«Старые»и «новые» космические данные ДЗЗ и их обработка в системе PHOTOMOD П. С. Титаров, Ю.И. Карионов (Ракурс)

преимущества сканерной космической съёмки режимы формирования сканерных снимков способы стереоскопической сканерной съёмки характеристики сканерных съёмочных систем блоки сканерных снимков ВВЕДЕНИЕ

По сравнению с аэрофотосъёмкой, космическая съёмка: По сравнению с космическими фотосъёмочными системами, оптико-электронные съёмочные системы: дольше функционируют (не требуют хранения запаса фотопленки) не требуют возврата экспонированного фотоматериала на Землю работают в более широкой области спектра обладают большей чувствительностью оперативнее и дешевле при съёмке небольших или отдаленных территорий безопаснее и проще в организационном отношении (при съёмке городов, опасных объектов, приграничных районов и т.д.) Преимущества космической сканерной съёмки

Строка за строкой (линейка ПЗС) Особенности формирования сканерного снимка: отсутствие единого для всего изображения центра проекции изменение положения и ориентации сенсора в процессе формирования снимка Пиксель за пикселем (сканирующий луч) Формирование сканерного снимка

Синхронный режим построчной съёмки Ориентация сенсора стабилизирована во время формирования снимка позволяет производить съёмку протяженных участков местности Режимы формирования сканерного снимка

Ориентация сенсора изменяется во время формирования снимка: для увеличения экспозиции для изменения конфигурации снимаемого участка Асинхронный режим построчной съёмки Режимы формирования сканерного снимка

Способы формирования стереопар Стереосъёмка с разных витков Необходима возможность поперечного отклонения направления обзора Возможна съёмка двумя спутниками

Способы формирования стереопар Стереосъёмка с одного витка перенацеливанием сенсора Короткий временной интервал между получением снимков стереопары

Способы формирования стереопар Стереосъёмка с одного витка двумя сенсорами, установленными на общей платформе Короткий временной интервал между получением снимков стереопары Фиксированное отношение базиса съёмки к высоте (B : H) Наиболее производительный способ стереосъёмки

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: угла поля зрения высоты орбиты носителя направления обзора Возможности отклонения направления обзора Зависят от: конструкции сенсора или носителя Угол поля зрения Зависит от: размеров детекторов и их числа в линейке фокусного расстояния оптической системы 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 Характеристики сканерных съёмочных систем

Отношение B:H в перекрытиях снимков принимает произвольные значения. Блок одиночных сканерных снимков («моноблок»)

Блок сканерных стереопар («стереоблок»)

Теоретические основы фотограмметрической обработки сканерных снимков задачи фотограмметрической обработки методы фотограмметрической обработки сканерных снимков строгий метод обработки параметрический метод обработки аппроксимационный метод обработки

Опорные точки Одиночный снимок Цифровая матрица рельефа 3D векторы Ортоизображение 2D векторы Цифровая модель рельефа Опорные точки Стереопара Создание мозаики. Экспорт в ГИС, САПР, цифровые карты Задачи фотограмметрической обработки

СтрогиеАппроксимационные 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 Методы фотограмметрической обработки

Строгий подход к обработке

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 Параметрический подход к обработке

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) RPC = Rational Polynomial Coefficients = Rapid Positioning Capability

ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ SPOT 1-5 IKONOS QuickBird OrbView-3 EROS A Terra/ASTER IRS 1C/1D IRS P6 (Resourcesat-1) LandSat Formosat-2 IRS P5 (Cartosat-1) Монитор-Э Ресурс-ДК EROS B Kompsat-2 ALOS/PRISM, AVNIR-2 Cartosat-2 (запуск в 2006) Обрабатываемые в PHOTOMODПерспективные

Системы высокого и среднего разрешения (от 2 до 20 м), снимки с которых поставляются компанией SPOT Image: SPOT 1-4 SPOT 5 Formosat 2 ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ

Пространственное разрешение: 10м для панхроматического снимка 20м для мультиспектрального Методы обработки: строгий – для снимков уровня 1А модификация DLT – для 1B Точность уравнивания: СКО на контрольных точках разрешению Стереосъёмка: с различных витков Изменения направления обзора: поперек трассы – до 27° от надира SPOT 1-4 (Франция)

