Вопросы создания аппаратно-программного комплекса повышения качества космической информации, получаемой с использованием космических аппаратов дистанционного зондирования Земли

Язык труда и переводы:
УДК:
528.85
Дата публикации:
08 декабря 2021, 14:41
Категория:
Секция 11. Наукоемкие технологии в ракетно-космической технике
Авторы
Пшеняник Владимир Георгиевич
НИИ космических систем им. А.А. Максимова — филиал АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»
Клинков Никита Сергеевич
НИИ космических систем им. А.А. Максимова — филиал АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»
Поспелов Владимир Геннадьевич
НИИ космических систем им. А.А. Максимова — филиал АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»
Аннотация:
Рассмотрены вопросы создания аппаратно-программного комплекса повышения качества космической информации, получаемой с использованием космических аппаратов дистанционного зондирования Земли, построенного на основе современных методов и алгоритмов цифровой обработки космических снимков. Разрабатываемый специализированный программный и аппаратно-программный инструментарий предназначен для автоматизированного решения задачи повышения качества данных дистанционного зондирования Земли.
Ключевые слова:
дистанционное зондирование Земли, космические аппараты, аппаратно-программный комплекс повышения качества космической информации, цифровая обработка космических снимков
Основной текст труда

Изображения, получаемые от оптико-электронной аппаратуры, установленной на космических аппаратах (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), используются широким кругом потребителей для решения прикладных и исследовательских задач. Однако качество таких изображений и их пространственное разрешение не всегда является достаточными для удовлетворения требований потребителей в полном объеме.

В настоящее время значительная часть данных ДЗЗ получается в цифровом виде. Поэтому применяются цифровые методы обработки информации [1]. Эффективность же использования данных ДЗЗ зависит не только от особенностей исходных снимков, но и от методов их обработки. Общего подхода к улучшению изображений не существует. Тем не менее, можно выделить несколько основных видов методов улучшения качества изображений. К ним относятся:

  • методы геометрической коррекции, направленные на устранение искажений, связанных с влиянием кривизны Земли, рельефа местности, движения в момент съемки съемочной аппаратуры относительно поверхности Земли, характеристик этой аппаратуры;
  • методы радиометрических преобразований, направленные на исправление искажений, обусловленных характеристиками съемочной аппаратуры и влиянием среды прохождения излучения (атмосферы);
  • методы яркостных преобразований, направленных на улучшение визуального восприятия экранного изображения (яркости, контраста);
  • методы повышения пространственного разрешения, построенные на основе слияния панхроматического канала, имеющего, как правило, более высокое пространственное разрешение и мультиспектральных каналов, имеющих более низкое разрешение, что позволяет получить цветное изображение с высоким пространственным разрешением.

Анализ отечественного и зарубежного опыта повышения качества цифровой обработки космической информации, получаемой с использованием космических аппаратов ДЗЗ [2, 3], показал, что в настоящее время существует большое количество методов, алгоритмов и программных комплексов для решения этой задачи.

Из перечня зарубежного программного обеспечения по обработке данных дистанционного зондирования следует выделить ERDAS Imagine, ENVI, ER Mapper, IDRISI и др. Из отечественных программных продуктов отметим программные продукты СканЭкс и Sputnik. Большинство существующих программных комплексов ориентировано, в основном, на интерактивную обработку. В то же время, сейчас особенно актуальна задача создания автоматизированных систем обработки спутниковых данных, и для ее решения требуется специализированный программный и аппаратно-программный инструментарий.

Создание экспериментального образца аппаратно-программного комплекса повышения качества космической информации (ЭО АПК ПККИ) на основе совместной разработки НИИ КС имени А.А. Максимова — филиала АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева» и ООО «Центр инновационных технологий», проводится в этом направлении.

