ProLines это логические комплекты решения задач по обработке пространственных данных с полной автоматизацией процессов преобразования изображений, включая ортотрансформирование, создание мозаик и слияние (pan-sharpening)

Продолжение. Начало см. в № Пространственные данные №4 (2008)

М.Ю. Александров («Гео-Альянс»)

Технология ProLines (PCI Geomatics, Канада) разработана для решения логических комплектов задач по производству геопространственной продукции, связанных с полностью автоматическим процессом обработки изображений.

Свидетельством эффективности и универсальности технологии является ее использование в организациях, осуществляющих прием материалов космической съемки на собственные приемные станции или проводящих аэрофотосъемку собственными цифровыми камерами. Основная насущная задача в этом случае — оптимизация приема, хранения и обработки данных ДЗЗ или материалов аэрофотосъемки. Иными словами, получая сотни и тысячи кадров в день, необходимо максимально автоматизировать такие рутинные процессы, как ортотрансформирование, создание мозаик, получение цифровых моделей рельефа (ЦМР), слияние (pan-sharpening) и Oracle георастровую (GeoRaster) загрузку. Интеграция ProLines в технологические процессы и инфраструктуру предприятия позволяет освободить большое число специалистов от монотонной обработки изображений. Персональные навыки сотрудников в обработке геопространственной информации концентрируются на анализе, принятии решений и управлении проектами.

Компания «Гео-Альянс» является представителем и официальным авторизированным дистрибьютором программного обеспечения компании PCI Geomatics в России и еще десяти странах СНГ.

В предыдущей публикации на эту тему (см. «Пространственные данные» № 4 за 2008 г., http://gisa.ru/49201.html ) были описаны возможности ProLines по созданию и обновлению ортофотопланов на основе спутниковых данных, а также по ортотрансформированию с использованием RPC и и слиянию изображений (pan-sharpening).

В данной статье рассказывается о получении ЦМР и создании ортофотопланов из аэрофотоснимков с использованием GPS/IMU-данных.

ProLines позволяет использовать стереоизображения для создания цифровых моделей рельефа. Технология формирования ЦМР основана на разнообразии данных дистанционного зондирования и применима для больших объемов снимков.

Этот полностью автоматический технологический процесс может быть разработан и адаптирован в соответствии с требованиями заказчика. Функционально возможна интеграция процесса производства ЦМР с базами данных Oracle 10g/11g.

Поддержка данных и расчет математических моделей. Модуль автоматического получения ЦМР поддерживает все аэроизображения (цифровые и видео, отсканированные стандартные), а также данные следующих спутниковых сенсоров: ASTER, EROS, IRS, IKONOS, QuickBird, RADARSAT, ASAR, OrbView, Formosat, CBERS, Landsat-5 и -7, SPOT 1–5, MERIS, TerraSAR-X.

Рис. 1. ProLines: получение цифровой модели рельефа (ЦМР)

Математическая модель должна быть рассчитана до начала создания ЦМР. Доступны различные методы создания математической модели в зависимости от типа используемых данных. Для спутниковых данных низкого, среднего и высокого разрешения, цифровых или отсканированных аэрофотоснимков, радарных данных и данных RPC (коэффициенты рациональных полиномов) применяются различные процессы создания математической модели. Эти процессы могут быть полностью автоматизированы.

Получение эпиполярных изображений. Эпиполярные пары увеличивают скорость процесса и снижают вероятность неточного соответствия при корреляции стереоизображения. Стереопары перепривязываются для обеспечения совместной ориентации левого и правого изображений и совпадения пространственных объектов вдоль общей оси х. Эпиполярная функция генерирует эпиполярные изображения из «сырых» изображений с геометрическими моделями.

Производство ЦМР. ЦМР извлекается с использованием предварительно полученных эпиполярных пар. Технология PCI Geomatics автоматического получения ЦМР имеет следующие особенности:
— определяет минимальную и максимальную высоты для подсчета корреляции зоны поиска;
— определяет те значения, которые отображают любое ошибочное (неоткоррелированное) значение пикселя в результирующей ЦМР;
— определяет фоновую величину, которая соответствует значению пикселя без данных;
— устанавливает детальность ЦМР на высокую, среднюю, или низкую;
— выбирает выходные типы канала ЦМР (16-bit signed или 32-bit real);
— определяет интервалы выборки пикселя для числа пикселей изображения и линий, которые используются для получения одного пикселя ЦМР;
— применяет области отсечения, которые обеспечивают обработку только конкретного района;
— заполняет пробелы, отфильтровывает полученные по результатам интерполяции неудачные значения, автоматически фильтрует значения высот;
— создает оценочный канал, который показывает корелляционные оценки к каждому пикселю ЦМР;
— удаляет эпиполярную пару после использования;
— создает геокодированную (геопривязанную) ЦМР посредством использования данных геокодирования, содержащихся в проекте.

