VII Международная научно-практическая конференция «От снимка к карте: Цифровые фотограмметрические технологии» Учебный класс Фотограмметрическая обработка. - презентация

1 VII Международная научно-практическая конференция «От снимка к карте: Цифровые фотограмметрические технологии» Учебный класс Фотограмметрическая обработка сканерных космических изображений Петр Титаров, инженер-программист сентября 2007 г., Несебыр, Болгария

2 План учебного класса Формирование снимка сканер ними съемочными системами Формирование снимка сканер ними съемочными системами Режимы получения одиночных снимков Режимы получения одиночных снимков Способы выполнения стереоскопической съёмки Способы выполнения стереоскопической съёмки Блоки сканерных снимков Блоки сканерных снимков Характеристики сканерных съёмочных систем Характеристики сканерных съёмочных систем I. Основы сканерной космической съемки Задачи, решаемые при выполнении фотограмметрической обработки Задачи, решаемые при выполнении фотограмметрической обработки Подходы к фотограмметрической обработке сканерных снимков Подходы к фотограмметрической обработке сканерных снимков II. Фотограмметрия сканерных снимков Системы с разрешением 1 м и лучше Системы с разрешением 1 м и лучше Системы с разрешением около 2 м Системы с разрешением около 2 м Системы с разрешением 5 м Системы с разрешением 5 м Системы с разрешением м Системы с разрешением м III. Обзор сканерных съёмочных систем V. Особенности обработки сканерных снимков в системе PHOTOMOD IV. Выбор продукта ДЗЗ для фотограмметрической обработки

3 Раздел I Формирование снимка сканер ними съемочными системами Формирование снимка сканер ними съемочными системами Режимы получения одиночных снимков Режимы получения одиночных снимков Способы выполнения стереоскопической съёмки Способы выполнения стереоскопической съёмки Блоки сканерных снимков Блоки сканерных снимков Характеристики сканерных съёмочных систем Характеристики сканерных съёмочных систем Основы сканерной космической съемки

4 Формирование снимка сканер ними съемочными системами Строка за строкой (линейка ПЗС) Пиксель за пикселем (сканирующий луч) Геометрия сканерных снимков существенно отличается от центральной проекции, поэтому соотношения классической фотограмметрии к ним неприменимы.

5 Получение одиночных снимков Синхронный режим построчной съёмки Ориентация сенсора стабилизирована во время формирования снимка позволяет производить съёмку протяженных участков местности упрощает геометрию снимка В синхронном режиме производят съёмку большинство спутников: IKONOS SPOT 1-5 IRS 1C/1D/P5/P6 FORMOSAT-2 Terra ALOS … и многие другие.

6 Получение одиночных снимков Асинхронный режим построчной съёмки Ориентация сенсора изменяется во время формирования снимка: для увеличения экспозиции для изменения конфигурации снимаемого участка В асинхронном режиме часто производят съёмку системы высокого разрешения: EROS A QuickBird

7 Способы выполнения стереоскопической съёмки Стереосъёмка с разных витков Необходима возможность поперечного отклонения направления обзора Возможна съёмка стереопары двумя однотипными спутниками С разных витков выполняют стереосъёмку, например, следующие системы: SPOT 1-5 (сенсоры HRV, HRVIR, HRG) IRS 1C/1D

8 Способы выполнения стереоскопической съёмки Стереосъёмка с одного витка перенацеливанием сенсора Короткий временной интервал между получением снимков стереопары Спутник должен обладать способностью быстрого перенацеливания С помощью перенацеливания выполняют стереосъёмку, например, следующие системы: IKONOS EROS

9 Способы выполнения стереоскопической съёмки Стереосъёмка с одного витка двумя сенсорами, установленными на общей платформе Короткий временной интервал между получением снимков стереопары Фиксированное отношение базиса съёмки к высоте Возможна съёмка протяженных стерео маршрутов с одного витка SPOT 5/HRS Cartosat-1 ALOS Terra/ASTER

