Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Wydział Geodezji i Gospodarki Przestrzennej
Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji
Cyfrowe Przetwarzanie obrazu
Sprawozdanie nr 2
Poziomy przetwarzania obrazów
Sprawozdanie wykonali:
studenci i studentki
kierunku: Geodezja Gospodarcza
Rok II, grupa nr 1
Olsztyn; 30.03.2011
1. Poziomy przetwarzania obrazów
| Nazwa poziomu przetwarzania | Zakres korekcji radiometrycznej i geometrycznej |
|---|---|
| GRUPA I | |
| 0R | Dane pochodzące z obrazów po synchronizacji ramki. Zawierają pakiet danych źródłowych instrumentu oraz dane wejściowe wymagane do dalszego przetwarzania. |
| 1A | korekcja zniekształceń radiometrycznych ze względu różnice w czułości detektorów podstawowego instrumentu optycznego. Przeznaczone dla użytkowników, którzy chcą samodzielnie wykonywać geometryczne przetwarzanie obrazu. |
| 2A | korekta zniekształceń radiometryczna identyczna jak na poziomie 1A. Geometryczna korekta dokonywana jest w standardowych układach kartograficznych (WGS 84 UTM domyślnie) nie powiązanych z terenowymi punktami kontrolnymi. Uwzględniając możliwe różnice, produkt ten jest używany do łączenia obrazu z informacjami geograficznymi różnych typów (wektory, mapy rastrowe i zdjęcia satelitarne). |
| 1B | Korekta radiometryczna identyczna z poziomem 1A. Geometryczna korekta systematycznych skutków (panoramiczne zniekształcenie, krzywizna Ziemi i rotacja). Zakłócenia wewnętrzne obrazu są korygowane do pomiaru odległości, kątów i powierzchni. Produkt specjalnie zaprojektowany do interpretacji zdjęć i opracowań tematycznych. |
2B (Precision) |
zdjęcia są georeferencyjne, czyli odpowiednio umiejscowione w układzie współrzędnych za pomocą punktów kontrolnych na ziemi (uzyskanych z mapy lub z pomiaru). Korekty geometryczne używają modelu resamplingu, który kompensuje systematyczne zniekształcenia i dokonuje przekształcenia do określonego odwzorowania. Korekty są oparte na modelu dynamiki lotu satelity. |
3 (Ortho) |
projektowanie map na podstawie fotopunktów i DEM (Digital Elevation Model) w oparciu o dane Reference3D w celu eliminacji dystorsji ze względu na zniekształcenia rzeźby terenu. - dokładność położenia: lepsza niż 10 m - rozdzielczość 50 cm dla obrazów czarno-białych i/lub kolorowych, 2m dla kolorowych. |
| 1C | utworzony poprzez wprowadzenie danych, zrzutowanych na elipsoidę odniesienia w regularnej siatce, uzyskanej z kartograficznego systemu odniesienia wybranego z pośród predefiniowanego zestawu związanego dodatkowo z danymi. |
| 1D | tworzony poprzez wprowadzenie danych zrzutowanych na powierzchnię odniesienia w regularnej siatce uzyskanej z kartograficznego system odniesienia wybranego z pośród predefiniowanego zestawu związanego dodatkowo z danymi. |
1G (Systematic Correction) |
zapewnia radiometryczne i geometryczne korekty, które pochodzą z danych zebranych przez sensor satelity i statków kosmicznych. Dokładność geometryczna systematycznie skorygowanych produktów powinna być zachowana na poziomie 250 metrów (1 sigma) dla obszarów o niskiej wysokości nad poziomem morza. |
1Gt (Systematic Terrain Correction) |
zapewnia systematyczną radiometryczną i geometryczną dokładność podczas stosowanie NMT w celu topograficznej dokładności. |
| 1Gst | obraz terenu jest poprawiony i dostarczony jako pojedynczy plik. Dane obrazu są dostarczone w 16- bitowej skali jasności. Dane są dostępne w formacie HDF i rozpowszechnione na DVD i serwerze FTP. Poprawki terenu zawierają radiometryczne i geometryczne korekty dokładności. Cechy: - pełna rozdzielczość tylko w nadirze oraz podwójne zobrazowania SST nad morzami. - pełna rozdzielczość 11 µm BT oraz NDVI (Normalised Difference Vegetation Index ) nad lądem. |
