Технология обработки в ЦФС PHOTOMOD снимков перспективного КА «Канопус-В»

3’2015 Геопрофи cc 24-27

ORTHOCHECK — ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЦИФРОВЫХ ОРТОФОТОПЛАНОВ

Авторы
Некрасов Виктор Владимирович
В 1983 г. окончил Казахский политехнический институт, в 2002 г. — аспирантуру МИИГАиК. С 1996 г. работал в компании МА «Совинформспутник», с 2003 г. — в ЗАО «Оптэн Лимитед», с 2008 г. — в НИИТП. С 2009 г. работает в ФГУП «НПП ВНИИЭМ», в настоящее время — начальник лаборатории. Кандидат технических наук.
Савочкин Вячеслав Николаевич
В 1981 г. окончил факультет прикладной механики МГУ им. М.В. Ломоносова по специальности «механика». После окончания университета служил в рядах Вооруженных Сил РФ. После окончания службы работал на предприятиях Роскосмоса. С 2010 г. по 2013 г —ООО «НПФ «Геоцентр». С 2013 г. по настоящее время – генеральный директор ООО «Научно-Аналитический Центр «Геоанализ», Лауреат Государственной премии РФ.

Введение

                Создание цифровых карт является сложным технологическим процессом, в котором в качестве исходного материала используются ортофотоплан. И именно качество исходного материала определяет качество получаемых цифровых карт. Ортофотопланы создаются на основе данных аэрофотосъемки и/или космического мониторинга Земли. При создании ортофотопланов ключевым моментом является квалификация привлекаемых исполнителей. При массовом производстве ортофотопланов зачастую привлекаются исполнители недостаточной квалификации, что напрямую сказывается на качестве результата. Фактически единственный параметр, по которому проверяется ортофотоплан – это точность. И обычно, говоря о точности ортофотоплана, подразумевается точность ориентирования, указанная в протоколе программы, в которой создавался фотоплан. На сегодняшний день, ортофотопланы создаются в разных программах, не имеющих единого сертификата, использующего разные методики для оценки ошибок. Таким образом, даже наличие оценки точности ортофотоплана не гарантирует, что он будет отвечать требованиям для создания карт заданного масштаба.
Поэтому мы решили разработать независимый от средств создания ортофотоплана пакет программ контроля качества цифрового ортофотоплана (ЦОФП) – «Контроль качества ОртоФотоПланов – OrthoCheck». Данный пакет программ проверяет качество ЦОФП по следующим параметрам:

  • фактическое линейное разрешение;
  • точность планового положения;
  • фотометрические качества изображения;
  • качество сшивки изображения по линиям разреза.

Причем, основные требования к данному пакету программ – это независимость от субъективного человеческого фактора и повторяемость результатов. Далее рассмотрим каждый параметр контроля качества ортофотоплана.

Фактическое линейное разрешение.

В качестве линейного разрешения ортофотоплана часто используется линейное разрешение исходного снимка. Однако часто в метаданных заявляется линейное разрешение, соответствующее размеру пиксела снимка, что не соответствует реальному качеству снимка из-за наличия потерь в оптике камер, атмосфере Земли и т.п. Более того, при получении цифрового ортофотоплана линейное разрешение по сравнению с исходным снимком должно ухудшаться, однако разработчики программного обеспечения создания ортофотоплана заполняют данное поле информацией из метаданных. Для примера на рисунке 1 показан ортофотоплан с размером пиксела 1,8 м, однако его лучшее линейное разрешение равно 2.64 м.

Рис. 1. Пример ортофотолпана

При этом для цифровых ортофотопланов параметр масштаб изображения не очень актуальная величина, однако, существует ГИС система, которая выводит при загрузке ортофотоплана масштаб изображения и изменяя значение масштаба можно добиться “фантастического” линейного разрешения для ортофотоплана.
Для оценки реального линейного разрешения предлагается использовать методику, разработанную в Госцентре "Природа" [1]. На снимке выбирается заданное количество точек оценки, выбираемые по критерию наличия максимального количества мелких деталей. Модуль максимально автоматизирован, для исключения влияния субъективного фактора при выборе точек, в которых происходит оценка линейного разрешения ЦОФП. В качестве результата выбирается минимальное значение линейного разрешения.

Точность планового положения.

Это вторая важная характеристика ортофотоплана. В существующих средствах создания ортофотопланов этот параметр проверяется в лучшем случае по контрольным точкам (которые можно удалять в процессе создания ортофотоплана), а чаще всего по опорным точкам трансформирования (которые тоже можно удалять из процесса). Вычисляется среднеквадратическое отклонение, но при этом не гарантируется, что все части ортофотоплана покрыты контрольными точками. В модуле оценки точности планового положения проверяется:

  • корректность имени ЦОФП – соответствие номенклатуре;
  • наличие описания координатной системы в метаданных ЦОФП;
  • корректность единиц измерения ;
  • корректность покрытия ЦОФП номенклатурного листа.

