VII Международная научно-практическая конференция «От снимка к карте:

1. VII Международная научно-практическая конференция «От снимка к карте: Цифровые фотограмметрические технологии» Учебный класс Фотограмметрическая обработка сканерных космических изображений Петр Титаров, инженер-программист 17-20 сентября 2007 г., Несебыр, Болгария

2. План учебного класса I. Основы сканерной космической съемки • Формирование снимка сканерными съемочными системами • Режимы получения одиночных снимков • Способы выполнения стереоскопической съёмки • Блоки сканерных снимков • Характеристики сканерных съёмочных систем II. Фотограмметрия сканерных снимков • Задачи, решаемые при выполнении фотограмметрической обработки • Подходы к фотограмметрической обработке сканерных снимков III. Обзор сканерных съёмочных систем • Системы с разрешением 1 м и лучше • Системы с разрешением около 2 м • Системы с разрешением 5 м • Системы с разрешением 10-20 м IV. Выбор продукта ДЗЗ для фотограмметрической обработки V. Особенности обработки сканерных снимков в системе PHOTOMOD

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

4. Формирование снимка сканерными 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 • SPOT1-5 • 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 виткаперенацеливанием 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 • SPOT 5/HRS • Cartosat-1 • ALOS • Terra/ASTER • Короткий временной интервал между получением снимков стереопары • Фиксированное отношение базиса съёмки к высоте • Возможна съёмка протяженных стереомаршрутов с одного витка

10. Блоки сканерных снимков Блок одиночных сканерных снимков («моноблок») Новая («заказная») съёмка Отношение базиса съёмки к высоте (B:H) в перекрытиях снимков принимает произвольные значения. 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 Пространственное разрешение • Зависит от: • размера детекторов • фокусного расстояния оптической системы • высоты орбиты носителя Возможности отклонения направления обзора • Зависят от: • конструкции сенсора и/или носителя Ширина полосы обзора Пример: система ДЗЗ SPOT/HRV • Зависит от: • фокусного расстояния оптической системы < угол (ширина) • размеров детекторов и их числа в линейке < поля зрения • высоты орбиты носителя • направления обзора

13. Характеристики сканерных съёмочных систем Основные радиометрические характеристики Спектральные каналы Диапазон длин волн регистрируемого излучениядля 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 (околокруговая орбита) • обеспечиваетпостоянство высоты носителя • Наклонение i98 (околополярная гелиосинхронная орбита) • съёмка бо́льшей части земного шара • прохождение узлов орбиты в одинаковое местное время • Долгота восходящего узла  • подвержена прецессии • Аргумент перицентра  • для круговой орбиты значение несущественно Вековые изменения заNоборотов: • Геосинхронная орбита • трасса ИСЗ повторяется с некоторым периодом

15. Орбиты ИСЗ дистанционного зондирования Гелиосинхронная (солнечносинхронная) орбита Полярная орбита Гелиосинхронная орбита

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

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

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

19. Строгий подход к обработке

20. Геометрическая модель сенсора (внутреннее ориентирование) p p1 p2   Определяет зависимость единичного направляющего вектора луча, регистрируемого детектором с номером p, от этого номера (в системе координат сенсораS): Это аналог элементов внутреннего ориентирования в классической фотограмметрии. Двумерная центральная проекция Табулированная вектор-функция

21. Модель перемещения сенсора Полиномиальная модель Орбитальная модель • Параметры орбиты: • большая полуосьa • эксцентриситетe • наклонениеi • долгота восходящего узла • аргумент перицентра • время прохождения через перицентр • Уточняемые параметры: • e, i,,, иногдаa • Уточняемые параметры: • Ai , Bj , Ck • 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 ориентации сенсора определяет поворот осей системы координат сенсора относительно системы координат точек местности Модель задаётся тремя углами , , , полиномиально зависящими отномера строкиl, либо представленными суммой измеренных в полете значений углов и полиномиальных поправок:

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

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

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

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, hN - нормированные координаты точки местности: (-1 N 1, -1 N 1, -1 hN 1) xN, yN- нормированные координаты её изображения на снимке: (-1 xN 1, -1 yN 1) Поправки из уравнивания: или

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

29. Раздел III Обзор сканерных съёмочных систем • Системы с разрешением 1 м и лучше • Системы с разрешением около 2 м • Системы с разрешением 5 м • Системы с разрешением 10-20 м

30. Системы с пространственным разрешением 1 м и лучше

31. Системы с пространственным разрешением 1 м и лучше

32. Системы с пространственным разрешением около 2 м

33. Системы с пространственным разрешением 5 м

34. Системы с пространственным разрешением 10-20 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 Продукт дистанционного зондирования (изображение) Без геометрической коррекции С геометрической коррекцией SPOT, ASTER 1A 1B KOMPSAT, Landsat 1R 1G QuickBird Basic Standard OrbView-3 BASIC GEO

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