Превращение съемочных данных из аналоговой формы в цифровую и обратно. Геометрическая и радиометрическая коррекция данных съемки

5.3.2. Превращение съемочных данных из аналоговой формы в цифровую и обратно

Электронные способы обработки изображений основаны на использовании цифровых данных. Применение их в современных методах обработки изображений дает возможность комбинировать оптические и электронные обрабатывающие системы, сочетать аналоговые и цифровые способы подготовки, переработки и выдачи данных. Такие способы широко применяются при обработке снимков «Лэндсат». Каждый снимок «Лэндсат» состоит, как это было показано ранее, из большого числа отдельных точек – пикселей, образующих плановую решетку – растр (рис. 83). Положение каждого пикселя задается его координатами по осям х и у. Яркость пикселя определяется числом, обозначенным в английской терминологии DN (digital number). Таким образом, каждый элемент картинки определяется тремя числами: координатами по осям х и у и яркостью, которые могут быть использованы для различного рода расчетов.
При преобразовании набора чисел в картинку значения яркостей модулируют яркость источника света, который через оптическую систему, перемещающуюся вдоль оси барабана, пиксель за пикселем освещает черно-белую фотопленку, расположенную на барабане перед оптическим устройством. После записи на пленку одной строчки барабан поворачивается на ширину этой строчки, процедура повторяется вновь и вновь строчка за строчкой, пока не возникает на пленке восстановленная картинка. Числовые плоттеры (к примеру, Optronics, Hell) изображают каждый пиксель в виде квадрата с определенным значением фототона. При сильном увеличении такие картинки имеют зернистую квадратную структуру в отличие от линейной структуры изображения у аналоговых плоттеров. В аналоговых плоттерах источник света модулируется через линейный усилитель аналоговым сигналом, так что каждая строка имеет непрерывные переходы (например, плоттер «Линоскан» фирмы DFVZR).
Если фотографическое изображение (снимок «Лэндсат», аэрофотоснимок, РЛ-снимок) преобразуется в цифровую форму, то процесс протекает в обратном направлении. Предназначенное для этого изображение в позитивной или негативной форме монтируется на барабане. Источник света передвигается вдоль строки и освещает изображение пиксель за пикселем; проходящее через снимок излучение принимается смонтированным за снимком детектором и преобразуется в аналоговый электросигнал, чье напряжение отвечает плотности фототона освещаемого элемента изображения и может также получить численное значение. Поворотом барабана осуществляется переход от строки к строке. Таким образом, картинка преобразуется в числовую сетку-растр. Каждый элемент изображения в этой сетке определяется его координатами по осям х и у и значением его яркости.

5.3.3. Геометрическая и радиометрическая коррекция данных съемки

С помощью электронной числовой обработки могут быть исправлены ошибки изображения, возникающие в ходе съемки и передачи данных. Геометрическая коррекция исправляет искажения изображений, определяемое съемочной системой (в частности, сканерных изображений), а также независимые от съемочной системы пространственные и масштабные ошибки, происходящие от изменений высоты или скорости полета или пространственного положения съемочной платформы (самолета, спутника). В случае спутника «Лэндсат» учитывается также влияние вращения Земли на процесс съемки (смещение строчек).
Особенно важны геометрические коррекции при обработке многовременных снимков «Лэндсат» при сопоставлении их пиксель за пикселем. Геометрическая коррекция выходных данных необходима, как правило, в тех случаях, когда сопоставляются данные, полученные различными съемочными системами (к примеру, панхроматические снимки высокого разрешения системы РБВ и многозональные снимки МСС со спутника «Лэндсат» или снимки «Лэндсат» с РЛ-снимками). Наконец, геометрическая коррекция проводится с помощью электронной обработки изображений в том случае, когда снимки или данные съемки на магнитной ленте преобразуются в определенную стандартную проекцию.
Необходимость радиометрической коррекции также определяется, с одной стороны, погрешностями съемочной системы (например, разной чувствительностью приемника излучения в различных диапазонах яркости, эффектами наводок вдоль линии сканирования, смещением строчек) и, с другой – помехами, не зависящими от съемочной системы. На снимки «Лэндсат» в зоне 4 прежде всего влияют процессы рассеяния в атмосфере, когда рассеянный в атмосфере свет подсвечивает темные участки снимков. Именно атмосферным рассеянием и объясняется завуалированное малоконтрастное изображение снимков МСС в зоне 4. Коррекция данных съемок в зонах 4 и 5 возможна, когда общая кривая распределения фототона смещена в сторону черного тона; достигается она путем вычитания показателя дымки из значений яркости каждого элемента изображения. Радиометрическая коррекция первичных данных съемки необходима и для того, чтобы обеспечить радиометрическую сопоставимость данных многозональной съемки. Она является предпосылкой для определения соотношений интенсивности между различными спектральными каналами и для обработки изображений с помощью алгоритмов цифровой радиометрической классификации. Влияние атмосферных помех на данные МСС со спутника «Лэндсат» и возможности их коррекции уже неоднократно исследованы [295, 245].