Программные решения PCI Geomatics (Канада) для эффективной работы с радиолокационными изображениями
Модули RADAR, RADAR DEM Extraction, SAR Polarimetry Workstation, OrthoEngine и OrthoEngine TerraSAR-X позволяют решать широкий круг задач, связанных с обработкой материалов, полученных радарами с синтезированной апертурой
М.Ю. Александров («Гео-Альянс»)
На сегодняшний день известны два основных способа дистанционного получения информации о поверхности земли оптические системы, использующие солнечный свет и поэтому считающиеся пассивными системами, и радарные (RAdio Detecting And Ranging) системы, использующие собственный источник излучения и поэтому называющиеся активными системами.
Радарные (SAR synthetic-aperture radar) данные могут содержать много ценной и полезной информации, однако вследствие уникальности свойств аэро- и спутниковых радарных систем требуются специальные средства работы с данными.
Радарный пакет PCI Geomatics позволяет геометрически корректировать, обрабатывать и анализировать радарное изображение на основе набора мощных специализированных алгоритмов.
Радарный модуль является дополнением основной оболочки Geomatica Core. В модуле представлен широкий набор функций, используемых для обработки и анализа SAR-данных, что позволяет выполнять:
чтение форматов всех существующих радарных изображений: LGSOWG, CEOS, ENVISAT ASAR 1 и др.;
генерацию откалиброванного «рассеянного от поверхности» изображения из данных RADARSAT, TerraSAR-X или Envisat ASAR;
генерацию канала видимого изображения из двух входных каналов одиночной съемки (SLC-Single Look Complex);
генерацию канала яркости со считанного радарного канала и множества углов съемки;
сегментацию и классификацию радарного изображения;
радиометрическую коррекцию с учетом влияния рельефа, включающую производство масок радарных теней и перекрытий;
нелинейное улучшение радарных данных для получения больших изменений в однотипных объектах изображения, результатом чего является улучшение интерпретации объектов;
формировать дифференцированное изображение различий между двумя SAR-изображениями по определенным пользователем границам.
В модуле применяются 8 и 16 алгоритмов анализа аэро- и спутниковых радарных данных соответственно.
Функция радарной геометрической коррекции в радарном модуле позволяет:
вычислять параметры траектории полета (высота, направление, угол, точка/местоположение на траектории полета, коэффициенты для функции линейного подразделения) для радарного изображения, данные исходных расчетов параметров полета, цифрового рельефа, а также GCP-точки;
приводить наклонное или горизонтальное изображение в проекцию UTM, используя параметры траектории полета и ЦМР в качестве исходных данных;
воспроизводить радарное изображение, используя как исходные данные геопривязанную ЦМР и характеристики сенсора; использовать полученное геопривязанное смоделированное изображение как базовое для сбора опорных GCP-точек с «сырого» радарного изображения. «Сырое» SAR-изображение может быть потом приведено к геопривязанному смоделированному изображению, в котором отсутствовала информация наземного контроля. Для геометрической коррекции используются алгоритмы: SARGEO, SARSIM1, SAR Image, SARSIM2, STGBIG, FLIGHT.
Для устранения эффекта пятнистости, типичного для SAR-съемки, в радарном модуле применяются специальные фильтры, разработанные для улучшения видимости и интерпретируемости данных. Фильтры могут быть задействованы непосредственно из программы просмотра (viewer) или через прикладные программы.
При помощи Пакета (RADAR DEM Extraction) создаются/извлекаются ЦМР из радарных стереоданных. Корреляция (взаимозависимость) изображений применяется для извлечения сбалансированных пикселей в двух перекрывающихся изображениях. Затем используется геометрия сенсора из рассчитанной математической модели для вычисления местоположения X, Y, Z. Получение радарной ЦМР позволяет объединять эпиполярное генерирование, процесс извлечения, геопривязку ЦМР и создавать абсолютные или относительные ЦМР. Предусмотрена возможность редактирования.
SAR поляриметрическая рабочая станция PCI Geomatics представляет собой набор инструментов и приложений, разработанных для обработки и анализа поляриметрических SAR (POLSAR) данных радарной съемки (рис. 1, 2).
