RU2730886C1 - Method of achieving diffraction limit of resolution of images of remote probing of earth for small spacecrafts - Google Patents
Method of achieving diffraction limit of resolution of images of remote probing of earth for small spacecrafts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2730886C1 RU2730886C1 RU2019131343A RU2019131343A RU2730886C1 RU 2730886 C1 RU2730886 C1 RU 2730886C1 RU 2019131343 A RU2019131343 A RU 2019131343A RU 2019131343 A RU2019131343 A RU 2019131343A RU 2730886 C1 RU2730886 C1 RU 2730886C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ers
- images
- resolution
- oea
- earth
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G4/00—Tools specially adapted for use in space
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
- G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области оптического приборостроения, а, в частности, космического приборостроения оптико-электронной аппаратуры (ОЭА) малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли (МКА ДЗЗ), и предназначено для достижения дифракционного предела линейного разрешения МКА ДЗЗ на местности и повышения контраста изображений ДЗЗ в условиях атмосферных искажений.The claimed invention relates to the field of optical instrumentation, and, in particular, space instrumentation of optical-electronic equipment (OEA) of small spacecraft for remote sensing of the Earth (MCA ERS), and is intended to achieve the diffraction limit of the linear resolution of the MCA ERS on the ground and increase the contrast of ERS images in conditions of atmospheric distortion.
Согласно общепринятой классификации, космические аппараты ДЗЗ разделяются по массогабаритным характеристикам на большие и малоразмерные. Границей раздела объявлена масса –1000кг. Малоразмерные космические аппараты, в свою очередь, подразделяются на:According to the generally accepted classification, ERS spacecraft are divided according to their weight and size characteristics into large and small ones. The section boundary is declared to be a weight of –1000kg. Small spacecraft, in turn, are subdivided into:
пикоспутники – менее 5кг;picosatellites - less than 5kg;
наноспутники – от 5 до 50кг; nanosatellites - from 5 to 50 kg;
микроспутники – от 50 до 200кг;microsatellites - from 50 to 200 kg;
малые КА ДЗЗ – от 200 до 1000кг.small spacecraft ERS - from 200 to 1000 kg.
Анализ мировых тенденций развития аппаратуры и технологий построения и использования средств ДЗЗ демонстрирует повышенный интерес к созданию и применению группировок МКА ДЗЗ, обеспечивающих возможность наблюдения «…любого участка земной поверхности в любое время…» с высоким пространственным разрешением. Подобные группировки могут состоять из 50÷60 МКА ДЗЗ (например, как WorldView «Legion»), расположенных на низких круговых солнечно-синхронных орбитах. Орбитальное положение МКА в группировке выбирается и поддерживается таким образом, чтобы обеспечивать минимальное время подлета к зоне интереса. При указанном числе МКА перерывы в наблюдении произвольных участков земной поверхности могут составлять 30÷20 минут. ОЭА таких МКА ДЗЗ должна иметь высокую пространственную разрешающую способность при малых весах и габаритах.Analysis of world trends in the development of equipment and technologies for constructing and using ERS means demonstrates an increased interest in the creation and use of ERS MCA constellations that provide the ability to observe "... any part of the earth's surface at any time ..." with high spatial resolution. Such constellations can consist of 50 ÷ 60 ERS small spacecraft (for example, as WorldView "Legion"), located in low circular sun-synchronous orbits. The orbital position of the small spacecraft in the constellation is selected and maintained in such a way as to ensure the minimum time of approach to the zone of interest. With the indicated number of small spacecraft, the breaks in the observation of arbitrary areas of the earth's surface can be 30–20 minutes. The OEA of such ERS small spacecraft should have a high spatial resolution with low weights and dimensions.
Каждый МКА в группировке должен обеспечивать максимально возможное время наблюдения выбранного участка земной поверхности с максимальным (дифракционным) разрешением, при этом требования к МКА ДЗЗ по его производительности, определяемой размером поля зрения ОЭА, не предъявляются, вследствие большого количества МКА.Each small spacecraft in the constellation must provide the maximum possible observation time for the selected area of the earth's surface with the maximum (diffraction) resolution, while the requirements for the remote sensing spacecraft in terms of its performance, determined by the size of the OEA field of view, are not imposed due to the large number of small spacecraft.
Рассмотрим особенности влияния атмосферы на системы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).Let us consider the features of the influence of the atmosphere on Earth remote sensing systems (ERS).
Средой распространения отраженного от Земли солнечного излучения подсвета в задачах ДЗЗ является тропосфера (нижние 10км приземного слоя атмосферы). В иностранной литературе для характеристики атмосферы, как среды распространения светового излучения используют два термина: «turbid», что означает «мутный», и «turbulent», что означает «неспокойный».The propagation medium of solar illumination reflected from the Earth in ERS tasks is the troposphere (the lower 10 km of the surface layer of the atmosphere). In foreign literature, two terms are used to characterize the atmosphere as a medium for the propagation of light radiation: “turbid”, which means “turbid”, and “turbulent”, which means “restless”.
Как мутная среда, атмосфера приводит к ослаблению светового сигнала и ухудшению отношения сигнал/шум (контраста) изображений ДЗЗ. Причиной этого являются поглощение и рассеяние света молекулами и аэрозолями атмосферы, которые обычно учитываются введением соответствующих коэффициентов ослабления, определяемых по таблицам.As a turbid environment, the atmosphere leads to a weakening of the light signal and deterioration of the signal-to-noise ratio (contrast) of the remote sensing images. The reason for this is the absorption and scattering of light by molecules and aerosols in the atmosphere, which are usually taken into account by introducing the appropriate attenuation coefficients determined from the tables.
Как турбулентная среда, атмосфера приводит к случайным изменениям параметров светового информационного сигнала, и ее наличие между зондируемым участком земной поверхности и МКА ДЗЗ существенно ограничивает информационные возможности МКА ДЗЗ. Возникают две проблемы: проблема «видения» через турбулентную атмосферу и проблема «изопланатичности» системы атмосфера-телескоп ДЗЗ.As a turbulent medium, the atmosphere leads to random changes in the parameters of the light information signal, and its presence between the probed area of the earth's surface and the ERS small spacecraft significantly limits the information capabilities of the remote sensing spacecraft. Two problems arise: the problem of "seeing" through a turbulent atmosphere and the problem of "isoplanaticity" of the atmosphere-remote sensing telescope system.
Суть этих проблем состоит в том, что проблема «видения» накладывает ограничения на минимальный размер деталей, разрешаемых системой атмосфера-телескоп ДЗЗ на зондируемом участке земной поверхности, а проблема «изопланатичности» ограничивает максимальный размер зондируемого участка земной поверхности, который еще является пространственно-инвариантным к атмосферным искажениям, то есть эта проблема ограничивает поле зрения системы атмосфера-телескоп ДЗЗ.The essence of these problems is that the problem of "seeing" imposes restrictions on the minimum size of details resolved by the atmosphere-ERS telescope system on the sounded area of the earth's surface, and the problem of "isoplanaticity" limits the maximum size of the sounded area of the earth's surface, which is still spatially invariant. to atmospheric distortions, that is, this problem limits the field of view of the atmosphere-ERS telescope system.
Эти проблемы существенно зависят от условий наблюдения, и. в частности, от условий регистрации изображений ДЗЗ.These problems significantly depend on the observation conditions, and. in particular, on the conditions of registration of remote sensing images.
Так, если время регистрации (экспонирования) τЭ превышает интервал временной корреляции атмосферных флуктуаций τА, называемый временем «замороженности» турбулентности атмосферы, то говорят о длинно-экспозиционной регистрации, а, если время регистрации τЭ меньше τА, то говорят о коротко-экспозиционной регистрации [1] (Fried D.L., «Optical Resolution through a Randomly Inhomogeneous Medium for Very Long and Very Short Exposures», J.Opt.Soc.Am., 1966, v. 56, № 10, p. 1372).So, if the time of registration (exposure) τ E exceeds the interval of temporal correlation of atmospheric fluctuations τ A , called the time of "freezing" of atmospheric turbulence, then they speak of long-exposure registration, and if the registration time τ E is less than τ A , then they speak of short -exposure registration [1] (Fried DL, "Optical Resolution through a Randomly Inhomogeneous Medium for Very Long and Very Short Exposures", J. Opt. Soc. Am., 1966, v. 56, No. 10, p. 1372).
Эти два крайних случая существенно отличаются характером атмосферных искажений. Так, если длинно-экспозиционное изображение, усредненное по атмосферным искажениям за время τЭ>τА, обладает худшим разрешением, чем «мгновенное» (коротко-экспозиционное) изображение, регистрируемое за время τЭ<τА, то оно является пространственно-инвариантным к атмосферным искажениям во всем поле зрения системы атмосфера-телескоп ДЗЗ, в отличие от коротко-экспозиционного изображения, состоящего в этом поле из ряда мгновенных областей изопланатичности, пространственно-инвариантных к атмосферным искажениям [2] (Свиридов К.Н., Бакут П.А., Устинов Н.Д., Хомич Н.Ю., «Проблемы изопланатичности оптических систем, формирующих изображения через турбулентную атмосферу», Оптика и спектроскопия, 1986, т. 60, вып. 3, с. 611).These two extreme cases differ significantly in the nature of atmospheric distortions. So, if a long-exposure image averaged over atmospheric distortions over a time τ E > τ A has a worse resolution than an “instant” (short-exposure) image recorded in a time τ E <τ A , then it is spatially invariant to atmospheric distortions in the entire field of view of the ERS atmosphere-telescope system, in contrast to the short-exposure image, which consists in this field of a number of instantaneous isoplanaticity regions that are spatially invariant to atmospheric distortions [2] (Sviridov K.N., Bakut P. A., Ustinov ND, Khomich N.Yu., "Problems of isoplanaticity of optical systems that form images through a turbulent atmosphere", Optics and Spectroscopy, 1986, vol. 60,
В соответствии с этими особенностями влияния турбулентной атмосферы на изображения, на ранней стадии развития технологий ДЗЗ желание работать в широком поле зрения (с максимальной производительностью) стимулировало получение длинно-экспозиционных изображений ДЗЗ,In accordance with these features of the influence of a turbulent atmosphere on images, at an early stage of the development of remote sensing technologies, the desire to work in a wide field of view (with maximum performance) stimulated the acquisition of long-exposure remote sensing images.
как в отечественных КА ДЗЗ:as in domestic ERS spacecraft:
– «Ресурс-ДК1» [3] (Петри Г., «Российский спутник «Ресурс-ДК1»: альтернативный источник данных сверхвысокого разрешения», Геоматика, 2010, № 4, с. 38) и - "Resurs-DK1" [3] (Petri G., "Russian satellite" Resurs-DK1 ": an alternative source of ultra-high resolution data", Geomatika, 2010, No. 4, p. 38) and
– «Ресурс-П» [4] (Кирилин А.Н. и др. «Космический аппарат «Ресурс-П», Геоматика, 2010, № 4, с. 23),- "Resurs-P" [4] (Kirilin A.N. et al. "Spacecraft" Resurs-P ", Geomatika, 2010, No. 4, p. 23),
так и в зарубежных КА ДЗЗ:and in foreign ERS spacecraft:
– IKONOS, QuickBird, EROS, Pleiades, WorldView, GeoEye и др. [5] (Лавров В.В., «Космические съемочные системы сверхвысокого разрешения», Гео информационный портал ГИС Ассоциации, 2010, № 2, с. 19).- IKONOS, QuickBird, EROS, Pleiades, WorldView, GeoEye, etc. [5] (Lavrov V.V., "Ultra-high resolution space imaging systems", Geo-information portal of the GIS Association, 2010, No. 2, p. 19).
Эти публикации [3, 4, 5] мы рассматриваем здесь, как аналоги предлагаемого способа в части получения изображений ДЗЗ, искаженных атмосферой. Используемая в них технология детектирования временной задержки и накопления (ВЗН [3, 4] и TDI [5]) приводит к регистрации длинно-экспозиционного изображения, усредненного по атмосферным искажениям.We consider these publications [3, 4, 5] here as analogs of the proposed method in terms of obtaining ERS images distorted by the atmosphere. The technology used in them for detecting time delay and accumulation (VZN [3, 4] and TDI [5]) leads to the registration of a long-exposure image averaged over atmospheric distortions.
Недостатком существующих технологий ДЗЗ [3, 4, 5], рассматриваемых нами в качестве аналогов предлагаемого способа в части получения изображений, является отсутствие в них какой-либо обработки, осуществляющей коррекцию атмосферных искажений зарегистрированного длинно-экспозиционного изображения.The disadvantage of existing ERS technologies [3, 4, 5], considered by us as analogs of the proposed method in terms of image acquisition, is the lack of any processing in them that corrects atmospheric distortions of the recorded long-exposure image.
С развитием техники ДЗЗ появились новые технологии, позволяющие определять и корректировать атмосферные искажения. Эти технологии, предложенные в АО «Российские космические системы», условно можно отнести к трем классам: аппаратурных технологий, алгоритмических технологий и аппаратурно-алгоритмических технологий. Рассмотрим эти аналоги и прототип предлагаемого способа.With the development of remote sensing technology, new technologies have appeared that make it possible to determine and correct atmospheric distortions. These technologies, proposed by JSC Russian Space Systems, can be conditionally classified into three classes: hardware technologies, algorithmic technologies and hardware-algorithmic technologies. Consider these analogs and a prototype of the proposed method.
