16.4.2. Предварительная обработка

Общие сведения

Космические аппараты ДДЗ могут работать в разных диапазонах электромагнитных волн. Сейчас на орбите присутствует множество КА, которые работают в видимом, инфракрасном и радио диапазонах. На одном КА может быть установлено оборудования для работы в различных диапазонах.

Материалы в видимом и ИК диапазонах представляют собой изображение в цифровой форме или на фотопленке. Материалы с радарных спутников представляют собой сигнал (радио голограмма), из которого может извлекаться как информация для формирования изображения, так и данные о высоте (рельефе).

В зависимости от качества получаемого изображения (размер ячейки растра, проекция пиксела на местности и т.п.) КА классифицируют на:

  • КА низкого разрешения (выше 10 м),
  • КА среднего разрешения (от 10 до 2 м),
  • КА высокого разрешения (от 2 до 1 м),
  • КА сверхвысокого разрешения (лучше 1 м).

К КА низкого разрешения можно отнести Landsat, IRS, Aster, среднего разрешения - Spot, RapidEye, высокого Ресурс-ДК (хотя он уже переместился в среднее), Ресурс-П, EROS-A1, Formosat, сверхвысокого - GeoEye, WorldView.

Обычно снимки поставляются в формате GeoTIF (реже в JP2 и HDF). Снимок сопровождается метаданными, где дается описание даты и времени съемки, условий съемки (облачность, освещенность), характеристики орбиты, RPC коэффициенты и другая полезная информация.

При сканировании фотоматериалов часто метаданные и привязка недоступны, и такие снимки необходимо привязывать самостоятельно по карте или другому, привязанному снимку.

Получение ДДЗ из сервиса EarthExplorer

Для отработки предварительной обработки снимков необходимо скачать две разновременные сцены с КА Landsat 8.

Для этого необходимо выполнить вход в сервис EarthExplorer, расположенный по адресу: http://earthexplorer.usgs.gov/ (см. Рис. 16.41.).

../../../_images/earth_explorer1.png

Рис. 16.41. Главная страница сервиса EarthExplorer.

Далее необходимо задать область интереса (см. Рис. 16.42.), а также, при необходимости, диапазон дат и сезонность.

../../../_images/earth_explorer2.png

Рис. 16.42. Первый шаг мастера получения ДДЗ (Search criteria).

Далее необходимо выбрать КА для получения материалов (см. Рис. 16.43.), а также, при необходимости, ограничения по облачности и др. параметрам (в зависимости от типа КА).

../../../_images/earth_explorer3.png

Рис. 16.43. Второй шаг мастера получения ДДЗ (Data Sets).

Выбираем: Landsat Archive ‣ L8 OLI/TIRS.

Далее переходим к выбору дополнительных критериев (см. Рис. 16.44.), где указываем, что нам необходимы снимки с не более чем 10% облачности.

../../../_images/earth_explorer4.png

Рис. 16.44. Третий шаг мастера получения ДДЗ (Additional critera).

В заключение нажимаем на кнопку «Results». Сервис выполнит поиск снимков по нашим критериям. Результат работы сервиса представлен на Рис. 16.45..

../../../_images/earth_explorer5.png

Рис. 16.45. Результаты поиска ДДЗ.

У каждой сцены имеется панель операций:

  • посмотреть проекцию сцены на местности,
  • просмотреть разреженное изображение сцены (preview),
  • посмотреть метаданные сцены,
  • скачать сцену и др.

Для пользователей, не выполнивших вход в программу, часть операций будет недоступна. Выберем сцены одного сезона, но с разницей в год и более, и отметим их на скачивание. При этом будет отображен диалог выбора типа продукта. В зависимости от типа КА выбор может отличаться. В случае Landsat 8 будет следующий список:

  • LandsatLook «Natural Color» Image (7.4 MB),
  • LandsatLook «Thermal» Image (3.0 MB),
  • LandsatLook «Quality» Image (428.7 KB),
  • LandsatLook images with Geographic Reference (10.8 MB),
  • Level 1 GeoTIFF Data Product (862.4 MB).

Необходимо скачать самый большой архив, т.к. в нем содержаться ДДЗ только с выполненной предварительной радиометрической и геометрической коррекцией.

