МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кафедра Виробництва радіоелектронних систем літальних апаратів

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни: «Фотограметрія та ДЗЗ»

ПОПЕРЕДНЯ ОБРОБКА КОСМIЧНИХ ЗНIМКIВ ЗАСОБАМИ ERDAS

Студентки 2 курсу 523-а групи

напряму підготовки ГІС

спеціальності ГІС

Угарової А.С.

Керівник асистент каф.502

Замірець О.О.

Національна шкала _____________

Кількість балів: __________Оцінка: ECTS
_____

Члени комісії _____________________Слободян В.О.

(підпис, дата)

______________________ Крета Д.Л.

(підпис, дата)

_______________________ Замірець О.О.

(підпис, дата)

Харкiв

РЕФЕРАТ

Рассчётно-пояснительная записка к курчовой работе: 24 страниц, 15 рисунков, 3 ссылки на использованную литературу.

Объект исследования: территория вокруг населённого пункта.

Цель работы: создание векторной карты масштаба 1:2000 исследуемого участка по данным файлов тахеометрии.

Методы исследования: данная работа была выполнена с помощью программы ПАНОРАМА ГИС «Карта 2008».

Полученные результаты: векторная карта снятых объектов масштаба 1:2000. Перечень ключевых слов: ТАХЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ХОД, ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА, АБРИС, ФАЙЛ ТАХЕОМЕТРИИ, ВЕКТОРНАЯ КАРТА.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СИМВОЛОВ

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Програмный пакет ERDAS IMAGINE

2. Снимки MODIS

3. Предварительная обработка изображений

4. Создание цифровой карты

Заключение

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

1 ПРОГРАМНЫЙ ПАКЕТ ERDAS IMAGINE

Компания ERDAS (Earth Resources Data Analysis System) была образована 21 декабря 1978 года и в начале 1979 года была создана первая версия программного обеспечения для микрокомпьютеров.

Эта программа оказалась первым, и долгое время оставалась единственным недорогим пакетом для работы с ДДЗ в ГИС.

Компания ERDAS поставляла в коммерческие организации, правительство, армию, учебные заведения и научно-исследовательские организации необходимое программное обеспечение для просмотра и анализа географической информации и превращения этой информации в мощный инструмент для выработки и принятия решений - выявляя и оценивая природные ресурсы, защищая продукцию и частную собственность.

ERDAS долгое время оставался мировым лидером в разработке программного обеспечения для создания приложений с использованием ДДЗ. Технология, разработанная ERDAS - Geographic Imaging, определяется как технология для тех, кому необходимо создать, визуализировать, проанализировать и использовать географическую информацию, которая изначально извлекается или которая включает в себя изображение в любой форме.

Традиционно основная технология, в которую был вовлечен ERDAS, называлась “Обработка изображений”. По сути, это захватывало широкий спектр различных областей применения, включая медицинские изображения, металлургию и вопросы технического зрения (зрения роботов). Однако, с развитием новых съёмочных систем, таких как самолётные цифровые и космические сенсоры высокого и сверхвысокого разрешения, именно дистанционное зондирование стало доминирующей областью разработки программного обеспечения компанией ERDAS.

Дистанционное зондирование - это технология, которая требует специфических возможностей обработки, таких как многоспектральная классификация, геометрическое трансформирование и географическая привязка изображений.

Один элемент является общим для трех областей: дистанционного зондирования, ГИС и фотограмметрии - это обязательное требование иметь географически привязанную информацию. С реализацией версии ERDAS IMAGINE® 8.1 первая полнофункциональная ГИС с использованием данных дистанционного зондирования стала реальностью.

Текущей версией программного продукта ERDAS IMAGINE© является версия 9.1.

Программный пакет ERDAS IMAGINE®, компании Leica Geosystems GIS & Mapping является лидирующим в области обработки изображений программным обеспечением, которое используют профессионалы в различных отраслях хозяйства.

ERDAS IMAGINE® - простой в использовании растровый программный пакет, разработанный специально для обработки и анализа данных дистанционного зондирования. Это идеальное решение, как для новичка в области обработки ДДЗ, так и для эксперта. Обладая широкой линейкой инструментов, которая позволяет анализировать данные из любого источника и представлять результат в различных форматах, от печатных карт до трёхмерных моделей, ERDAS IMAGINE® предоставляет полный набор инструментов, отвечающих всем запросам пользователей в области обработки ДДЗ. ERDAS IMAGINE® упорядочивает и ускоряет производственный процесс и способствует экономии времени и затрат.