Первая аппаратурная технология повышения линейного разрешения КА ДЗЗ на местности основана на изменении объектива телескопа КА ДЗЗ, а именно, на замене стеклянного объектива-рефрактора отечественных КА ДЗЗ [3, 4] на зеркальные объективы-рефлекторы, как в зарубежных КА ДЗЗ [5], а главное, на увеличении диаметра приемной апертуры телескопа D до требуемой величины . Здесь – пространственный радиус корреляции атмосферных флуктуаций светового излучения на высоте Н космического аппарата ДЗЗ, а λ–средняя длина волны видимого диапазона длин волн солнечного излучения подсвета земной поверхности (λ = 0,6 мкм). Эта технология, предложенная и исследованная в работе [6] (Cвиридов К.Н., «О предельном разрешении аэрокосмических систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)», Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2014, т. 1, вып. 1, с. 34), позволяет в условиях атмосферных искажений и при длинно-экспозиционной регистрации изображений ДЗЗ достигать предельного линейного разрешения КА ДЗЗ на местности, равного (4,6 см).The first hardware technology for increasing the linear resolution of the ERS spacecraft on the ground is based on changing the lens of the ERS spacecraft telescope, namely, on replacing the glass refractor lens of domestic ERS spacecraft [3, 4] with mirror reflector lenses, as in foreign ERS spacecraft [5], and most importantly, by increasing the diameter of the receiving aperture of the telescope D to the required value ... Here Is the spatial correlation radius of atmospheric fluctuations of light radiation at the height H of the ERS spacecraft, and λ is the average wavelength of the visible wavelength range solar radiation illumination of the earth's surface (λ = 0.6 microns). This technology, proposed and investigated in [6] (Sviridov K.N., "On the ultimate resolution of aerospace remote sensing systems of the Earth (ERS)", Rocket and space instrument making and information systems, 2014, vol. 1,
Недостаток этого аналога заключается в трудности его практической реализации, так как он требует создания телескопов КА ДЗЗ на базе апертурного синтеза, а в частности, концепции МЗТ (многозеркального телескопа) с диаметрами апертур: D = 7м при Н = 350км; D = 10м при Н = 500км и D = 15м при Н = 750км. Такие диаметры объясняются тем, что в соответствии с исследованиями, проведенными в [6], величина rO(λ,H) определяется соотношением , где – величина пространственного радиуса корреляции атмосферных флуктуаций светового излучения на верхней границе турбулентного слоя атмосферы (≈10км). Отсюда видно, что: при Н=350км, оказывается равной 3,5м; при Н=500км, , и при Н=750км, величина оказывается равной 7,5м. А так как в соответствии с проведенными исследованиями [6] необходимо иметь , то полученные значения для , во-первых, объясняют требуемые величины для диаметров апертуры телескопов КА ДЗЗ: D=7м; 10м и 15м, и, во-вторых, показывают, что эти диаметры оказываются существенно большими диаметра D=1,1м существующих сегодня телескопов ДЗЗ [5]. В связи с тем, что сегодня , атмосферные искажения светового излучения на приемной апертуре телескопа ДЗЗ представляют собой случайные наклоны волнового фронта, приводящие к случайным сдвигам дифракционно ограниченных изображений ДЗЗ (Фиг.5).The disadvantage of this analogue lies in the difficulty of its practical implementation, since it requires the creation of ERS telescopes based on aperture synthesis, and in particular, the concept of an MZT (multi-mirror telescope) with aperture diameters: D = 7m at H = 350km; D = 10m at H = 500km and D = 15m at H = 750km. Such diameters are explained by the fact that, in accordance with the studies carried out in [6], the value of r O (λ, H) is determined by the relation where - the value of the spatial correlation radius of atmospheric fluctuations of light radiation at the upper boundary of the turbulent layer of the atmosphere ( ≈10 km). From this it is seen that: at H = 350 km, turns out to be equal to 3.5m; at H = 500 km, , and at Н = 750 km, the value turns out to be equal to 7.5m. And since, in accordance with the studies [6], it is necessary to have , then the obtained values for , firstly, they explain the required values for the aperture diameters of the ERS spacecraft telescopes: D = 7m; 10m and 15m, and, secondly, show that these diameters turn out to be significantly larger than the diameter D = 1.1m of the existing Earth remote sensing telescopes [5]. Due to the fact that today , atmospheric distortions of light radiation at the receiving aperture of the remote sensing telescope are random tilts of the wavefront, leading to random shifts of diffraction-limited remote sensing images (Fig. 5).
Это обстоятельство привело к разработке новой аппаратурной технологии компенсации атмосферных искажений и увеличения линейного разрешения КА ДЗЗ на местности. Она основана на преддетекторной адаптивной компенсации случайных наклонов волнового фронта за время «замороженности» турбулентностей атмосферы τА. Эта технология (аналог) предложена в работе [7] (Cвиридов К.Н., Волков С.А., «Способ дистанционного зондирования Земли», Патент Российской Федерации № 2597144 от 16.08.2016 по заявке на изобретение № 2015129353 от 17.07.2015, заявитель и правообладатель
АО «Российские космические системы») и исследована в работе [8] (Свиридов К.Н., «Дистанционное зондирование Земли с адаптивной компенсацией случайных наклонов волнового фронта», Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2015, т. 2, вып. 3, с. 12). Этот способ ДЗЗ при длинно-экспозиционной стратегии регистрации изображений ВЗН позволяет получать среднее коротко-экспозиционное изображение. Его средняя коротко-экспозиционная оптическая передаточная функция (ОПФ) превалирует над средней ОПФ длинно-экспозиционного изображения во всей области пространственных частот, обеспечивая выигрыш в разрешении среднего коротко-экспозиционного изображения ДЗЗ по сравнению с длинно-экспозиционным. Исследования [8] показали, что система с адаптивной компенсацией случайных наклонов волнового фронта по сравнению с системой без компенсации обеспечивает реальный выигрыш в разрешении.This circumstance led to the development of a new hardware technology for compensating for atmospheric distortions and increasing the linear resolution of an ERS spacecraft on the ground. It is based on random preddetektornoy adaptive compensation of the wavefront slopes of the "frozen" turbulent atmosphere τ A. This technology (analogue) was proposed in [7] (Sviridov K.N., Volkov S.A., "Method for remote sensing of the Earth", Patent of the Russian Federation No. 2597144 dated 08.16.2016 for invention application No. 2015129353 dated 17.07.2015 , applicant and copyright holder
JSC "Russian Space Systems") and investigated in work [8] (Sviridov K.N., "Remote sensing of the Earth with adaptive compensation for random tilts of the wavefront", Rocket and space instrument making and information systems, 2015, vol. 2, no. 3, p. 12). This method of remote sensing with a long-exposure strategy of recording VZV images allows obtaining an average short-exposure image. Its average short-exposure optical transfer function (OTF) prevails over the average OTF of a long-exposure image in the entire range of spatial frequencies, providing a gain in the resolution of the average short-exposure ERS image as compared to the long-exposure one. Studies [8] have shown that a system with adaptive compensation for random tilts of the wavefront compared to a system without compensation provides a real gain in resolution.
Недостаток этого аналога предлагаемого способа, как и предыдущего аналога, заключается в том, что, хотя аппаратурные технологии обеспечивают потенциально хорошие результаты по разрешению, но они требуют существенной модернизации, а главное, усложнения аппаратуры систем ДЗЗ.The disadvantage of this analogue of the proposed method, like the previous analogue, is that, although the hardware technologies provide potentially good results in resolution, they require significant modernization, and most importantly, the complication of the equipment of the remote sensing systems.
Более простой и реальный путь достижения положительных результатов компенсации атмосферных искажений и увеличения линейного разрешения КА ДЗЗ на местности обеспечивают алгоритмические технологии.Algorithmic technologies provide a simpler and more realistic way of achieving positive results of atmospheric distortion compensation and increasing the linear resolution of ERS spacecraft on the ground.
В качестве аналога предлагаемого способа рассматриваем алгоритмическую технологию ДЗЗ, предложенную в работе [9] (Свиридов К.Н.. «Способ получения и обработки изображений, искаженных турбулентной атмосферой», решение о выдаче патента на изобретение № 2016100934/28(001133) от 12.03.2019 по заявке на изобретение № 2016100934 от 14.01.2016, заявитель и правообладатель АО «Российские космические системы»). Эта технология не требует изменения стратегии детектирования ВЗН и основана на последетекторной адаптивной фильтрации зарегистрированного длинно-экспозиционного изображения ДЗЗ, пространственно-инвариантного к атмосферным искажениям во всем поле зрения системы атмосфера-телескоп ДЗЗ. Проведенные исследования [10] (Свиридов К.Н., «Адаптивная фильтрация средних изображений, искаженных турбулентной атмосферой», Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2015, т. 2, вып. 4, с. 40), подтвердили эффективность адаптивной фильтрации длинно-экспозиционного изображения, искаженного турбулентной атмосферой, по улучшению его разрешения. При этом получено, что выигрыш в разрешении не превышает 2-х раз, но и этот выигрыш может оказаться достаточным для повышения уровня линейного разрешения на местности отечественных данных ДЗЗ [11] (Cвиридов К.Н., «О предельном инструментальном разрешении космического аппарата «Ресурс-П» (№ 1, 2, 3)», Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2017, т. 4, вып. 2, с. 20.), равного , до зарубежного уровня пространственного разрешения [5], равного . As an analogue of the proposed method, we consider the algorithmic ERS technology proposed in [9] (Sviridov K.N .. "A method for obtaining and processing images distorted by a turbulent atmosphere", the decision to issue a patent for invention No. 2016100934/28 (001133) dated 12.03 .2019 on application for invention No. 2016100934 dated 14.01.2016, applicant and copyright holder of JSC Russian Space Systems). This technology does not require a change in the WZV detection strategy and is based on post-detector adaptive filtering of the recorded long-exposure ERS image, which is spatially invariant to atmospheric distortions throughout the entire field of view of the ERS atmosphere-telescope system. The studies [10] (Sviridov K.N., "Adaptive filtering of middle images distorted by a turbulent atmosphere", Rocket and space instrument making and information systems, 2015, vol. 2,
Заметим, что эти оценки линейного разрешения КА ДЗЗ на местности даны на базе отечественного критерия оценки, предложенного в АО «Российские космические системы», который свободен от недостатков и ограничений зарубежного критерия оценки GSD, и связан с ним соотношением РКС=2GSD [12] (Свиридов К.Н., Тюлин А.Е., «О критериях оценки предельного инструментального разрешения космического аппарата дистанционного зондирования Земли на местности», Информация и Космос, 2018, № 3, с. 143). Приведенные оценки, однако, далеки от дифракционного предела инструментального разрешения КА ДЗЗ на местности вследствие двух причин: не скомпенсированного влияния атмосферы, а, главное, из-за рассогласования объектива и цифрового детектора ОЭА по критерию Найквиста, эквивалентного диафрагмированию DЭ приемной апертуры объектива D (DЭ<D). Предлагаемый здесь способ устраняет обе эти причины и обеспечивает достижение дифракционного предела линейного разрешения МКА ДЗЗ на местности в условиях атмосферных искажений.Note that these estimates of the linear resolution of the Earth remote sensing spacecraft on the ground are given on the basis of the domestic evaluation criterion proposed by JSC Russian Space Systems, which is free from the shortcomings and limitations of the foreign criterion for evaluating GSD, and is associated with it by the relationship RKS = 2GSD [12] ( Sviridov K.N., Tyulin A.E., “On the criteria for assessing the limiting instrumental resolution of a spacecraft for remote sensing of the Earth on the ground”, Information and Cosmos, 2018, No. 3, p. 143). The above estimates, however, are far from the diffraction limit of the instrumental resolution of the ERS spacecraft on the ground due to two reasons: the uncompensated influence of the atmosphere, and, most importantly, because of the mismatch between the lens and the digital detector OEA according to the Nyquist criterion, which is equivalent to the diaphragm setting D E of the receiving aperture of the lens D ( D E <D). The method proposed here eliminates both of these reasons and ensures the achievement of the diffraction limit of the linear resolution of the ERS small spacecraft on the ground in conditions of atmospheric distortion.
В качестве прототипа предлагаемого способа выбираем аппаратурно-алгоритмическую технологию, предложенную в работе [13] (Свиридов К.Н., «Способ дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)», Патент Российской Федерации №2531024 от 20.08.2014 по заявке на изобретение № 2013125540 от 03.06.2013, заявитель и правообладатель АО «Российские космические системы»). Этот способ основан на комбинированном использовании «мгновенных» (коротко-экспозиционных) изображений зондируемого участка земной поверхности и среднего (длинно-экспозиционного) изображения, получаемого их накоплением.As a prototype of the proposed method, we select the hardware-algorithmic technology proposed in [13] (Sviridov K.N., "Method for remote sensing of the Earth (ERS)", Patent of the Russian Federation No. 2531024 dated 08/20/2014 on application for invention No. 2013125540 dated 03.06.2013, applicant and copyright holder of JSC Russian Space Systems). This method is based on the combined use of “instant” (short-exposure) images of the probed area of the earth's surface and the average (long-exposure) image obtained by their accumulation.
Аппаратурная технология прототипа заключается в формировании и детектировании спектрально-фильтруемых, коротко-экспозиционных изображений зондируемого участка земной поверхности, статистически независимых друг от друга по атмосферным искажениям, но пространственно-неинвариантных к ним.The hardware technology of the prototype consists in the formation and detection of spectrally-filtered, short-exposure images of the probed area of the earth's surface, statistically independent from each other in atmospheric distortions, but spatially non-invariant to them.
Алгоритмическая технология прототипа заключается в том, что по зарегистрированной серии коротко-экспозиционных изображений определяют неискаженный атмосферой модуль пространственного спектра от объекта, а по полученному их накоплением длинно-экспозиционному изображению, являющемуся пространственно-инвариантным к атмосферным искажениям, определяют низкочастотную часть фазы пространственного спектра от объекта, комбинируя которые и осуществляя Фурье преобразование от синтезированного пространственного спектра, восстанавливают улучшенное обработкой изображение зондируемого участка земной поверхности.The algorithmic technology of the prototype is that according to the registered series of short-exposure images, the module of the spatial spectrum from the object is determined not distorted by the atmosphere, and from the long-exposure image obtained by their accumulation, which is spatially invariant to atmospheric distortions, the low-frequency part of the phase of the spatial spectrum from the object is determined , combining which and carrying out the Fourier transform from the synthesized spatial spectrum, restore the image of the probed area of the earth's surface improved by processing.
Исследования данного способа, проведенные в работе [14] (Cвиридов К.Н., «О новом подходе к получению и обработке изображений ДЗЗ, искаженных турбулентной атмосферой», Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2014, т.1, вып.4, с.28), показали, что здесь в результате обработки восстанавливают среднее коротко-экспозиционное изображение, характеризуемое по разрешению средней коротко-экспозиционной ОПФ, в отличие от ранее получаемого разрешения [3,4,5], характеризуемого средней длинно-экспозиционной ОПФ, обусловленной стратегией детектирования изображений–ВЗН.Studies of this method carried out in [14] (Sviridov K.N., "On a new approach to obtaining and processing ERS images distorted by a turbulent atmosphere", Rocket and space instrument making and information systems, 2014, vol. 1,
Главным недостатком прототипа, как и аналогов, является то, что при проектировании и создании оптико-электронной аппаратуры (ОЭА) КА ДЗЗ в них, объектив и цифровой детектор не были согласованы по критерию Найквиста, что препятствовало достижению при обработке изображений дифракционного предела разрешения КА ДЗЗ на местности, а сама обработка, даже при наличии такого согласования, не позволял достичь дифракционного предела разрешения, так как не полностью компенсировала атмосферные искажения восстанавливаемого изображения в области высоких пространственных частот.The main disadvantage of the prototype, as well as of its analogues, is that during the design and creation of optoelectronic equipment (OEA) of the ERS spacecraft in them, the lens and the digital detector were not matched by the Nyquist criterion, which prevented the achievement of the diffraction limit of the ERS spacecraft resolution during image processing. on the ground, and the processing itself, even with such a match, did not allow reaching the diffraction limit of resolution, since it did not fully compensate for the atmospheric distortions of the reconstructed image in the region of high spatial frequencies.
Для устранения отмеченных недостатков прототипа предлагается данный способ.To eliminate the noted shortcomings of the prototype, this method is proposed.
Предлагаемый способ можно, как и прототип, отнести к аппаратурно-алгоритмической технологии достижения высокого линейного разрешения МКА ДЗЗ на местности.The proposed method, like the prototype, can be attributed to the hardware-algorithmic technology for achieving high linear resolution of the ERS small satellite on the ground.