Рис. 1. Интерфейс SAR поляриметрической рабочей станции
Работа в модуле SAR поляриметрическая рабочая станция позволяет решать следующие задачи:
восприятие различных поляриметрических радарных данных в их оригинальных поставляемых форматах;
отображение метаданных, характерных для отдельной продукции, в набор стандартизированных метаданных;
предоставление множества способов ручного отбора объектов;
предоставление всестороннего набора операций анализа объектов с получением результатов в числовой и графической формах;
предоставление всестороннего набора операций с единым набором данных.
Рис.2 Анализ данных в SAR поляриметрической станции
SAR поляриметрическая рабочая станция является дополнением к Радарному модулю.
Поддержка метаданных является ключевым фактором при обработке и анализе POLSAR-данных. SAR поляриметрическая рабочая станция читает метаданные с продукции POLSAR и преобразовывает их в следующие пункты стандартизированных метаданных:
1. Метаданные файлового уровня:
название модели сенсора;
тип сенсора;
тип продукции;
тип съемки;
тип матрицы;
SAR калибровка;
микроволновый диапазон.
2. Метаданные уровня, соответствующего полосе частот элемент матрицы.
Большинство работ по анализу данных POLSAR проводятся с такими данными, как растр матриц, а не просто мульти-диапазонный растр. Матрицы могут быть различных типов: рассеяния (полная и неполная), ковариационная (полная и неполная), когерентности (связи) и Kennaugh. Считываемые метаданные содержат пункты, которые идентифицируют тип матрицы и отображают набор данных диапазонов в матрице элементов.
В SAR поляриметрической рабочей станции предложены три способа ручной выборки объектов, которые поддерживают всесторонний набор операций анализа объектов, что делает возможной выборку объектов (целей) любого размера и формы.
Квадратная схожесть (SQUARE NEIGHBORHOOD) определяются объекты по квадратной схожести, сосредоточенные на пикселе, выбранном пользователем. Схожесть может быть такой же малой, как и размер пикселя.
Случайная область (ARBITRARY REGION) определяет объект как область, ограниченную полигоном, отрисованным (оцифрованным) пользователем. Прямоугольная подопция позволяет быстро оцифровывать прямоугольные полигоны.
Пиксель плюс область расчета шумов (PIXEL PLUS CLUTTER ESTIMATION REGION) определяет объект как выбранный пользователем пиксель плюс четыре ближайшие квадратные области, используемые для оценки шума. Схожесть, определенная пользователем, это размер квадрата, который ограничивает весь объект. Задаваемый пользователем размер интервала (gap size) это расстояние между областями расчета шумов.
Ниже приводятся доступные операции анализа объектов, дающие числовой (текстовый) итоговый результат: матрица рассеивания, ковариационная матрица, когерентная матрица, матица Kennaugh, коэффициент корреляции, высота основания, итоговая мощность, коэффициент интенсивности, фрагментарная поляризация, функция выделения поляриметрии, компонент Паули, разность фаз, Van zyl-классификация, параметры Freeman-durden, Cloude-pottier, Huynen, Cameron.
При проведении какой-либо из перечисленных операций числовой результат отображается в результирующем окне. Функционально доступны: автоматическая генерация числового результата при выделении объекта; экспорт содержимого числового результирующего окна в файл; очистка содержимого числового результирующего окна в любое время.
Следующие операции объектового анализа дают итоговый результат в графической форме:
схема поляризационного отклика (совместной и перекрестной поляризации), схему можно интерактивно разворачивать;
гистограммная схема выделенных объектов, которая является производной от матрицы для протяженных объектов;
2D- и 3D-схемы рассеяния выделенных параметров, полученных из элементов матрицы для протяженных объектов; 3D-схемы рассеяния могут интерактивно разворачиваться.
Выходные графики могут экспортироваться в форматы: PostScript, PNG, GIF.
Программы SAR поляриметрической рабочей станции могут работать в написанных скриптах (EASI) или GUI/visual моделированных (Focus Algorithm Librarian, Modeler) средах.
Реализовано более 20 программ обработки.
Профессиональный SAR поляриметрический пакет позволяет создавать поляриметрические SAR (POLSAR) алгоритмы и методики обработки в соответствии с конкретными требованиями заказчика. Эти разработки могут использоваться самостоятельно или быть интегрированы в технологический процесс объектового анализа.
