title
13:55:41  ¤ 

Обработка данных КА "Канопус-В" в пакете Erdas Imagine

Конференция пользователей Hexagon Россия 2014 Москва, 30 апреля 2014 г. © Некрасов В.В.

Автор: Некрасов В.В.

Почему "Канопус-В" и Erdas Imagine?

Да, а собственно почему? Ну, "Канопус-В" - это понятно, на текущий момент(2014.05) - это один из самых вменяемых отечественных спутников, да и я могу что-то про него сказать по роду работы. Ниже, на рисунке 1, показано покрытие снимками КА "Канопус-В" на март 2014 г., только надо учитывать, что 140 млн. кв. км - это покрытие всеми 10 матрицами.

1

Рис. 1 На  март 2014 г.:Общее количество маршрутов съемки - 5534; Средняя продолжительность маршрутов - 34,6 сек.

С пакетом Erdas Imagine все и так понятно - это один из самых популярных пакетов для фотограмметрической (и не только) обработки космических снимков. Исходно пакет Erdas Imagine не может обрабатывать снимки КА "Канопус-В" (точнее может, но это слишком сложно, да и не зря же мы проели плешь разработчикам софта обработки НКПОР чтобы они вставили RPC полиномы!) потому что формат метаданных не читается в пакете. Для того чтобы прочитать RPC коэффициенты (они есть в метаданных на каждый микрокадр!) в пакет Erdas Imagine необходимо с помощью простой утилиты выгрузить их в формате, который читается EI. Для этого еще в далеком 2011 г. я написал утилиту Meta2Poly, которая и выгружает коэффициенты RPC в формате КА Ikonos. До сих пор я лелеял надежду, что мы все же сделаем полноценную интеграцию КА "Канопс-В" с Erdas Imagine, но в январе 2014 г. не получилось, в июле 2014 г. тоже, может в октябре получится, тогда есть надежда, что это войдет в декабрьское обновление Erdas Imagine? Поэтому на сайте выложена утилита выгрузки RPC полиномов и далее показано как этим всем воспользоваться.

Основные характеристики КА «Канопус-В»

Таблица 1

Разработчик

ОАО «Корпорация «ВНИИЭМ», Россия

Ракета-носитель

Союз

Размер КА

0.9 × 0.75 м

Масса КА (кг)

450

Масса полезной нагрузки (кг)

110

Среднесуточная мощность (Вт)

300

Срок активного существования

5-7 лет

Тип орбиты

Круговая солнечно-синхронная

Наклонение орбиты

97,447˚

Высота орбиты

510 км

Период обращения

94,74 мин

Период повторного наблюдения

15 суток

Режим ориентации

трехосная

Погрешность  ориентации

5 угл.мин.

Стабильность угловой скорости

0,001 ˚/с

Погрешность определения ориентации осей КА

30 угл.с.

Углы отклонения КА по крену и тангажу

±40˚

Готовность к съемке

3 минуты

Максимальное значение суммарной ошибки по положению КА

15 м

Основные характеристики целевой аппаратуры КА «Канопус-В»

Таблица 2

Характеристики

ПСС

МСС

Геометрическое разрешение (проекция пиксела), м

2.1

10.5

Спектральный диапазон (по уровню 0,5), мкм

0,5 - 0,9

0,45 – 0,52; 0,52 – 0,60;  0,63 - 0,69;  0,76 - 0,9

Полоса захвата, км

23.5

20.2

Фокусное расстояние, мм

1797,5

359,5

Эффективное относительное отверстие

1:10,3

1:5,6

Светопропускание

0,7

0,6 – 0,8

Площадь, снимаемая одномоментно (6 фрагментов кадра), км²

45,3

195

Расположение матриц МСС

MSS

Процесс съемки камерой МСС

Пекин МСС

Расположение матриц ПСС

Пекин

Процесс съемки камерой ПСС

Пекин ПСС

Тестовый пример на г. Пекин. Исходные данные.

Для демонстрации технологии обработки данных КА "Канопус-В" использовался пример, размещенный на сайте НЦ ОМЗ. Ранее на сайте была прямая ссылка для скачивания с FTP, сйчас этой ссылки нет, но данные лежат на FTP. На текущий момент (2014.05) это единственный пример в открытом доступе, который можно использовать для тестирования.