При этом аппаратурная технология предлагаемого способа заключается в совершенном проектировании ОЭА, основанном на согласовании телескопического объектива и цифрового детектора ОЭА по критерию Найквиста и обеспечивающем возможность достижения дифракционного предела инструментального разрешения МКА ДЗЗ на местности. Эта технология реализуется на этапе получения в панхроматической полосе спектральной фильтрации цифрового детектора серии из N коротко-экспозиционных (τЭ≤τА) изображений зондируемого участка земной поверхности, статистически независимых по атмосферным искажениям и пространственно-инвариантных к ним. Введение между объективом и цифровым детектором фотоувеличительной оптики, согласующей ОЭА по критерию Найквиста, в отличие от использования для этой цели одного длиннофокусного объектива, позволяет уменьшить вес и габариты ОЭА, что является важным при создании малых КА ДЗЗ.At the same time, the hardware technology of the proposed method consists in the perfect design of the OEA, based on the matching of the telescopic lens and the digital detector OEA according to the Nyquist criterion and providing the possibility of reaching the diffraction limit of the instrumental resolution of the ERS MCA on the ground. This technology is implemented at the stage of obtaining in the panchromatic spectral filtering band of a digital detector a series of N short-exposure (τ E ≤τ A ) images of the probed area of the earth's surface, statistically independent in atmospheric distortions and spatially invariant to them. The introduction of photomagnifying optics between the objective and the digital detector, which matches the OEA according to the Nyquist criterion, in contrast to the use of one long-focus lens for this purpose, allows one to reduce the weight and dimensions of the OEA, which is important when creating small ERS spacecraft.
Аппаратурная технология коротко-экспозиционной регистрации «мгновенных» изображений позволяет устранить, не только временное усреднение атмосферных искажений каждого изображения в серии, но и смаз каждого изображения. Устранению смаза регистрируемых изображений, помимо короткой экспозиции, способствует также осуществление программных разворотов МКА относительно его центра масс для замедления при этом движения регистрируемого изображения зондируемого участка земной поверхности по приемной матрице цифрового детектора.The hardware technology of short-exposure registration of “instantaneous” images allows to eliminate not only the temporal averaging of atmospheric distortions of each image in a series, but also the blur of each image. The elimination of blurring of the recorded images, in addition to a short exposure, is also facilitated by the implementation of programmed turns of the small spacecraft relative to its center of mass in order to slow down the movement of the recorded image of the probed area of the earth's surface along the receiving matrix of the digital detector.
Алгоритмическая технология предлагаемого способа реализуется на этапе обработки серии из N «мгновенных», статистически независимых изображений и направлена на формирование высококонтрастного дифракционно ограниченного изображения зондируемого участка земной поверхности, для этого сначала анализируют зарегистрированную серию из N дифракционно ограниченных, случайно сдвинутых и ослабленных атмосферой изображений и селектируют (отбирают) в ней наиболее четкие и контрастные изображения, отбраковывая размытые и зашумленные, затем суммируют отобранные изображения и формируют эталонное изображение зондируемого участка земной поверхности, определяют по нему характерные особенности (опорные ориентиры) зондируемого участка земной поверхности и сравнивают каждое из М отобранных селекцией коротко-экспозиционных изображений с эталонным, определяя в них характерные особенности эталона, далее сдвигают коротко-экспозиционные изображения, совмещая их характерные особенности с характерными особенностями эталона, и компенсируют при этом атмосферные сдвиги изображений, после чего накапливают сдвинутые коротко-экспозиционные изображения, увеличивая отношение сигнал/шум (контраст) результирующего изображения в раз, и получают контрастное дифракционно ограниченное панхроматическое изображение зондируемого участка земной поверхности, а, анализируя его через мультиспектральные узкополосные фильтры, осуществляют многозональную тематическую обработку, при которой в интересах различных потребителей отслеживают изменения состояний естественных и искусственных объектов на зондируемом участке земной поверхности.The algorithmic technology of the proposed method is implemented at the stage of processing a series of N "instantaneous", statistically independent images and is aimed at the formation of a high-contrast diffraction-limited image of the probed area of the earth's surface, for this, first, a registered series of N diffraction-limited, randomly shifted and weakened by the atmosphere images is analyzed and (select) the clearest and most contrasting images in it, rejecting blurry and noisy, then summarize the selected images and form a reference image of the probed area of the earth's surface, determine from it the characteristic features (reference points) of the probed area of the earth's surface and compare each of the M selected by selection briefly -exposure images with the reference, defining in them the characteristic features of the reference, then they shift short-exposure images, combining their characteristic features with the characteristic features standard, and at the same time compensate for the atmospheric shifts of the images, after which the shifted short-exposure images are accumulated, increasing the signal-to-noise ratio (contrast) of the resulting image in times, and a contrast diffraction limited panchromatic image of the probed area of the earth's surface is obtained, and, analyzing it through multispectral narrow-band filters, they carry out multi-zone thematic processing, in which, in the interests of various consumers, changes in the states of natural and artificial objects on the probed area of the earth's surface are monitored.
Техническим результатом (целью) предлагаемого способа является достижение дифракционного предела разрешения изображений ДЗЗ и повышение их контраста путем согласования ОЭА получения изображений ДЗЗ по критерию Найквиста и компенсации атмосферных искажений изображений ДЗЗ при их получении и обработке.The technical result (goal) of the proposed method is to achieve the diffraction limit of the resolution of the remote sensing images and increase their contrast by matching the OEA for obtaining the remote sensing images according to the Nyquist criterion and compensating for atmospheric distortions of the remote sensing images during their acquisition and processing.
Технический результат достигается тем, что, для согласования объектива и цифрового детектора оптико-электронной аппаратуры (ОЭА) МКА ДЗЗ по критерию Найквиста, выбирают цифровой детектор с пикселем d, определяют период дискретизации цифрового детектора 2d и формируют его проекцию на зондируемую земную поверхность , приравнивают ее к требуемому линейному разрешению и дифракционному пределу разрешения МКА ДЗЗ на местности , где .средняя длина волны солнечного излучения подсвета в видимом диапазоне длин волн ΔλВ=(0,43÷0,73)мкм, и на основании равенства определяют требуемый диаметр апертуры объектива проектируемой ОЭА, как D=λH/RЛРМ {м}, а на основании равенства определяют фокусное расстояние объектива проектируемой ОЭА, как {м}, затем, для оценки результатов проектирования ОЭА, формируют коэффициент совершенства проектируемой ОЭА, как отношение , и, подставляя в него результаты проектирования: D и F, а также d и , получают величину , равную единице (КС=1) при наличии согласования FC=FK , что свидетельствует о совершенстве спроектированной ОЭА, согласованной по критерию Найквиста ( ) и обеспечивающей достижение дифракционного предела инструментального разрешения МКА ДЗЗ на местности ( ), далее, для реализации результатов проектирования, создают спроектированную ОЭА, содержащую выбранный цифровой детектор с пикселем d и объектив с диаметром D и фокусным расстоянием F, а для увеличения фокусного расстояния объектива до согласующей величины FC=FK в ОЭА между объективом и цифровым детектором вводят фотоувеличительную оптику, совмещая ее оптическую ось с оптической осью объектива и размещая стандартные микро объективы (или линзы Барлоу) с увеличением МХ=К между объективом и цифровым детектором ОЭА так, чтобы передний фокус фотоувеличительной оптики находился в фокальной плоскости объектива F, а задний фокус сборки объектива и фотоувеличительной оптики FC находился в плоскости формируемых и детектируемых изображений, далее размещают созданную ОЭА на борту МКА ДЗЗ, выводят МКА на орбиту и осуществляют дистанционное зондирование наблюдаемых участков земной поверхности, для чего в режиме орбитальной ориентации МКА ДЗЗ производят его программные развороты вокруг центра масс в продольном направлении, и при этом, подлетая к объекту наблюдения на расстояние, равное высоте полета Н, МКА ДЗЗ наводит на него ОЭА и, препятствуя возникновению смазов изображений, удерживает ОЭА в направлении зондируемого участка до тех пор, пока не удалится от него на такое же расстояние Н, одновременно с этим на борту МКА ДЗЗ в узком поле зрения сборки объектив-фото увеличительная оптика и в широкой полосе спектральной чувствительности цифрового детектора при (где , а – дисперсия атмосферных искажений фазы θ светового излучения на апертуре D, всегда меньшая единицы в задачах ДЗЗ) регистрируют серию из N коротко-экспозиционных изображений зондируемого участка земной поверхности при τЭ=τА=1мс (где τЭ –время экспозиции регистрируемых изображений, а τА–интервал временной корреляции атмосферных флуктуаций), статистически независимых друг от друга по атмосферным искажениям при τП>τД (где τП=6τК- промежуток между соседними регистрациями, τК – длительность кадра, а τД–инерционность цифрового детектора) и передают их на землю для последующей обработки, при которой, сначала анализируют зарегистрированную серию из N дифракционно ограниченных, случайно сдвинутых и ослабленных атмосферой, малоконтрастных изображений и селектируют (отбирают) в ней М наиболее четких и контрастных изображений, отбраковывая размытые и зашумленные, затем суммируют отобранные изображения и формируют эталонное высококонтрастное изображение зондируемого участка земной поверхности, определяют по нему характерные особенности (опорные ориентиры) и сравнивают каждое из М отобранных селекцией коротко-экспозиционных изображений с эталонным, определяя в них характерные особенности эталона, далее сдвигают коротко-экспозиционные изображения, совмещая их характерные особенности с характерными особенностями эталона, и компенсируют при этом атмосферные сдвиги изображений, после чего накапливают сдвинутые дифракционно ограниченные изображения, увеличивая отношение сигнал/шум (контраст) результирующего изображения в раз, и получают контрастное дифракционно ограниченное панхроматическое изображение зондируемого участка земной поверхности для картографирования и других задач ДЗЗ сверхвысокого разрешения, а, анализируя его через мультиспектральные узкополосные фильтры, осуществляют многозональную тематическую обработку, при которой в интересах различных потребителей отслеживают изменения состояний естественных и искусственных объектов на зондируемом участке земной поверхности.The technical result is achieved by the fact that, in order to match the lens and the digital detector of optical-electronic equipment (OEA) of the MCA ERS according to the Nyquist criterion, a digital detector with pixel d is selected, the sampling period of the digital detector 2d is determined and its projection is formed on the probed earth surface , equate it to the required linear resolution and the diffraction limit of resolution of the MCA ERS on the ground , Where ...average wavelength of solar radiation illumination in the visible wavelength range ΔλIN= (0.43 ÷ 0.73) μm, and based on the equality determine the required diameter of the lens aperture of the projected OEA, as D = λH / RLRM{m}, and on the basis of equality determine the focal length of the lens of the projected OEA, as {m}, then, to evaluate the design results of the OEA, the coefficient of perfection of the designed OEA is formed as the ratio , and, substituting the design results into it: D and F, as well as d and , get the value equal to one (KFROM= 1) in the presence of agreement FC= FK, which indicates the perfection of the designed OEA, consistent with the Nyquist criterion ( ) and ensuring the achievement of the diffraction limit of the instrumental resolution of the ERS small spacecraft on the ground ( ), then, to implement the design results, create a designed OEA containing a selected digital detector with a pixel d and a lens with a diameter D and a focal length F, and to increase the focal length of the lens to a matching value FC= FK in the OEA between the lens and the digital detector, photographic magnifying optics are introduced, aligning its optical axis with the optical axis of the lens and placing standard micro lenses (or Barlow lenses) with magnification MX= K between the lens and the digital detector OEA so that the front focus of the magnifying optics is in the focal plane of the lens F, and the back focus of the lens assembly and the magnifying optics is FC was in the plane of the generated and detected images, then the created OEA is placed on board the ERS spacecraft, the spacecraft is placed into orbit and remote sensing of the observed areas of the earth's surface is carried out, for which, in the orbital orientation mode, the ERS spacecraft performs programmed turns around the center of mass in the longitudinal direction, and at the same time, flying up to the object of observation at a distance equal to the flight altitude H, the ERS MCA directs the OEA at it and, preventing the appearance of image smears, keeps the OEA in the direction of the sounded area until it moves away from it at the same distance H, simultaneously with this, on board the ERS small spacecraft in a narrow field of view of the lens-photo assembly magnifying optics and in a wide spectral sensitivity band of a digital detector at (Where , and - the dispersion of atmospheric distortions of the phase θ of the light radiation at the aperture D, always less than unity in ERS problems) a series of N short-exposure images of the probed area of the earth's surface is recorded at τE= τAND= 1ms (where τEIs the exposure time of the recorded images, and τANDIs the interval of time correlation of atmospheric fluctuations), statistically independent of each other in terms of atmospheric distortions at τP> τD (where τP= 6τTO- the interval between adjacent registrations, τTOIs the frame duration, and τD- the inertia of the digital detector) and transmit them to the ground for subsequent processing, in which, first, the registered series of N diffraction limited, randomly shifted and weakened by the atmosphere, low-contrast images is analyzed and M of the clearest and most contrasting images are selected (selected) in it, rejecting blurry and noisy, then summarize the selected images and form a reference high-contrast image of the probed area of the earth's surface, determine from it the characteristic features (reference landmarks) and compare each of the M short-exposure images selected by selection with the reference, defining the characteristic features of the reference in them, then shift shortly -exposure images, combining their characteristic features with the characteristic features of the reference, and compensate for the atmospheric shifts of the images, after which the shifted diffraction-limited images are accumulated, increasing the signal-to-noise ratio (contrast) to the cut flipping image into times, and receive a contrast diffraction limited panchromatic image of the probed area of the earth's surface for mapping and other tasks of ultra-high resolution ERS, and analyzing it through multispectral narrow-band filters, they carry out multi-zone thematic processing, in which, in the interests of various consumers, changes in the states of natural and artificial objects are monitored probed area of the earth's surface.