ERDAS IMAGINE® построен по модульно-иерархическому принципу, так что Вы можете приобрести только те функции, которые Вам необходимы - покупка программного обеспечения может осуществляться помодульно. На разных платформах число модулей может различаться (некоторые модули в настоящее время доступны не на всех платформах). ERDAS IMAGINE® является масштабируемым решением, производительность которого зависит от требований пользователя к процессу обработки изображений. При помощи трёх базовых комплектов поставки и большого количества дополнительных модулей Вы сможете построить подходящую Вам систему обработки и анализа ДДЗ.

Рис. 1.1- Главная панель инструментов программного пакета ERDAS IMAGINE®

Ядром программного обеспечения ERDAS IMAGINE® является один из трех вариантов базовых пакетов IMAGINE Essentialstm, IMAGINE Advantagetm и IMAGINE Professionaltm, каждый из которых включает в себя и расширяет функциональныевозможности предыдущего. Эта линия программного обеспечения ERDAS IMAGINE®базируется на общей архитектуре и имеет тот же интерфейс пользователя ифункциональные возможности на различных UNIX платформах и PC.

Области применения ERDAS IMAGINE®

Технология Geographic Imaging привлекательна для различных сфер деятельности.

Различные модули и базовые комплекты программного обеспечения ERDAS IMAGINE® в разных комбинациях позволяют построить систему, оптимально удовлетворяющую конкретно поставленным задачам. Приведем несколько примеров:

1) Получение и первичная обработка данных дистанционного зондирования. Это - тематическая обработка в ходе научных исследований. Основные продукты Imagine, которые необходимы при этих работах - Advantage или Professional, как базовые комплекты, желательно иметь также модуль RADAR Mapping Suitetm и средства программиста разработчика – Developers Toolkittm. Типичные пользователи на этом уровне рынка - университеты (география, геология, прикладные науки и т.д.), научно-исследовательские организации по изучению космического пространства, национальные центры получения данных дистанционного зондирования, наземные станции приема, компании-поставщики дистанционных данных, организации, занимающиеся производством сенсоров и съемочных аэро- и космических камер;

2) Лесное хозяйство.Площадное картографирование по данным съемок, мониторинг лесов, картографирование, планирование и обновление карт;

3) Телекоммуникации.Площадное картографирование по данным съемок, моделирование сетей сотовой связи, создание баз данных о характере прохождения и отражения радиоволн, построение цифровых моделей рельефа и визуализация местоположений объектов связи;

4) Разведка, добыча и эксплуатация месторождений нефти, газа, других полезных ископаемых.Основные задачи - площадное картографирование по данным съемок и геологическая интерпретация аэро- и космических изображений;

5) Военная сфера. Это, конечно, в первую очередь картографирование с использованием данных дистанционного зондирования, в том числе и оперативных. Имитация возможных ситуаций на поле боя, построение цифровых моделей рельефа, визуализация полей сражений и пролет над территориями. Осуществление командования и контроля, ситуационное картографирование, разведка и выбор целей, планирование боевых операций, пространственный анализ.

2. СНИМКИ МОDIS

Гиперспектральный радиометр MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) - это сканирующий радиометр с 36 спектральными каналами с 12-битным радиометрическим разрешением в видимом, ближнем, среднем и тепловом инфракрасном диапазонах с пространственным разрешением 250, 500 и 1000 метров. Modis просматривает полную поверхность Земли каждые 1 - 2 дня. Этот датчик хорошо подходит для наблюдения крупномасштабных изменений. Он является одним из ключевых съемочных приборов, установленных на борту американских спутников TERRA (на орбите с 1999 г.) AQUA (на орбите с 2002 г), осуществляющих исследования Земли из космоса по программе EOS (Earth Observing System) национального аэрокосмического агентства (NASA) США.

