Доступно с лицензией Image Analyst.
Данные дистанционного зондирования могут получаться по результатам съемок, выполненных спутником, самолетом или дроном. Все данные дистанционного зондирования различны и обычно собираются для достижения определенных целей и задач. Условия каждого проекта определяют требования к сбору и обработке изображений, что позволяет разбить изображения на несколько типов. Первым уровнем разделения снимков является информация, содержащаяся в изображениях, и их геометрические характеристики. Независимо от того, анализируются ли изображения визуально или обрабатываются с использованием методов обработки данных дистанционного зондирования, такие факторы, как минимальная единица картографирования, ширина и размещение спектрального канала, а также точность геопозиционирования, определяют пригодность определенных типов изображений для целей и требований вашего проекта.
Информационное содержание снимков
Природа содержащейся в снимках информации зависит, прежде всего, от трех типов разрешения изображений: пространственного, спектрального и временного, которые влияют на минимальную картографируемую единицу проекта.
Пространственное разрешение
Пространственное разрешение ссылается на размер пикселов (элементов изображения) на поверхности, составляющей изображение, и часто упоминается как размер пиксела на земной поверхности (GSD). Оно зависит от возможностей сенсора и высоты съемки. GSD определяет уровень пространственной детализации и, соответственно, видимые на снимки объекты. Как правило, чем меньше пиксел, тем более детальным является ваше изображение. Небольшие размеры пиксела, 3 дюйма или 10 см, приводят к получению больших файлов, которые сложно обрабатывать, хранить и управлять ими. Способы извлечения объектов могут отлично подходить для одного GSD, но не работать для других GSD, что также необходимо учитывать. Небольшой размер пикселов не всегда подходит для определенного проекта, например, для классификации растительности на уровне штатов, провинций или государств. Пространственное разрешение тесно связано с минимальной единицей картографирования проекта, поскольку для идентификации на карте объекта требуется определенное число пикселов.
Спектральное разрешение
Спектральное разрешение определяется сенсором и выражает области спектра электромагнитного излучения. Спектральными характеристиками сенсора являются: число каналов изображения, длины волн и спектральная ширина каналов и соотношение сигнал/шум. Спектральное разрешение определяется способностью сенсора измерить спектральный образ объекта. Эти характеристики определяют тип объектов и явлений, которые можно будет идентифицировать и нанести на карту. Мультиспектральные сенсоры выполняют съемку в четырех и более неперекрывающихся каналах достаточной ширины (от 50 до 80 нм) и позволяют идентифицировать массу объектов: растительность, почвы, водные и антропогенные объекты. Гиперспектральные сенсоры собирают информацию в большом числе (более 100) узких каналов (от 5 до 10 нм), выбранных специально для сбора определенных областей спектрального образа объектов. Гиперспектральные сенсоры позволяют получить более детальную информацию, например, выделить виды растений, определить качество воды и характеристики строительных материалов. Гиперспектральные сенсоры менее распространены по сравнению с мультиспектральными, так как обычно устанавливаются на самолетах и намного дороже, а также требуют специальных знаний для работы, обработки и анализа данных.
Много сенсоров работают в невидимой части спектра, например, термальные инфракрасные сенсоры. Они являются электрооптическими, но собирают часть спектра, которая представляет излучаемое тепло, а не отраженную солнечную энергию. Геометрически такие сенсоры похожи на электрооптические, но фиксируют излучение невидимой для человеческого глаза части спектра.
Кроме того, есть активные сенсоры, например, радар, формирующие собственное излучение. Эти сенсоры работают со значительно более длинными волнами по сравнению с электрооптическими сенсорами и позволяют определить по снимку геометрию объектов.
Временное разрешение
Временное разрешение определяет частоту покрытия местности и, как правило, относится к определенному классу спутниковых сенсорных платформ. Оно определяется количеством проходов спутника, орбитальной механикой и гибкостью платформы сенсора. Для спутников, направленных вертикально вниз на землю, таких как серия Landsat, временное разрешение составляет 16 дней, через которые спутник снова выполняет съемку той же территории. Исключением являются геостационарные спутники, например, метеоспутники, изображения с которых имеют низкое пространственное разрешение. Спутники с более высоким разрешением имеют более высокую временную частоту из-за развертывания нескольких аналогичных систем датчиков на дополнительных орбитах и возможности наведения датчика вне надира при вертикальном просмотре. Хотя вненадирная (не вертикальная) съемка приводит к более высокому временному разрешению, вплоть до ежедневной съемки одного и того же географического местоположения, изображения наклонены и имеют больший размер пиксела.