Признаки и суть заявляемого изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее:The features and essence of the claimed invention are illustrated in the following detailed description, illustrated by the drawings, which shows the following:
На Фиг.1 представлен Вариант схемы практической реализации заявляемого способа, на которой изображено:Figure 1 shows a variant of the scheme of the practical implementation of the proposed method, which shows:
на Фиг.1а – Структурная схема канала формирования изображений ДЗЗ, где:Fig. 1a - Block diagram of the ERS imaging channel, where:
1 – зеркальный телескопический объектив с диаметром апертуры D и фокусным расстоянием F, построенный по схеме Ричи-Кретьена или Долла-Киркхема и изготовленный полностью из карбида кремния (SiC), что обеспечивает его малые габариты и вес, требуемые при создания МКА ДЗЗ;1 - mirror telescopic lens with aperture diameter D and focal length F, built according to the Ritchie-Chrétien or Doll-Kirkham scheme and made entirely of silicon carbide (SiC), which ensures its small dimensions and weight required for the creation of an ERS small spacecraft;
2 – фокальная плоскость объектива F;2 - focal plane of the lens F;
3 – фотоувеличительная оптика (МХ=К), обеспечивающая согласование объектива и цифрового детектора по критерию Найквиста. В качестве фотоувеличительной оптики могут быть использованы стандартные микрообъективы или линзы Барлоу;3 - photomagnification optics (M X = K), which ensures the matching of the lens and the digital detector according to the Nyquist criterion. Standard micro-lenses or Barlow lenses can be used as photomagnification optics;
4 – фокальная плоскость согласующей фотоувеличительной оптики (плоскость формируемых и детектируемых изображений) FC ( FC=FК );4 - focal plane of matching photo-magnifying optics (plane of formed and detected images) F C (F C = FK);
на Фиг.1б – Структурная схема канала детектирования и регистрации изображений ДЗЗ, где:Fig.1b - Block diagram of the channel for detecting and registering ERS images, where:
4 – плоскость формируемых и детектируемых изображений FC;4 - the plane of the formed and detected images F C ;
5 – электромеханический затвор, осуществляющий выбор времени экспозиции каждого регистрируемого кадра τЭ меньшим времени «замороженности» турбулентностей атмосферы τА=1мс (τЭ≤τА), обеспечивая отсутствие временного усреднения атмосферных искажений и возможных смазов каждого регистрируемого изображения. При регистрации серии коротко-экспозиционных изображений необходимо обеспечить их статистическую независимость друг от друга по атмосферным искажениям. Для этого требуется выбирать промежуток времени между отдельными коротко-экспозиционными регистрациями в серии τП, превышающим инерционность цифрового детектора τД. Вследствие инерционности цифрового детектора 6 на его мишени может сохраняться заряд от 4÷5 предыдущих кадров при регистрации последующих, что может вести к накоплению и усреднению регистрируемых коротко-экспозиционных изображений. Для устранения влияния инерционности детектора предлагается регистрировать выборочные кадры, а не все подряд, и между регистрациями очищать детектор от остаточного заряда.5 - electromechanical shutter, which selects the exposure time of each recorded frame τ E less than the time of "freezing" of atmospheric turbulence τ A = 1 ms (τ E ≤ τ A ), ensuring the absence of time averaging of atmospheric distortions and possible smears of each recorded image. When registering a series of short-exposure images, it is necessary to ensure their statistical independence from each other in terms of atmospheric distortions. To do this, it is required to choose the time interval between individual short-exposure recordings in the series τ P , exceeding the inertia of the digital detector τ D. Due to the inertia of the
Затвор 5, осуществляя реализацию стратегии «выборочного кадра», экспонирует только один кадр цифрового детектора из каждых восьми.The
При заданной затвором производительности цикла детектирования 14% практически регистрируются только 7 кадров в секунду с промежутком времени между экспонируемыми изображениями τП=6τК=120мсек, где τК– время одного кадра, τК=20мсек при частоте кадров 50Гц для ПЗС матрицы. Для матрицы КМОП с частотой кадров 33Гц и τК=30мсек регистрируют 7 кадров в секунду с производительностью цикла детектирования 21% и тем же промежутком между регистрациями τП=4τК=120мсек. Наличие такого промежутка между регистрациями τП>τД способствует тому, что регистрируемые изображения являются независимыми друг от друга по атмосферным искажениям, а также свободны от эффектов инерционности цифрового детектора. Оба эти факта свидетельствуют об отсутствии временного усреднения изображений, исходных для обработки серии;With a 14% detection cycle performance set by the shutter, only 7 frames per second are practically recorded with a time interval between the exposed images τ P = 6τ K = 120 ms, where τ K is the time of one frame, τ K = 20 ms at a frame rate of 50 Hz for a CCD matrix. For a CMOS matrix with a frame rate of 33Hz and τ K = 30 ms, 7 frames per second are recorded with a detection cycle rate of 21% and the same interval between registrations τ P = 4τ K = 120 ms. The presence of such an interval between registrations τ P > τ D contributes to the fact that the recorded images are independent from each other in terms of atmospheric distortions, and also free from the effects of inertia of the digital detector. Both of these facts testify to the absence of time averaging of the images initial for processing the series;
6 – цифровой детектор {ПЗС матрица или КМОП матрица} (КМОП –комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) с элементом дискретизации (пикселем) d предназначен для детектирования и регистрации серии из N коротко-экспозиционных, статистически независимых изображений. При стратегии детектирования «выборочного кадра» работа цифрового детектора 6 осуществляется следующим образом:6 - digital detector {CCD matrix or CMOS matrix} (CMOS - complementary metal-oxide-semiconductor structure) with a sampling element (pixel) d is designed to detect and register a series of N short-exposure, statistically independent images. With the "sample frame" detection strategy, the
кадр 1 – диск вращающегося прерывателя светового излучения (затвора 5), синхронизированного с частотой кадров цифрового детектора,frame 1 - the disk of the rotating light chopper (shutter 5) synchronized with the frame rate of the digital detector,
открывает фотокатод на время экспозиции τЭ, согласованное с интервалом временной корреляции атмосферных флуктуаций τА, τЭ=τА=1мсек. В течение этого интервала экспонирования считывающий луч цифрового детектора 6 запирается стробирующим импульсом управления;opens the photocathode for the exposure time τ E , consistent with the time correlation interval of atmospheric fluctuations τ A , τ E = τ A = 1 ms. During this exposure interval, the reading beam of the
кадр 2 – считывающий луч включается, и кремниевая поверхность мишени цифрового детектора 6 считывается в цифровую систему обработки видеосигналов 7;frame 2 - the reading beam is switched on, and the silicon surface of the target of the
кадр 3 – вспыхивает светодиод, насыщая кремниевую поверхность мишени цифрового детектора 6 и обеспечивая однородность последующего стирания мишени без остатков изображения;frame 3 - the LED flashes, saturating the silicon surface of the target of the
кадры 4, 5, 6, 7, 8 – обычное считывание мишени, как в кадре 2, чтобы полностью разрядить ее кремниевую поверхность, при закрытом затвором 5 фотокатоде цифрового детектора 6.
Таким образом, кадр 1 используют для записи сформированного изображения на мишень, кадр 2 используют для считывания изображения с мишени и формирования видеосигнала, а кадры 3÷8 используют для насыщения и стирания мишени цифрового детектора 6;Thus,
7 – цифровая система обработки видеосигналов предназначена для оцифровки серии из N коротко-экспозиционных изображений, поступающих с цифрового детектора 6. Оцифрованные в 7 изображения зондируемого участка земной поверхности записываются в буферную память бортового компьютера 8;7 - digital video signal processing system is designed to digitize a series of N short-exposure images coming from a
8 – бортовой компьютер осуществляет программные развороты МКА ДЗЗ вокруг центра масс для замедления движения детектируемых изображений по входной матрице цифрового детектора и передает оцифрованные изображения из буферной памяти на кодирующее устройство 9;8 - the on-board computer performs software turns of the ERS MCA around the center of mass to slow down the motion of the detected images along the input matrix of the digital detector and transfers the digitized images from the buffer memory to the
9 – кодирующее устройство сжимает и кодирует информацию для ее передачи на Землю;9 - the encoder compresses and encodes information for transmission to the Earth;
10 – бортовой радиолокационный передатчик передает информацию с кодирующего устройства 9 по радиолинии на Землю для последующей обработки изображений.10 - the onboard radar transmitter transmits information from the
Обработка серии коротко-экспозиционных, статистически независимых по атмосферным искажениям изображений зондируемого участка земной поверхности, полученных на борту МКА ДЗЗ в соответствии с Фиг.1а и Фиг.1б и переданных по радиолинии, осуществляется на Земле по схеме, представленной на Фиг.1в.The processing of a series of short-exposure, statistically independent in atmospheric distortions images of the probed area of the earth's surface, obtained on board the ERS satellite in accordance with Fig. 1a and Fig. 1b and transmitted via a radio link, is carried out on the Earth according to the scheme shown in Fig. 1c.
Здесь на Фиг.1в–структурная схема канала обработки изображений ДЗЗ, на которой:Here, Fig. 1c is a block diagram of the ERS image processing channel, on which:
11 – наземный радиолокационный приемник принимает по радиолинии информацию с бортового радиолокационного передатчика 10;11 - a ground-based radar receiver receives information from an on-
12 – декодирующее устройство преобразует информацию, полученную в 11 к виду, удобному для записи в память вычислительных средств 13;12 - the decoding device converts the information received in 11 to a form convenient for recording in the memory of computing means 13;
13 – вычислительные средства, ЭВМ, предназначены для реализации на Земле алгоритма 15 обработки серии изображений с МКА ДЗЗ;13 - computing facilities, computers, are designed to implement on the Earth the
14 – программное обеспечение (ПО) вычислительных средств 13 предназначено для организации работы вычислительных средств и, в частности, для реализации алгоритма 15 обработки изображений ДЗЗ;14 - software (SW) of
15 – алгоритм обработки изображений ДЗЗ представляет предлагаемую последовательность операций над зарегистрированной серией «мгновенных»(коротко-экспозиционных) изображений, обеспечивающую достижение максимального (дифракционного) предела разрешения МКА ДЗЗ на местности и повышения контраста изображений ДЗЗ в условиях атмосферных искажений;15 - the ERS image processing algorithm represents the proposed sequence of operations over the registered series of "instantaneous" (short-exposure) images, ensuring the achievement of the maximum (diffraction) limit of the resolution of the ERS MCA on the ground and increasing the contrast of the ERS images in conditions of atmospheric distortion;
16 – АРМ оператора предназначено для контроля процесса обработки изображений и анализа их качества (разрешения и контраста) в процессе реализации алгоритма 15 обработки изображений ДЗЗ;16 - the operator's workstation is designed to control the image processing process and analyze their quality (resolution and contrast) in the process of implementing the
17 – потребители панхроматических изображений ДЗЗ высокого контраста и сверхвысокого разрешения (RЛРМ <1м), а также информации многозональной тематической обработки.17 - consumers of panchromatic ERS images of high contrast and ultra-high resolution (R LRM <1m), as well as information of multispectral processing.
На Фиг.2 представлены Критерии оценки предельного инструментального разрешения ОЭА КА ДЗЗ на местности: а) в аналогах (критерий GSD) и б) в заявляемом способе (критерий РКС).Figure 2 presents the Criteria for assessing the limiting instrumental resolution of the OEA of the ERS spacecraft on the ground: a) in analogs (GSD criterion) and b) in the claimed method (RCS criterion).
В Таблице 1 представлены коэффициенты совершенства ОЭА существующих КА ДЗЗ сверхвысокого разрешения, спроектированной с использованием критерия GSD.Table 1 shows the OEA perfection coefficients of the existing ultra-high resolution ERS spacecraft, designed using the GSD criterion.
Для всех этих КА ДЗЗ коэффициент совершенства больше двух (K>2), что свидетельствует о несовершенстве спроектированной ОЭА, так как в совершенной ОЭА, согласованной по критерию Найквиста, коэффициент совершенства равен единице (КС=1).For all these ERS spacecraft, the perfection coefficient is more than two (K> 2), which indicates the imperfection of the designed OEA, since in a perfect OEA, agreed according to the Nyquist criterion, the perfection coefficient is equal to one (K C = 1).
На Фиг.3 представлена блок-схема реализации заявляемого способа в части проектирования ОЭА на базе критерия оценки предельного инструментального разрешения МКА ДЗЗ на местности –РКС (R2dH/F).Figure 3 shows a block diagram of the implementation of the proposed method in terms of the design of the OEA based on the criterion for assessing the limiting instrumental resolution of MCA ERS on the ground - RKS (R 2dH / F ).
На Фиг.4 представлена блок-схема алгоритма обработки–15(Фиг.1в) зарегистрированной серии N коротко-экспозиционных изображений зондируемого участка земной поверхности..Fig. 4 presents a block diagram of the processing algorithm-15 (Fig. 1c) of the registered series of N short-exposure images of the probed area of the earth's surface.
На Фиг.5 представлена геометрия дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).Figure 5 shows the geometry of Earth remote sensing (ERS).
Работа системы дистанционного зондирования Земли по представленным на Фиг.1 структурным схемам в целом осуществляется, как и в прототипе.The operation of the Earth remote sensing system according to the structural diagrams shown in FIG. 1 is generally carried out as in the prototype.
Отличие от прототипа здесь заключается, во-первых, в последовательности операций совершенного проектирования (Фиг.3) оптико-электронной аппаратуры (ОЭА) получения изображений (Фиг1а), основанного на определении требуемых параметров (D и F) объектива ОЭА и согласовании по критерию Найквиста объектива ОЭА с выбранным цифровым детектором ОЭА, имеющим пиксель d, путем требуемого увеличения фокусного расстояния объектива до согласующей величины FC=FMX, полученного на базе критерия РКС (Фиг.2) оценки предельного инструментального разрешения МКА ДЗЗ на местности и обеспечивающего достижение дифракционного предела инструментального разрешения МКА ДЗЗ на местности.The difference from the prototype here lies, firstly, in the sequence of operations of the perfect design (Fig. 3) of the optoelectronic equipment (OEA) for image acquisition (Fig. 1a), based on the determination of the required parameters (D and F) of the OEA lens and the Nyquist criterion lens OEA with the selected digital detector OEA, having a pixel d, by the required increase in the focal length of the lens to the matching value F C = FM X , obtained on the basis of the RKS criterion (Fig. 2) assessing the limiting instrumental resolution of the ERS MCA on the ground and ensuring the achievement of the diffraction limit instrumental resolution of MCA ERS on the ground.
Второе существенное отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в последовательности операций обработки полученной серии коротко-экспозиционных изображений (Фиг.4).The second significant difference between the proposed method and the prototype is the sequence of processing operations for the resulting series of short-exposure images (Fig. 4).
Первая технология предлагаемого способа (технология совершенного проектирования ОЭА получения изображений) является аппаратурной, а вторая технология предлагаемого способа (технология обработки изображений) является алгоритмической, и только вместе они обеспечивают достижение дифракционного предела линейного разрешения МКА ДЗЗ на местности и высокого контраста изображений ДЗЗ при наличии атмосферных искажений.The first technology of the proposed method (the technology of perfect design of the OEA for obtaining images) is hardware, and the second technology of the proposed method (image processing technology) is algorithmic, and only together they ensure the achievement of the diffraction limit of the linear resolution of the ERS MCA on the ground and high contrast of the ERS images in the presence of atmospheric distortion.
Дадим обоснование предлагаемого способа, как в части совершенного проектирования ОЭА получения изображений, согласованной по критерию Найквиста фотоувеличительной оптикой 3 (Фиг.1а), так и в части алгоритмического обеспечения 15 (Фиг.1в) обработки зарегистрированной в 6 (Фиг.1б) серии из N коротко-экспозиционных изображений ДЗЗ.Let us give a rationale for the proposed method, both in terms of the perfect design of the OEA for obtaining images, matched by the Nyquist criterion with photo-magnifying optics 3 (Fig. 1a), and in terms of algorithmic support 15 (Fig. 1c) of processing the series registered in 6 (Fig. 1b) from N short-exposure remote sensing images.