Для получения и геопривязки ЦМР используются функции:
— AUTODEM: автоматически получает ЦМР из эпиполярных изображений;
— GEOCODEDEM: геопривязывает (геокодирует) эпиполярные ЦМР;
— AUTOTIE: автоматически собирает связующие точки для набора перекрывающихся изображений.

Интеграция с базами данных предприятия. GeoRaster ETL (extraction, transmission, loading) — оригинальная технология PCI Geomatics для извлечения, преобразования и загрузки данных — функционально обеспечивает полную интеграцию базы данных предприятия в ProLines, включая контроль над георастровыми типами данных и управление метаданными спутниковых изображений. Функция ORARASLOAD загружает растровые данные, хранящиеся в любом поддерживаемом GDB формате, в базу данных Oracle 10g/11g и обеспечивает полный контроль над георастровой конфигурацией.

ProLines: создание ортофотопланов из аэрофотоснимков с использованием GPS/IMU-данных
ProLines позволяет автоматически создавать ортофотопланы (ортомозаичные карты) из неоткорректированных аэрофотоснимков. Разработанная для изображений больших объемов, технология ProLines не ограничена отдельным типом данных, полем деятельности или видом работы. Ортомозаики могут производиться по отдельному запросу или установленному графику. Это означает, что один производитель может создавать и поставлять как стандартные продукты, так и уникальные, соответствующие требованиям заказчика, причем без привлечения дополнительных ресурсов. Данный ProLines обладает достаточной гибкостью — возможно добавление систем предварительной обработки или доставки (включая системы третьей стороны) на внешний пользовательский интерфейс или сервер.

Ниже описываются обязательные и опциональные компоненты процесса.

Создание проекта. Первый шаг в этом процессе автоматически создает файл проекта. Файлы проекта используются для хранения такой информации, как калибровочные параметры камеры, положение координатных меток и расчет точности. Функция CRPROJ создает файл проекта, основанный на списке вводимых изображений и сегментов опорных GCP точек (необязательно).

Импортирование калибровочных данных камеры. Этот шаг автоматически импортирует калибровочную информацию камеры в проект. Информация может включать значение фокусного расстояния, координаты главной точки, величину дисторсии линз и т. д. Функция CAMIMPORT автоматически импортирует калибровочные параметры камеры из текстового файла в файл проекта.

Автоматический набор координатных меток (опционально). Координатные метки определяют границы и углы аэрофотоснимков. PCI Geomatics предлагает автоматический набор координатных меток, основанный на методе корреляции изображения. На изображениях, полученных цифровыми или видеокамерами, координатных меток нет. Функция AUTOFID автоматически проводит координатные измерения на основе образца (шаблона).

Импортирование данных внешнего ориентирования. Данные внешнего ориентирования, извлеченные из данных GPS/IMU (Inertial Measurement Unit), поставляемых вместе с изображением, автоматически импортируются в проект. Эта информация включает в себя положение осей X, Y, Z, полученное по GPS, а также значения углов omega, phi и kappa, полученные с INS-системы.

Рис. 2. Создание ортомозаик на основе аэрофотоизображений с использованием GPS/IMU-данных

Функция EOIMPORT автоматически импортирует данные внешнего ориентирования из текстового файла в файл проекта OrthoEngine.

Сбор и уточнение наземных опорных точек. Непрерывный процесс набора наземных опорных точек (GCP) может осуществляться посредством использования эксклюзивной технологии автоматической привязки изображения. Технология позволяет автоматически собирать GCP с предыдущих откорректированных ортофотопланов. Такой способ набора GCP с автоматическим уточнением обеспечивает точную привязку всех изображений. Реализованы следующие функции автоматического набора:
— AUTOCHIP: собирает GCP для только что откорректированного изображения посредством использования геопривязанных chip-изображений (абрисов);
— AUTOIMG: собирает GCP для неоткорректированного изображения с использованием GCP с совпадающего откорректированного изображения, затем они автоматически уточняются для достижения максимальной точности;
— GCPREFN: уточняет набор GCP, хранящихся в части PCIDSK файла, посредством удаления точек с большими геометрическими невязками (RMS ошибками планового положения).

