Спосіб дешифрування оптичних аномалій на аерокосмічних знімках

Реферат: Винахід належить до галузі дешифрування зображень, що одержують системами дистанційного зондування. За способом дешифрування оптичних аномалій на аерокосмічних знімках, при відсутності на досліджуваній території аномалій, які можна було б прийняти за еталон пошукових об'єктів, пошукові оптичні аномалії на досліджуваній території виявляють за отриманими зображеннями аерокосмічних знімків та даними наземних досліджень. Отримані дані дешифрують, розділяють за інформаційними ознаками на більш прості складові та розкладають на різні ієрархічні рівні. Далі складові кожного рівня ієрархії попарно порівнюють з кожним значенням параметрів відповідних ознак попереднього рівня та формують матриці парних порівнянь. На основі даних матриць парних порівнянь складових всіх рівнів обчислюють часткові та узагальнений критерії для кожної досліджуваної на аерокосмічному зображенні аномалії. Пошукову оптичну аномалію визначають за максимальним значенням узагальненого критерію. Спосіб забезпечує підвищення достовірності дешифрування і класифікації оптичних аномалій на аерокосмічних знімках. UA 104662 C2 (12) UA 104662 C2 UA 104662 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до галузі дешифрування аерокосмічних зображень, зокрема оптичних зображень аномалій різного походження (покладів корисних копалин, ділянок техногенного навантаження, сміттєзвалищ та інших зображень пошукових об'єктів). Зростання номенклатури тематичних задач та створення нових систем дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) вимагає вдосконалення і розробки нових способів дешифрування аерокосмічних зображень ДЗЗ. У пристрої для зчитування та обробки зображень об'єктів (А.С. № 1280409) [1] для обробки космічних зображень в реальному масштабі часу оператор в режимі навчання повинен сам встановлювати значення імовірності розташування об'єкта в полі цифрового зображення, що знижує достовірність дешифрування та збільшує імовірність хибного дешифрування внаслідок суб'єктивного фактора. Підвищити рівень достовірності дешифрування дозволяє спосіб дешифрування аерокосмічних зображень, запропонований в патенті України № 65757 [2]. Згідно з даним способом дешифрування об'єктів здійснюється не по всьому кадру (полю) цифрового зображення, а тільки на тих групах пікселів, що відповідають ділянкам місцевості, придатним для розміщення на них аномалій, що досліджуються. Однак, при цьому не використовуються показники взаємозв'язку геофізичних, геологічних, географічних процесів та елементів ландшафту, які відображені на аерокосмічному зображенні і в картографічній інформації досліджуваної території. Фізичну основу мультиспектрального структурно-польового способу дешифрування і прогнозування покладів нафти і газу (Деклараційний патент UA № 63073А) (прототип) [3]. складає наявність генетичного зв'язку всіх елементів сучасних ландшафтів, в тому числі мультиспектральних оптичних ознак рослинності, з розташованими під ними покладами вуглеводнів. Спосіб дозволяє за результатами співставлення визначених мультиспектральних ознак, результатів аналізу висотного поля ландшафтів, структури блокових полів досліджуваних об'єктів та оточуючого фону виділити оптичні аномалії пошукових об'єктів. Недоліком даного способу є необхідність наявності на досліджуваній території аномалій, які можна було б прийняти за еталон пошукової аномалії, а також відсутність всебічної критеріальної оцінки різних експертів для прийняття рішення про пріоритетність досліджуваних аномалій. При цьому дешифрування досліджуваних оптичних аномалій виконується шляхом порівняння контрастів цих аномалій з еталоном пошукової аномалії на основі суб'єктивних якісних висновків оператором-дешифрувальником. Відсутність більш детальної експертизи знижує рівень достовірності результатів цієї оцінки. Для підвищення достовірності дешифрування і класифікації оптичних аномалій на аерокосмічних знімках (наприклад, техногенних порушень та природних факторів - родовищ вуглеводнів, об'єктів ландшафту та ін.) при відсутності на досліджуваній території аномалій, які можна було б прийняти за еталон пошукових аномалій (об'єктів), пропонується спосіб, який використовує об'єктивний метод виявлення пошукових аномалій при відсутності на досліджуваній території оптичних аномалій, прийнятих за еталон, шляхом декомпозиції процесу дешифрування досліджуваних ділянок на більш прості складові на основі комплексування результатів космічного і наземного моніторингу земної поверхні, а саме отримання інформативних ознак: для космічних - спектральна яскравість оптичного зображення, просторова та спектральна розрізненість, структура і текстура зображення; для наземних геологічні карти, характеристики природних ландшафтів тощо. Отримана таким чином інформація розкладається на різних ієрархічних рівнях. При цьому враховуються різноманітні вагові коефіцієнти важливості інформативних ознак космічних та наземних досліджень. Коли проблема представлена ієрархічно, складаються матриці для попарного порівняння впливу складових (елементів) кожного рівня ієрархії на складові попереднього рівня відповідно до шкали переваг, яка використовується, тобто на першому рівні стосовно нульового рівня, на другому - стосовно першого і т.д. Елементи матриць заповнюються оцінками, судженнями експерта про відносну важливість окремих елементів, що порівнюються стосовно мети, чи критерію, визначеному на більш високому рівні, відповідно до прийнятої шкали оцінок (наприклад, від 1 до 7). Матриця парних порівнянь має вигляд: 55 А1 А2 …. Aq А1 1 s2/s1 …. sq/s1 …. …. …. …. …. A2 s1/s2 1 …. sq/s2 1 Ar s1/sr s1/sr …. sq/sr …. …. …. …. …. Аn s1/sn s2/sn …. sq/sn UA 104662 C2 …. Аn …. sn/s1 …. sn/s2 …. …. …. sn/s3 …. …. …. 1 де A1, A2, … An, - параметри, які складають рівень; si/sj - відношення абсолютних пріоритетів; si.; sj i-го i j-го параметрів, i, j=1,….n, n - число критеріїв, які порівнюються на даному рівні. Для формалізації експертних оцінок обчислюють часткові критерії пріоритетів на базі матриць парних порівнянь складових всіх рівнів [4]: K1  a1  ai ;...; Kn  an  ai i (1) i n n j1 j1 a1  n  a1j ;...; an  n  anj (2) aij  si s j ; a ji  1 aij (3) 5 Результати обчислювання показників - К дозволяють сконструювати необхідну цільову функцію і оцінити ступінь впливу на неї кожної з характеристик досліджуваної системи. Якщо отримані всі необхідні вагові коефіцієнти, то формула згортки узагальненого критерію для порівнюваних варіантів ділянок має вигляд: 10 2 3 4 F   K1 K m  K r  K c  x b l c l m r (4) c де верхній індекс критеріального пріоритету позначає рівень iєрархії; l, m, r, с - кількість 15 20 25 30 35 40 b елементів на рівнях; x c - коефіцієнт переваги показника с, b - кількість досліджуваних аномалій. Формування ієрархічних рівнів відображено на фіг. 1. Виходячи з цільової постанови (фіг. 1, рівень 0) - виявлення пошукових аномалій за даними ДЗЗ і наземними спостереженнями шляхом декомпозиції цього процесу формуються відповідні рівні - складові процесу експертної оцінки. Рівень 1 складається з різних джерел інформації, які використовуються для аналізу досліджуваних ділянок: космічні знімки в різних спектральних діапазонах (1.1) та результати наземного моніторингу (1.2). Рівень 2 включає природні явища та процеси, які є джерелом інформативних ознак наявності аномалій наземних і космічних спостережень: геофізичні (2.1), геологічні (2.2), географічні (2.3), гідрофізичні (2.4). На рівні 3 знаходяться інформативні ознаки, джерелом яких є космічний та наземний моніторинг: яскравість та просторова і спектральна розрізненість оптичного зображення в різних діапазонах спектра (3.1), інформативні ознаки радіодіапазону (3.2), параметри природних ландшафтів (3.3), геофізичні та геологічні інформативні ознаки (3.4). На четвертому рівні розташовані оптичні аномалії аерокосмічного зображення різного походження від 4.1 до 4b, які підлягають дешифруванню. На цьому рівні визначають коефіцієнти переваги для всіх досліджуваних аномалій за відповідним показниками 2 та 3 рівнів. Коли сформовані відповідні ієрархічні рівні розрахунковий пристрій для виконання послідовності операцій, що реалізують пропонований спосіб, наведений на фіг. 2. Для кожного рівня ієрархічної схеми (блок 1) роблять попарне порівняння складових рівня, що розглядається, до кожного значення параметрів ознак попереднього рівня, тобто на першому рівні стосовно нульового рівня, на другому - стосовно першого і т.