Пример содержит все данные КК "Канопус-В" - мультиспектральные, панхроматические и все уровни обработки. Пример явно предобработан, так как более раннее скачивание этих же данных показывало другие результаты.

Мультиспектральные данные

Уровень 1: 4 спектральных канала по 3 микрокадра
Уровень 2: мозаика по 4 спектральным каналам мультиспектральный снимок 4 канала (RGBNir)
Уровень 3: мозаики по 4 спектральным каналам мультиспектральный снимок 4 канала (RGBNir)

Панхроматические данные
Уровень 1: 78 микрокадров
Уровень 2: мозаика микрокадров
Уровень 3: мозаика микрокадров

Синтезированные данные Мультиспектральный снимок высокого разрешения (pansharpened)

Покрытие камерой ПСС

Пекин

Покрытие камерой МСС

Пекин МСС

Что можно сделать с данными БКА и КА "Канопус-В" в Erdas Imagine?

По данным МСС:

  1. Мозаика микрокадров камеры МСС (по спектральным каналам- каждый спектральный канал в отдельном файле);
  2. Цветосинтезированный кадр по данным МСС (RGB, RGBNir);
  3. Цифровая модель рельефа по данным МСС.

По данным ПСС:

Мозаика микрокадров камеры ПСС.

Синтезированный

Мультиспектральный снимок высокого разрешения (pansharpened).

Комплекс предварительной обработки

Для того, чтобы можно было использовать данные КА "Канопус-В" в Erdas Imagine неоходимо провести пердварительную обработку снимков и метаданных, для этого используется комплекс предварительной обработки.

Комплекс предварительной обработки формирует:

  1. Коэффициенты рациональных полиномов в формате IKONOS (утилита Meta2Poly)
  2. Схема покрытия микрокадрами района съемки в формате KML (утилита Meta2Poly)
  3. Цифровая модель рельефа на район съемки (по данным модели SRTM, возможно комплексирование с ЦМР ASTER для широт больше 60 град) (в составе комплекса GeoKA)
  4. Цифровая растровая карта (по открытым данным) (в составе комплекса GeoKA)

Создание блока микрокадров камеры МСС

Создание блока микрокадров камеры МСС

Мозаика спектральных каналов камеры МСС

Мозаика спектральных каналов камеры МСС

Мозаика микрокадров МСС (мультиспектральная)

Мозаика микрокадров МСС

Сравнение свойств мозаики микрокадров МСС, полученных Erdas Imagine и НКПОР (линейное разрешение)

Таблица 3

Канал

Уровень 1, пкс

Уровень 1, м

Уровень 2, м

Уровень 3, м

Erdas NN

Erdas BI

Erdas CC

СПК1

1.39

14.45

16.02

22.50

16.90

19.65

17.50

1.41

14.72

 

 

 

 

 

1.41

14.71

 

 

 

 

 

СПК2

1.39

14.49

15.52

15.79

16.72

16.89

16.91

1.42

14.78

 

 

 

 

 

1.50

15.59

 

 

 

 

 

СПК3

1.47

15.33

27.91

17.80

17.16

29.20

18.53

1.44

15.03

 

 

 

 

 

1.47

15.31

 

 

 

 

 

СПК4

1.40

14.59

16.11

30.49

 

 

 

1.45

15.13

 

 

 

 

 

1.42

14.77

 

 

 

 

 

Мультиспектральный

 

 

30.18

39.88

 

 

25.93

Сравнение свойств мозаики микрокадров МСС, полученных Erdas Imagine и НКПОР (динамический диапазон)

Таблица 4

Снимок

Уровень 1, бит

Уровень 2, бит

Уровень 3, бит

Erdas NN

Erdas BI

Erdas CC

СПК1

6.02

6.07

6.07

5.95

5.88

5.98

6.02

 

 

 

 

 

6.15

 

 

 

 

 

СПК2

6.34

6.39

6.39

6.36

6.29

6.39

6.41

 

 

 

 

 

6.49

 