Благодаря непрерывному режиму работы и достаточно широкой полосе съемки любая территория в пределах зоны видимости станции ежедневно снимается, как минимум, один раз. Это позволяет использовать данные MODIS для решения разнообразных задач по регулярному мониторингу природных явлений (контроль ледовой обстановки, наблюдение динамики снежного покрова, мониторинг лесных пожаров, паводковой ситуации и т.п.).

По замыслу NASA радиометр MODIS должен обеспечить пользователей данными нового поколения. MODIS является "наследником" радиометра AVHRR спутников NOAA, но у него значительно улучшены не только радиометрическое, спектральное и пространственное разрешение, но и взаимная геометрическая привязка спектральных каналов (0.1 пиксел и лучше), абсолютная радиометрическая калибровка (5% и лучше - для 20 спектральных каналов оптического диапазона (reflective band) и 1% и лучше - для 16 каналов теплового диапазона (emissive band)). Такие высокие стандарты калибровки обусловлены современными требованиями NASA к осуществлению исследований Земли из космоса.

Сравнение основных характеристик радиометров AVHRR (NOAA) и MODIS (TERRA, AQUA):

ХАРАКТЕРИСТИКА	MODIS	AVHRR
Количество спектральных каналов
Пространственное разрешение, м	250-1000
Радиометрическое разрешение, бит/кан
Обзорность (ширина полосы съемки), км

Радиометр MODIS позволяет осуществлять ежедневный оперативный мониторинг территорий, при этом периодичность наблюдения зависит от ее размеров и географического положения, а также количества используемых спутников.

Основными тематическими продуктами MODIS для научных исследований являются:

Маска облаков (MOD35)– распределение облачного покрова днем и ночью с разрешением 1км;

Растительность и почвенный покров (MOD13, 15-17, 43, 44), в т.ч. их состояние продуктивность, определяемые по вегетационным индексам поверхности (NDVI и EVI), поляризационные эффекты и индикатриса отражения, распознавание типа земного покрова, первичная продуктивность растительности, индекс листовой поверхности LAI, доля излучения, абсорбируемая растениями при фотосинтезе.

Пожары и тепловые аномалии (MOD14)– оперативное обнаружение и мониторинг природных (лесных) пожаров, вулканов и других тепловых аномалий с разрешением 1 км. MODIS может зафиксировать пожар на площади менее 1км2.

Мониторинг снежного и ледового покровов (MOD10, 29), в т.ч. спектральная и отражательная способность снега и льда, их температура.

Температура поверхности, определяемая для суши (MOD11) и водных объектов (MOD28) с разрешением 1 км. Максимальная точность измерения – 0.3 – 0.5 Град. для водных объектов и 1 град. С для суши.

Концентрация и оптические свойства аэорозолей - оптическая плотность, эффективный радиус частиц, фазовое состояние, высота и температура верхней границы

Цвет океанической воды (MOD19), спектральная энергетическая яркость поверхности океана

Концентрация хлорофилла (MOD21) в пределах 0.05 – 50 мг/л для вод класса 1 (прозрачные).

Флюоресценция хлорофилла (MOD20) при концентрации хлорофилла в поверхностном слое 0.5 мг/л

На следующем этапе обработке данных MODIS на основе научных продуктов подготавливаются тематические продукты конечного потребления в виде тематических карт, схем, сопровождаемых легендой и другой атрибутивной информацией, а также векторных файлов. Продукты конечного потребления расчитаны на широкий круг пользователей и готовы к интеграции в пользовательские геоинформационные системы.

3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ

Данные дистанционного зондирования - данные о поверхности Земли, объектах, расположенных на ней или в ее недрах, полученные в процессе съемок любыми неконтактными, т.е. дистанционными методами.

Обработка данных ДЗЗ (image processing) - процесс выполнения операций над аэрокосмическими снимками, включающий их коррекцию, преобразование и улучшение, дешифрирование, визуализацию.

Предварительная обработка - это коррекция и улучшение спутниковых изображений.

Некоторые методы улучшения изображений (фильтрация, изменение контраста) подразумевают изменение спектральных характеристик снимка, поэтому после их применения нельзя применять методы тематической обработки, которые основаны на анализе значений спектральной яркости пикселов (классификации, арифметические преобразования каналов и др.).
Виды предварительной обработки:

· Геометрическая коррекция спутниковых изображений;

· Радиометрическая калибровка снимков;

· Радиометрическая коррекция влияния атмосферы;

· Восстановление пропущенных пикселов;

· Контрастирование;

· Фильтрация.