д. (блок 2), формалізують цей процес шляхом формування матриць парних порівнянь та часткових критеріїв за формулою (3) (блок 3), заповнюють елементи матриць результатом попарного порівняння впливу складових кожного рівня - оцінками судженнями експертів (блок 4), на основі рівнянь (1-3) конструюють необхідну цільову функцію - формулу узагальненого критерію (4) (блок 5), для кожної досліджуваної на аерокосмічному зображенні аномалії обчислюють за формулою (4) часткові та узагальнений критерії (блок 6), пошукова аномалія визначається по максимальному значенню узагальненого критерію (блок 7). Отже, на відмінність від суб'єктивної експертної оцінки аномалій, запропоновано новий об'єктивний технологічній спосіб дешифрування аерокосмічних знімків - порядок дій та умов, які дозволяють при відсутності еталона більш детально визначати інформативні ознаки 2 UA 104662 C2 5 10 відповідності пошукової аномалії. Тим самим, підвищується рівень достовірності дешифрування аерокосмічних знімків, що виявляє нові властивості пошукових аномалій. 1. Устройство для считывания и обработки изображений объектов (его варианты). - А.С. № 1280409 от 30.12.86 г., МКИ G 06K 9/36. 2. Спосіб тематичного дешифрування аерокосмічних зображень. Патент № 65757, G 06 К 9/00. 3. Деклараційний патент на винахід UA № 63073А. Мультиспектральний структурнопольовий спосіб прогнозування покладів нафти і газу / Перерва В.М., Тепляков М.О., Архіпов O.I. та ін. - опубліковано -15.01.2004, Бюл. № 1, 2004. G 01V 9/00, G01S 17/00. 4. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий, М.: Радио и связь. 1993, 186 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 Спосіб дешифрування оптичних аномалій на аерокосмічних знімках, за яким враховують наявність зв'язку між геологічними, топографічними та текстурними мультиспектральними параметрами досліджуваної території, які визначають на основі аерокосмічного знімання та наземних вимірювань, а за результатами аналізу цих параметрів роблять висновок про наявність пошукових оптичних аномалій на досліджуваній території, який відрізняється тим, що при відсутності на досліджуваній території аномалій, які можна було б прийняти за еталон пошукових об'єктів, пошукові оптичні аномалії на зазначеній території виявляють за отриманими зображеннями аерокосмічних знімків та даними наземних досліджень, при цьому отримані дані дешифрують та розділяють за інформаційними ознаками на більш прості складові, такі як геопараметри досліджуваної території, інформативні ознаки оптичних аномалій, перелік всіх аномалій, присутніх на зображенні досліджуваної території, спектральні дані зображень тощо, отриману таким чином інформацію розкладають на різні ієрархічні рівні, враховуючи вагові коефіцієнти важливості інформаційних ознак аерокосмічних та наземних досліджень, далі за допомогою розрахункового пристрою складові кожного рівня ієрархії попарно порівнюють з кожним значенням параметрів відповідних ознак попереднього рівня та формують матриці парних порівнянь, аналізують дані порівнянь та заповнюють елементи матриць результатами аналізу, на основі даних матриць парних порівнянь складових всіх рівнів обчислюють часткові та узагальнений критерії для кожної досліджуваної на аерокосмічному зображенні аномалії, а пошукову оптичну аномалію визначають за максимальним значенням узагальненого критерію. 3 UA 104662 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4