Пространственное разрешение: 20м в инфракрасном диапазоне 10м для мультиспектрального снимка 5м для панхроматического снимка Синтезированные снимки: панхроматические и мультиспектральные разрешением 2.5 м (режим Supermode) и 5 м Методы обработки: строгий – для снимков уровня 1А модификация DLT – для 1B Точность уравнивания: СКО на контрольных точках разрешению Стереосъёмка: с различных витков Изменения направления обзора: поперек трассы – до 27° от надира Сенсор HRG Пространственное разрешение: 5м вдоль трассы 10м поперек трассы Стереосъёмка: с одного витка Направления обзора: 20° от надира вперед и назад вдоль трассы Сенсор HRS SPOT 5 (Франция)

Formosat-2 (ROCSAT-2 - Тайвань) Пространственное разрешение: 2 м для панхроматического снимка 8 м для мультиспектрального Методы обработки: строгий – для снимков уровня 1А модификация DLT – для 1B Точность уравнивания: СКО на контрольных точках разрешению Стереосъёмка: технически возможна как с одного, так и с различных витков Изменения направления обзора: до 45° от надира

Снимки с пространственным разрешением 1 м и лучше: IKONOS OrbView 3 QuickBird Kompsat 2 ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ

Методы обработки: RPC или модификации DLT Точность уравнивания (разрешение 1м): СКО плановых координат 1м СКО высот 2-3 м Пространственное разрешение: 1 м для панхроматического снимка 4 м для мультиспектрального Стереосъёмка: с одного витка (возможна и с разных) Изменения направления обзора: в произвольном направлении – до 30° от надира IKONOS (США)

Методы обработки: RPC или модификации DLT Пространственное разрешение: 1 м для панхроматического снимка 4 м для мультиспектрального Стереосъёмка: возможна как с одного, так и с разных витков Изменения направления обзора: в произвольном направлении – до 50° от надира OrbView-3 (США)

Методы обработки: RPC или модификации DLT Точность уравнивания: СКО плановых координат разрешению Пространственное разрешение (в надире): 0.61 м для панхроматического снимка 2.44 м для мультиспектрального снимка Стереосъёмка: практически не выполняется Изменения направления обзора: в произвольном направлении – до 25° от надира QuickBird (США)

Kompsat-2 (Южная Корея) Пространственное разрешение: 1 м для панхроматического снимка 4 м для мультиспектрального Методы обработки: RPC или модификация DLT Стереосъёмка: технически возможна как с одного, так и с различных витков Изменения направления обзора: до 30° от надира по крену до 56 ° от надира по тангажу

Индийские спутники дистанционного зондирования Земли: IRS 1C/1D Resourcesat 1 (IRS P6) Cartosat 1 (IRS P5) Cartosat 2 ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ

Разрешение на местности: 5.8 м (сенсор PAN) Методы обработки: модификация DLT Точность уравнивания: СКО на контрольных точках - несколько пикселей Стереосъёмка: с различных витков Изменения направления обзора: поперек трассы – до 26° от надира IRS 1C/1D (Индия)

Пространственное разрешение: 5.8 м в надире Стереосъёмка: с различных витков Изменения направления обзора: поперек трассы – до 26° от надира Сенсор LISS-IV Радиометрические характеристики: 3 спектральных канала радиометрическое разрешение: 10 бит/пиксель при съёмке, 7 бит/пиксель в выходном изображении Resourcesat-1 (IRS P6, Индия) Ширина полосы захвата: 23 км в мультиспектральном режиме 70 км в моно-режиме (красный канал)

Cartosat-1 (IRS P5, Индия) Разрешение на местности: 2.5 м (снимок панхроматический) Методы обработки: RPC или модификация DLT Точность уравнивания по RPC: СКО на контрольных точках разрешению Стереосъёмка: с одного витка двумя сенсорами Отклонение направления обзора: вперед вдоль трассы – 26° назад вдоль трассы – 5° (B/H = 0.62)

Cartosat-2 (Индия) Пространственное разрешение: лучше 1 м Изменения направления обзора: до 45° от надира Ширина полосы захвата: 10 км Запуск: в конце 2006 г.