Начнем с новой аппаратурной технологии заявляемого способа в части проектирования ОЭА получения изображений, основанной на новом критерии (критерии РКС) оценки предельного инструментального разрешения КА ДЗЗ на местности [11] и рассмотрим ее реализацию по блок-схеме, представленной на Фиг.3Let's start with the new hardware technology of the proposed method in terms of designing the OEA for image acquisition, based on a new criterion (DCS criteria) for assessing the ultimate instrumental resolution of the Earth remote sensing spacecraft on the ground [11] and consider its implementation according to the block diagram shown in Fig. 3
Известно, что наиболее информативным и востребованным потребителями продуктом ДЗЗ является оптическое изображение зондируемого участка земной поверхности. Существуют различные критерии оценки качества оптических изображений, однако, не многие из них пригодны для оценки эффективности наблюдательных оптических систем. Проведенные исследования [15] (Уэзерелл У., Оценка качества изображения, гл.6, в кн. под ред. Р. Шеннона, Дж. Вайанта, Проектирование оптических систем, 1983, М., изд. Мир.) свидетельствуют о том, что наиболее универсальным критерием, характеризующим как качество изображения объекта, так и эффективность системы его наблюдения, является разрешающая способность. Предельная величина инструментального разрешения МКА ДЗЗ на местности зависит от степени согласования объектива и цифрового детектора ОЭА по критерию Найквиста и может изменяться от некоторого реального значения инструментального предела разрешения МКА ДЗЗ на местности до величины максимального (дифракционного) предела инструментального разрешения. От выбора критерия оценки разрешения зависит, как правильность определения реального предела инструментального разрешения КА ДЗЗ на местности в процессе наблюдения, так и возможность согласования объектива 1 и цифрового детектора 6 ОЭА по критерию Найквиста в процессе проектирования ОЭА.It is known that the most informative and demanded by consumers ERS product is an optical image of the probed area of the earth's surface. There are various criteria for assessing the quality of optical images, however, not many of them are suitable for assessing the efficiency of observational optical systems. The studies carried out [15] (Wetserell U., Image quality assessment, ch. 6, in the book. Edited by R. Shannon, J. Wyant, Design of optical systems, 1983, M., ed. Mir.) Indicate that that the most universal criterion characterizing both the image quality of an object and the efficiency of its observation system is the resolution. The limiting value of the instrumental resolution of the ERS small spacecraft on the ground depends on the degree of agreement between the lens and the digital detector OEA according to the Nyquist criterion and can vary from some real value of the instrumental resolution limit of the ERS small spacecraft on the ground to the value of the maximum (diffraction) limit of the instrumental resolution. The choice of the criterion for evaluating the resolution determines both the correctness of determining the real limit of the instrumental resolution of the ERS spacecraft on the ground in the process of observation, and the possibility of matching the
С появлением цифровых детекторов появились новые критерии оценки предельного инструментального разрешения КА ДЗЗ на местности. Сегодня в качестве основного критерия оценки предела инструментального разрешения КА ДЗЗ на местности используют проекцию одного пикселя цифрового детектора d на зондируемую земную поверхность [5]. Этот предел пространственного разрешения на местности определяется соотношениемWith the advent of digital detectors, new criteria for assessing the ultimate instrumental resolution of ERS spacecraft on the ground have appeared. Today, the projection of one pixel of the digital detector d onto the probed earth surface is used as the main criterion for assessing the limit of the instrumental resolution of an ERS spacecraft on the ground [5]. This limit of spatial resolution on the ground is determined by the ratio
{м},(1) {m}, (1)
где Н высота КА ДЗЗ над зондируемой земной поверхностью.where H is the height of the ERS spacecraft above the probed earth surface.
Критерий (1) оценки предельного инструментального разрешения КА ДЗЗ на местности был принят в практике ДЗЗ с появлением цифровых детекторов: сначала за рубежом, где он был назван GSD [16] (Ground Sample Distance (GSD) Support (http://support.pix4d.com/he/en-us/articles/202559809), а впоследствии, без каких-либо обоснований правомерности его использования для оценки линейного разрешения на местности, он был принят и в российской практике ДЗЗ [17] (Хмелевской С.И., Тенденции в развитии цифровых аэросъемочных систем. Критерии сравнения и оценки, Геопрофи, 2011, №1, с.11).Criterion (1) for assessing the ultimate instrumental resolution of an ERS spacecraft on the ground was adopted in ERS practice with the advent of digital detectors: first abroad, where it was named GSD [16] (Ground Sample Distance (GSD) Support (http: //support.pix4d .com / he / en-us / articles / 202559809), and later, without any justification of the legality of its use to assess the linear resolution on the ground, it was adopted in the Russian practice of remote sensing [17] (Khmelevskoy S.I., Trends in the development of digital aerial survey systems. Criteria for comparison and evaluation, Geoprofi, 2011, No. 1, p.11).
Недостатком критерия GSD (1) является то, что он дает оптимистичную, но ошибочную оценку линейного разрешения на местности, ведущую к ограничениям (несовершенству) основанного на ней проектирования [12].The disadvantage of the GSD criterion (1) is that it gives an optimistic but erroneous estimate of the linear resolution on the ground, leading to limitations (imperfection) of the design based on it [12].
Эксперименты по оценке предельного инструментального разрешения КА ДЗЗ на местности в оптическом и радио диапазонах длин волн свидетельствуют о том, что в действительности размер проекции пикселя на Землю всегда меньше реального линейного разрешения RЛРМ данных ДЗЗ на местности [18] (Замшин В.В. Методы определения линейной разрешающей способности оптических и радиолокационных аэрокосмических изображений, Известия ВУЗов, Геодезия и аэрофотосъемка, 2014, №1, с.43).Experiments on the assessment of the limiting instrumental resolution of the ERS spacecraft on the ground in the optical and radio wavelength ranges indicate that in reality the size of the projection of a pixel on the Earth always less than real linear resolution R LRM of remote sensing data on the ground [18] (Zamshin VV Methods for determining the linear resolution of optical and radar aerospace images, Izvestiya VUZov, Geodesy and aerial photography, 2014, No. 1, p.43).
В настоящее время, однако, вопреки результатам многочисленных экспериментов, в качестве оценки предельной величины линейной разрешающей способности цифровых систем ДЗЗ на местности продолжают упорно использовать проекцию одного пикселя цифрового детектора на зондируемую земную поверхность GSD (1), то есть на практике имеет место неоправданное и необоснованное отождествление понятий линейной разрешающей способности на местности RЛРМ и размера проекции пикселя на Землю . Существует мнение [18], что такой подход к оценке разрешения КА ДЗЗ на местности «…используется для преднамеренного завышения декларируемых технических характеристик средств ДЗЗ по сравнению с их реальными показателями, чтобы повысить коммерческую привлекательность продуктов ДЗЗ на потребительском рынке…».At present, however, contrary to the results of numerous experiments, as an estimate of the limiting value of the linear resolution of digital ERS systems on the ground, they continue to stubbornly use the projection of one pixel of a digital detector onto the probed earth surface GSD (1), that is, in practice, there is an unjustified and unjustified identification of the concepts of linear resolution on the ground R LRM and the size of the projection of a pixel on the Earth ... There is an opinion [18] that such an approach to assessing the resolution of an ERS spacecraft on the ground "... is used to deliberately overestimate the declared technical characteristics of ERS equipment in comparison with their real performance in order to increase the commercial attractiveness of ERS products in the consumer market ...".
Это несоответствие оценок критерия GSD (1) результатам экспериментов стимулировало нас на проведение исследований, явившихся основой предлагаемого способа в части проектирования ОЭА получения изображений ДЗЗ.This discrepancy between the estimates of the GSD criterion (1) and the experimental results stimulated us to conduct research, which was the basis of the proposed method in terms of designing an OEA for obtaining remote sensing images.
Известно [19] (Характеристика качества изображения на сайте НТЦ Красногорский завод им. С.А. Зверева (http://www.zenithcamera.com/qa/qa-resolution.html), что определения линейного разрешения аналоговых фотоизображений по штриховым мирам в отечественной и зарубежной практике отличаются на уровне стандартов: ГОСТ и ISO. Действительно, российский стандарт в соответствии с ГОСТ 15114-78 [20] («Системы телескопические для оптических приборов. Визуальный метод определения предела разрешения», Введ. 30.01.1978. М.: Изд-во стандартов, 1978. 6с.) устанавливает, что линейное разрешение в изображении RЛРИ определяется периодом штриховой миры, то есть суммой светлой и темной линий , где р –размер светлой или темной линии – минимального разрешаемого элемента штриховой миры. При этом линейное разрешение на местности аналогового изображения ДЗЗ определяется проекцией линейного разрешения в изображении на зондируемую земную поверхность, как [21]It is known [19] (Characteristics of the image quality on the website of the STC Krasnogorsk plant named after S.A. Zverev (http://www.zenithcamera.com/qa/qa-resolution.html) that the definition of the linear resolution of analog photographic domestic and foreign practice differ at the level of standards: GOST and ISO. Indeed, the Russian standard in accordance with GOST 15114-78 [20] ("Telescopic systems for optical devices. Visual method for determining the resolution limit", Introduced 30.01.1978. M. : Publishing house of standards, 1978.6s.) Establishes that the linear resolution in the image R LRI is determined by the period of the dashed target , that is, the sum of the light and dark lines , where p is the size of the light or dark line - the minimum resolvable element of the dashed target. In this case, the linear resolution on the ground analog ERS image is determined by the linear resolution projection in the image on the sounded earth surface, as [21]
{м} (2) {m} (2)
[21] (Кононов В., Основы методики расчета разрешающей способности и точности определения координат аэрофототопографических систем.(http://www.geomatika.kiev.ua/training/DataCapture/RemoteSensing/Chapter103.html).[21] (Kononov V., Fundamentals of the methodology for calculating the resolution and accuracy of determining the coordinates of aerial phototopographic systems. (Http://www.geomatika.kiev.ua/training/DataCapture/RemoteSensing/Chapter103.html).
В случаях формирования цифровых изображений размер минимального разрешаемого элемента в изображении р равен размеру пикселя d цифрового детектора. При этом формула линейного разрешения на местности (2) преобразуется к видуIn cases of digital imaging, the size of the minimum resolvable element in the image p is equal to the pixel size d of the digital detector. In this case, the formula for linear resolution on the ground (2) is transformed to the form
{м} (3) {m} (3)
Полученное выражение для оценки линейного разрешения КА ДЗЗ на местности, как проекции периода дискретизации цифрового детектора 2d на зондируемую земную поверхность , и есть новый критерий оценки предельного инструментального разрешения КА ДЗЗ на местности, интуитивно предложенный в АО «Российские космические системы» (критерий РКС), ранее [11].The obtained expression for evaluating the linear resolution of the Earth remote sensing spacecraft on the ground, as the projection of the sampling period of the digital detector 2d onto the probed earth surface , and there is a new criterion for assessing the limiting instrumental resolution of the ERS spacecraft on the ground, intuitively proposed at JSC Russian Space Systems (DCS criterion), earlier [11].
Здесь этот критерий (3) получен аналитически на основании того, что период дискретизации (два пикселя) цифрового детектора, как и его проекция на зондируемую земную поверхность, для цифровых изображений ДЗЗ, эквивалентен периоду (сумме светлой и темной линий) штриховой миры, используемой для определения линейного разрешения на местности аналоговых фотоизображений ДЗЗ в соответствии с действующим российским стандартом оценки разрешения [20].Here, this criterion (3) is obtained analytically on the basis that the sampling period (two pixels) of the digital detector, like its projection onto the probed earth surface, for digital ERS images, is equivalent to the period (the sum of light and dark lines) of the dashed world used for determination of linear resolution on the ground of analogue remote sensing photographs in accordance with the current Russian standard for assessing resolution [20].
Вместе с тем очевидно, что один пиксель d в цифровом изображении, как и его проекция на зондируемую земную поверхность (критерий GSD), соответствуют половине периода штриховой миры аналогового изображения, то есть GSD эквивалентен одной (светлой или темной) линии штриховой миры и не может оценивать разрешение в соответствии с российским ГОСТ[20].At the same time, it is obvious that one pixel d in the digital image, as well as its projection onto the probed earth surface (GSD criterion), corresponds to half the period of the dashed target of the analog image, that is, the GSD is equivalent to one (light or dark) line of the dashed target and cannot evaluate the permit in accordance with Russian GOST [20].
За рубежом введение в практику ДЗЗ критерия GSD, по-видимому, было связано с зарубежными стандартами разрешения, в соответствии с которыми за величину линейного разрешения в изображении, как и на местности, принимается одна линия (светлая или темная) штриховой миры. В связи с этим в работе [19] отмечалось, что «…в стандартизованном для видео и цифровой фототехники зарубежном (см., например, ISO 12231, ISO 12233) термине «пара линий» за «линию» считается также и промежуток между штрихами миры, что физически неверно, так как в таком случае пространственная частота оказывается обратной полупериоду миры…». Это качественно свидетельствует об ошибочности критерия GSD и основанного на нем проектирования. Количественное подтверждение будет дано ниже.Abroad, the introduction of the GSD criterion into ERS practice, apparently, was associated with foreign resolution standards, in accordance with which one line (light or dark) of the dashed target is taken as the value of the linear resolution in the image, as in the field. In this regard, in [19] it was noted that “... in the foreign standardized for video and digital photographic equipment (see, for example, ISO 12231, ISO 12233), the term“ pair of lines ”for a“ line ”is also considered the interval between the strokes of the world , which is physically incorrect, since in this case the spatial frequency turns out to be inverse to the half-period of the world ... ". This qualitatively testifies to the erroneousness of the GSD criterion and the design based on it. Quantitative confirmation will be given below.
На Фиг.2 дана иллюстрация критериев оценки GSD и РКС. Figure 2 is an illustration of the criteria for evaluating GSD and PKC.
Наряду с рассмотренными критериями оценки пространственного разрешения МКА ДЗЗ на местности (1) и (3), существует дифракционный предел инструментального разрешения объектива МКА ДЗЗ на местности, который определяет потенциальные возможности ОЭА по достижению максимального предела разрешения МКА ДЗЗ на местности в соответствии с известной формулой [15]Along with the considered criteria for assessing the spatial resolution of the ERS MCA on the ground (1) and (3), there is a diffraction limit for the instrumental resolution of the MCA ERS objective on the ground, which determines the potential OEA to achieve the maximum resolution limit of the MCA ERS on the ground in accordance with the well-known formula [ 15]
{м}(4) {m} (4)
Следует заметить, что дифракционный предел разрешения (4) может быть достигнут только при согласовании объектива и цифрового детектора по критерию Найквиста [15], когда на дифракционный элемент разрешения объектива в изображении (диск Эри) λF/D приходятся, как минимум, два элемента разрешения (пикселя) 2d цифрового детектора.It should be noted that the diffraction resolution limit (4) can only be achieved when the lens and the digital detector are matched according to the Nyquist criterion [15], when at least two resolution elements fall on the diffractive lens element in the image (Airy disk) λF / D (pixel) 2d digital detector.
Для оценки степени согласования объектива и цифрового детектора проектируемой ОЭА по критерию Найквиста введено [12] понятие коэффициента совершенства ОЭА МКА ДЗЗ, как отношение оценки РКС предельного инструментального разрешения МКА ДЗЗ на местности к дифракционному пределу разрешения RλH/D МКА ДЗЗ на местности или , что эквивалентно , как отношение частоты отсечки объектива ОЭА fD=D/λF к частоте Найквиста цифрового детектора ОЭА fN=f1/d/2=1/2dTo assess the degree of agreement between the lens and the digital detector of the projected OEA according to the Nyquist criterion, the concept of the coefficient of perfection of the OEA MCA ERS was introduced [12] as the ratio of the assessment of the RCS of the maximum instrumental resolution of the MCA ERS on the ground to the diffraction resolution limit R λH / D MCA ERS on the ground or, which is equivalent, as the ratio of the cutoff frequency of the OEA objective f D = D / λF to the Nyquist frequency of the digital detector OEA f N = f 1 / d / 2 = 1 / 2d
, (5) , (five)
где К≥1where K≥1
В согласованной по критерию Найквиста оптимально cпроектированной ОЭА коэффициент совершенства равен единице (КС=1) и при этом из формулы (5) следует In the optimally designed OEA, consistent with the Nyquist criterion, the perfection coefficient is equal to one (K C = 1) and, at the same time, from formula (5) it follows
, (6) , (6)
где ,Where ,
что подтверждает согласование объектива и цифрового детектора ОЭА по критерию Найквиста, а также, на основании , следует, что , то есть, достигается дифракционный предел инструментального разрешения.which confirms the agreement of the lens and the digital detector OEA according to the Nyquist criterion, as well as, based on , follows that , that is, the diffraction limit of the instrumental resolution is reached.
