Wykorzystanie wysokorozdzielczych obrazów satelitarnych w systemie informacji przestrzennej

Przedmowa 7
Wstęp 9
1. Źródła danych teledetekcyjnych 12
1.1. Dane obrazowe w analizach zmian pokrycia terenu (Ireneusz Wyczałek) 12
1.1.1. Fotogrametryczne i teledetekcyjne źródła danych SIP 12
1.1.2. Oczekiwania dokładnościowe odnośnie do obrazów terenu 14
1.2. Cyfrowe kamery lotnicze w fotogrametrii i teledetekcji (Artur Plichta) 15
1.2.1. Liniowy skaner lotniczy ADS40 15
1.2.2. Cyfrowa kamera lotnicza DMC 17
1.2.3. Kamera UltraCam-D 19
1.2.4. Kamera DiMAC 21
1.2.5. Wnioski dotyczące stosowania cyfrowych kamer lotniczych 21
1.3. Wysokorozdzielcze optyczne systemy satelitarne (Ireneusz Wyczałek) 26
1.3.1. Wprowadzenie 26
1.3.2. Wspólne cechy wysokorozdzielczych systemów satelitarnych 26
1.3.3. Ikonos 29
1.3.4. QuickBird 31
1.3.5. OrbView-3 33
1.3.6. Zbiorcze zestawienie geometrycznych i spektralnych parametrów kamer VHRS 34
1.3.7. Najnowsze ogólnodostępne systemy VHRS 35
1.3.8. Planowane systemy o rozdzielczości poniżej pół metra 36
1.4. Zdolność interpretacyjna obrazów satelitarnych (Artur Plichta, Elżbieta Wyczałek, Ireneusz Wyczałek) 37
1.4.1. Miara oceny możliwości rozpoznawania obiektów obrazowych 37
1.4.2. Ocena obrazu z QuickBirda o rozdzielczości 60 cm 38
1.4.3. Porównanie obrazów VHRS 39
1.4.4. Rozpoznanie obiektów urbanistycznych na obrazie z QuickBirda 40
1.4.5. Rozpoznanie użytków rolnych na obrazie z Ikonosa 42
1.4.6. Wnioski 45
2. Analiza technicznych rozwiązań obrazowania wysokorozdzielczego (Ireneusz Wyczałek) 46
2.1. Rozwiązania techniczne kamer VHRS 46
2.1.1. Ogólne cechy cyfrowych sensorów satelitarnych 46
2.1.2. Kamera satelity Ikonos 47
2.1.3. Kamera QuickBird-2 48
2.1.4. System obrazujący OrbView-3 48
2.2. Uwarunkowania i usprawnienia rejestracji sensorem liniowym 49
2.2.1. Rozwiązania techniczne w sensorach CCD 49
2.2.2. Integracja ładunków na linijkach panchromatycznych 49
2.2.3. Zmiany orientacji kamery ze względu na opóźnienie rejestracji 50
2.2.4. Sposoby skanowania terenu 51
2.2.5. Korekta obrazu ze względu na przesunięte linijki CCD 51
2.2.6. Skutki uboczne rejestracji za pomocą przesuniętych linijek 53
2.2.7. Wpływ pochylenia kamery na terenowy wymiar piksela 54
2.2.8. Podsumowanie 56
3. Korekcje geometryczne obrazów satelitarnych 57
3.1. Wstępna kalibracja sensora (Ireneusz Wyczałek) 57
3.1.1. Wprowadzenie 57
3.1.2. Elementy wewnętrznej orientacji kamery VHRS 57
3.1.3. Elementy orientacji zewnętrznej 58
3.1.4. Przebieg wstępnej kalibracji kamery na przykładzie OHRIS 58
3.2. Aproksymacyjne metody szczątkowej korekcji obrazów (Ireneusz Wyczałek) 61
3.2.1. Podstawy korekcji obrazów 61
3.2.2. Korekcja obrazów w rzucie na średnią powierzchnię terenu 62
3.2.3. Metody aproksymacyjne transformacji obrazów źródłowych 68