В SAR поляриметрический ProPack включены три типа функций:
функции базы файлов, которые обрабатывают полные базы данных;
буферные функции, которые проводят операции с индивидуальными тайлами (частями) SAR-изображения;
функции нижнего уровня, которые выполняют операции с индивидуальными пиксельными элементами.
Модуль OrthoEngine TerraSAR-X поддерживает геокоррекцию и ортотраснформирование данных TerraSAR-X и является дополнением модуля основной оболочки Geomatica Core.
Рис. 3. Спутник TerraSAR-X
TerraSAR-X это поляриметрическая SAR спутниковая система, способная получать изображения в Х-диапазоне с разрешением 1 м (рис. 3). На рис. 4 показаны поверхности, рассеивающие падающие волны в зависимости от их частоты. Для спутника TerraSAR-X рассеивание происходит от поверхности, а не от земли.
Для формирования высококачественных ортотрансформированных спутниковых изображений используется строгая модель, учитывающая погрешности, связанные с носителем (положение, скорость на орбите и ориентация), сенсором (ориентация, время интегрирования и поле зрения), выбором поверхности отсчета (геоид, эллипсоид и рельеф) и картографической проекции.
Геокоррекция проводится с Multi-look ground range detected (MGD) стандартной
продукции уровня обработки 1B.
Технология GDB (обобщенная база данных) среди множества файловых форматов поддерживает также чтение форматов таких видов продукции TerraSAR-X, как: Multi-look geocoded ellipsoid corrected (GEC); Multi-Look enhanced ellipsoid corrected (EEC); Single-look slant-range complex (SSC).
Рис. 4. Схема отражения излучения в зависимости от частоты несущего радиосигнала
Каждый из перечисленных видов доступен в одном или нескольких режимах съемки: StripMap Mode (SM), High-resolution SpotLight Mode (HS), Spotlight Mode (SL), ScanSAR Mode (SC).
В модуле предусмотрено несколько вариантов сбора контрольных и связующих точек. При сборе точек отображаются индивидуальные и общая средние квадратические ошибки положения точек на местности.
В OrthoEngine TerraSAR-X реализованы следующие возможности:
использование ЦМР для коррекции с учетом рельефа;
увеличение используемой рабочей памяти и шага дискретности для более быстрой обработки;
выбор методов resampling (Nearest Neighbor, Bilinear Interpolation, Cubic Convolution, 8-pt SinX/X, 16-pt Sin X/X, Average filter, Median filter, Gaussian filter, User-defined filter);
вырезание изображения по границе ортотрансформирования;
установка времени начала обработки данных.
При сборе мозаики из нескольких изображений вручную можно определить границы района работ, обозначить линии «сшивки», импортируя или экспортируя их, сгладить швы, собрать мозаику из непривязанных изображений.
Возможность цветовой коррекции вручную достигается:
на основе участков, определенных в зоне перекрытия;
на основе участков в идентичных районах для расчета таблиц кодировки цветов с целью приведения в соответствие изображений и выходной мозаики;
регулировкой в гистограмме концов темного и светлого диапазонов;
импортом или экспортом LUT-таблиц кодировки цветов для цветовой балансировки.
В модуле OrthoEngine ALOS представлены аналогичные рабочие функции. Технология GDB поддерживает: ALSAR ERSDAC формат для изображения уровней 1.5, 4.1 и формата 4.2; JAXA уровни 1.5 продукции PALSAR-данных наряду со стандартными JAXA форматами для уровней 1A, 1B1 и формата 1B2R продукции PRISM и AVNIR-2.
Исходя из изложенного, можно сделать вывод, что модули RADAR, RADAR DEM Extraction, SAR Polarimetry Workstation, OrthoEngine и OrthoEngine TerraSAR-X позволяют решать широкий круг задач, связанных с обработкой материалов, полученных радарами с синтезированной апертурой.
Компания «Гео-Альянс», являясь дистрибьютором компании PCI Geomatics и участником глобальной дистрибьюторской сети TerraSAR-X Services, предлагает решения на основе программного обеспечения Geomatica 10.1.2 для эффективной работы с радиолокационными изображениями. Специалисты компании готовы проконсультировать и оказать необходимую техническую поддержку при выборе программных модулей и параметров радиолокационных данных, а также поставить программное обеспечение и материалы космической радиолокационной съемки. По желанию заказчика могут быть организованы выездные курсы по обучению пользованием продуктами PCI Geomatics.
RSS
Реклама