10 Блоки сканерных снимков Отношение базиса съёмки к высоте (B:H) в перекрытиях снимков принимает произвольные значения. Блок одиночных сканерных снимков («моноблок») Новая («заказная») съёмка Блок, подобранный из архивных снимков

11 Блоки сканерных снимков Блок сканерных стереопар («стереоблок») Набор перекрывающихся между собой стереопар (двойные и четырехкратные перекрытия)

12 Характеристики сканерных съёмочных систем Основные геометрические характеристики Пример: система ДЗЗ SPOT/HRV Пространственное разрешение Ширина полосы обзора Зависит от: размера детекторов фокусного расстояния оптической системы высоты орбиты носителя Зависит от: фокусного расстояния оптической системы < угол (ширина) размеров детекторов и их числа в линейке< поля зрения высоты орбиты носителя направления обзора Возможности отклонения направления обзора Зависят от: конструкции сенсора и/или носителя

13 Характеристики сканерных съёмочных систем Основные радиометрические характеристики Спектральные каналы Диапазон длин волн регистрируемого излучения для каждого канала Радиометрическое разрешение Число уровней квантования сигнала Производительность съёмочной системы Зависит от: ширины полосы обзора параметров орбиты носителя возможностей отклонения направления обзора режима съёмки (синхронный/асинхронный) метода стереоскопической съёмки ёмкости бортовых накопителей характеристик передающей аппаратуры и приемных станций

14 Орбиты ИСЗ дистанционного зондирования Большая полуось a определяет высоту носителя Эксцентриситет e 0 (около круговая орбита) обеспечивает постоянство высоты носителя Наклонение i 98 (околополярная гелиосинхронная орбита) съёмка большей части земного шара прохождение узлов орбиты в одинаковое местное время Долгота восходящего узла подвержена прецессии Аргумент перицентра для круговой орбиты значение несущественно Вековые изменения за N оборотов: Геосинхронная орбита трасса ИСЗ повторяется с некоторым периодом

15 Орбиты ИСЗ дистанционного зондирования Полярная орбита Гелиосинхронная орбита Гелиосинхронная (солнечно синхронная) орбита

16 Раздел II Задачи, решаемые при выполнении фотограмметрической обработки Задачи, решаемые при выполнении фотограмметрической обработки Подходы к фотограмметрической обработке сканерных снимков Подходы к фотограмметрической обработке сканерных снимков Фотограмметрия сканерных снимков

17 Прямая и обратная фотограмметрические засечки Опорные точки Одиночные снимки Цифровая матрица рельефа 3D векторы Ортоизображение 2D векторы Цифровая модель рельефа Опорные точки Стереопары Создание мозаики. Экспорт в ГИС, САПР, цифровые карты

18 Методы (подходы) к фотограмметрической обработке Строгие Аппроксимационные Методы фотограмметрической обработки сканерных снимков Геометрическое моделирование процесса съёмки Применение обобщенных соотношений, которые аппроксимируют строгую модель процесса съёмки Параметрические Использование априорных соотношений, параметры которых определяются по опорным точкам

19 Строгий подход к обработке

20 Геометрическая модель сенсора (внутреннее ориентирование) Табулированная вектор-функция Двумерная центральная проекция p p1p1 p2p2 Определяет зависимость единичного направляющего вектора луча, регистрируемого детектором с номером p, от этого номера (в системе координат сенсора S ): Это аналог элементов внутреннего ориентирования в классической фотограмметрии.