1T (Standard Terrain Correction) |
zapewnia systematyczną radiometryczną i geometryczną dokładność przez rejestrowanie naziemnych punktów kontrolnych podczas tworzenia NMT dla topograficznej dokładności. Geodezyjna dokładność produktu zależy od dokładności naziemnych punktów kontrolnych i rozdzielczości DEM (Numerycznego Modelu Terenu). |
| 1R | jest rozwiązywany radiometrycznie bez użycia korekcji geometrycznej. Dane obrazowe są dostępne w Hierarchical Data Format (HDF) i są rozpowszechniane na płytach CD-ROM, DVD i przez protokół FTP |
MIR (Medium Resolution Imagery) |
obrazy średniej rozdzielczości. Dostępne w Envisat dla rozdzielczości geometrycznej 150m. Bezwzględne parametry kalibracji. Przygotowane specjalnie dla badań lodu morskiego i oceanografii. |
| Geo | obraz z usuniętą dystorsją związaną z procesem obrazowania, doprowadzony geometrycznie do wybranej projekcji kartograficznej na wybraną elipsoidę i przepróbkowany do znormalizowanego piksela. Obraz poprawiony radiometrycznie, pozwala na ortorektyfikację przy użyciu standardowego oprogramowania komercyjnego, dostępne zdjęcia: panchromatic, multispectral, pan-sharpened color. Ocena ta nie uwzględnia dodatkowych zniekształceń z powodu deniwelacji terenowych. |
| Geo OrthoKit | nieprzetworzony obraz z kompletem informacji o modelu geometrycznym kamery i trajektorii satelity. |
| Geo Profesional | dodatkowo poddane ortorektyfikacji, zastosowanie – badanie wszelkich zmian, cech, produkcji map i podobnych aplikacji, dostępne zdjęcia jak przy produktach Geo. |
| Geo Professional Precision | opcja dostępna dla produktów typu Geo Professional. Cechuje się zwiększona dokładnością ortorektyfikacji poprzez zastosowanie Naziemnych Punktów Kontrolnych (GCP). |
| Geo Stereo | do tworzenia silnej bazy trójwymiarowej poprzez wyodrębnienie i wykorzystanie rozpoznanych cech. Geo Stereo udostępnia 2 obrazy stereo w celu wsparcia tworzenia wielu trójwymiarowych aplikacji typu: Numeryczny Model Terenu (DEM), dane o wysokości budynków czy tworzenie warstw przestrzennych. |
| Geo Stereo Precision | są to produkty o podniesionej dokładności poprzez dodatkową ortorektyfikację obrazów względem Geo Stereo, poprzez użycie punktów GCP’s ( Proper Ground Control Points). |
Basic Imagery (obrazy podstawowe) |
to obraz najmniej przetworzony. Każdy obraz zawiera informacje dotyczące modelu aparatu, dzięki czemu możliwe jest zaawansowane dalsze przetwarzanie np. ortorektyfikacja. Obrazy są po radiometrycznej korekcie, ale występują zniekształcenia optyczne. Zarejestrowane są kanały wielospektralne. |
Standard Imagery (obrazy standardowe) |
jest najbardziej elastycznym produktem. Każdy produkt jest radiometrycznie skalibrowany i poprawione, odwzorowane na odwzorowanie kartograficzne. Obrazy tego typu są dostosowane do wizualnej analizy obrazu oraz jako podkład dla map GIS i aplikacji, które nie wymagają dużej dokładności. Na podstawie tego poziomu mogą być tworzone bardzo dokładne, zortorektyfikowane obrazy. |
Ortorectified imagery (obrazy ortorektyfikowane) |
–dostarcza produkty dla użytkowników wymagających obrazów gotowych do zastosowania w GiS oraz dla użytkowników wymagających wysokiej dokładności geometrycznej dla aplikacji analitycznych. Produkty są skorygowane radiometrycznie, czujnikowo i geometrycznie. |