3.2.4. Obliczenia oparte na zrekonstruowanych parametrach obrazu 69
3.2.5. Parametryczna metoda transformacji oparta na modelu kamery 71
3.3. Wyrównanie ścisłe bloków obrazów (Ireneusz Wyczałek) 72
3.3.1. Podstawy wyrównania ścisłego 72
3.3.2. Wyrównanie współczynników ilorazów wielomianowych 73
3.4. Ortorektyfikacja obrazów (Ireneusz Wyczałek, Zbigniew Zdunek) 75
3.4.1. Uwagi ogólne 75
3.4.2. Wpływ różnic wysokości obiektów terenowych na przesunięcie radialne 75
3.4.3. Sposób topograficznej korekcji obrazów VHRS 77
3.4.4. Wyniki wybranych testów dokładnościowych ortorektyfikacji 78
3.5. Analiza zależności wyników korekcji parametrycznej i ortorektyfikacji obrazu z satelity QuickBird-2 od osnowy fotogrametrycznej (Artur Plichta, Elżbieta Wyczałek, Ireneusz Wyczałek, Zbigniew Zdunek) 80
3.5.1. Cel i zakres prac badawczych 80
3.5.2. Wybór fotopunktów i ocena ich jakości 80
3.5.3. Pomiar osnowy i numerycznego modelu terenu 81
3.5.4. Przebieg korekcji i ortorektyfikacji oraz ocena wyników 83
3.5.5. Ocena różnych wariantów doboru osnowy polowej 84
3.5.6. Wnioski 90
3.6. Badanie wpływu numerycznego modelu terenu na ortorektyfikację obrazu z satelity QuickBird-2 (Jerzy Prajs, Zbigniew Zdunek) 91
3.6.1. Opis testu 91
3.6.2. Numeryczne modele terenu 91
3.6.3. Definicja fotopunktów i punktów kontrolnych 92
3.6.4. Metodyka opracowania 92
3.6.5. Wnioski 96
4. Korekcje radiometryczne 97
4.1. Wprowadzenie 97
4.2. Ocena pojemności i jednorodności informacji barwnej zawartej w obrazie (Ireneusz Wyczałek) 98
4.2.1. Wstęp 98
4.2.2. Histogramy obrazów obiektów testowych 98
4.2.3. Analiza niejednorodności obrazów 100
4.2.4. Artefakty 101
4.3. Korekcja atmosferyczna i jej wpływ na jakość interpretacyjną obrazów (Katarzyna Osińska-Skotak) 102
4.3.1. Wprowadzenie 102
4.3.2. Wpływ atmosfery ziemskiej na rejestrację obrazów satelitarnych 102
4.3.3. Metody korekcji atmosferycznej 104
4.3.4. Wpływ korekcji atmosferycznej na wyniki przetwarzania obrazów 107
4.3.5. Podsumowanie 109
4.4. Cyfrowa obróbka obrazów (Sławomir Królewicz, Ireneusz Wyczałek) 110
4.4.1. Działania matematyczne na danych radiometrycznych 110
4.4.2. Rekonstrukcja obrazu 110
4.4.3. Wzmocnienie obrazów przez filtrowanie 113
4.4.4. Wykrywanie krawędzi lub konturów obiektów obrazowych 116
4.5. Wybrane metody transformacji informacji spektralnej (Ireneusz Wyczałek) 121
4.5.1. Kompozycje barwne 121
4.5.2. Transformacje przestrzeni barwnej 122
4.5.3. Kalibracja grupy obrazów z różnych źródeł 124
4.5.4. Łączenie danych obrazowych 125
4.5.5. Kalibracja grupy obrazów tworzących większą kompozycję przestrzenną 129
4.6. Analizy radiometrycznej informacji obrazowej (Sławomir Królewicz, Ireneusz Wyczałek) 129
4.6.1. Analiza składowych głównych 129