ЭО АПК ПККИ предназначен для решения следующих задач:

  • геометрической коррекции космических изображений;
  • проведение синтеза спектральных каналов и панхроматического для получения изображения в естественных цветах с разрешением панхроматического;
  • повышение радиометрического качества панхроматического и спектральных каналов;
  • отработки технологии повышения пространственного разрешения на местности панхроматического и спектральных каналов;
  • уточнения взаимного положения спектральных каналов для получения синтезированного изображения;
  • подготовки отчета по результатам оценивания параметров качества изображения, включающего исходные параметры оценки, экспорт его в один из форматов документов для печати (.doc, .pdf, .txt);
  • иллюстрации результатов обработки космических изображений и анализа параметров оценивания в табличном и графическом видах;
  • автоматического извлечения метаданные из материалов съемки (дата съемки, пространственное и спектральное разрешение, уровень обработки, пространственная привязка и пр.) и формирования семантического массива данных;
  • автоматической обработки данных ДЗЗ в формате .TIFF и файлы метаданных в формате .XML (подбирать необходимые драйверы, идентифицировать данные во входящем каталоге, заносить информацию из файлов во входящем каталоге в пространственную базу данных в соответствующий файловый каталог (вид космического аппарата/тип съёмочной аппаратуры/каталог с датой съёмки);
  • обеспечения защиты от несанкционированного доступа к материалам космической съемки.

В соответствии с целевой направленностью ЭО АПК ПККИ, в состав его программного комплекса (ПК) входят следующие программные модули:

  • геометрической коррекции космических снимков;
  • синтеза спектральных каналов и панхроматического для получения изображения в естественных цветах с разрешением панхроматического;
  • повышения радиометрического качества панхроматического и спектральных каналов, учитывающие различный динамический диапазон;
  • повышения пространственного разрешения на местности на основе синтеза панхроматического и спектральных каналов с учетом особенностей съемочной аппаратуры и уточнения взаимного положения спектральных каналов для получения синтезированного изображения.

Результаты обработки космических снимков в каждом из этих модулей передаются в модуль автоматической оценки качества.

В модуле автоматической оценки качества рассчитываются параметры качества обработанных изображений ДЗЗ [4]: пространственно-частотные характеристики, спектрорадиометрические характеристики, координатно-метрические характеристики.

Разработка программного комплекса повышения качества космической информации (ПК ПККИ) в составе ЭО АПК ПККИ, осуществляется с использованием созданного в ООО «Центр инновационных технологий» программного комплекса «Image Media Center» (ПК IMC), который обладает широкими возможностями по автоматизированной обработке данных ДЗЗ.

Для повышения надежности работы ЭО АПК ПККИ в его состав будет входить разработанный программный комплекс хранения данных ДЗЗ и автоматизированного мониторинга состояния экспериментального образца аппаратно-программного комплекса повышения качества космической информации, целевыми функциями которого являются: хранение данных ДЗЗ, мониторинг работы ЭО АПК ПККИ, передача данных о состоянии АПК потребителю.

Данные обработанной космической информации ДЗЗ с рассчитанными параметрами качества поступают в модуль базы данных. Эти данные могут быть далее использованы для решения ряда прикладных задач, в качестве которых могут быть: задачи контроля функционирования системы наблюдения ДЗЗ на этапах летно-конструкторских испытаний и штатной эксплуатации, задачи практического использования получаемых изображений в строительстве, сельском хозяйстве, геологоразведке, экологии и др.

Литература
  1. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2006. 1072 с.
  2. Кочуб Е.В. Анализ методов обработки материалов дистанционного зондирования Земли // Вестник Полоцкого государственного университета. Сер. F. Строительство. Прикладные науки. 2012. № 16. С. 132–140.
  3. Бондур В.Г. Современные подходы к обработке больших потоков гиперспектральной и многоспектральной аэрокосмической информации // Исследование Земли из космоса. 2014. № 1. С. 3–17.
  4. Земсков В.Ф., Заичко В.А., Зайченко Ю.В. Оценка геометрической точности космических снимков, получаемых системами ДЗЗ в различных диапазонах электромагнитного спектра // Известия вузов. Сер. Приборостроение. 2018. Т. 61, № 7. С. 576–583.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.