Израильские спутники дистанционного зондирования Земли: EROS A EROS B ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ

Пространственное разрешение: 1.8м в надире Методы обработки: строгий – для снимков уровня 1А модификация DLT – для 1B Точность уравнивания: СКО на контрольных точках разрешению Стереосъёмка: с одного витка Изменения направления обзора: до 45° от надира в произвольном направлении Режим съёмки: асинхронный EROS A (Израиль)

EROS B (Израиль) Пространственное разрешение: 0.7м (панхроматический снимок) Стереосъёмка: с одного витка Изменения направления обзора: до 45° от надира в произвольном направлении Режим съёмки: синхронный и асинхронный

Российские спутники дистанционного зондирования Земли: Монитор Э Ресурс ДК ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ

Монитор-Э (Россия) Пространственное разрешение: 8 м для панхроматического снимка 20 м для мультиспектрального Ширина полосы захвата: 90 км для панхроматического снимка 160 км для мультиспектрального Изменения направления обзора: до 30° от надира

Ресурс-ДК (Россия) Пространственное разрешение (в перигее в надире): 1 м для панхроматического снимка 2-3 м для мультиспектрального Параметры орбиты: Наклонение 64.94° Высота в перигее км Высота в апогее км Ширина полосы захвата: в надире – от 4.7 до 28.3 км при отвороте по крену – до 40 км

Спутники ДЗЗ, эксплуатируемые NASA: Terra/ASTER Landsat-7/ETM+ ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ

Разрешение на местности: 15м (для каналов VNIR 3N/3B) Методы обработки: строгий– для снимков 1А модификация DLT – для 1B Точность уравнивания: СКО на контрольных точках разрешению Стереосъёмка: с одного витка (съёмка в надир и назад) Изменения направления обзора: поперек трассы – до 24° от надира (для VNIR) Terra/ASTER (NASA)

Методы обработки: модификация DLT Точность уравнивания: СКО плановых координат 15м Пространственное разрешение: 15 м Стереосъёмка: нет Landsat-7/ETM+ (NASA)

Другие спутники ДЗЗ: ALOS БелКА ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ

ALOS (Япония) Сенсор PRISM Сенсор AVNIR-2 Три оптические системы – для съёмки в надир, вперед и назад вдоль трассы Пространственное разрешение: 2.5 м Спектральные каналы: панхроматический Ширина полосы захвата: 70 км Мультиспектральный (4 канала) сенсор среднего разрешения Пространственное разрешение: 10 м Ширина полосы захвата: 70 км Отклонение направления обзора: до 44° от надира поперек трассы

БелКА (Беларусь) Орбита: солнечно-синхронная, круговая, высота 510 км Платформа: УКП «Виктория» Масса: КА – 750 кг, полезной нагрузки – кг Расчетный срок активного существования: 5 лет Пространственное разрешение: в панхроматическом режиме – 2.5 м в мультиспектральном режиме – 10.5 м Количество спектральных каналов: 4 Ширина полосы обзора: 440 км Ширина полосы захвата: 20 км Запуск: 26 июля 2006 г., космодром Байконур, РН «Днепр» - аварийное отключение двигателей.

Обработка сканерных снимков в PHOTOMOD

Примеры обработки космических данных Некоторые тестовые проекты, выполненные в компании «Ракурс»: SPOT 5 QuickBird Cartosat-1 Formosat-2

Тестовые проекты, выполненные в компании «Ракурс» Построение ортофотоплана по снимку QuickBird, Новый Уренгой (по заказу НПК «Гео», г. Омск)

Тестовые проекты, выполненные в компании «Ракурс» Построение ортофотоплана по снимку SPOT 5 (2.5 м), остров Ольхон (совместно с ФГУП «Госземкадастрсъёмка» - ВИСХАГИ, Восточно-Сибирский филиал)

Тестовые проекты, выполненные в компании «Ракурс» Построение ЦМР и ортофотоплана по стереопаре Cartosat-1, остров Ольхон Уравнивание: Опорных точек – 4 СКО на опорных: 0.6 м в плане 0.1 м на высоте Контрольных точек – 3 СКО на контрольных: 2.8 м в плане 1.4 м по высоте Разрешение – 2.5 м

Тестовые проекты, выполненные в компании «Ракурс» Построение ортофотоплана по снимку Formosat 2, Омск Уравнивание: Опорных точек – 7 СКО на опорных: 2.0 м в плане Контрольных точек – 6 СКО на контрольных: 2.4 м в плане Разрешение – 2 м

Практические аспекты применения космических данных Технологические особенности создания карт по данных ДЗЗ Особенности заказа (приобретения) космических снимков

Технологические аспекты применения данных ДЗЗ Наиболее распространенный вариант применения данных ДЗЗ – построение ортофотопланов по одиночному снимку либо блоку одиночных снимков с использованием внешней (имеющейся) ЦМР.

Заказ снимков: выбор продукта ДЗЗ

ПроектИюльАвгустСентябрьОктябрь Заказ снимков: динамика выполнения съёмки

Заказ снимков: совместное использование ИСЗ 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.

Спасибо за внимание!