97

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский государственный университет геодезии и картографии (миигАиК)

Людмила Николаевна Чабан

Автоматизированная обработка аэрокосмической информации для картографирования геопространственных данных.

Учебное пособие.

Москва 2013

УДК 528.83, 528.854, 528.856

Рецензенты:

Доктор физико-математических наук, профессор Кондранин Т.В. (МФТИ)

Кандидат технических наук Учаев Д.В. (МИИГАиК)

Чабан Л.Н. Автоматизированная обработка аэрокосмической информации при картографировании геопространственных данных. Учебное пособие. – М.: МИИГАиК, 2013г., - 96 с.

Учебное пособие подготовлено на основе нескольких дисциплин, читаемых автором на факультете прикладной космонавтики и фотограмметрии, а также на факультете картографии и геоинформатики МИИГАиК. Коротко изложены принципы получения и основные характеристики современных цифровых аэрокосмических изображений. Последовательно рассмотрены все этапы автоматизированной тематической обработки и основные алгоритмы, применяющиеся на каждом из этапов. Наибольшее внимание уделено методам автоматической обработки мультиспектральных изображений, как наиболее распространенному на сегодняшний день типу видеоданных.

Пособие рекомендовано для студентов бакалавриата и магистратуры, обучающихся по направлению 120100 «Геодезия и дистанционное зондирование» (профиль «Исследование природных ресурсов методами дистанционного зондирования»).

УДК 528.83, 528.854, 528.856

@ Л.Н.Чабан, 2013

@ МИИГАиК, 2013

Введение.

Настоящее пособие подготовлено на основе лекций по соответствующей учебной дисциплине, а также по курсу «Теория и алгоритмы распознавания образов», читаемых автором на нескольких направлениях подготовки бакалавров и магистров в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК). Основное внимание здесь уделено методам и средствам тематической обработки космических мультиспектральных изображений - наиболее широко распространенному на сегодняшний день и постоянно совершенствующемуся типу видеоданных.

Опыт показывает, что освоение методов и технологий обработки цифровых изображений, получаемых мультиспектральными съемочными системами, вызывает определенные трудности не только у студентов МИИГАиК, но и у ряда специалистов по обработке изображений, привыкших анализировать изображение как картинку в системе его пространственных координат. Это нетрудно понять: в основе современных программно-инструментальных средств тематической обработки лежат математические модели, существенно отличающиеся от тех, которые применяются при автоматизированном анализе изображения как сцены. Причем такие модели непосредственно связаны с физическими основами получения изображений, и эта связь все активнее используется в технологиях тематической обработки по мере развития и совершенствования космических съемочных систем.

Поэтому, при всех трудностях освоения новой методологии, для полноценного и грамотного практического использования новых типов космической информации необходимо знать как физические основы получения видеоданных, так и математические основы алгоритмов их анализа. Случаи некорректного использования начинающими специалистами функций из пакетов тематической обработки аэрокосмических изображений, приводящие к получению некачественных и даже бессмысленных результатов, с которыми приходилось неоднократно сталкиваться автору, лишний раз подтверждают такую необходимость.

В пособии рассмотрены последовательно все этапы автоматизированной тематической обработки аэрокосмической информации и основные алгоритмы, применяющиеся на каждом из этапов. С учетом различного уровня математической подготовки студентов, теоретическое обоснование некоторых методов обработки и анализа изображений изложено в сокращенном виде. В то же время пособие содержит ряд практических рекомендаций по применению тех или иных методов с учетом особенностей исходных данных и решаемой задачи. В связи с очень ограниченным временем изучения курса на некоторых специальностях, в пособии рассмотрены только наиболее часто используемые функции пакетов тематической обработки аэрокосмической информации.

Поскольку практические занятия по курсу проводятся в пакете ERDAS Imagine, конкретные программные средства обработки изображений рассматриваются именно в данном пакете. Наряду с этим в необходимых случаях проводятся сопоставления реализаций методов и алгоритмов в ERDAS Imagine с не менее распространенным в настоящее время пакетом ENVI.

При изучении курса предполагается использование данного учебного пособия совместно с лабораторным практикумом по обработке многозональных изображений [1]. Некоторые вопросы классификации изображений в пакете ERDAS Imagine изложены в практикуме более подробно. Однако в нем не нашли отражения вопросы постклассификационной обработки, необходимой для создания на основе результата классификации тематической карты. Также там не рассмотрены не менее важные вопросы геометрической коррекции и географической привязки изображений. Именно поэтому в данном пособии подробно разобрана учебная задача по повышению качества многозонального изображения, а также трансформирование изображений. Этот раздел может быть полностью использован для проведения соответствующих практических занятий или выполнен студентами как самостоятельная работа. В конце каждого раздела пособия приводятся контрольные вопросы, которые настоятельно рекомендуется использовать для самоконтроля при подготовке к сдаче лабораторных работ и экзамена по соответствующему курсу.

Пособие может быть использовано в соответствующих курсах подготовки бакалавров и магистров направления «Геодезия и дистанционное зондирование» профиля «Исследование природных ресурсов методами дистанционного зондирования». Значительная часть разделов может быть полезна студентам направления «Геоинформационные системы» при изучении курса «Цифровые методы обработки изображений», а также студентам и аспирантам других специальностей, так или иначе связанных с тематической обработкой аэрокосмической информации.