Discusión sobre el establecimiento y aplicación de la biblioteca de puntos de control de imágenes.

(Centro de detección remota y exploración geofísica aerotransportada de tierras y recursos de China, Beijing, 100083)

Discutieron los principios y métodos para establecer una base de datos de puntos de control de imágenes SPOT5. e introdujo cómo establecer una base de datos adecuada para la corrección SPOT5. La base de datos de puntos de control extrae los puntos de control y los compara con la imagen a corregir de forma automática o manual. Busca puntos con el mismo nombre en la imagen de proyección ortográfica para establecer pares de puntos de control. para lograr la corrección geométrica de la imagen.

Palabras clave: imagen SPOT5; base de datos de puntos de control; corrección geométrica

1 Introducción

La ortorectificación de la imagen SPOT5 es una parte importante de la imagen. Proyecto de seguimiento dinámico del territorio. Un proceso básico de elaboración. Ya sea el método de ecuación del modelo físico o el método de corrección polinómica, es necesario utilizar puntos de control del terreno para resolver la matriz de transformación para lograr la corrección geométrica. En la actualidad, el proyecto de monitoreo de la dinámica terrestre ha comenzado a establecer muchos puntos de control de imágenes, incluidos puntos de control de imágenes digitales aéreas ortorrectificadas o de sensores remotos de alta resolución, puntos de control gráficos corregidos por escaneo en mapas topográficos digitales a gran escala y áreas silvestres recientemente inspeccionadas. Puntos de control de imágenes GPS. Pero para utilizar eficazmente estos puntos de control, la clave es gestionarlos de forma eficaz. Estos puntos de control deben guardarse después de su uso y pueden recuperarse y actualizarse cuando se vuelvan a utilizar. Por lo tanto, es muy necesario establecer una base de datos de puntos de control y lograr la utilización efectiva de los puntos de control. Debido a la particularidad de los puntos de control de imágenes, este artículo explica el establecimiento y uso de la base de datos de puntos de control de imágenes.

Los puntos de control de imágenes son imágenes que contienen características con información geográfica y su formato de almacenamiento es una cuadrícula con información geográfica. Los puntos de control de imágenes utilizan la coincidencia entre imágenes para encontrar puntos con el mismo nombre en la imagen de proyección ortográfica, evitando la dificultad de que los marcadores de puntos de control tradicionales sean difíciles de identificar en la imagen de proyección ortográfica. Con el apoyo de software y hardware y tecnología de reconocimiento de patrones, el uso de puntos de control de imágenes en lugar de puntos de control tradicionales para la corrección geométrica puede reducir en gran medida la intensidad del trabajo y mejorar la eficiencia del trabajo y la precisión de la corrección.

2. Establecimiento de una base de datos de puntos de control de imágenes

El propósito básico de la base de datos de puntos de control de imágenes es gestionar eficazmente los puntos de control, facilitar la extracción de puntos de control y lograr la corrección geométrica de imágenes. Esto requiere que el diseño de la base de datos se centre en el uso de puntos de control. Durante el proceso de corrección geométrica de SPOT5, el rango espacial aproximado de la imagen a corregir se conoce en función de los parámetros orbitales de SPOT5, y los puntos de control se extraen en función de este rango. La función básica de la base de datos de puntos de control es consultar los puntos de control según el rango espacial. Al mismo tiempo, cada punto de control de imagen contiene dos tipos de datos, datos de imagen y datos de atributos. La conexión de estos dos tipos de datos es una base importante para las aplicaciones de bases de datos de puntos de control. Las bases de datos de puntos de control deben aplicarse mediante software de detección remota con capacidades de predicción automática de la ubicación. El diseño de la base de datos de puntos de control de imágenes se basa en estos tres principios básicos.

2.1 Fuente del punto de control de imagen

Los puntos de control de imagen son archivos basados ​​en imágenes y complementados con vectores.