Полученный результат (6) свидетельствует о том, что предложенный РКС критерий оценки позволяет согласовать проектируемую ОЭА по критерию Найквиста и обеспечить достижение дифракционного предела инструментального разрешения КА ДЗЗ на местности.The obtained result (6) indicates that the assessment criterion proposed by the RCC allows matching the projected OEA according to the Nyquist criterion and ensuring the achievement of the diffraction limit of the instrumental resolution of the ERS spacecraft on the ground.
Для сравнения результатов проектирования предлагаемым способом с результатами проектирования на базе критерия GSD рассмотрим коэффициент совершенства проектирования ОЭА прототипа, обозначим его КО, вводимый отношением оценки разрешения GSD (1) к дифракционному пределу разрешения КА ДЗЗ на местности (4) или, что эквивалентно, отношением частоты отсечки объектива ОЭА к частоте дискретизации цифрового детектора ОЭА f1/d=1/dTo compare the design results by the proposed method with the design results based on the GSD criterion, consider the coefficient of design excellence for the OEA prototype, denote it by K O introduced by the GSD resolution (1) to the diffraction limit of the ERS spacecraft resolution on the ground (4) or, which is equivalent, the ratio of the cutoff frequency of the lens OEA to the sampling rate of the digital detector OEA f 1 / d = 1 / d
, (7) , (7)
где КО ≥1.where K O ≥1.
Ситуация, когда КО=1, представляет границу применимости критерия GSD оценки инструментального разрешения систем ДЗЗ на местности для проектирования ОЭА, когда d=λF/D, так как, когда КО<1, оценка GSD становится меньше дифракционного предела, что противоречит физическому смыслу.The situation when K O = 1 represents the boundary of applicability of the GSD criterion for assessing the instrumental resolution of remote sensing systems on the ground for the design of OEA, when d = λF / D, since when K O <1, the GSD estimate becomes less than the diffraction limit, which contradicts the physical meaning.
Из сравнения (5) и (7) следует, чтоComparison of (5) and (7) implies that
К=2КО , (8)К = 2К О , (8)
и ограничение, устанавливаемое критерием GSD на величину КО, а именно КО ≥1, накладывает ограничение и на коэффициент совершенства К (5)and the limitation set by the GSD criterion on the value of K O , namely K O ≥1, imposes a limitation on the perfection coefficient K (5)
К ≥2 (9)K ≥2 (9)
Полученное ограничение (9) на совершенство проектируемой ОЭА, обусловленное использованием критерия GSD, подтверждается реальными значениями коэффициентов совершенства ОЭА, большими двух (К>2), для всех существующих зарубежных и отечественных КА ДЗЗ сверхвысокого разрешения, спроектированных с использованием критерия GSD (Таблица 1).The resulting constraint (9) on the perfection of the designed OEA, due to the use of the GSD criterion, is confirmed by the real values of the OEA perfection coefficients greater than two (K> 2) for all existing foreign and domestic ultra-high resolution ERS spacecraft designed using the GSD criterion (Table 1) ...
На основании проведенных исследований и данных Таблицы 1 очевидно, что, используя критерий GSD для оценки предельного инструментального разрешения МКА ДЗЗ на местности, нельзя при проектировании ОЭА достичь коэффициента совершенства ОЭА, равного единице (КС=1), то есть, нельзя согласовать ОЭА по критерию Найквиста и достичь дифракционного предела разрешения МКА ДЗЗ на местности.Based on the studies carried out and the data in Table 1, it is obvious that using the GSD criterion to assess the maximum instrumental resolution of the ERS small spacecraft on the ground, it is impossible to achieve the OEA perfection factor equal to one (K C = 1) when designing the OEA, that is, it is impossible to agree on the OEA according to the Nyquist criterion and achieve the diffraction limit of the resolution of the ERS MCA on the ground.
Фактически коэффициент К совершенства ОЭА, отличный от 1, характеризует степень несовершенства спроектированной ОЭА, и это относится ко всей спроектированной ОЭА существующих КА ДЗЗ сверхвысокого разрешения (Таблица 1).In fact, the coefficient K of OEA perfection, different from 1, characterizes the degree of imperfection of the designed OEA, and this applies to the entire designed OEA of the existing ultra-high resolution ERS spacecraft (Table 1).
Рассмотрим предлагаемую последовательность операций проектирования ОЭА МКА ДЗЗ, на базе критерия РКС ( ), предложенного в работе [11] и обоснованного в работе [12]:Let us consider the proposed sequence of operations for the design of the OEA MCA ERS, based on the DCS criterion ( ) proposed in [11] and substantiated in [12]:
1) получают паспортные данные для МКА ДЗЗ, например, такие, как: , Н=600км, λ=0,6мкм;1) receive passport data for the remote sensing spacecraft, for example, such as: , H = 600km, λ = 0.6μm;
2) выбирают цифровой детектор, например, с размером пространственного элемента разрешения (пикселем), равным d=4,6 мкм;2) choose a digital detector, for example, with the size of the spatial resolution element (pixel) equal to d = 4.6 μm;
3) определяют исходные данные для проектирования ОЭА МКА ДЗЗ, такиe, как: , d, Н, и λ;3) determine the initial data for the design of the OEA MCA ERS, such as: , d, H, and λ;
4) формируют проекцию периода дискретизации цифрового детектора 2d на зондируемую земную поверхность ;4) form a projection of the sampling period of the digital detector 2d onto the probed earth surface ;
5) приравнивают сформированную оценку к требуемому линейному разрешению МКА ДЗЗ на местности5) equate the formed assessment to the required linear resolution MCA ERS on the ground
(10) (ten)
6) определяют дифракционное разрешение объектива ОЭА МКА ДЗЗ на местности RλH/D и 6) determine the diffraction resolution of the OEA MKA ERS lens on the ground R λH / D and
7) приравнивают его к требуемому линейному разрешению МКА ДЗЗ на местности7) equate it to the required linear resolution of the MCA ERS on the ground
(11) (eleven)
8) исходя из требуемого дифракционного разрешения объектива ОЭА на местности (11), определяют требуемый диаметр апертуры объектива D, как8) based on the required diffraction resolution of the OEA lens on the ground (11), determine the required diameter of the lens aperture D, as
{м} (12) {m} (12)
и после подстановки исходных данных: λ=0.6мкм, Н=600км и получают D=0,6м;and after substitution of the initial data: λ = 0.6 μm, Н = 600 km and get D = 0.6m;
9) исходя из равенства (10), определяют фокусное расстояние объектива, согласующего ОЭА по критерию Найквиста, как9) proceeding from equality (10), determine the focal length of the lens matching the OEA according to the Nyquist criterion, as
{м} (13) {m} (13)
и после подстановки исходных данных: d=6мкм, Н=600км. RЛРМ=0,6м, получают F=9,2 м;and after substitution of the initial data: d = 6mkm, H = 600km. R LRM = 0.6 m, get F = 9.2 m;
10) для контроля результатов проектирования определяют коэффициент совершенства проектируемой ОЭА, как 10) to control the design results, the coefficient of perfection of the designed OEA is determined, as
(14)≡(5) (14) ≡ (5)
11) подставляя данные спроектированной ОЭА (d=4,6мкм, D=0,6м, F=9,2м, λ=0,6мкм) в формулу (14), получают коэффициент совершенства проектируемой ОЭА, равным единице (КС=1), то есть,11) substituting the data of the designed OEA (d = 4.6 μm, D = 0.6 m, F = 9.2 m, λ = 0.6 μm) into formula (14), the coefficient of perfection of the designed OEA is equal to one (K C = 1 ), i.e,
, (15) , (15)
где FC=FКС=9,2м-согласующее фокусное расстояние.where F C = FK C = 9.2m-matching focal length.
В общем случае фокусное расстояние FC, cогласующее ОЭА по критерию Найквиста, определяется, как FC=F·K, (где F фокусное расстояние объектива в несогласованной по Найквисту спроектированной ОЭА) и для существующих КА ДЗЗ сверхвысокого разрешения FC представлено в правом столбце Таблицы 1.In the general case, the focal length F C , which matches the OEA according to the Nyquist criterion, is determined as F C = F K, (where F is the focal length of the lens in the projected OEA that is not Nyquist-matched) and for the existing ultra-high resolution ERS spacecraft F C is presented in the right column Tables 1.
На основании (15) , (16), а (17)Based on (15) , (16), and (17)
Полученное выражение (16) есть ни что иное, как условие согласования ОЭА МКА ДЗЗ по критерию Найквиста, когда на дифракционный элемент разрешения объектива (диск Эри) RλFс/D в изображении приходятся два элемента разрешения цифрового детектора 2d.;The resulting expression (16) is nothing more than a condition for matching the OEA MCA ERS according to the Nyquist criterion, when the diffractive lens resolution element ( Airy disk) R λFс / D in the image contains two resolution elements of the digital detector 2d .;
Итак, получено, что проектируемая ОЭА является совершенной (К=1) (15), согласована по критерию Найквиста (16) и обеспечивает достижение дифракционного предела инструментального разрешения (17), при этом для нее получено: So, it was found that the projected OEA is perfect (K = 1) (15), matched according to the Nyquist criterion (16) and ensures the achievement of the diffraction limit of the instrumental resolution (17), while for it it was obtained:
D=0,6м, FC=9,2м, d=4,6мкм, (18)D = 0.6m, F C = 9.2m, d = 4.6μm, (18)
Очевидно, что МКА ДЗЗ при Н=600км, λ=0,6мкм и D=0,6м находится на границе зон Френеля (ближняя зона) и Фраунгофера (дальняя зона), определяемой, как D2/λ, и равной 600км=Н. При этом плоскость изображения совпадает с фокальной плоскостью объектива, и дефокусировка формируемых изображений ДЗЗ отсутствует. Поэтому ОЭА МКА ДЗЗ не требует наличия на борту системы контроля и регулировки фокуса, что существенно уменьшает ее (ОЭА) вес и габариты.Obviously, the ERS small spacecraft at H = 600 km, λ = 0.6 μm and D = 0.6 m is located on the border of the Fresnel (near zone) and Fraunhofer (far zone) zones, defined as D 2 / λ, and equal to 600 km = H ... In this case, the image plane coincides with the focal plane of the lens, and there is no defocusing of the formed ERS images. Therefore, the OEA MKA ERS does not require a control and focus control system on board, which significantly reduces its weight and dimensions (OEA).
Последовательность операций 1)÷11) предлагаемого способа проектирования ОЭА представлена на Фиг.3, а полученная в результате проектирования ОЭА представлена на Фиг.1а и Фиг.1б.The sequence of operations 1) ÷ 11) of the proposed OEA design method is presented in Fig. 3, and the resulting OEA design is presented in Fig. 1a and Fig. 1b.
Здесь (Фиг.1а) для требуемого увеличения фокусного расстояния объектива F до согласующей величины между объективом 1 и цифровым детектором 6 вводят фотоувеличительную оптику 3 с коэффициентом увеличения , равным коэффициенту совершенства проектируемой ОЭА, совмещая оптическую ось фотоувеличительной оптики с оптической осью объектива и размещая ее так, чтобы плоскость формируемых и детектируемых изображений 4, находилась в задней фокальной плоскости FC сборки объектива 1 и фотоувеличительной оптики 3, а передний фокус фото увеличительной оптики 3 находился в фокальной плоскости 2(F) объектива 1. В качестве фотоувеличительной оптики можно использовать линзы Барлоу или стандартные микрообъективы, давно и успешно используемые для увеличения фокусного расстояния объектива в астрономии. Далее создают спроектированную ОЭА, размещают ее на борту МКА ДЗЗ, выводят МКА на орбиту и осуществляют дистанционное зондирование наблюдаемых участков земной поверхности, для чего в режиме орбитальной ориентации МКА ДЗЗ производят его программные развороты вокруг центра масс в продольном направлении, и при этом, подлетая к объекту наблюдения на расстояние, равное высоте полета Н, МКА ДЗЗ наводит на него ОЭА и удерживает ее в направлении зондируемого участка до тех пор, пока МКА не удалится от него на такое же расстояние Н. Это снижает скорость скольжения изображения зондируемого участка земной поверхности по приемной матрице цифрового детектора, что препятствует возникновению смаза регистрируемых изображений. Одновременно с этими разворотами, на борту МКА ДЗЗ в узком (изопланатичном) поле зрения фотоувеличительной оптики 3 получают серию из N коротко-экспозиционных (τЭ≤τА) в 5,6 (Фиг.1б) изображений зондируемого участка земной поверхности, статистически независимых по атмосферным искажениям (τП=6τК) и передают их по радиолинии 10,11 (Фиг.1б,в) на Землю для последующей обработки в соответствии с алгоритмическим обеспечением 15 (Фиг1в).Here (Fig. 1a) for the required increase in the focal length of the lens F to the matching value between
Дадим краткое обоснование алгоритмической технологии заявляемого способа в части алгоритма обработки 15 полученной серии «мгновенных», статистически независимых изображений и рассмотрим ее реализацию по блок-схеме, представленной на Фиг.4.Let us give a brief justification of the algorithmic technology of the proposed method in terms of the
Предлагаемый способ компенсации атмосферных искажений основан на вероятностном подходе к достижению дифракционного разрешения МКА ДЗЗ в условиях атмосферных искажений. Суть этого подхода заключается в том, что в силу случайности мгновенных атмосферных искажений существует вероятность того, что в некоторые моменты времени эти искажения на приемной апертуре телескопа могут быть пренебрежимо малы. При этом, либо мгновенная дисперсия атмосферных искажений фазы Ө волнового фронта светового излучения на приемной апертуре телескопа D, определяемая, как [22]The proposed method for compensating for atmospheric distortions is based on a probabilistic approach to achieving the diffraction resolution of an ERS MCA in conditions of atmospheric distortions. The essence of this approach is that, due to the randomness of instantaneous atmospheric distortions, there is a possibility that at some moments in time these distortions at the telescope's receiving aperture may be negligible. In this case, either the instantaneous dispersion atmospheric distortions of the phase Ө of the wavefront of light radiation at the receiving aperture of the telescope D, defined as [22]
[рад]2 (19) [happy] 2 (19)
[22] (Greenwood D.P., Fried D.L., «Power Spectrum Requirements for Wavefront Compensative Systems», J. Opt. Soc. Am., 1976, v.66, p.193), оказывается меньше единицы ( ) , либо величина мгновенного пространственного радиуса корреляции атмосферных искажений поля светового излучения O оказывается больше величины диаметра приемной апертуры телескопа D >D). Коротко-экспозиционные (τЭ<τА) изображения объекта, регистрируемые в эти моменты времени, при отсутствии какого-либо усреднения атмосферных искажений (Δλ<ΔλА и τП=6τК>τД), могут характеризоваться дифракционным разрешением, но только при наличии рассмотренного выше согласования ОЭА по критерию Найквиста. [22] (Greenwood D.P., Fried D.L., "Power Spectrum Requirements for Wavefront Compensative Systems", J. Opt. Soc. Am., 1976, v. 66, p. 193), turns out to be less than one ( ), or the value of the instantaneous spatial correlation radius of atmospheric distortions of the light radiation field O turns out to be larger than the diameter of the receiving aperture of the telescope D > D). Short exposure (τE<τAND) images of the object recorded at these times, in the absence of any averaging of atmospheric distortions (Δλ <ΔλAND and τP= 6τTO> τD), can be characterized by diffraction resolution, but only in the presence of the above-considered OEA matching according to the Nyquist criterion.
