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

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.