(1) Corte una imagen de un área típica pequeña de una imagen digital aérea o de detección remota y utilícela como punto de control de la imagen después de la ortorrectificación.

(2) De acuerdo con las coordenadas de los puntos de control GPS en el campo, marque las posiciones de los puntos de control en las imágenes originales y adjunte los archivos de descripción de datos originales y las fotografías digitales de campo.

(3) Utilice la imagen digital de área pequeña del área de terreno típica obtenida escaneando el mapa de terreno digital corregido como punto de control de la imagen.

(4) El sistema de coordenadas de referencia de los puntos de control de la imagen debe ser coherente con el sistema de coordenadas de la imagen resultante deseada.

2.2 Contenido de la biblioteca básica de puntos de control

La biblioteca de puntos de control gestiona los puntos de control de imágenes, incluidos datos de imágenes y datos de atributos. No importa qué método se utilice para recopilar puntos de control de imágenes, ambos tipos de datos están disponibles. Los datos de imágenes y los datos de atributos se almacenan en diferentes bibliotecas. El formato de almacenamiento de los datos de la imagen es rasterizado y el formato de almacenamiento de los datos de atributos es vectorial. Los datos de imagen y los datos de atributos deben estar conectados en bibliotecas diferentes.

2.2.1 Datos de imagen

Los puntos de control de imagen son imágenes que contienen características distintas almacenadas en forma de cuadrícula. En la base de datos, debido a la particularidad de las imágenes rasterizadas, no se pueden almacenar como un registro como datos de atributos. Cada imagen se almacena como un archivo ráster en un directorio y se administra de acuerdo con ese directorio. El tamaño de la imagen suele estar entre 100×100 píxeles y 200×200 píxeles, cualquiera que pueda contener características obvias. Los puntos de control de imágenes se diferencian de los puntos de control tradicionales en que tienen datos de imágenes. Una característica obvia en una imagen se refiere a aquella que se puede distinguir de otras características circundantes dentro de un rango determinado. Puede ser un cruce de caminos, una curva en un arroyo o incluso una isla. Sus características permiten seleccionar puntos para corrección geométrica en áreas donde no se pueden determinar los puntos de control tradicionales.

Datos de atributos

Los datos de atributos se utilizan para describir la ubicación geográfica y otras relaciones de los puntos de control. Para utilizar un conjunto de imágenes como puntos de control para la corrección geométrica, deben tener la relación posicional mutua correcta en un determinado espacio de proyección. La ubicación geográfica de un punto de control de imagen se describe mediante sus datos de atributos. Para describir correctamente la relación de ubicación geográfica, los datos de atributos de cada punto de control deben tener un número de identificación de ID consistente asociado con los datos de la imagen para lograr la conexión correcta entre los datos de la imagen y los datos de atributos. El formato de datos de atributos de todos los puntos de control es el mismo, por lo que la base de datos de atributos es una base de datos relacional y los atributos de cada punto de control de imagen se registran en el formato especificado.

Los registros de datos de atributos incluyen: fuente de puntos de control de imágenes; coordenadas de puntos de control; descripción de datos; proporciones de imágenes digitales superconectadas de puntos de control GPS de campo.

Sistema de coordenadas

Todos los puntos de control de la imagen se proyectan en un sistema de coordenadas de referencia. Para mejorar el rendimiento de la base de datos y expresar correctamente las relaciones geográficas mutuas de los puntos de control en toda la base de datos, los puntos de control deben adoptar un sistema de coordenadas unificado para facilitar la consulta, extracción y uso correctos de los puntos de control.