4.6.2. Czasowe analizy Fouriera 131
4.6.3. Analizy tekstury 131
4.6.4. Wskaźniki roślinności 134
4.6.5. Wnioski 138
5. Wykorzystanie danych teledetekcyjnych do bezpośredniej aktualizacji baz danych 139
5.1. Wektoryzacja obrazów w systemie informacji przestrzennej 139
5.2. Wektoryzacja obrazu z QuickBirda na potrzeby kolejowego SIP (Artur Plichta) 139
5.2.1. Uzasadnienie i zakres prac 139
5.2.2. Utworzenie mapy cyfrowej dla obiektów infrastruktury kolejowej 140
5.2.3. Badanie dokładności położenia obiektów infrastruktury kolejowej na mapie 141
5.2.4. Wnioski 144
6. Wykorzystanie klasyfikacji w badaniach pokrycia terenu 145
6.1. Klasyczne metody klasyfikacji (Sławomir Mikrut, Ewa Głowienka, Ireneusz Wyczałek) 145
6.1.1. Wprowadzenie 145
6.1.2. Metody klasyfikacji nienadzorowanej 146
6.1.3. Klasyfikacja nadzorowana 146
6.1.4. Analizy dokładności 148
6.1.5. Przykłady wykorzystania VHRS do tworzenia map pokrycia lub użytkowania terenu 150
6.2. Klasyfikacja obrazu z Ikonosa dla obszaru testowego (Sławomir Mikrut, Ewa Głowienka) 151
6.2.1. Przedmiot badań 151
6.2.2. Przebieg klasyfikacji 152
6.3. Klasyfikacja obiektowa 156
6.3.1. Wprowadzenie do klasyfikacji obiektowej 156
6.3.2. Klasyfikacja obiektowa obrazu z satelity QuickBird dla obszaru testowego 157
6.4. Podsumowanie 160
7. Wybrane metody ekstracji pojedynczych klas obiektów 161
7.1. Wprowadzenie 161
7.2. Metoda analizy przekrojów w detekcji tras komunikacyjnych (Krzysztof Krawiec, Ireneusz Wyczałek) 162
7.2.1. Przegląd dotychczasowych prac 162
7.2.2. Proponowane podejście klasyfikacyjne 162
7.2.3. Wyznaczanie cech z obrazu 163
7.2.4. Proces decyzyjny wykorzystujący uczenie maszynowe 165
7.2.5. Eksperyment 167
7.2.6. Wnioski 169
7.3. Użycie metod krawędziowych do wykrywania zmian zabudowy (Jacek Jelonek, Ireneusz Wyczałek) 169
7.3.1. Wprowadzenie 169
7.3.2. Procedura wykrywania przecinających się krawędzi 170
7.3.3. Powiązanie procedury z informacją bazodanową 171
7.3.4. Wnioski 173
8. Wykorzystanie systemu informacji przestrzennej w analizach i wizualizacji zjawisk przestrzennych 174
8.1. Wyniki opracowania obrazu VHRS jako źródło danych do systemu informacji przestrzennej (Aleksander Danielski, Ireneusz Wyczałek) 174
8.2. Ogólny opis systemu GEO-INFO 175
8.2.1. Podstawy organizacji danych przestrzennych 175
8.2.2. Gromadzenie i kontrola danych oraz rejestracja zmian 175
8.2.3. Selekcja obiektów i analizy przestrzenne 177
8.2.4. Dane topograficzne w bazie GEO-INFO 180
8.2.5. Redakcja kartograficzna 182
8.3. Adaptacja metody ekstrakcji obiektów urbanistycznych 183
8.3.1. Moduł analizy obrazu VHRS w systemie GEO-INFO 183
8.3.2. Modelowanie i wizualizacja zmian pokrycia terenu 185
Podsumowanie 188
Bibliografia 190
Słownik wybranych skrótów i pojęć angielskich 199