Исследуем вероятность подобных ситуаций Р( O>D) в зависимости от соотношения пространственных характеристик атмосферы и телескопа, что позволит оценить среднее число коротко-экспозиционных изображений К~1/Р( >D), которое необходимо зарегистрировать, чтобы получить среди них хотя бы одно дифракционно ограниченное.Let us investigate the probability of such situations Р ( O> D) depending on the ratio of the spatial characteristics of the atmosphere and the telescope, which will make it possible to estimate the average number of short-exposure images K ~ 1 / P ( > D), which must be registered in order to obtain at least one diffraction limited one among them.
Анализ, проведенный в работе [23] (Cвиридов К.Н., Бакут П.А., Польских С.Д., Хомич Н.Ю., «Исследование вероятностного подхода к достижению дифракционного разрешения оптических систем в условиях атмосферного видения», Оптика атмосферы, 1989, т. 2, № 1, с. 41), показал, что случайная величина подчиняется гамма - распределению вероятности Р( ).The analysis carried out in [23] (Sviridov K.N., Bakut P.A., Polskikh S.D., Khomich N.Yu., "Study of a probabilistic approach to achieving diffraction resolution of optical systems under atmospheric vision", Optics atmosphere, 1989, vol. 2, no. 1, p. 41), showed that the random variable obeys the gamma - probability distribution P ( ).
В соответствии с упомянутой выше необходимостью удовлетворения неравенстваIn accordance with the above-mentioned need to satisfy the inequality
, (20) , (20)
обеспечивающего достижение дифракционного разрешения, естественно было определить вероятность хорошего видения через гамма-распределение , как [23]ensuring the achievement of diffraction resolution, it was natural to determine the probability of good vision through the gamma distribution like [23]
(21) (21)
В результате проведенных исследований [23] вероятности хорошего видения наземных оптических систем наблюдения космического пространства, для которых всегда D> , получена следующая эмпирическая формула оценки вероятности хорошего видения при D>3,5 As a result of the studies [23], the probabilities of good vision of ground-based optical systems for observing outer space, for which D> , the following empirical formula was obtained for assessing the probability of good vision at D> 3.5
(22) (22)
На основании этой формулы были рассчитаны вероятности хорошего видения с Земли через турбулентную атмосферу космических объектов, и получено, что: при имеем , a K=8; при имеем , a K=64; при имеем , a K=794; при имеем , a K=15823 и т.д. Отсюда видно, что для достижения пятикратного выигрыша в разрешении, то есть, для достижения дифракционного разрешения при (D/ )=5, необходимо в среднем зарегистрировать не менее К=64 коротко-экспозиционных изображений; при (D/ 6 необходимо зарегистрировать не менее К=794 коротко-экспозиционных изображений, а при (D/ )=10 и более требуемое число регистрируемых изображений объекта становится настолько большим (К≥1,96·109), что описанный вероятностный подход в астрономии и оптических системах контроля космического пространства оказывается практически нереализуемым на современных телескопах больших диаметров.Based on this formula, the probabilities of good vision from the Earth through the turbulent atmosphere of space objects were calculated, and it was obtained that: we have , a K = 8; at we have , a K = 64; at we have , a K = 794; at we have , a K = 15823, etc. Hence, it can be seen that in order to achieve a fivefold gain in resolution, that is, to achieve diffraction resolution at (D / ) = 5, it is necessary to register at least K = 64 short-exposure images on average; for (D / 6 it is necessary to register at least K = 794 short-exposure images, and at (D / ) = 10 or more, the required number of registered images of an object becomes so large (K≥1.96 · 10 9 ) that the described probabilistic approach in astronomy and optical control systems of outer space is practically unrealizable on modern telescopes of large diameters.
В рассматриваемой здесь задаче дистанционного зондирования Земли, напротив, ситуация с вероятностным достижением дифракционного разрешения в условиях атмосферного видения оказывается прямо противоположной. Это обусловлено тем, что величина среднего rO и мгновенного пространственных радиусов корреляции атмосферных искажений поля светового излучения увеличивается при распространении светового излучения от турбулентного слоя атмосферы (LА=10км) у земной поверхности до МКА ДЗЗ, находящегося на высоте Н (например, Н=600км), и определяется по формуле [6], какIn the problem of remote sensing of the Earth considered here, on the contrary, the situation with the probabilistic achievement of diffraction resolution under atmospheric vision conditions turns out to be exactly the opposite. This is due to the fact that the value of the average r O and instantaneous spatial radii of correlation of atmospheric distortions of the light radiation field increases with the propagation of light radiation from the turbulent layer of the atmosphere (L A = 10 km) near the earth's surface to the ERS small spacecraft located at an altitude of H (for example, H = 600 km), and is determined by the formula [6], as
, где (23) where (23)
Это происходит потому, что в пределах зоны Френеля (при Н=600км, λ=0,6мкм, D=0,6м) от каждой точки зондируемой земной поверхности в направлении МКА ДЗЗ распространяется расходящаяся сферическая волна, а искажения волнового фронта, приобретенные ею в пределах турбулентного слоя LA, по мере ее распространения до высоты Н МКА ДЗЗ пространственно увеличиваются (Фиг.5).This is because within the Fresnel zone (at H = 600 km, λ = 0.6 µm, D = 0.6 m), a diverging spherical wave propagates from each point of the probed earth surface in the direction of the ERS small spacecraft, and the wavefront distortions acquired by it in within the turbulent layer L A , as it propagates to the height H MCA ERS spatially increase (Figure 5).
На основании (23) нетрудно убедиться, что при LА=10км и Н=600км величина rO(λ,H) равнаBased on (23), it is easy to verify that for L А = 10 km and Н = 600 km, the value of r O (λ, H) is equal to
(24) (24)
Этот результат свидетельствует о том, что средняя величина rO(λ,H), как и мгновенная величина , существенно больше диаметра апертуры объектива МКА ДЗЗ, полученного выше и равного D=0,6м. В этих условиях, когдаThis result indicates that the average value r O (λ, H), as well as the instantaneous value , is significantly larger than the aperture diameter of the lens MCA ERS, obtained above and equal to D = 0.6m. Under these conditions, when
, (25) , (25)
атмосферные искажения на приемной апертуре объектива ОЭА МКА ДЗЗ представляют собой случайные наклоны волнового фронта (Фиг.5), приводящие к случайным сдвигам коротко-экспозиционных изображений. При этом (25) вероятность хорошего видения и , то есть, каждое зарегистрированное коротко-экспозиционное изображение в серии при отсутствии пространственного усреднения атмосферных искажений (25) оказывается дифракционно ограниченным, но случайно сдвинутым, при выполнении упомянутых выше требований: согласования ОЭА по критерию Найквиста (2d=λFС/D) и отсутствия временного и частотного усреднения атмосферных искажений (τЭ<τА, τП=6τК; Δλ<ΔλА).atmospheric distortions at the receiving aperture of the lens OEA MCA ERS are random tilts of the wavefront (Fig. 5), leading to random shifts of short-exposure images. Moreover (25) the probability of good vision and , that is, each recorded short-exposure image in a series in the absence of spatial averaging of atmospheric distortions (25) turns out to be diffraction limited, but randomly shifted, when the above requirements are met: OEA matching according to the Nyquist criterion (2d = λF С / D) and the absence time and frequency averaging of atmospheric distortions (τ Э <τ А , τ П = 6τ К ; Δλ <Δλ А ).
Оценим величину спектральной полосы Δλ (Δλ<ΔλА), обеспечивающей отсутствие частотного усреднения атмосферных искажений в системах ДЗЗ.Let us estimate the value of the spectral band Δλ (Δλ <ΔλAND), ensuring the absence of frequency averaging of atmospheric distortions in ERS systems.
В соответствии с проведенными ранее исследованиями [24] (Cвиридов К.Н., Бакут П.А., Белкин Н.Д., Устинов Н.Д., «Статистическая оценка спектральной полосы метода пятенной интерферометрии», Оптика и спектроскопия, 1983, т.54, вып.5, с.890) получено, что оптимальная полоса спектральной фильтрации принимаемого светового излучения Δλ, обеспечивающая отсутствие частотного усреднения атмосферных фазовых искажений в формируемых изображениях, должна быть меньше полосы ΔλА, обеспечивающей когерентность атмосферных фазовых флуктуаций в принимаемом световом излучении и определяемой, какIn accordance with previous studies [24] (Sviridov KN, Bakut PA, Belkin ND, Ustinov ND, "Statistical assessment of the spectral band of the spot interferometry method", Optics and Spectroscopy, 1983, 54,
, (26) , (26)
где λ–средняя длина волны солнечного излучения подсвета в полосе Δλ, а определяется (19).where λ is the average wavelength of solar illumination in the band Δλ, and is determined by (19).
На основании (19) с учетом характерного для ДЗЗ соотношения (25) получаем, чтоBased on (19), taking into account the relation (25) characteristic of the ERS, we obtain that
<1 , (27) <1, (27)
и при λ=0,6мкм (6000Å), величина ΔλА>6000Å, то есть во всем видимом и ближнем ИК диапазоне длин волн принимаемого светового излучения (ΔλП=4300Å÷9300Å) имеем ΔλП<ΔλА, то есть, частотное усреднение атмосферных фазовых искажений светового излучения в задачах ДЗЗ отсутствует, так как всегда выполняется условие Δλ<ΔλА. Это объясняет и оправдывает отсутствие в канале формирования изображений ОЭА (Фиг.1а) узкополосных светофильтров.and at λ = 0.6 μm (6000Å), the value of Δλ А > 6000Å, that is, in the entire visible and near-IR wavelength range of the received light radiation (Δλ P = 4300Å ÷ 9300Å) we have Δλ P <Δλ А , that is, the frequency there is no averaging of atmospheric phase distortions of light radiation in ERS problems, since the condition Δλ <Δλ A is always satisfied. This explains and justifies the absence of narrow-band light filters in the OEA imaging channel (Fig. 1a).
Для осуществления многозональной тематической обработки данных ДЗЗ в мультиспектральных каналах видимого и ближнего ИК диапазонов спектра, необходимо анализировать дифракционно ограниченное изображение, полученное в панхроматическом спектральном диапазоне {ΔλП=(0,43÷0,93)мкм}, через мультиспектральные узкополосные фильтры, такие, например, как: синий {ΔλС=(0,43÷0,53)мкм}, зеленый {ΔλЗ=(0,53÷0,63)мкм}, красный {ΔλК=(0,63÷0,73)мкм} и ближнего ИК {ΔλИК=(0,73÷0,93)мкм}. Многозональная тематическая обработка позволяет отслеживать изменения состояний естественных и искусственных объектов на зондируемом участке земной поверхности. Так, например, в синем спектральном диапазоне ΔλС осуществляют: картирование прибрежных вод, разделение почвы и растительности, распознавание хвойных и лиственных пород деревьев; в зеленом спектральном диапазоне ΔλЗ осуществляют: определение интенсивности вегетации, оценивают здоровье растений; в красном спектральном диапазоне ΔλК выделяют особенности растительности; в ближнем ИК диапазоне ΔλИК оцениваются различия свойств биомассы и прибрежных зон, а в панхроматическом спектральном диапазоне ΔλП осуществляют картографирование и решают другие задачи ДЗЗ сверхвысокого разрешения.To carry out multispectral thematic processing of remote sensing data in multispectral channels of the visible and near-IR spectral ranges, it is necessary to analyze a diffraction-limited image obtained in the panchromatic spectral range {Δλ P = (0.43 ÷ 0.93) μm} through multispectral narrow-band filters, such , for example, as: blue {Δλ С = (0.43 ÷ 0.53) μm}, green {Δλ З = (0.53 ÷ 0.63) μm}, red {Δλ К = (0.63 ÷ 0 , 73) μm} and near IR {Δλ IR = (0.73 ÷ 0.93) μm}. Multi-zone thematic processing allows you to track changes in the states of natural and artificial objects on the probed area of the earth's surface. So, for example, in the blue spectral range Δλ С , the following is carried out: mapping of coastal waters, separation of soil and vegetation, recognition of coniferous and deciduous trees; in the green spectral range Δλ W carry out: determination of the intensity of vegetation, assess the health of plants; in the red spectral range Δλ K distinguish features of vegetation; in the near-IR range Δλ IR, the differences in the properties of biomass and coastal zones are estimated, and in the panchromatic spectral range Δλ P , mapping is carried out and other problems of ultra-high resolution ERS are solved.
При накоплении серии из М коротко-экспозиционных изображений, отобранных из N зарегистрированных изображений, отношение сигнал/шум (контраст) в результирующем изображении увеличивается в раз. Оценим величину этого выигрыша.When accumulating a series of M short-exposure images selected from N registered images, the signal-to-noise ratio (contrast) in the resulting image increases by time. Let's estimate the size of this gain.