С широким распространением дронов сильно увеличилось временное разрешение. Дроны могут выполнять съемку определенной территории ежедневно, несколько раз в день и даже непрерывно. Эта технология позволила внедрить новые виды съемки, недоступные ранее.
Примечание:
Другим важным фактором, подлежащим учету при выборе подходящих для проекта снимков, является экстент покрытия системы дистанционного зондирования. Экстент съемки - это контур или покрытие съемкой земной поверхности для датчика. Спутниковые сенсоры имеют очень большую площадь охвата, обычно от 10 до 200 километров и более, в то время как сенсоры аэрофотосъемки значительно меньшую — несколько сотен метров на изображение, в зависимости от сенсора и высоты полета. Беспилотные летательные аппараты имеют небольшой радиус действия в десятки метров.
Геометрические характеристики изображений
Для целей ГИС снимки делят на шесть категорий - в зависимости от геометрии. Различия определяются полезностью изображения для решения конкретных практических задач. Они также влияют на способ обработки изображения, необходимый для получения оптимальных результатов. Некоторые типы изображений лучше обрабатывать методами, специально предназначенными для изображений, а некоторые - картографическими методами. Например, вертикальные изображения и изображения базовых карт лучше обрабатывать картографическими методами. Перспективные и движущиеся изображения обычно обрабатываются в режиме изображений, возможно, с опцией переключения в режим карты - в зависимости от наклона. Стереоизображения требуют обработки в режиме изображения - в специальном стерео-виде. Наконец, изображения, не содержащие адекватной геометрической информации о местоположении, нужно обрабатывать в отдельном всплывающем окне. Для каждого типа снимков есть свои ограничения, определяющиеся геометрией:
- Изображения базовых карт – Обработанное, ортотрансформированное изображение или коллекция листов изображения, объединенных в карту и используемых в качестве подложки. Базовые карты обычно используются в качестве подложки ГИС-данных и обычно сбалансированы по цветам для оптимизации их внешнего вида. Из-за этого они обычно не подходят для автоматизированного извлечения объектов.
- Вертикальные изображения – Изображения, собранные для целей картографирования и содержащие метаданные геопозиционирования. Основное их назначение - создание геометрически точных базовых карт, а также автоматическое и полуавтоматическое извлечение объектов.
- Перспективные изображения - Изображения, полученные под углом - не в надире, и не подходящие для точного картографирования, но являющиеся очень полезными для визуальной интерпретации и изучения текущей ситуации. Изображения, используемые в мониторинговых приложениях, обычно являются перспективными. У них есть метаданные геопозиционирования
- Стереоснимки – Перекрывающиеся изображения, полученные специально для их использования в стереорежиме и содержащие метаданные геопозиционирования. Стереоснимки нужны прежде всего для точного выделения 3D-объектов с целью создания картосновы и обновления слоев ГИС.
- Движущиеся изображения – Многокадровые изображения, фиксирующие движение с частотой от 1 до 120 Гц, например видеоданные. У этих снимков обычно есть метаданные геопозиционирования, встроенные в цифровой видеопоток.
- Рисунки – Изображение без адекватных метаданных геопозиционирования. У такого изображения может быть информация об интенсивности, связанные с радиометрией. Эти изображения часто имеют исторический характер или используются в поддержку наземных съемок.