| Level 0 | Surowe dane obserwacyjne |
| Level 1.0 | produkt jest generowany na podstawie surowych danych obserwacyjnych (Poziom 0) poprzez edycję danych, takich jak bit-owa przebudowa i dodanie informacji o orbicie. |
| Level 1.1 | Jest to produkt SLC (Single - look complex) równomiernie rozłożony na pochyłym zakresie (równe do rozmieszczenia w próbnym pomiarze) wygenerowany po renderingu przetwarzania SAR do poziomu 1,0 produktu. |
| Level 1.5 | W wyjątkowych przypadkach dane poprawione o korekcję atmosferyczną. |
| Level 2.0 | Produkt standardowy |
| Level 2.1 | Produkt geometrycznie i radiometrycznie skorygowany |
| Level 2.2 | Korekcja radiometryczna |
| Level 2.3 | Korekcja atmosferyczna |
| Level 3.0 | Produkty specjalne |
| GRUPA II | |
| PRI | to obraz cyfrowy generowany z surowych danych (tryb obrazowania) SAR używający w czasie przetwarzania pomocniczych parametrów i skorygowany do wysokości podniesienia anteny i zasięgu rozprzestrzeniania strat: wsteczne rozpraszanie radarowe może być uzyskane z produktu do modelowania geofizycznego, ale korekcja nie jest stosowana na terenach wywołujących efekty radiometryczne. |
SSC (Single Look Slant Range Complex) |
Podstawowy produkt w zasięgu ukośnym, zawierający informacje o intensywności i fazie zarejestrowanego sygnału. Dane do zastosowań zaawansowanych: interferometria SAR, polarymetria interferometryczna. |
| MGD (Multi Look Ground Range Detected) | Produkt w zasięgu terenowym o zredukowanym zaszumieniu, zorientowany w kierunkach zasięgu i azymutu, o jednakowej wielkości pikseli w kierunku zasięgu i azymutu. Nie zostaje przeprowadzony obrót obrazu z układu współrzędnych wzdłuż i w poprzek orbity, dzięki czemu uniknięto interpolacji. Jednakże współrzędne na tym obrazie są mocno przybliżone i są bardzo niedokładne. Jest to produkt przeznaczony do dalszego przetwarzania. |
| SLC (Single Look Complex) | zachowuje informacje fazy i amplitudy oryginalnych danych SAR. SLC jest skorygowany do odbioru satelitarnego, włącznie z szerokością/długością geograficzną pozycji. W dodatku, dane SLC zachowują optymalną rozdzielczość dostępną dla każdego promienia zasięgu. Ten produkt jest odpowiedni do przetwarzania interferometrycznego. Dane ze wszystkich zasięgów, z wyjątkiem danych ScanSAR, mogą być przetwarzane do tego produktu. |
| GEC (Geocoded Ellipsoid Correcteded) | Produkty geokodowane bez wykorzystania fotopunktów, rzutowane na średnią wysokość terenu w obrębie sceny. Poza tym podobne do PRI. Standardowo produkty o tym stopniu przetworzenia udostępniane są w formacie GeoTiff w układzie współrzędnych UTM. Brak korekt stosowanych dla zakłoceń terenowych i radiometrii. Produkt poddany korekcji geometrycznej, przetworzony na bazie elipsoidy WGS 84 i stałej wartości rzędnej terenu w układzie współrzędnych UTM. |
| EEC (Enhanced Ellipsoid Corrected) | Produkt poddany korekcji geometrycznej, przetworzony na bazie elipsoidy WGS 84 o usuniętych zniekształceniach spowodowanych rzeźbą terenu (na bazie DTM z misji promu kosmicznego SRTM) ) o rozdzielczości 90 metrów, w układzie współrzędnych UTM. Jest to produkt ortorektyfikowany bez wykorzystania fotopunktów. |
| GTC | tworzony poprzez wprowadzenie danych zrzutowanych na powierzchnię odniesienia w regularnej siatce uzyskanej z kartograficznego system odniesienia wybranego z pośród predefiniowanego zestawu związanego dodatkowo z danymi. |
