных каналов и водохранилищ, загрязнения водных поверхностей нефтепродуктами.

В одной из таких задач по температурным аномалиям оперативно определяются случаи загрязнения водных поверхностей нефтепродуктами.

Загрязнение моря нефтепродуктами очень хорошо наблюдается на снимках, полученных в микроволновом (радиолокационном) диапазоне.

Каждый из диапазонов разбивается на спектральные каналы. Чем больше каналов имеет бортовая аппаратура, тем выше информативность космических снимков, тем выше спектральное разрешение космической информации, что очень бывает важным при решении экологических задач, особенно связанных с определением загрязнения атмосферы, состоянием растительного покрова. В основном, спутниковая бортовая аппаратура имеет от одного до восьми спектральных каналов.

А вот на американском спутнике Terra находится аппаратура Modis, которая имеет 36 (!!!) спектральных каналов и все космические снимки с этого спутника предоставляются по системе Интернет в режиме свободного доступа.

Существует еще один вид разрешения снимков – радиометрическое разрешение. Радиометрическим разрешением называется способность съемочной аппаратуры передавать количество яркостных оттенков черно-белой палитры изображения. Для сравнения можно представить себе, что человеческий глаз способен различить не более 8-10 тонов серого цвета, в то время, как снимок может содержать несколько тысяч тонов, которые могут быть выделены только с помощью компьютера.

Основные объекты на космических снимках - облака, дымы, снег, лед, вода, почвенная влага, растительный и почвенный покров, песок, скальные породы изображаются по-разному в зависимости от используемого спектрального канала и состояния основного объекта.

Например, облака: высокие или низкие, «сухие» или влагонасыщенные. Снег: свежевыпавший, рыхлый или слежавшийся, «сухой» или мокрый, талый. Лед: молодой или старый, тонкий или толстый. Вода: глубокая или мелкая, пресная или соленая. Растительность: вегетирующая или увядшая, влагообеспеченная или подверженная засухе.

Эти объекты являются основными, потому что очень часто играют роль индикаторов в задачах по определению состояния окружающей среды.

Например, облака подсказывают направление ветра, наличие тектонических разломов, места выпадения атмосферных осадков. Пространственное распределение снега характеризует мелиоративную эффективность лесополос, чистота снежного покрова определяет степень загрязненности территории, прилегающей к промзонам и крупным индустриальным городам отходами дымовых выбросов. Состояние растительного покрова почвы на отдельном сельскохозяйственном поле замечательно характеризует почвенное плодородие, пространственно-временное состояние растительного покрова в региональном масштабе позволяет выполнять уникальный анализ природно-хозяйственных условий произрастания основных фитоценозов в регионе.

На снимки, полученные в видимом диапазоне, приходится в настоящее время около 80% всей информации, поступающей с борта космических аппаратов. Снимки в двух других, не менее информативных диапазонах (тепловой и радиодиапазон) лишь относительно недавно начали получать с высокой детальностью и хорошим качеством изображения. Но с течением времени их значение будет быстро возрастать. Так по данным экспертных оценок при сравнении информативных возможностей снимков оптического и радиодиапазонов основная масса задач из разряда рационального природопользования потенциально может быть решена наиболее эффективным способом, если используются:

- снимки в оптическом диапазоне - в 40% случаев;

- снимки в радиодиапазоне - в 60% случаев;

- комбинированные материалы снимков оптического и радиодиапазонов - в 70% случаев.

По геометрическому разрешению все космические снимки делятся на три основные группы: малое (километры – десятки километров), среднее (сотни метров) и высокое (метры-десятки метров). Геометрическое разрешение снимков, как правило, определяет их стоимость. Снимки малого разрешения могут быть бесплатными. А вот цена снимка высокого разрешения доходит до пяти тысяч американских долларов.

В противоположность детализации снимки имеют такое свойство, как генерализация. Генерализацией называется степень обобщения изображения, т. е. когда изображение многих черт земной поверхности на снимках освобождается от мелких деталей. Разрозненные детали объединяются в единое целое. Более четко выступают объекты крупных региональных и глобальных структур, выделяются зональные и планетарные закономерности. Как говорится: «большое видится на расстоянии». Примером положительного влияния генерализации на дешифрируемость космических снимков, когда на космоснимках более мелких масштабов выявляются важные объекты, скрытые на снимках более крупных масштабов, может быть обнаружение геологических структур, указывающих на наличие полезных ископаемых (газа, нефти). Как шутят геологи: «чем снимок хуже, тем лучше».

 Элементы технологии дешифрирования космических снимков.

У специалистов дистанционного зондирования Земли существует понятие маски, которое придает совершенно противоположное значение этому слову в общепринятом его употреблении.

Маски, которые используются при обработке цифровых спутниковых снимков - позволяют максимально открыть объект наблюдений.

