В данной статье рассмотрены назначение и принцип валидации результатов дешифрирования снимков. Отмечена актуальность задачи перехода от использования космических снимков, полученных и дешифрированных с помощью зарубежных аппаратных и программных средств, к использованию снимков, полученных с отечественных космических аппаратов. В рамках этой задачи разработан программный продукт для валидации результатов дешифрирования космических снимков, полученных с космического аппарата «Ресурс-П».
Ключевые слова: валидация, дешифрирование, космический аппарат.
Основное назначение валидации результатов дистанционного мониторинга растительности заключается в оценке и документальном подтверждении государственными органами уровня релевантности результатов тематического дешифрирования аэрокосмических снимков растительности фактическим значениям параметров, характеризующих виды, свойства и состояние этой растительности. Валидация является технологической основой для сертификации результатов тематического дешифрирования снимков растительности и придания этим результатам статуса государственных документов.
Ключевой принцип валидации результатов тематического дешифрирования снимков заключается в сравнении результатов дешифрирования снимков с эталоном. При этом и результат дешифрирования снимка, и эталон представляют собой тематические карты одного и того же участка местности. На тематических картах условно в графическом виде отображаются свойства растительности данного участка местности. Таким образом, валидация результатов дешифрирования снимка местности, представленного в виде тематической карты этой местности, состоит в сравнении полученной тематической карты с эталонной тематической картой местности.
- Формулировка проблемы. В настоящее время аэрокосмический мониторинг леса стал обязательным при решении задач Государственной инвентаризации лесов, что отражено в соответствующих нормативных документах. Однако, многие работы по аэрокосмическому мониторингу леса выполняются пока с использованием космических снимков, полученных с зарубежных космических аппаратов таких, как QuickBird, Iconos и другие, а также с использованием иностранного программного обеспечения дешифрирования снимков и валидации его результатов. Так сложилось, что Россия, первая запустившая спутник и до настоящего времени являющаяся лидером в космической деятельности, в области использования ее результатов отстала от развитых стран мира. Эти страны первыми осознали, что использование результатов космической деятельности в народном хозяйстве сможет принести большую экономическую выгоду, у России же в то время были другие приоритеты.
За последние 5–7 лет ситуация стала меняться, и к настоящему времени в России появились космические аппараты (КА), позволяющие получать снимки с сверхвысоким разрешением («Ресурс-ДК1», «Ресурс-П», «Канопус-В»), появилась возможность использовать отечественную технику для решения задач дистанционного зондирования Земли. И хотя по ряду технических параметров отечественные аппараты пока уступают зарубежным, отрыв этот с каждым годом сокращается. Чего не скажешь о программном обеспечении.
До сегодняшнего момента лидером в этой области оставался зарубежный программный продукт ENVI. Он обеспечивает полный цикл обработки данных дистанционного зондирования Земли, который включает в себя набор инструментов для проведения полного цикла обработки данных от ортотрансформирования и пространственной привязки изображения до получения необходимой информации и её интеграции с данными ГИС (географическая информационная система).
Была поставлена задача разработки собственного программного обеспечения, способного решать определенный круг задач в рамках аэрокосмического мониторинга леса с использованием данных с КА «Ресурс-П».
- Программа валидности результатов дешифрирования аэрокосмических снимков.На сегодняшний день обработка изображений для валидации дешифрирования аэрокосмических снимков является обязательным функционалом для задач дистанционного мониторинга Земли. В рамках поставленной задачи разработано программное обеспечение, осуществляющее проверку степени валидности результатов дешифрирования аэрокосмических снимков в соответствии заданными требованиями.
Поскольку автоматизированная обработка изображений производится на компьютерной технике с использованием специализированного программного обеспечения, необходимо представление аэрокосмической информации в виде цифровых изображений. Наиболее часто цифровые изображения представляются в виде двумерных массивов чисел. Такая форма представления называется «растровой». Каждое из чисел этих массивов является минимальным элементом цифрового изображения и называется пикселем. Каждый пиксель цифрового изображения кодируется однобайтовым или трехбайтовым числом. Однобайтовые растровые изображения используются для представления черно-белых изображений. Для цветных изображений обычно используют формат три байта на пиксель — по одному байту на каждый из трех основных цветов.
Современные сканерные съемочные системы обеспечивают получение информации в виде цифровых изображений. Фотоснимки же для помещения их в цифровую систему обработки требуют предварительного преобразования их в цифровой формат. Это производится путем цифрового кодирования снимка с помощью специальных аналоговых преобразователей.
Большинство аэрокосмических сканерных съемок для целей исследования земной поверхности проводят в нескольких спектральных зонах. В этом случае на одну и ту же территорию формируется набор зональных цифровых изображений, получаемых отдельно для каждой зоны электромагнитного спектра. Аналогичным образом могут представляться цветные фотоснимки — при их сканировании могут быть получены три зональных цифровых изображения. В результате многозональные и цветные цифровые изображения формируются в виде наборов растровых слоев, существующих либо в отдельных файлах, либо сопряженных в оном файле.
Так как в работе необходимо проверить качество дешифрирования изображений, можно разработать программу, которая рассчитывает разницу двух пиксельных изображений.
Проверка и тестирование созданного программного обеспечения проводились с помощью космических снимков леса Щелковского учебно-опытного лесхоза МГУЛ (Московского государственного университета леса), предоставленных Научным Центром Оперативного Мониторинга Земли (НЦ ОМЗ).
Разработанная на языке Delphi программа позволяет обрабатывать полученные снимки и по определенным критериям выдавать полученный результат (Рис. 1).
Рис. 1. Сравнение полученной тематической карты с эталонной тематической картой местности
При выборе типа интерфейса следует обратить внимание на то, что пользователю придётся работать с изображениями. Поэтому выбор графического интерфейса очевиден. Интерфейс должен позволять отображать изображение, с которым работает пользователь, целиком или его часть. Также на экране должны быть представлены результаты работы программы в понятной пользователю форме. Интерфейс в целом должен быть эргономичным, интуитивно понятным пользователю.
В целом удалось добиться высоких и точных результатов валидации дешифрирования аэрокосмических снимков, полученных с КА «Ресурс-П», для задач дистанционного зондирования Земли.
Программное обеспечение удовлетворяет следующим требованием:
Удобство и простота работы пользователей в ней;
Ориентированность на неподготовленного и необученного пользователя;
Унифицированный интерфейс.
Программное обеспечение включает:
Главное окно программы;
Основное меню;
Окно загрузки изображений (эталонный снимок и сравниваемый снимок)
Оценка степени валидности результатов по выставленным критериям;
Просмотр выходного отчета и отличительных участков двух изображений.
Литература:
- Сухих В. И. Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве. — Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. — 392 с.
- Санаев В. Г., Степанов И. М., Запруднов В. И., Панферов В. И., Галкин Ю. С., Бурков В. Г. Ускоренное инновационное развитие технологий аэрокосмического мониторинга леса средствами Российской космической системы ДЗЗ и вывод их на лидирующие позиции в мире // Вестник Московского государственного университета леса. — Мытищи: Лесной вестник, 2012. — С. 38–45.
- Сайт научного центра оперативного мониторинга земли (НЦ ОМЗ) //. URL: http://www.ntsomz.ru (дата обращения: 20.02.2016).