Предварительная обработка

Полученные снимки распакуем. Запустим NextGIS QGIS и вызовем меню Растр ‣ Прочее ‣ Информация…. В открывшемся диалоге выберем первый канал из распакованного архив (имя файла оканчивается на B1.TIF), включим режим редактирования поля команды (кнопка с карандашом) и добавим сразу после gdalinfo ключ -mdd all. Далее нажмем кнопку «ОК». Диалог представлен на Рис. 16.46..

../../../_images/gdalinfo.png

Рис. 16.46. Диалог информации о растре.

В верхней части диалога посмотрим текст с описанием растра. Найдем величину pixel size. Для всех каналов, за исключением 8-го, значение будет составлять 30 м. Восьмой канал имеет разрешение 15 м.

Выполним объединение каналов в единый растр. Для этого вызовем Растр ‣ Прочее ‣ Объединение. В диалоге (см. Рис. 16.47.) выберем с 1 по 7 канал. В качестве выходного формата установим GeoTIFF. Поставим отметку у пункта «склеить поканально».

../../../_images/gdalmerge.png

Рис. 16.47. Диалог объединения каналов.

После удачного завершения работы инструмента, новый растр должен быть добавлен на карту.

Посмотрим гистограмму полученного растра. Для этого, в дереве слоев вызовем контекстное меню растра и выберем пункт «Свойства». В открывшемся диалоге перейдем на вкладку «Гистограмма» и нажмем «Построить» (см. Рис. 16.48.).

../../../_images/histogram.png

Рис. 16.48. Вкладка «Гистограмма» диалога свойств.

На гистограмме можно заметить, что хотя у нас пиксел кодируется типом UInt16, что дает диапазон возможных значений от -32768 до 32767, но большинство значений лежит в более узких пределах. Это говорит о возможности сенсора на КА дискретизировать значения входного светового потока меньшим количество разрядов (бит), обычно 11 или 12.

Установим нашему растру естественные цвета. Для выбора естественных цветов используется следующая комбинация каналов: 4,3,2 [1]. Это значит, что в качестве красного канала, надо выбрать 4-й канал, зеленого - 3 и синего 2. Настройку комбинации каналов делают на вкладке «Стиль» (см. Рис. 16.49.).

../../../_images/raster_style.png

Рис. 16.49. Вкладка «Стиль» диалога свойств.

Дополнительно можно выбрать значение яркости и контраста для придания изображению естественного вида.

Привязка растра

Для отработки привязки растра нам необходим непривязанный растр. Для получения такого растра воспользуемся сервисом EarthExplorer, расположенным по адресу: http://earthexplorer.usgs.gov/ . Для этого выполним указания из подраздела Получение ДДЗ из сервиса EarthExplorer, но на втором шаге вместо Landsat необходимо выбрать Declassified data ‣ Declass 1, а также Declass 2 и Declass 3. [2]

Далее выполним поиск снимков, которые пересекаются со снимками Landsat 8, которые будут эталонными данными для привязки.

Далее в NextGIS QGIS выполним Растр ‣ Привязка растров ‣ Привязка растров… (данное меню доступно только в случае, если активирован соответствующий плагин в диалоге управления модулями).

В открывшемся диалоге необходимо выбрать растр, который мы хотим привязать (см. Рис. 16.50.).

../../../_images/raster_rectiy.png

Рис. 16.50. Диалога привязки растров.

Далее необходимо указывать соответствующие точки на непривязанном растре и окне карты. В процессе расстановки точек необходимо следить за ошибкой в таблице в нижней части диалога (колонка residual). Точки нужно расставлять равномерно, что бы получилась достаточная статистика для воспроизведения функции трансформации.

После ввода достаточного количестве точек необходимо настроить параметры трансформации (см. Рис. 16.51.).

../../../_images/rectify_properties.png

Рис. 16.51. Диалог настроек сохранения результата привязки.

После ввода всех настроек, выполним сохранение растра. Результирующий растр должен ложиться на растр, который мы использовали в качестве эталона привязки (см. Рис. 16.52.).

../../../_images/rectify_res.png

Рис. 16.52. Результат привязки в NextGIS QGIS.

Ссылки

[1]http://gis-lab.info/qa/landsat-bandcomb.html
[2]http://gis-lab.info/qa/corona.html