2.3 Estructura de la biblioteca de puntos de control

El número de puntos de control en diferentes áreas es diferente y la cantidad de datos de puntos de control en un área grande es muy grande. Consultar y utilizar puntos de control en una única base de datos en un área grande es muy inconveniente y reducirá el rendimiento de la base de datos. Por lo tanto, para consultar y extraer puntos de control rápida y fácilmente, es necesario construir una base de datos capa por capa a través de índices para formar una biblioteca de puntos de control estructurada en árbol. Debido a que los puntos de control están distribuidos según la ubicación geográfica del espacio, es razonable dividir un área grande en varias áreas pequeñas según la ubicación geográfica. Las áreas pequeñas se pueden subdividir aún más según la situación real, estableciendo así una automática. Base de datos de indexación de arriba hacia abajo.

La base de datos de nivel superior es una base de datos global que describe la información de las bases de datos particionadas dentro de todo el alcance de la construcción de la base de datos. También es una base de datos relacional. Los contenidos descritos en el registro incluyen: el nombre de la subbase de datos, la información del rango contenida en la subbase de datos, etc. Dependiendo de la situación real, la subbase de datos puede describir la información de la base de datos del siguiente nivel o la información del punto de control.

Figura 1 Estructura de base de datos de árbol

En esta estructura de base de datos de árbol, la base de datos de hoja está en la posición más básica y describe la información de los puntos de control de la imagen. Cuando desee extraer puntos de control de la base de datos, puede comenzar desde la base de datos de nivel superior y consultar hacia abajo capa por capa hasta que la base de datos hoja consulte el contenido de la biblioteca de puntos de control básica, como se muestra en la Figura 1.

Como se puede ver en el diagrama de estructura, las imágenes y los datos de atributos se almacenan en un directorio en forma de archivos. La administración de la base de datos de imágenes es en realidad la administración del directorio de archivos. Sólo organizando razonablemente el directorio de archivos se puede realizar la conexión entre los datos de la imagen y los datos de atributos, lo que requiere que la estructura del directorio sea coherente con la base de datos de nombres y atributos.

3 Aplicación de la biblioteca de puntos de control

El propósito de la biblioteca de puntos de control de imágenes es organizar y administrar de manera efectiva los puntos de control y extraer fácilmente puntos de control dentro de un cierto rango de imágenes para geometrías. corrección. Debido a la introducción de parámetros orbitales de datos originales, la imagen SPOT5 a corregir se puede obtener con información geográfica. De acuerdo con este rango de información geográfica, comenzando desde la base de datos de puntos de control de nivel superior, busque la subbase de datos de este rango de imágenes y luego ingrese a la base de datos del siguiente nivel para hacer el mismo juicio, hasta la base de datos inferior, y luego extraiga la puntos de control de imagen ubicados dentro de este rango de imagen para corrección geométrica.

Una vez extraído un punto de control se pueden obtener sus datos de geolocalización. Según su ubicación y la información geográfica de la imagen de detección remota que se va a corregir, el rango de ubicación aproximado del punto de control en la imagen coincide automáticamente. La búsqueda dentro de este rango puede acortar en gran medida el proceso de búsqueda de puntos coincidentes con el mismo nombre y. mejorar la velocidad y precisión del emparejamiento.

Cuando se utilizan puntos de control, ya sean puntos de control GPS o puntos de control de imagen, un método simple es identificar el rango aproximado de los puntos de control que deben corregirse en la imagen, basándose únicamente en la ubicación geográfica. Se pueden obtener las coordenadas de los puntos de control y el rango de la imagen, y luego hacer clic en la pantalla de la computadora con el mouse para obtener las coordenadas de píxeles de la imagen del punto de control con el mismo nombre. Para realizar la automatización de la corrección geométrica, se debe utilizar la tecnología de coincidencia de imágenes para hacer coincidir automáticamente los puntos de control con los mismos nombres en la imagen que se va a corregir. Dependiendo de los diferentes tipos de puntos de control, se utilizan diferentes técnicas de comparación. El proceso de aplicación de la base de datos de puntos de control se muestra en la Figura 2.

Figura 2 Proceso de aplicación de la base de datos de valores de control

3.1 Método de registro de puntos de control de imágenes digitales de detección remota

Utilizando un método de registro basado en características regionales y características de puntos, Una pequeña área típica se intercepta a partir de una imagen digital aérea ortorrectificada o de teledetección como punto de control de la imagen.