 

 

 

 

СПК3

6.73

6.75

6.75

6.77

6.71

6.81

6.77

 

 

 

 

 

6.85

 

 

 

 

 

СПК4

6.73

6.82

6.82

 

 

 

6.74

 

 

 

 

 

7.07

 

 

 

 

 

Мультиспектр

 

6.07

6.04

 

 

6.66

Создание блока микрокадров камеры ПСС

Создание блока микрокадров камеры ПСС

Создание блока микрокадров камеры ПСС

Создание блока микрокадров камеры ПСС

Мозаика микрокадров ПСС

Мозаика микрокадров ПСС

Сравнение свойств мозаики микрокадров ПСС, полученных Erdas Imagine и НКПОР (линейное разрешение)

Таблица 5

Канал

Уровень 1, м

Уровень 2, м

Уровень 3, м

Erdas CC, м

Панхроматический, мин

2.879803962

3.216856652

3.153572021

 

Панхроматический, макс

5.452413639

 

 

 

Панхроматический, среднее

3.241860657

 

 

 

Панхроматический, без цветовой коррекции

 

 

 

2.789603

Панхроматический, с цветовой коррекцией

 

 

 

3.459655

Сравнение свойств мозаики микрокадров ПСС, полученных Erdas Imagine и НКПОР (динамический диапазон)

Таблица 6

Снимок

Уровень 1, бит

Уровень 2, бит

Уровень 3, бит

Erdas CC, бит

Панхроматический, мин

6.38

6.67

6.67

 

Панхроматический, макс

7.14

 

 

 

Панхроматический, среднее

6.64

 

 

 

Панхроматический, без цветовой коррекции

 

 

 

6.70

Панхроматический, с цветовой коррекцией

 

 

 

7.98

Мультиспектральный снимок высокого разрешения (pansharpening)

Мультиспектральный снимок высокого разрешения (pansharpening)

Сравнение свойств pansharpened снимков, полученных Erdas Imagine и НКПОР

Таблица 7

Динамический диапазон

Снимок

Уровень 2, бит

Уровень 3, бит

Erdas CC, бит

Pansharpening

6.54

6.49

7.56

Таблица 8

Линейное разрешение

Канал

Уровень 2, м

Уровень 3, м

Erdas CC, м

Pansharpening

3.37

3.14

3.02

 

Получение ЦМР

Получение ЦМР

ЦМР, полученная по стереопарам камеры МСС одного маршрута

ЦМР по стереопарам камеры МСС одного маршрута

Теоретическая точность построения ЦМР

Схема стерео съемки по стереопарам камеры МСС одного маршрута

f

f2

 Для базиса съемки 60км, характерного для маршрутной съемки камеры МСС , погрешность будет находиться в интервале 18-20 м.

Выводы

  • 1.В пакете Erdas Imagine можно получить все виды выходной продукции, создаваемой НКПОР
  • 2.Результаты обработки снимков в пакете Erdas Imagine по динамическому диапазону и по линейному разрешению снимков получаются не хуже, чем стандартные уровни обработки НКПОР
  • 3.Результаты обработки снимков в пакете Erdas Imagine по динамическому диапазону и по линейному разрешению снимков получаются на 5-7% лучше, чем продукты стандартного уровня обработки НКПОР
  • 4.Динамический диапазон снимков тестового примера камеры ПСС составляет 6,64 бит, камеры МСС – 6,07 что свидетельствует о недоэкспозиции при съемке
  • 5.Генерация ЦМР по снимкам одного маршрута в Erdas Imagine возможна, но нецелесообразна из-за малого базиса съемки

 






THE COPYRIGHT of THIS DOCUMENT IS THE PROPERTY OF Victor Nekrasov.
All rights reserved. No part of this documentation may be reproduced by any means в any material form
(including photocopying or storing it в any electronic form) without the consent of the Copyright Owner or under the terms of a licence and/or confidentiality agreement issued by the Copyright Owner, Victor Nekrasov. Applications for the copyright owners permission to reproduce any part of this documentation should be addressed to, Victor Nekrasov, vinek@list.ru

© 1998-2015 Victor Nekrasov