Базовые снимки
Эта карта спутникового изображения Сан-Франциско создана на основе базовой карты Esri. Она создана из нескольких ортотрансформированных спутниковых снимков, для которых был выполнен цветовой баланс, объединенных в мозаику с линиями сшивки. Это становится очевидным, если посмотреть на мост, расположенный в нижнем правом углу сцены. У этого моста есть разрыв на границе воды и суши. Это смещение вызвано искажением за рельеф исходного снимка, которое не удалось исправить в матрице высот, используемой для трансформирования. Базовые карты очень точны, но это касается только объектов, расположенных на земной поверхности. Здания, мосты и другие высокие объекты точны только на уровне их фундамента - на уровне земной поверхности. Радиометрия базовой карты также сильно изменена, чтобы обеспечить эстетически привлекательное изображение. При извлечении объектов из базовых карт нужно быть очень внимательным. Базовые карты обычно используются в качестве подложки для ГИС-слоев и являются отличным источником для извлечения объектов в ходе создания и обновления картосновы. Однако нет ничего необычного в устаревании базовых карт с течением времени и в связи с затратами, необходимыми для их создания.
Вертикальные снимки
Вертикальные снимки обычно выполняются в картографических целях. Они обеспечивают четкие виды местности, имеют отличные геометрические характеристики и могут легко быть ортотрансформированы. Если вертикальные изображения не были сбалансированы по цвету, это пригодится для для автоматической классификации и извлечения характеристик на основе спектральных характеристик снимка. Вертикальные изображения также характеризуются одинаковым размером пикселов снимка и одинаковым масштабом по всему изображению. Вертикальные снимки часто используются для создания базовых карт.
Перспективные изображения
Перспективные изображения часто используются для выполнения ситуационного анализа. Перспективные изображения позволяют легко собирать объекты и часто предлагает более интуитивное представление об интересующей области и объектах. В зависимости от сенсора и расстояния до Земли, масштаб и пространственное разрешение могут сильно различаться по всему изображению. Перспективные изображения лучше всего просматривать и анализировать в перспективном режиме приложения анализа пространства изображения в Image Analyst.
Стереоснимки
Стереоснимки используются разными способами. Они часто используются для создания моделей местности, контуров крыш и фундаментов зданий, изучения растительности, например, лесов. Их применяют для извлечения 3D-объектов, идентификации и интерполяции объектов, которые сложно увидеть в моно-режиме, к примеру, земной поверхности, спрятанной на снимке под покровом леса. Стереоизображения просматриваются, анализируются и используются для сбора 3D-объектов в приложении Stereo Mapping в Image Analyst.
Motion Imagery
FMV использует метаданные для беспрепятственного преобразования координат между пространством видеоизображения и пространством карты, аналогично тому, как система координат изображения (ICS) преобразует неподвижные изображения. Это обеспечивает основу для интерпретации видеоданных в полном контексте всех других геопространственных данных и информации в вашей ГИС. Например, вы можете просматривать контур кадра, центр кадра и положение платформы визуализации в виде карты во время воспроизведения видео вместе со слоями ГИС, такими как здания с идентификаторами, геозонами и другой соответствующей информацией.
Краткая информация
Важно понимать требования ваших проектов, чтобы выбрать подходящий для них вид снимков. Пригодность определенного типа снимков зависит от их информационного наполнения и геометрических характеристик. ArcGIS Pro обрабатывает различные типы изображений так, чтобы наилучшим образом использовать как информацию, содержащуюся в изображениях, так и геометрию изображений в средах просмотра, анализа и использования.
Характеристики изображений, то, насколько они подходят для обычного использования, и как они обрабатываются в ArcGIS Image Analyst, описано в расположенной ниже таблице.
| Тип изображения | Использование | Распространенность | Вид ArcGIS Pro |
|---|---|---|---|
Базовые снимки | Контекст | Moderate | Вид карты |
Вертикальные снимки | Создание и обновление карт | Средний | Вид карты |
Перспективные изображения | Ситуационный анализ | Высокий | Вид карты в Перспективном режиме |
Стереоснимки | Точное картографирование в 3D | От низкого до среднего | Открыть вид стереокарты |
Motion Imagery | Ситуационный анализ | От низкого до среднего | Видео-плеер, связанный с видом карты |
Рисунок | Ссылки | Низкий | Всплывающее окно |
Правильное определение пригодности различных типов снимков для различных типов задач позволит вам оптимизировать результаты и удовлетворить множество требований к проектам в операционных, академических и исследовательских средах.