Автоматический сбор и уточнение связующих точек (опционально). Связующие (Tie) точки от изображения к изображению могут быть собраны на те районы, где для формирования карт используется больше одного изображения. Использование связующих точек может помочь в улучшении точности модели и достижении максимально точной привязки в случае создания мозаик из разных изображений.

Реализованы следующие функции:
— AUTOTIE: собирает связующие точки для серии перекрывающихся изображений, затем они автоматически уточняются для достижения максимальной точности;
— TPREFN: оптимизирует набор связующих точек, хранящихся в файле проекта OrthoEngine, путем удаления точек с большими геометрическими невязками (RMS ошибками планового положения).

Расчет математических моделей. В аэрофотографической математической модели геометрия камеры описывается шестью независимыми параметрами, называемыми элементами внешнего ориентирования. Координаты X, Y, Z в трехмерной наземной координатной системе определяют пространственное положение аэрофотокамеры. Угловая ориентация камеры описывается тремя углами поворота: omega, phi и kappa. Эти параметры автоматически импортируются при выполнении соответствующего шага программы и могут быть улучшены при использовании опорных и связующих точек. Функция OEMODEL рассчитывает математическую модель посредством выполнения блочного уравнивания для набора изображений в файле проекта и формирования части математической модели для каждого изображения.

Ортотрансформирование изображений. Ортотрансформирование выполняется с использованием математической модели сенсора и ЦМР (опционально) для коррекции дисторсии «сырых» изображений. Функция ортотрансформирования ORTHO в этом производственном процессе полностью автоматизирована.

Автоматическое создание мозаики изображений. Современная и универсальная функция автоматического создания мозаики PCI Geomatics позволяет формировать картографические мозаики изображений (ортофотопланы) из всевозможных входных изображений. Функция AUTOMOS составляет мозаику из набора привязанных изображений с использованием развитых опций нормализации изображения, работы с гистограммой, балансировки цветов и выбора линии «сшивки».

Как и при получении цифровой модели рельефа, в этой ProLines реализована интеграция с базами данных предприятия.

Достоинства Geomatics ProLines:
— гибкость: ProLines — развивающаяся система обработки изображений, которая может легко модифицироваться в соответствии с новыми технологическими требованиями;
— наращивание: к циклу ортотрансформирования позже могут быть добавлены циклы создания мозаик и слияния;
— расширяемость: дополнительные процессы могут быть оперативно установлены или сняты в режиме on-line;
— производительность: при использовании одного компьютера с частотой 3 ГГц можно обрабатывать за минуту семь снимков объемом 500 Мб каждый;
— интеграция с базами данных предприятий: возможно прямое чтение, обработка, поиск и выборка данных из пространственных баз данных Oracle;
— непрерывность обработки: простой — это убытки; технология ProLines предусматривает работу 24 часа в сутки 7 дней в неделю без перерывов;
— поддержка широкого спектра данных: возможен доступ к эксклюзивной технологии PCI Geomatics GDB (Generic Database) общей базы данных для поддержки более 130 форматов изображений и пространственных данных ГИС;
— однородная и прозрачная технологическая интеграция: автоматизированная технология позволяет приспосабливать и интегрировать производственные процессы заказчиков в общую технологическую цепочку.

Логические комплекты задач ProLines сконструированы на основе структуры PCI Pluggable Functions (PPF), которая позволяет обращаться к геопространственной обработке из различных сред и формировать задания по набору параметров. Такая открытая архитектура поддерживает создание расширяемых технологических цепочек, в которых можно связывать разные задачи для достижения автоматизации технологических процессов заказчика. Построение может идти в средах C++, Java, EASI, Python или их комбинации, а также в GUI-моделированной среде.

Компания «Гео-Альянc» предоставляет услуги по обучению работе с программным обеспечением PCI Geomatics. Наша задача, как представителя и официального авторизированного поставщика PCI Geomatics, — оказывать помощь и поддержку для достижения большей результативности в работе. Сотрудники компании «Гео-Альянс» готовы предоставить оптимальные и экономически выгодные решения по автоматизации передовых ГИС-технологий и производства геопространственной продукции на базе технологи ProLines. По всем вопросам, связанным с покупкой программного обеспечения PCI Geomatics, курсами обучения и технической и информационной поддержкой, пожалуйста, обращайтесь в компанию «Гео-Альянс» (Интернет: www.geo-alliance.ru ).