К сожалению, большинство проконтролированных ЦОФП не проходит по этим простейшим формальным параметрам, что видимо является следствием некорректно выбранной технологии обработки. На рисунке 2 приведен пример ЦОФП, по которому производилась оценка точности планового положения.

Рис.2 Пример оценки точности планового положения.

Оценка производилась по более чем 1000 точек. Для данного примера получены оценки точности планового положения - 12.7 м по координате Х и 0.9 м по координате У. Оценка производится относительно доступной растровой информации – существующего корректного ортофотоплана (созданного и проверенного ранее) или относительно растровых покрытий в Google Maps, Yandex. Оценка производится автоматически для исключения человеческого фактора.

Фотометрические качества изображения

В модуле оценки фотометрического качества контролируется динамический диапазон изображения. Для 8-битных изображений максимальное количество уровней составляет 256, однако для значительного числа ЦОФП реально на изображении присутствует значительно меньше градаций серого, что ухудшает изобразительные свойства снимка и не позволяет качественно дешифрировать снимок. Для примера на рисунке 3 приведена гистограмма ЦОФП из примера рис.1, заметно, что реально динамический диапазон не более 20-60 градаций серого, что соответствует 5,7 бит, остальная информация была потеряна при создании ЦОФП. При использовании исходных изображений с диапазоном 10-12 бит такой результат не может быть признан удовлетворительным.

Рис. 3. Гистограмма ЦОФП.

Данный параметр контролируется по всему полю ЦОФП. К сожалению, этот параметр не нормирован при создании ЦОФП.

Качество сшивки изображения по линиям разреза

Как правило, ЦОФП создается из разновременных и даже разнотипных исходных снимков, что приводит к возникновению линий сшивки. При создании ЦОФП разность тона на линии сшивки должна быть не более 0.15 единиц, в соответствии с инструкцией [2]. На рисунке 4 приведен пример оценки линии сшивки.

Рис. 4. Оценка качества сшивки по линиям порезов.

Оценка производится автоматически по областям, непосредственно примыкающим к линии пореза с двух сторон от неё.

Экспериментальные результаты

Для оценки качества ортофотопланов был использован массив, состоящий из  6-ти ортофотопланов на различные номенклатурные листы масштаба 1:50000. Результаты оценки качества приведены в таблице 1


Таблица 1
Результаты оценки качества ЦОПФ


Номенклатурный лист

Фактическое линейное разрешение (м)/пройдено

Точность планового положения (м) dX/dY

Динамический диапазон (бит)

G390471.tif

5.36 /не пройдено

Нет данных

6.24

G400051.tif

2.64 /пройдено

-11.5/5.7/пройдено

5.7

G400052.tif

2.49 /пройдено

-13.5/-2.7/пройдено

6.39

H401364.tif

2.58 /пройдено

-11.7/-7.6/пройдено

6.63

H401404.tif

2.54 /пройдено

-13.7/4.3/пройдено

6.94

J-40-88-Б.tif

4.94 /не пройдено

6.4/-8.5 / пройдено

7.79

Для фактического линейного разрешения в соответствии с инструкцией [2] пороговое значение равно 2.5 м. Динамический диапазон для ортофотопланов не регламентирован существующими документами, однако можно утверждать, что при использовании исходных изображений с диапазоном 10-12 бит полученные результаты говорят о низком качестве результирующих материалов. Используемые имена файлов позволяют установить соответствие номенклатуре листов карт. Все ортофотопланы не имеют описания координатной системы в метаданных ЦОФП. В ортофотопланах не задана единица измерения. Для ортофотоплана Лист 5 покрытие ЦОФП не полностью соответствуем покрытию номенклатурного листа.

 Выводы

Используя предлагаемое программное обеспечение можно с высокой степенью достоверности делать независимое заключение о качестве ЦОФП и тем самым повысить качество цифровых векторных карт. Экспериментальная оценка массива ортофотопланов позволяет утверждать, что даже минимальный формальный набор параметров качества позволяет выявить проблемы при создании ортофотопланов, являющихся исходными данными для создания цифровых карт. Кроме того, необходимо совершенствовать нормативно-методическую базу и законодательно закрепить параметры контроля качества ЦОФП.

Литература

  • Приказ Федеральной службы геодезии и картографии России от 22 октября 2003 г. N 143-пр. Руководство по оценке качества исходных материалов аэрокосмических съемок и производной продукции в цифровой и аналоговой форме ГКИНП(ОНТА)-12-274-03,  Москва, ЦНИИГАиК, 2003.
  • Федеральная служба геодезии и картографии россии.  Геодезические, картографические инструкции нормы и правила. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов (издание официальное) ГКИНП (ГНТА)–02-036-02 Утверждена руководителем Федеральной службы геодезии и картографии России, Москва, ЦНИИГАиК, 2002.





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