21 Модель перемещения сенсора Полиномиальная модель Орбитальная модель Параметры орбиты: большая полуось a эксцентриситет e наклонение i долгота восходящего узла аргумент перицентра время прохождения через перицентр Уточняемые параметры: e, i,,, иногда a Уточняемые параметры: A i, B j, C k строится в произвольной декартовой системе координат (в том числе – в Гринвичской) проста в использовании строится в инерциальной системе координат физически обоснованная модель небольшое число параметров

22 Модель ориентации сенсора Модель задаётся тремя углами,,, полиномиально зависящими от номера строки l, либо представленными суммой измеренных в полете значений углов и полиномиальных поправок: Модель ориентации сенсора определяет поворот осей системы координат сенсора относительно системы координат точек местности

23 Решение засечек в рамках строгого подхода Прямая засечка Обратная засечка Пересечение соответственных лучей Итерационный процесс

24 Ориентирование снимков Условие коллинеарности Три уравнения, из которых независимы любые два: Ориентирование производится методом связок:

25 Универсальный (параметрический) метод Использование априорных соотношений (вытекающих из предположений о геометрии съёмки) между координатами на снимке x, y и на местности X,Y,Z ; вычисление значений входящих в них параметров по опорным точкам. Direct Linear Transformation (DLT)Параллельно-перспективная модель

26 Аппроксимационный подход Аппроксимация соотношений, полученных строгим методом, некоторой вектор - функцией: или

27 RPC = Rational Polynomial Coefficients = Rapid Positioning Capability Исходные соотношения:, где N, N, h N - нормированные координаты точки местности: (-1 N 1, -1 N 1, -1 h N 1) x N, y N - нормированные координаты её изображения на снимке: (-1 x N 1, -1 y N 1) Поправки из уравнивания: или

28 Решение засечек в алгебраических методах Решение прямой засечки Решение обратной засечки В результате уравнивания для каждого из снимков известны соотношения: По формулам Обобщенное решение переопределенной системы из 4 уравнений (в общем случае нелинейных) с 3 неизвестными X, Y, Z :

29 Раздел III Системы с разрешением 1 м и лучше Системы с разрешением 1 м и лучше Системы с разрешением около 2 м Системы с разрешением около 2 м Системы с разрешением 5 м Системы с разрешением 5 м Системы с разрешением м Системы с разрешением м Обзор сканерных съёмочных систем

30 Системы с пространственным разрешением 1 м и лучше

31

32 Системы с пространственным разрешением около 2 м

33 Системы с пространственным разрешением 5 м

34 Системы с пространственным разрешением м

35 Раздел IV Выбор продукта ДЗЗ для фотограмметрической обработки Следует обратить внимание на следующие обстоятельства: выполнялась ли геометрическая коррекция снимков состав метаданных (наличие в них параметров геометрии снимка) возможность заказа фрагментов сцен и полигонов формат данных

36 Геометрическая коррекция снимков Снимок, подвергавшийся геометрической коррекции, непригоден для фотограмметрической обработки строгим методом! Пример: Съёмочная система Без геометрической Без геометрическойкоррекции С геометрической коррекцией Продукт дистанционного зондирования (изображение) SPOT, ASTER 1A1B KOMPSAT, Landsat 1R1G QuickBirdBasicStandard OrbView-3BASICGEO

37 Состав метаданных и формат растра Стереопара Cartosat-1 Stereo Ortho Kit Basic stereo Растр в формате TIFF и RPC Формат Super Structured, обработка универсальными методами

38 Раздел V Особенности обработки сканерных снимков в системе PHOTOMOD

39 Обработка данных с различных сенсоров в PHOTOMOD

40 Соответствие файлов изображений и RPC Набор файлов продукта QuickBird Basic Связь файлов изображения и RPC продукта IKONOS Geo Ortho Kit

41 Тайловая структура изображений QuickBird Standard Снимки QuickBird уровней Standard и Standard Ortho Ready поставляются в виде набора фрагментов (тайлов). RPC относятся к скомпонованному изображению!

42 Совместная обработка снимков разных сенсоров Возможные кандидаты на совместную обработку: SPOT-5 Supermode (2.5 m) FORMOSAT 2 PAN (2 m) …а также IKONOS + OrbView-3 + Kompsat-2 (разрешение 1 м) и т.д.

43 Спасибо за внимание!