Начнем с примера использования масок в снимках высокой детальности. Перед вами обычный черновой, необработанный космический снимок земель хозяйства “Партизан” Симферопольского района АР Крым (Рис.1), на котором не совсем просто найти нужный объект и, тем более, определить его состояние. Допустим, нас интересует не весь снимок, а только села, в которых проживают жители этого хозяйства и близлежащие к этим селам территории.

                          Рис.1                                                       Рис.5. село Сумское с оросительными

                                                                                                             гидротехническими системами

Для того, чтобы получить необходимый нам результат, мы изготавливаем маски интересующих нас объектов (Рис.2), и в конечном итоге (опуская все промежуточные премудрости цифровой обработки снимков) получаем, то, что нам надо, например село Сумское с оросительными гидротехническими системами (Рис.5).

Как построена технология картографирования по космическим снимкам?

Кратко, технологический процесс обработки космических снимков можно представить в виде последовательного выполнения следующих основных этапов:

Существуют несколько способов формирования объектового состава карт: визуальное дешифрирование, автоматическое дешифрирование с обучением, расчет индексов. При визуальном дешифрировании распознавание объектов проводится на основании специальных документов: дешифровочных атласов, в которых указаны характерные изображения объектов их отличительных характеристики, способы их переноса на картографические материалы.

Путем визуального дешифрирования создается большинство тематических карт и карт для общего пользования, производится обновление карт и согласование картографической информации, получаемой из различных источников. Для автоматического дешифрирования сначала необходимо определить эталонные объекты (например участки леса имеющие определенный тип леса, известные места нефтяных загрязнений и т.п.) по которым будет производится “обучение” программы. В дальнейшем, программа автоматически будет распознавать типы объектов “на которые она настроена”. Данные способ используют при составлении покомпонентных карт, например карт показывающих тип древостоя, карт показывающих стационарные газовые факела и т.п.

Результаты картографирования с использованием космических снимков.

(на основе работ, выполняемых в НТЦ АГИКС Республики Коми)

Рис. 1. Фрагмент “твердой копии” цифровой карты водоотводного канала, созданной по результатам обработки космического снимка спутника SPOT (уменьшенное изображение). На карте дополнительно показаны: лесоустроительная квартальная сеть, согласованная и исправленная по космическому снимку и охранная зона болотного заказника, полученная по результатам дешифрирования торфяной залежи. 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66448. Аудит страховых организаций и особенности его проведения 383.5 KB
  Слово аудит в разных переводах означает «он слышит» или «слушающий». В классическом понимании аудит означает независимый внешний финансовый контроль, осуществляемый независимыми дипломированными аудиторами, не работающими на данном предприятии.
66449. Современные тенденции налогообложения физических лиц в ООО «Структура» 57.57 KB
  Налогообложения физических лиц представляет собой плату конкретного физического лица за определенные услуги, которые предоставляются ему каким-то территориальным обществом, на территории которого данное лицо имеет свой налоговый адрес или же расположено физическое лицо, удерживаемое налог на доходы физических лиц согласно с Законом о налоге на доходы.
66450. Проект мероприятий по повышению финансовых результатов деятельности коммерческого банка 738 KB
  Прибыль как конечный финансовый результат деятельности банка Анализ продуктов банка услуг Мероприятие по повышению репутации банка Эффективность работы банка определяется рентабельностью проводимых им операций и его способностью максимизировать прибыль при соблюдении необходимого уровня рисков.
66451. Разработка эффективных направлений рекламной кампании торгового предприятия ООО «Техносила» 180.5 KB
  Реклама внутренне присущий элемент рынка один из важнейших инструментов его развития. Реклама в России очень быстро стала необходимой частью практически всех сторон жизни общества. Реклама стала частью сложного комплекса интегрированных маркетинговых коммуникаций.
66452. Исследование и разработка мероприятий по совершенствованию управления прибылью предприятия ООО «Радуга» 298 KB
  Прибыль – это денежное выражение основной части денежных накоплений, создаваемых предприятиями любой формы собственности. Как экономическая категория она характеризует финансовый результат предпринимательской деятельности предприятия.
66453. Разработка и оценка эффективности бизнес-плана проекта для привлечения кредита 302.5 KB
  Актуальность исследования обусловлена тем, что на сегодняшний день вести предпринимательскую деятельность практически невозможно без привлечения кредитов. Получение кредита - очень важный и ответственный шаг для предприятия. Важность получения кредита заключается в том, что при разумном его использовании предприятие...
66454. Анализ опыта побуждения персонала к труду как фактора хозяйственной деятельности предприятия на примере административно-управленческого персонала ЗАО «Престиж» 202 KB
  Актуальность темы данной выпускной квалификационной работы обусловлена тем что фактически во всей литературе по менеджменту информация о методах мотивации и стимулирования персонала является достаточно устоявшейся и легко вписывается в схему: содержательные теории мотивации пирамида...