Обработка и фильтрация данных дистанционного зондирования
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
? фильтров Н1-Н18, в составе H есть только 3 независимых коэффициента. Часть членов в матрице коэффициентов h2(i, j, m, n) также совпадают, например, члены при fiffmn и fmnfij должны быть одинаковыми. Кроме того, из условия изотропности оператора Вольтерра следует, что матрица коэффициентов h2(i, j, m, n) не должна измениться, если исходное изображение повернуть на произвольный угол. На практике при прямоугольных окнах удается добиться инвариантности только при поворотах, кратных 90 (достаточно рассмотреть три последовательных поворота на 90). Поэтому матрица содержит лишь 11 независимых коэффициентов.
Основная проблема при синтезе вольтеровских фильтров - выбор ядер. В частности, они могут быть найдены из условия минимума среднего квадрата ошибки фильтрации: min , однако, как и в случае линейной фильтрации, ядра чаще подбираются эвристически.
Фильтры, использующие ряд Вольтерра, позволяют эффективно подавлять помехи на изображении и одновременно осуществлять контрастирование, выделять контуры.
Ниже в качестве примера приведен фильтр для подавления шума на изображении при сохранении резкости (резкость сохраняется благодаря наложению контуров на отфильтрованное изображение), используются операторы первого и второго порядка, маска hl(i, j) представлена в виде таблицы 3x3, маска h2(i, j, m, n) - в виде таблицы 9x9. При обработке по изображению пробегает окно 3x3. Пусть в него попали пикселы с яркостью f11,f12,f12 и т. д.:
Линейная фильтрация выполняется по обычному правилу. Нелинейный член осуществляет следующие операции. Значение яркости пиксела f11, попавшее в окно 3x3, умножается последовательно на все fij из этого окна с весами h2(i, j, m, n), взятыми из первой строки таблицы:
Так, произведение f11f11 умножается на минус 0,0009, произведение f11*f12 - на 0,0001 и т.д. Значение яркости пиксела f12 последовательно перемножается с весами h2(i, j, m, n), взятыми из второй строки. Процесс продолжается, пока не будут получены все 9x9 = 81 произведения. Сумма произведений присваивается центральному элементу окна, т. е. f22.
Матрица весовых коэффициентов h1(i, j) имеет вид
Коэффициенты h1(i, j) подобраны таким образом, чтобы подавлять шум в виде точек на изображении. Пусть такая точка имеет интенсивность 200 и наблюдается на фоне 100. В результате воздействия оператора первого порядка шумовой выброс расплывается, интенсивность его лежит в пределах от 102 до 120; контуры на изображении также расплываются. Оператор второго порядка выделяет контуры без заметного увеличения шумовых выбросов. Результат применения этого фильтра к изображению, показанному на рис. 15, можно видеть на рис. 18.
Рис. 18. Изображения, обработанные с помощью ряда Вольтерра
Процедуры нелинейной фильтрации богаче по возможностям, оказываются более гибкими при изменениях характеристик полезного сигнала и шума. Выбор типа фильтра (линейного или нелинейного, вида нелинейного) зависит от специфики решаемой задачи, от наличия априорных сведений о свойствах полезного сигнала и шума, от требований к качеству изображения, от ресурсов вычислительной системы.
Заключение
В настоящее время цифровая обработка изображений относится к числу наиболее динамично развивающихся информационных технологий и находит применение в робототехнике, полиграфии, медицине, физическом материаловедении и т. д.
Современные спутниковые методы позволяют получать не только изображение Земли. Используя приборы, чувствительные к полосам поглощения атмосферных газов, удается измерять концентрацию, в том числе для газов, вызывающих парниковый эффект, вредных газов природного и антропогенного происхождения, несмотря на их относительно малое количество. Спутник Метеор-3 с установленным на нем прибором TOMS позволял за сутки оценить состояние всего озонового слоя Земли. Спутник NOAA кроме получения изображений поверхности дает возможность исследовать озоновый слой и даже изучать вертикальные профили атмосферы (давление, температура, влажность на разных высотах в сотнях точек в полосе обзора).
В этой работе рассмотрены основные методы цифровой обработки изображений, в примерах используются спутниковые изображения Земли, полученные оптическими и радиолокационными методами.
Приложение
.Спутник NOAA (США). Метеорологические и природоведческие спутники NOAA имеют длину 4,18 м, диаметр 1,88 м, массу на орбите 1 030 кг. Высота круговой орбиты составляет 870 км, 1 виток спутник совершает за 102 мин. Площадь солнечных батарей спутника 11,6 м2, мощность батарей не менее 1,6 кВт, но со временем батареи деградируют из-за воздействия космических лучей и микрометеоров. Для нормальной работы спутника необходимо не менее 515 Вт.
Спутник NOAA
В настоящее время на орбите функционирует несколько спутников. Сканер AVHRR спутника NOAA-14 с цилиндрическим сканированием имеет 8-дюймовую (20 см) оптическую систему Кассегрена, сканирование осуществляется путем вращения с частотой 6 об/с зеркала из бериллия. Угол сканирования 55, полоса обзора около 3 000 км. Из-за кривизны Земли зона радиовидимости спутника с земной поверхности составляет 3 400 км, поэтому за один проход спутника удается получить информацию с поверхности размером около 3 000x7 000 км. Постоянное присутствие 3-4 работоспособных спутников на орбите позволяет несколько раз в сутки проводить мониторинг различных участков Земли. Не?/p>