Специалисты АО «НИИ ТП» разработали уникальное, не имеющее аналогов в России, отечественное программное обеспечение, позволяющее в автоматическом режиме изготавливать высокоточные бесшовные ортомозаики по данным с отечественной орбитальной группировки космических аппаратов дистанционного зондирования Земли (КА ДЗЗ).

Бесшовная ортомозаика (бесшовное сплошное покрытие) – результат объединения («сшивки») нескольких снимков поверхности Земли в одно непрерывное сбалансированное изображение большой площади.

Дмитрий Федоткин, начальник отдела АО «НИИ ТП»:

- При совместной обработке массива данных производится, так называемое, блочное уравнивание, которое убирает взаимные искажения в зонах перекрытия снимков. Далее каждый снимок трансформируется таким образом, чтобы исправить искажения, возникающие за счёт рельефа и способа получения изображения, проводится яркостное выравнивание разновременных данных, создаются линии «сшивки», по которым снимки будут объединяться в итоговое изображение. В результате получается единое бесшовное тонально-сбалансированное изображение, покрывающее значительные территории и имеющее по всей своей площади единые характеристики по точности.

Ортомозаика используется как самостоятельный измерительный продукт, когда необходимы материалы космической или аэросъёмки на большую площадь земной поверхности. Такая бесшовная ортомозаика служит основой как для создания и обновления разномасштабных топографических карт и планов, так и для задач мониторинга и составления тематических карт.

Автоматизация процесса изготовления бесшовных ортомозаик стала естественным продолжением результатов работ по созданию комплекса автоматической потоковой обработки информации (АПОИ), начатых в 2016 году.

Комплекс АПОИ разрабатывался в рамках единой территориально-распределённой информационной системы (ЕТРИС ДЗЗ) для обеспечения работы Федерального фонда данных дистанционного зондирования Земли (ФФД ДЗЗ) и уже более двух лет эксплуатируется оператором космических средств ДЗЗ Роскосмоса – Научным центром оперативного мониторинга Земли холдинга «Российские космические системы». Комплекс осуществляет полностью автоматическую (без участия операторов) высокоскоростную и качественную обработку больших объёмов архивных и оперативных данных с орбитальной группировки КА ДЗЗ высокого и среднего разрешения «Ресурс-П», «Канопус-В» и «Метеор-М». Максимальная производительность комплекса по результатам эксплуатации составила около полутора миллионов кв. км в сутки.

Полная автоматизация всех технологических этапов позволила исключить пресловутый «человеческий фактор», существенно повысить качество и скорость обработки – от нескольких часов, а иногда и суток до нескольких минут и даже секунд. Также на порядок снизилось количество используемых технических средств, что, как следствие, приведёт к существенному сокращению эксплуатационных затрат.

В комплексе АПОИ одним из основных инструментов, обеспечивающих качество выходных изображений по привязке и сведению матриц и каналов, является уточнение параметров движения КА и его ориентации.

Десятки тысяч выполненных заявок потребителей, составляющие статистику эксплуатации Федерального фонда данных ДЗЗ, показывает, что разработанные алгоритмы уточнения бортовых навигационных данных, основанные на строгих математических моделях съёмки, позволили существенно повысить точность геодезической привязки выходных информационных продуктов от нескольких десятков и сотен (а иногда и тысяч) до единиц метров.

Реализованные в процессе разработки комплекса АПОИ и прошедшие апробацию в рамках эксплуатации ФФД ДЗЗ алгоритмы обработки данных ДЗЗ легли в основу программного обеспечения автоматического формирования высокоточных бесшовных ортомозаик в интересах потребителей.

Одна из отличительных особенностей разработанного программного обеспечения – максимальное использование строгих математических моделей, алгоритмов и подходов по обработке изображений, которые позволяют оперативно и с высокой точностью автоматически устранять первопричины ошибок (например, в геопривязке), а не осуществлять трудоёмкую коррекцию многочисленных последствий на результирующих изображениях. Один из основных этапов создания ортомозаик, а именно блочное уравнивание набора изображений, также выполняется исключительно по строгим моделям съёмки, а не по часто используемым упрощённым моделям.

При создании программного обеспечения специалисты АО «НИИ ТП» применили современные нейросетевые алгоритмы, которые позволили существенно повысить качество формируемых ортомозаичных покрытий как в части совмещения между собой отдельных изображений и их спектральных каналов, так и в части итоговой точности геодезической привязки.

Визуальное качество создаваемых ортомозаик также во многом определяется реализованными автоматическими алгоритмами построения линий «сшивки» изображений и их тональной балансировки.

Стоит отдельно отметить, что созданное программное обеспечение позволяет получать высокоточные бесшовные ортомозаики на большие территории с пиксельной точностью. При этом итоговая точность геопривязки составляет не более единиц метров и практически не зависит от исходных ошибок бортовых навигационных измерений, которые могут составлять сотни метров.

Разработанное специалистами АО «НИИ ТП» программное обеспечение позволит оперативно и, главное, полностью в автоматическом режиме создавать бесшовные ортомозаичные покрытия по данным российской орбитальной группировки КА ДЗЗ в интересах потребителей, как в рамках создаваемой информационной системы «Цифровая Земля», так и в перспективных проектах. Разработка станет значимым заделом функционирования наземного сегмента российского ДЗЗ для массовой потоковой обработки огромных объёмов информации, которую предполагается получать с будущей отечественной многоспутниковой группировки.

Пресс-служба АО «НИИ ТП»