Атмосферная коррекция.

Задача - одна из самых сложных, тк нет inf об оптической толщине атмосферы над нужными объектами. Обычно изображения суши, значительную часть которых занимает облачность, выбраковывают и далее обработка ведется без атм коррекции. Над морями и океанами в кр участке спектра пов воды по своим близка к абсолютно черному телу. Больший коэффициент отражения и рассеяния имеют туманы, дымки, облака, их хорошо видно на фоне воды. Это позволяет оценить оптическую толщину. Данные об оптической толщине над морями и океанами помешены в Интернет их можно исп для коррекции спутниковых изображений прибрежных р-нов.

Существует достаточно много оценочных методов учета загрязнения атмосферы и косвенных методов атмосферной коррекции. Можно оценить поглощение излучения молекулами воды по эквивалентной массе водяного пара в атмосфере, вычисленной по результатам измерений температуры и влажности. Можно также использовать усредненные сезонные значения t для данной местности.

Алгоритм порогового выделения загрязненных областей оказывается наиболее простым, недостаточно эффективным. Его идея основана на выделении границы между «загрязненной» и «чистой» областями, после чего все значения изображения в пределах этой границы исключаются из рассмотрения.

Восстановление пропущенных пикселов. Причина - облака. Если их слишком много, изображение не годится для анализа, если S, покрытая облаками, невелика, а облака небольшие, то области под облаками можно восстановить путем интерполяции (экстраполяции) с исп уравнения авторегрессии (невозможно получить изображение невидимого нас пункта, но можно заполнить место в лесного массива пикселами такой же структуры, что и окружение). В системах обработки космической информации на изображения накладываются линии. При некоторых видах тематической обработки они мешают. На практике при решении системы используются оценки коэффициентов корреляции, вычисляемые по известным яркостям пикселов из окружения пропущенного пиксела. Эта процедура, обычно называемая процедурой Крите (Krige) или кригингом, может применяться при обработке случайных полей, когда требуется перейти к регулярной сетке, хотя значения поля заданы на сетке со случайно расположенными узлами. Процедура позволяет также перейти от сетки одного формата к сетке другого формата.

Улучшение изображений путем изменения контраста.Контраст - разность максимального и минимального значений яркости. Слабый контраст - частый дефект фотографических, сканерных и телевизионных изображений, обусловлен ограниченностью диапазона воспроизводимых яркостей. Путем цифровой обработки контраст можно повысить, изменяя яркость каждого эл-та изображения и увеличивая диапазон яркостей.

Привязка к требуемой картографической проекции - основе точного положения в пространстве летательного аппарата, ориентации объектива сенсора и используемой системы координат выполняется преобразование изображения в некоторую проекцию для дальнейшей обработки.

Стереофотограмметрия - получение ЦМР на основе стереопар перекрывающихся снимков. Для этого исходные снимки должны быть взаимно скоординированы и привязаны не только к некоторой проекции, но и к высотной системе координат. После этого в автоматическом или ручном режиме строится ЦМР. В ручном режиме пользователю обычно предоставляется возможность в стереорежиме (с помощью специальных очков с жидкокристаллическими шторками и обычного мониторами, либо с помощью очков с двумя маленькими встроенными мониторами) просмотреть изображение, навести резкость на требуемый видимый объект, а программа определяет его положение в пространстве.

Ортокоррекция. Данная операция выполняет «поправку за рельеф», исправляя геометрические искажения, вызванные фотографированием в перспективе с неравномерностью реальных высот на местности. Для выполнения такого преобразования необходимо знание карты высот на местности. После выполнения ортокоррекции получается неискаженный снимок, как будто он получен множеством параллельных лучей в ортографической проекции.

Склейка различных растров в единое полотно для сплошного покрытия территории. Для выполнения склейки на смежных растровых изображениях находятся общие объекты, координаты которых должны быть совмещены на карте. После этого программа подбирает оптимальное преобразование, позволяющее достичь заданных требований с минимальными искажениями растра. По окончании работы первых 5 этапов растр обычно преобразуется в новый, в котором исправлены все геом и проекционные искажения, сделана ортокоррекция, а также выполнена увязка данного растра со смежными.

Дешифрирование. Перечень операций зависит от типа исходных данных и дешифрируемых объектов. Поэтому типичные растровые ГИС содержат богатый набор разнообразных инструментов.

· из растров производится выделение каналов, необходимых для выполнения Д;

· растр подвергается яркостной коррекции (меняется яркость и контраст гистограммным или ручным способом);

· фильтрация растров (улучшение качества изображения, удаление шумов и выделение нужных объектов);

· слаживающие фильтры устанавливают яркость пикселя на основе усреднения с некоторыми положительными коэффициентами яркости смежных пикселей. При этом снижается визуально наблюдаемый шум. Наиболее часто применяется Average, Gauss, Median, Brown, Lev, Graham, Nagao и другие фильтры.

· фильтры, выделяющие границы (усреднение яркостей смежных пикселей производится с различными по знаку (+ и -) коэффициентами. Наиболее часто используются фильтры Sharp, Sobel, Prewitt и другие.

· пороговая фильтрация (преобразование исходного растра в бинарный вид по условию превышения (или попадания в заданный диапазон) яркостей заданного значения). Так можно достаточно легко выделить равномерно закрашенные области, например, пашни, луга, реки, дороги и др.

Анализ поверхностей.Рассмотрим набор операций, позволяющих выполнять анализ поверхностей, используемых в ГИС в качестве моделей рельефа и представленных в виде регулярной или триангуляционной сетей.