| SSG (Map Image) | Dokładność pozycjonowania obrazu Map Image zależy od ukształtowania terenu i sposobu transmisji. Dane z wszystkich rodzajów transmisji, z wyjątkiem ScanSAR mogą być przetwarzane do tego produktu. |
SGF - SAR Georeferenced Fine Resolution product (Path Image) |
Zakres sceny obrazu dla produktów SGF jest taki sam jak dla produktów SGX, ale objętość produktu jest na ogół znacznie mniejsza. Ponieważ odstęp pikseli SGF nie spełnia kryterium Nyquista we wszystkich obszarach obrazu, mała ilość treści informacji nie jest zachowywana. Produkty SGF są zatem do zastosowań, gdzie zmniejszenie objętości produktu jest istotne i gdzie pełna precyzja nie jest potrzebna. Brak produktów SGF jest dla trybów Quad - polaryzation. Produkt generowany jest ze standardowymi współrzędnymi terenowymi, występują dwa rozmiary piksela 12.5 m (dla wiązek standardowych, szerokich, długich niski i długich wysokich) lub 6.25 (dla wysokiej jakości wiązki). Dla pikseli wielkości 12.5m, standardowa wiązka pokrywa obraz nominalnym o wymiarze 100km2, a szeroka wiązka pokrywa 150km. Dla produktu długiego niskiego wymiar obrazu wynosi nominalnie 170km. Przejście toru od 100 do 170km wzdłuż toru, dla produktu długiego wysokiego wymiar obrazu to 75km2. Wszystkie produkty pikselowe 12.5m są wynikiem przetwarzania czterech niezależnych próbek azymutu, lub poszukiwaniem wzdłuż toru przerwy w wiązce, a następnie podsumowanie nie spójnych czterech obserwacji przed wytworzeniem końcowego obrazu. Rezultatem tego procesu jest wygładzenie spójne nieprawidłowości łat w obrazie, aby zapewnić lepszą rozdzielczość radiometryczną dla rozproszonych lub jednolitych obszarów docelowych. Typowe przestrzenne rozdzielczości tych wiązek są rzędu 25m, czyli podwójny rozmiar piksela. W trybie wysokiej jakości wiązki, wielkość piksela w SGF wynosi 6.25m i nominalny wymiar obrazu to 50km2. Produkty pixelowe 6.25m są generowane przy użyciu pełnej dostępnej rozdzielczości radarowej lub jednej obserwacji czasu oddziaływania wzdłuż toru wiązki anteny, w celu uzyskania rozdzielczości przestrzennej rzędu 8m. Produkty te zapewniają zwiększenie rozróżnienia nieciągłości lub obiektów punktowych kosztem zwiększonej nieprawidłowości łat w tle. |
| SGX (Path Image Plus) | SGX SAR Georeferenced Extra Fine Resolution product (Path Image Plus) produkty są generowane przez pobieranie próbek o gęstości większej niż produkty SGF, w celu pełniejszego wykorzystania możliwości rozwiązania instrumentu SAR. Rozmiary piksela różnią się w zależności od trybu ścieżki:
Korzystanie z mniejszych wymiarów pikseli w porównaniu z produktami SGF zapewnia, to że wymiary piksela obrazu nie przekraczają połowy rozdzielczości radarowej dla wszystkich obszarów obrazu. Ma to znaczenie w niektórych zastosowaniach, w których wymagana najlepszą rozdzielczość obrazu, i gdzie szybkość przetwarzania i objętości danych produktów są wtórnie rozważane. Wymiary sceny obrazu na produkty SGX są takie same jak dla odpowiednich produktów SGF. Jako przykład, podstawową radarową rozdzielczością odległości terenowej dla trybu wysokiej rozdzielczości wiązki jest rzędu 8m zarówno dla zasięgu jak i azymutu. W generowaniu produktów SGF 6.25m, dane są próbkowane względem zwykłych kryteriów Nyquist pobierania próbek, prowadząc do potencjalnej utraty danych. Odpowiedni produkt SGX z pobieraniem próbek 3.125m zachowuje wszystkie informacje obrazu wejściowego, na koszt czterokrotnego wzrostu ilości danych. Produkty SGX mają dobry odstęp pikseli, który został wybrany do spełnienia kryterium Nyquista we wszystkich obszarach obrazu. To