3.1.1 Método de registro basado en regiones

El método de registro basado en regiones consiste en comparar estadísticamente un área de la imagen que se va a registrar con un área del mismo tamaño en la imagen de referencia. El estándar de evaluación de similitud es tomar el valor máximo de los coeficientes de correlación cruzada estandarizados de las dos regiones. La imagen también se puede transformar del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia mediante FFT y luego registrarse. Para imágenes con grandes desplazamientos, primero se puede corregir la rotación de la imagen y luego se puede establecer la relación de mapeo entre las dos imágenes. Sin embargo, esta métrica de correlación cruzada deja de ser confiable si hay grandes diferencias de ruido y escala de grises en la imagen.

3.1.2 Método de registro basado en características puntuales

El método de registro basado en características puntuales tiene mayor rendimiento. Tiene dos procesos: extracción de características y registro de características, y utiliza una serie de técnicas de segmentación de imágenes en la extracción de características y la detección de límites. Por ejemplo, operador Canny, operador laplaciano-gaussiano y operador de crecimiento regional. Las características espaciales extraídas incluyen límites cerrados, límites abiertos, líneas de intersección y otras características. Los algoritmos de coincidencia de características incluyen: correlación cruzada, transformación de distancia, programación dinámica, coincidencia de estructuras, etc.

3.2 Método de registro de puntos de control GPS

Para puntos de control GPS exteriores, la ubicación de los puntos de control marcados en la imagen original y el área característica típica obtenida en el terreno digital escaneado y corregido mapa La imagen digital de área pequeña se utiliza como punto de control y se utiliza el método de comparación manual de puntos con el mismo nombre.

Porque los puntos de control del mapa topográfico sólo proporcionan un tipo de información estructural de los objetos terrestres, similar a la textura de la imagen. No refleja la información espectral de los objetos terrestres y es inconsistente con el contenido de la imagen a corregir; no puede coincidir directamente con la imagen utilizando los datos en los puntos de control. Por lo tanto, solo podemos usar esta información estructural para hacer coincidir manualmente los puntos con el mismo nombre y encontrar los puntos con el mismo nombre de los puntos de control en función de las características de textura de la imagen dentro del rango donde se puede ubicar la ubicación aproximada de los puntos de control. predicho automáticamente.

Combinado con el método anterior, después de hacer coincidir una cantidad suficiente de puntos de control para encontrar puntos con el mismo nombre, la matriz de transformación se puede resolver en función de estos puntos de control para lograr la corrección geométrica.

El establecimiento de una base de datos de puntos de control de imágenes es un trabajo básico y es necesario ingresar una gran cantidad de datos en la base de datos. Una vez establecida la base de datos, se puede actualizar con los últimos datos de teledetección. Cuando es necesario utilizar puntos de control para realizar correcciones geométricas en nuevos datos de detección remota, los puntos de control se pueden extraer de manera conveniente y rápida, mejorando la eficiencia del trabajo y brindando soporte técnico para los estudios topográficos.

Referencias

Barbara Zitovar y Jane Fluther. "Una revisión de los métodos de registro de imágenes". Computación de imágenes y visión, volumen 21, páginas 977~1000, 2003

Zhang Zuxun, Zhang Jianqing. Fotogrametría digital. Wuhan: Prensa de Tecnología de Topografía y Cartografía de la Universidad de Wuhan, 1996.

Zhang Zuxun, Zhang Jianqing. Corrección diferencial de paneles pequeños de imágenes de teledetección en zonas montañosas. Actas del Tercer Simposio sobre desarrollo de cartografía y topografía a través del Estrecho, 2000, 12.

Chen Yuefeng es un chico hermoso. Modelo de sistema de base de datos de imágenes basado en consulta de contenido [J]. Revista China de Imagen y Gráficos, 1997.