1. Интерполяция высот - вычисление значения высоты пов для любой заданной плановой точки.

2. Построение профилей - построение продольного вертикального разреза вдоль некоторой заданной линии. Дополнительно при отображении профиля можно задать степень его растяжения по вертикали.

3. Построение горизонталей (изолиний) - строит изолинии. Результат сохраняется в векторной модели в виде полилиний.

4. Построение изоконтуров - строит изоконтуры (области между изолиниями смежного уровня). Результат сохраняется в векторной модели в виде полигонов.

5. Построение изоклин - строит изоклины (линии одинакового уклона). Результат сохраняется в векторной модели в виде полилиний

6. Расчет экспозиций склонов - вычисляет нормали к каждому элементу пов и определяет, в какую сторону света повернута нормаль. Результат отображается на карте различными цветами.

7. Расчет объемов земляных работ - операция предполагает, что есть модель существующего рельефа и задано, какую форму должен принять этот рельеф. Требуется определить V грунта, которые следует переместить для получения проектируемого рельефа. В простом случае надо выровнять дно котлована, заданного в виде многоугольника, до заданной высотной отметки. В более сложном - вычислить разность между существующей и проектируемой пов. Результ - некоторая новая пов. Результаты - в виде отдельных областей, показывающих, где требуется выполнить срезку рельефа, а где засыпать.

8. Анализ видимости - какие области на карте видны из заданной в 3d пространстве точки. Результат представляется на карте в виде областей, из которых видна указанная точка. В некоторых случаях эта задача решается только вдоль некоторой одной отдельно взятой прямой. Например, так считается видимость автомобильной дороги из автомобиля. В качестве точки зрения берется точка над дорогой на высоте 1,20 м. Результатом расчета является расстояние, начиная с которого видимость дороги пропадает.

9. Построение сети тальвегов и водоразделов – для анализа формы рельефа местности и выделения линии тальвегов и водоразделов, вершин, седловин, хребтов, оврагов. Идет анализ каждой ячейки модели пов и определяет направление, куда будет течь вода с этой ячейки. Затем определяются тальвеги - линии, соединяющие самые низкие точки дна речной долины, оврага, промоины. Оконтурив все ячейки, образующие водосбор для каждой отдельно взятой реки и водоема, мы получаем линии водоразделов.

10. Анализ водостока - для анализа рельефа местности в крупном масштабе и определения мест скопления воды. На рельефе находятся все точки локального минимума, а затем эти места постепенно наполняются водой до тех пор, пока лужи не переполнятся и не станут переливаться через край. Это исп, например, при проектировании автомобильных дорог и генеральных планов для обнаружения потенциальных мест образования луж.

23. Системы координат. Связь координат соответственных точек местности и аэрокосмоснимка.

Координаты - числа, определяющие положение точки земной пов относительно начальных линий или поверхностей.СК, применяемые в фотограмметрии. Осн задача фотограмметрии – определить координаты точек объекта по их изображениям на снимках. Для этого надо выполнить измерения на снимках и установить связь между ск, в которых выполняются измерения на снимке, и ск, используемой на местности. Так, фотограмметрическая обработка связана с преобразованием ск. Введем следующие ск.

1. Ск снимка – задается координатными метками (рис 1). Координатные метки жестко закреплены на корпусе камеры и впечатываются в каждый снимок. Для идеальной съемочной камеры главная точка о должна совпадать с точкой пересечения координатных меток, однако на практике точка о смещена относительно ос как показано на рис. xo, yo– координаты точки o (гл точка снимка).m (x,y)– координаты точки изображения в ск снимка. Положение точки S определяется элементами внутр ориентирования (f, xo, yo).

2. Пространственная ск съемочной камеры Sxyzсвязана со связкой проектирующих лучей, и начало этой системы совмещается с точкой S – центром связи, оси системы координат x и y параллельны осям x и y системы координат снимка, а ось z направлена перпендикулярно плоскости снимка. 3. Внешняя ск. Далее введем ск, в которой определяются координаты точек местности. Это внешняя ск, которая может быть задана условно OXYZ, начало которой может быть расположено в произвольной точке местности и расположения осей X, Y и Z выбирается так, чтобы этой системой было удобно пользоваться при решении фотограмметрических задач; в качестве внешней ск можно исп геодезическую ск. 4.Фотограмметрическая ск. Введем еще одну доп ск, которую в дальнейшем будем называть фотограмметрической S'X'Y'Z'. Начало ск в точке S, а оси направлены параллельно осям внешней ск OXYZ. На рисунке 3 показана связь всех введенных систем координат.Как видно из рисунка 3, ск SX'Y'Z' и Sxyz отличаются только разворотом ск. Как известно, переход от ск Sxyz к системе координат SX'Y'Z' можно осущ путем последовательного поворота на три угла Эйлера. Положение системы Sxyz относительно SX'Y'Z' описывается матрицей поворота А

где а,в,с – направляющие косинусы

Тогда пространственные координаты точки m в ск SX'Y'Z'будут равны:

Положение системы координат Sxyz и системы OXYZ полностью определяется шестью параметрами: XS,YS,ZS – координатами центра проекции в ск OXYZ и углами α,ώ,κ характеризующими угловое положение снимка в момент съемки. Величины XS,YS,ZS, α,ώ,κ - элементы внешнего ориентирования снимков. Таким образом, с пом элементов внутреннего и внешнего ориентирования снимков устанавливается связь между ск oxy и ОXYZ.