gwarantuje, że wszystkie informacje o zdjęciach są zachowywane i powoduje to, że nadają się do post-processing’u. Dla trybów, w których dostępne są produkty zarówno SGX i SGF, obrazy SGF są takie same jak produkty SGX pod każdym względem z wyjątkiem odległości pikseli. Produkt SGF jest generowany ze standardowymi współrzędnymi terenowymi, wymiary pikseli są ogólnie większe niż odpowiadające im produktu SGX. Tryb punktowy jest szczególnym przypadkiem. Produkty punktowe SGX mają asymetryczne rozmieszczenie pikseli, ponieważ rozmieszczenie Nyquist jest o wiele lepsze w kierunku azymutu niż w kierunku przedziału. Produkty punktowe SGF z drugiej strony, są ponownie pobrane do kwadratowego rozstawu pikseli, dla większej łatwości stosowania w niektórych aplikacjach. Produkty SGF nie spełniają kryterium Nyquista w kierunku azymutu, ale są znacząco spróbkowane w stosunku do kryterium Nyquista w kierunku zasięgu, co czyni je większymi objętościowo niż ich odpowiedniki SGX. |
Analizując poziomy przetwarzania obrazów poszczególnych systemów satelitarnych zauważono, że pomimo ich różnej nazwy , mogą one posiadać podobne charakterystyki, m.in. w zakresie korekcji radiometrycznej i geometrycznej. Wiele krajów ma swój własny system satelitarny (Japonia, Niemcy, Francja, Izrael, Korea, Chiny, itp.), a obrazy satelitarne są produktami udostępnianymi na rynku światowym. W związku z tym globalny charakter udostępniania obrazów systemów satelitarnych spowodował, że powstały inne nazwy, przedstawiające ekwiwalentne charakterystyki.
| Nazwy poziomów przetwarzania | Charakterystyka w zakresie korekcji radiometrycznej i geometrycznej |
|---|---|
| Level 1, 0/Raw, | Surowe obrazy. Dane z trybu zdjęć po synchronizacji ramki |
| 1A, Geo, Basic Imagery | Obrazy po korekcji radiometrycznej |
| 1B, SLC, SSC | Obrazy po korekcji radiometrycznej oraz geometrycznej uwzględniając efekt panoramiczny i krzywiznę ziemi, podstawowy produkt single-look |
| Level 1.1, SLC | Równomiernie rozłożony na pochyłym zakresie (równe do rozmieszczenia w próbnym pomiarze) wygenerowany po renderingu przetwarzania SAR do poziomu 1,0 produktu. |
| MIR, MGD, PRI | Zastosowana korekcja geometryczna, produkt multilook |
| 2A, 1C, GEC | Zastosowana korekcja radiometryczna i geometryczna. Korekty dokonywane są w standardowej projekcji kartograficznej WGS84, nie związane z fotopunktami. |
| 1D, GTC | Tworzony poprzez wprowadzenie danych zrzutowanych na powierzchnię odniesienia w regularnej siatce uzyskanej z kartograficznego system odniesienia wybranego z pośród predefiniowanego zestawu związanego dodatkowo z danymi. |
| 2B, 1T, EEC | Zastosowana korekcja radiometryczna i geometryczna. Dostępny w opracowaniu kartograficznym z wykorzystaniem fotopunktów. |
| Orthorectified Imagery, 3(ortho) | Obrazy o podwyższonej dokładności geometrycznej, po dokonanej ortorektyfikacji. Skorygowany do elipsoidy WGS84, w oparciu o fotopunkty i DTM w oparciu o dane obrazów 3D |
| ZESTAWIENIE PORÓWNAWCZE POZIOMÓW PRZETWARZANIA POSZCZEGÓLNYCH SYSTEMÓW SATLITARNYCH |
|---|
| ALOS |
| ALOS (PALSAR) |
| Astroterra (Spot 6) |
| CBERS-3 i CBERS-4 |
| COSMO-SkyMed-1/2 |
| DEIMOS |
| Enivisat |
| EROS-A, EROS-B, EROS-C |
| ESA Sentinel-2A |
| GeoEye-1 i GeoEye-2 |
| IRS |
| Kompasat-2 i Kompasat-3 |
| Landsat Data Continuity Mission |
| Pleiades-1 i Pleiades-2 |
| Radarsat-2 (ASAR) |
| RapidEye 1-5 |
| SAOCOM 1A, SAOCOM 1B |
| Sentinel 1A, Sentinel 1B |
| Spot 5 |
| Terrasar-X i Terrasar-X-2 |
| QuickBird |
| WorldView-2 |