Геометрическая коррекция включает в себя устранение на изображении геометрических искажений и географическую привязку. Существует несколько причин геометрических искажений, однако эти причины действуют совместно. Кроме того, следует отметить, что для разных типов космических снимков комбинация этих причин различна. Геометрические искажения снимков, вызванные кривизной поверхности Земли, получаются в результате того, что точки сканируемой местности не лежат в одной плоскости и наблюдение ведётся не в надире, а под углом к поверхности Земли. По этому при удалении от центральной линии сканирования (где съемка ведётся в надире) искажение формы и размера объектов увеличивается.

Искажение формы объектов. Прямая линия на местности будет кривой на снимке, квадрат прямоугольником и т.д. Этим типом искажения можно пренебречь, если угол обзора сканера невелик.

Искажение масштаба: Для снимков, сделанных оптико-механическим сканером ((MODIS, AVHRR, ETM и MSS - Landsat, Aster (TIR)), масштаб при удалении от центральной линии снимка становится мельче. То есть, если взять два пиксела снимка: один из центральной области снимка, а второй из боковой, то пиксел из боковой области будет содержать большую площадь Земли, хотя размер их одинаков.

Неровности рельефа вызывают те же искажения, что и кривизна поверхности, земли, но задача устранения их сложнее, по причине того, что формы рельефа сложнее, чем форма Земли, которая близка к сфере.

Поскольку космические космические снимки делают с большой высоты, то влияние форм рельефа незначительно, поэтому данный тип искажений учитывают лишь для горных областей. Поскольку сканирование Земли из космоса происходит не мгновенно, как фотосъемка, то вращение Земли (за 1 мин Земля поворачивается на 0.25) вызывает изменение условий съемки в процессе сканирования одной сцены.

Движение космического аппарата в процессе формирования изображения. На качество и свойства снимков влияет форма и высота орбиты спутника. Например, круговая орбита обеспечивает одинаковую высоту съемки земной поверхности, а следовательно, для одной и той же аппаратуры - одинаковый охват и разрешение снимков.

«Пропущенные пикселы» могут возникать во время съемки или передачи данных, также случается замена значений яркости целой строки значениями соседней строки. Такие явления могут стать помехой при тематической обработке снимка. Пропущенные пиксели можно восстановить путем интерполяции с определенной погрешностью.

Контраст изображения - это разность между максимальным и минимальным значениями яркости.

Слабый контраст – наиболее распространенный дефект изображений (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Слабый и сильный контраст.

Операция повышения контрастности снимка может быть использована при визуальном дешифрировании снимков (например, чтобы подчеркнуть границы объектов).

Методы повышения контраста:

· Линейное растягивание гистограммы. Всем значениям яркости присваиваются новые значения с целью - охватить весь возможный интервал изменения яркости (0, 255).

· Нормализация гистограммы. На весь возможный интервал изменения яркости растягивается не вся гистограмма, а ее наиболее интенсивный участок

· Выравнивание гистограммы (линеаризация, эквализация). В процессе выравнивания происходит изменение значений яркости пикселов таким образом, чтобы для каждого уровня яркости было одинаковое или близкое количество пикселов.

Фильтрация - это преобразование, которое позволяет усилить воспроизведение тех или иных объектов, подавить нежелательное вуалирование, устранить другие случайные помехи (шум). Один из самых простых способов фильтрации - преобразование в скользящем окне.

При таком преобразовании пересчитываются значения яркости всех пикселов изображения. Пересчет происходит для каждого пиксела таким образом: когда данный пиксел является центральным в окне, которое "движется" по снимку, ему дается новое значение, которое является функцией от значений окружающих его в окне пикселов.

Размер окна может быть, например 3х3 или 5х5 пикселов. Каждый раз окно смещается на 1 пиксел и движется до тех пор, пока не пройдет весь снимок.

Для всех пикселов окна исследователь устанавливает весовые коэффициенты исходя из целей дешифрирования

4. СОЗДАНИЕ ЦИФРОВОЙ КАРТЫ