В рассмотренном выше примере, регистрация изображений зондируемого участка земной поверхности осуществляется при программных разворотах МКА ДЗЗ вокруг центра масс для удержания ОЭА, нацеленной на этот участок. При этом МКА ДЗЗ проходит 1200км со скоростью 7км/сек, и общее время регистрации составляет 170сек. Учитывая, что стратегией «выборочного кадра» регистрируют 7 кадров в секунду, получаем, что за время наблюдения в 170сек регистрируется N=1190 коротко-экспозиционных, статистически независимых изображений зондируемого участка земной поверхности. Отбраковывая при обработке, например, 25% от N зарегистрированных изображений, получаем для сдвигов и накопления М=900 изображений, и выигрыш в повышении контраста результирующего изображения составит =30раз.In the example considered above, the registration of images of the probed area of the earth's surface is carried out with programmed turns of the ERS small spacecraft around the center of mass to keep the OEA aimed at this area. At the same time, the ERS spacecraft travels 1200 km at a speed of 7 km / sec, and the total registration time is 170 sec. Taking into account that 7 frames per second are recorded by the “sampling frame” strategy, we find that N = 1190 short-exposure statistically independent images of the probed area of the earth's surface are recorded during an observation time of 170 sec. Rejecting during processing, for example, 25% of N registered images, we obtain M = 900 images for shifts and accumulation, and the gain in increasing the contrast of the resulting image will be = 30 times
В соответствии с проведенными исследованиями предлагается следующая последовательность операций обработки зарегистрированной серии из N дифракционно ограниченных, случайно сдвинутых и ослабленных атмосферой, малоконтрастных изображений:In accordance with the research carried out, the following sequence of operations for processing a registered series of N diffraction limited, randomly shifted and weakened by the atmosphere, low-contrast images is proposed:
1) анализируют зарегистрированную серию из N дифракционно ограниченных, случайно сдвинутых и ослабленных атмосферой, малоконтрастных изображений 1) analyze a recorded series of N diffraction limited, randomly shifted and weakened by the atmosphere, low-contrast images
, (28) , (28)
где IO–истинное распределение интенсивности объекта (зондируемого участка земной поверхности), * звездочка обозначает интеграл свертки,Ij A-T–мгновенный импульсный отклик (функция рассеяния точки) системы атмосфера-телескоп ДЗЗ в j-ый момент регистрации изображений, Ij ш–аддитивный случайный шум в j-ом изображении, а j=1,…,N;where I O is the true intensity distribution of the object (the probed area of the earth's surface), * the asterisk denotes the convolution integral, I j AT is the instantaneous impulse response (point spread function) of the atmosphere-ERS telescope system at the j-th moment of image registration, I j w - additive random noise in the j-th image, and j = 1,…, N;
2) селектируют (отбирают) М наиболее четких и контрастных изображений из N зарегистрированных (28)2) select (select) M of the clearest and most contrasting images from N registered (28)
, (29) , (29)
где i=1,…,M;where i = 1, ..., M;
3) cуммируют отобранные изображения (29) и формируют при этом эталонное среднее изображение зондируемого участка земной поверхности3) summarize the selected images (29) and form a reference average image of the probed area of the earth's surface
(30) (thirty)
4) определяют в эталонном высококонтрастном, но искаженном усредненными сдвигами, изображении (30) характерные особенности (опорные ориентиры);4) define in the reference high-contrast, but distorted by averaged shifts, image (30) characteristic features (reference points);
5) сравнивают каждое из М отобранных селекцией 2) коротко-экспозиционных изображений (29) с эталоном и находят в них характерные особенности эталона (30);5) compare each of the M selected by selection 2) short-exposure images (29) with the reference and find in them the characteristic features of the reference (30);
6) сдвигают каждое из М коротко-экспозиционных изображений (29), совмещая их характерные особенности с характерными особенностями эталона, и компенсируют при этом случайные атмосферные сдвиги зарегистрированных дифракционно ограниченных изображений, искаженных аддитивным шумом6) shift each of the M short-exposure images (29), combining their characteristic features with the characteristic features of the reference, and compensate for the random atmospheric shifts of the recorded diffraction-limited images distorted by additive noise
,(31) , (31)
где IT–ФРТ телескопа (картина Эри), а Ii И–неискаженное случайными атмосферными сдвигами дифракционно ограниченное малоконтрастное i–ое изображение зондируемого участка земной поверхности;where I T is the FRT of the telescope (Airy pattern), and I i I is the diffraction-limited low-contrast i-th image of the probed area of the earth's surface undistorted by random atmospheric shifts;
7) накапливают М сдвинутых в 6) дифракционно ограниченных малоконтрастных изображений (31), увеличивая при этом контраст результирующего изображения в раз, и получают высококонтрастное высокого (дифракционного) разрешения цветное изображение зондируемого участка земной поверхности для картографирования и других задач ДЗЗ сверхвысокого разрешения7) accumulate M shifted in 6) diffraction-limited low-contrast images (31), while increasing the contrast of the resulting image in times, and get a high-contrast high (diffraction) resolution color image of the probed area of the earth's surface for mapping and other tasks of ultra-high resolution ERS
, (32) , (32)
где –дифракционно ограниченное изображение зондируемого участка земной поверхности;Where –Diffraction limited image of the probed area of the earth's surface;
8) анализируя панхроматическое высококонтрастное и высокого (дифракционного) разрешения изображение (32) через мультиспектральные узкополосные фильтры, осуществляют многозональную тематическую обработку, при которой в интересах различных потребителей оценивают изменения состояний естественных и искусственных объектов на зондируемом участке земной поверхности.8) analyzing a panchromatic high-contrast and high (diffraction) resolution image (32) through multispectral narrow-band filters, they carry out multispectral thematic processing, in which, in the interests of various consumers, changes in the states of natural and artificial objects on the probed area of the earth's surface are assessed.
Итак, вследствие проведенных исследований и сравнения предлагаемого изобретения с прототипом и аналогами, можно сделать следующее заключение.So, as a result of the research and comparison of the proposed invention with the prototype and analogues, the following conclusion can be drawn.
В результате предложенного совершенного проектирования ( ) проведенного на базе критерия РКС, оптико-электронная аппаратура (ОЭА) МКА ДЗЗ согласована по критерию Найквиста ( ) и обеспечивает достижение дифракционного предела инструментального разрешения МКА ДЗЗ на местности ( ).As a result of the proposed perfect design ( ) carried out on the basis of the DCS criterion, the optoelectronic equipment (OEA) of the ERS MCA was agreed according to the Nyquist criterion ( ) and ensures the achievement of the diffraction limit of the instrumental resolution of the ERS small spacecraft on the ground ( ).
Для устранения атмосферных искажений при получении изображений ДЗЗ предложено исключать временное (τЭ≤τА, τП=6τК>τД) и частотное (Δλ<ΔλА) усреднение атмосферных искажений светового излучения, что, при характерном для ДЗЗ отсутствии пространственного усреднения {rO(λ,H)>D}, позволяет регистрировать «мгновенные» дифракционно ограниченные изображения, случайно сдвинутые и ослабленные атмосферой.To eliminate atmospheric distortions when obtaining ERS images, it was proposed to exclude the temporal (τ E ≤τ A , τ P = 6τ K > τ D ) and frequency (Δλ <Δλ A ) averaging of atmospheric distortions of light radiation, which, in the absence of spatial averaging characteristic of ERS {r O (λ, H)> D}, allows you to register "instantaneous" diffraction limited images, randomly shifted and weakened by the atmosphere.
Для устранения этих атмосферных искажений при обработке зарегистрированной серии из N «мгновенных» изображений селектируют (отбирают) среди них М изображений хорошего качества, отбраковывая размытые и зашумленные, а, сдвигая и накапливая отобранные изображения, компенсируют атмосферные сдвиги и ослабление контраста изображений и получают при этом высококонтрастное и высокого (дифракционного) разрешения панхроматическое изображение зондируемого участка земной поверхности для различных задач ДЗЗ сверхвысокого разрешения и многозональной тематической обработки.To eliminate these atmospheric distortions, when processing a registered series of N "instantaneous" images, M images of good quality are selected (selected) among them, rejecting blurry and noisy, and, by shifting and accumulating the selected images, they compensate for atmospheric shifts and weakening of the contrast of the images and thus obtain high-contrast and high (diffraction) resolution panchromatic image of the probed area of the earth's surface for various tasks of ultra-high resolution ERS and multispectral processing.
Таким образом, технический результат предлагаемого способа, а именно, достижение дифракционного предела разрешения изображений ДЗЗ и повышение их контраста путем согласования ОЭА получения изображений ДЗЗ по критерию Найквиста и компенсации атмосферных искажений изображений ДЗЗ при их получении и обработке -достигнут.Thus, the technical result of the proposed method, namely, the achievement of the diffraction limit of the resolution of the remote sensing images and increasing their contrast by matching the OEA for obtaining the remote sensing images according to the Nyquist criterion and compensating for atmospheric distortions of the remote sensing images during their acquisition and processing, has been achieved.
Cписок использованной литературыList of used literature
1. Fried D.L., «Optical Resolution through a Randomly Inhomogeneous Medium for Very Long and Very Short Exposures», J. Opt. Soc. Am.,1966, v.56, №10,р.1372.1. Fried D.L., "Optical Resolution through a Randomly Inhomogeneous Medium for Very Long and Very Short Exposures," J. Opt. Soc. Am., 1966, v. 56, no. 10, p. 1372.
2. Свиридов К.Н., Бакут П.А., Устинов Н.Д., Хомич Н.Ю., «Проблемы изопланатичности оптических систем, формирующих изображения через турбулентную атмосферу», Оптика и спектроскопия, 1986, т.60, вып.3, с.611.2. Sviridov KN, Bakut PA, Ustinov ND, Khomich N.Yu., "Problems of isoplanaticity of optical systems that form images through a turbulent atmosphere", Optics and Spectroscopy, 1986, vol. 60, no. .3, page 611.
3. Петри Г. «Российский спутник «Ресурс-ДК»: альтернативный источник данных сверхвысокого разрешения», Геоматика, 2010, №4, с.38.3. Petri G. "Russian satellite" Resurs-DK ": an alternative source of ultra-high resolution data", Geomatika, 2010, No. 4, p.38.
4. Кирилин А.Н. и др., «Космический аппарат «Ресурс-П», Геоматика, 2010, №4, с.23.4. Kirilin A.N. and others, "Spacecraft" Resource-P ", Geomatics, 2010, No. 4, p. 23.
5. Лавров В.В., Космические съемочные системы сверхвысокого разрешения, Геоинформационный портал ГИС-Ассоциации, 2010, №2, с.19;5. Lavrov VV, Ultra-high resolution space survey systems, Geographic information portal of the GIS-Association, 2010, No. 2, p.19;
6.Свиридов К.Н. «О предельном разрешении аэрокосмических систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)», Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2014, т.1, вып.1, с.34.6. Sviridov K. N. "On the Ultimate Resolution of Aerospace Earth Remote Sensing Systems (ERS)", Rocket and Space Instrumentation and Information Systems, 2014, vol. 1,
7.Свиридов К.Н., Волков С.А., «Способ дистанционного зондирования Земли», Патент Российской Федерации №2597144 от 16.08.2016 по заявке на изобретение № 2015129353 от 17.07.2015, заявитель и правообладатель АО «Российские космические системы».7. Sviridov K.N., Volkov S.A., "Method for remote sensing of the Earth", Patent of the Russian Federation No. 2597144 dated 08.16.2016 for an application for invention No. 2015129353 dated 17.07.2015, applicant and copyright holder of JSC Russian Space Systems ...
8.Свиридов К.Н., «Дистанционное зондирование Земли с адаптивной компенсацией случайных наклонов волнового фронта», Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2015, т.2, вып.3, с.12.8. Sviridov K.N., "Remote sensing of the Earth with adaptive compensation for random tilts of the wavefront", Rocket and space instrumentation and information systems, 2015, v.2,
9.Свиридов К.Н., «Способ получения и обработки изображений, искаженных турбулентной атмосферой», решение о выдаче патента на изобретение № 2016100934/28(001133) от 12.03.2019 по заявке на изобретение №2016100934 от 14.01.2016, заявитель и правообладатель АО «Российские космические системы».9. Sviridov K.N., "A method for obtaining and processing images distorted by a turbulent atmosphere", the decision to issue a patent for invention No. 2016100934/28 (001133) dated 12.03.2019 on application for invention No. 2016100934 dated 14.01.2016, the applicant and copyright holder of JSC Russian Space Systems.
10. Свиридов К.Н., «Адаптивная фильтрация средних изображений, искаженных турбулентной атмосферой», Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы», 2015, т.2, вып.4, с.40.10. Sviridov KN, "Adaptive filtering of middle images distorted by a turbulent atmosphere", Rocket and space instrumentation and information systems, 2015, v.2,
11. Cвиридов К.Н., О предельном инструментальном разрешении космического аппарата «Ресурс-П» (№1,2,3)», Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2017, т.4, вып.2, с.20-28. 11. Sviridov K.N., On the limiting instrumental resolution of the "Resurs-P" spacecraft (No. 1,2,3) ", Rocket and space instrument making and information systems, 2017, vol.4,
12. Свиридов К.Н., Тюлин А.Е., О критериях оценки предельного инструментального разрешения космического аппарата дистанционного зондирования Земли на местности, научно-технический журнал «Информация и Космос», 2018, №3, с.143-146.12. Sviridov K.N., Tyulin A.E., On the criteria for assessing the limiting instrumental resolution of a spacecraft for remote sensing of the Earth on the ground, scientific and technical journal "Information and Space", 2018, No. 3, pp. 143-146.
13. Свиридов К.Н., «Способ дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)», Патент Российской Федерации №2531024 от 20.08.2014 по заявке на изобретение №2013125540 от 03.06.2013, заявитель и правообладатель АО «Российские космические системы».13. Sviridov K.N., "Method of remote sensing of the Earth (ERS)", Patent of the Russian Federation No. 2531024 dated 08/20/2014 for an invention application No. 2013125540 dated 06/03/2013, applicant and copyright holder of JSC Russian Space Systems.
14. Свиридов К.Н., «О новом подходе к получению и обработке изображений ДЗЗ, искаженных турбулентной атмосферой», Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2014, т.1, вып.4,с.28.14. Sviridov KN, “On a new approach to the acquisition and processing of remote sensing images distorted by a turbulent atmosphere”, Rocket and space instrument making and information systems, 2014, v.1,
15. Уэзерелл У., Оценка качества изображения, гл.6 в кн. под ред. Р.Шеннона, Дж. Вайанта, Проектирование оптических систем, 1983, изд. Мир, М..15. Weatherll W., Image Quality Assessment, ch. 6 in the book. ed. R. Shannon, J. Wyant, Optical Systems Design, 1983, ed. Mir, M ..
16. Ground Sample Distance (GSD) Support (http://support.pix4d.com/he/en-us/articles /202559809);16. Ground Sample Distance (GSD) Support (http://support.pix4d.com/he/en-us/articles / 202559809);
17. Хмелевской С.И., Тенденции в развитии цифровых аэросъемочных систем. Критерии сравнения и оценки, Геопрофи, 2011, №1, с.11);17. Khmelevskoy SI, Trends in the development of digital aerial survey systems. Comparison and evaluation criteria, Geoprofi, 2011, No. 1, p.11);
18. Замшин В.В., Методы определения линейной разрешающей способности18. Zamshin V.V., Methods for determining the linear resolution
оптических и радиолокационных аэрокосмических изображений, Известияoptical and radar aerospace images, Izvestia
ВУЗов, геодезия и аэрофотосъемка,2014, №1, с.43);Universities, geodesy and aerial photography, 2014, No. 1, p.43);
19.Характеристика качества изображения на сайте НТЦ Красногорский завод им. С.А. Зверева (http://www.com/qa/qa-resolution.html);19.Characteristic of image quality on the website of the STC Krasnogorsk plant named after S.A. Zverev (http://www.com/qa/qa-resolution.html);
20. ГОСТ 15115-78, Системы телескопические для оптических приборов. Визуальный метод определения предела разрешения, Гос. Комитет СССР по стандартам,М.,1978;20. GOST 15115-78, Telescopic systems for optical devices. Visual method for determining the resolution limit, State. USSR Committee for Standards, M., 1978;
21. Кононов В., Основы методики расчета разрешающей способности и точности определения координат аэрофототопографических систем. (http://www.geomatika.kiev.ua/training/DataCapture/RemoteSensing/Chapter103html);21. Kononov V., Fundamentals of methods for calculating the resolution and accuracy of determining the coordinates of aerial photo-topographic systems. (http://www.geomatika.kiev.ua/training/DataCapture/RemoteSensing/Chapter103html);
22. Greenwood D.P., Fried D.L., «Power Spectrum Requirements for Wave front Compensative Systems», J. Opt. Soc. Am., 1976, v.66, p.193;22. Greenwood D.P., Fried D.L., "Power Spectrum Requirements for Wave front Compensative Systems", J. Opt. Soc. Am. 1976, v. 66, p. 193;
23. Свиридов К.Н., Польских С.Д., Бакут П.А., Хомич Н.Ю., Исследование вероятностного подхода к достижению дифракционного разрешения оптических систем в условиях атмосферного видения, Оптика атмосферы, 1989, т.2, №1, с.41;23. Sviridov K.N., Polskikh S.D., Bakut P.A., Khomich N.Yu., Investigation of a probabilistic approach to achieving diffraction resolution of optical systems under atmospheric vision, Optics of the atmosphere, 1989, vol. 2, no. 1, p. 41;
24. Свиридов К.Н., Бакут П.А., Белкин Н.Д., Устинов Н.Д., «Статистическая оценка спектральной полосы метода пятенной интерферометрии», 1983, т.54, вып.5, с.890.24. Sviridov KN, Bakut PA, Belkin ND, Ustinov ND, "Statistical estimation of the spectral band of the spot interferometry method", 1983, v.54,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019131343A RU2730886C1 (en) | 2019-10-04 | 2019-10-04 | Method of achieving diffraction limit of resolution of images of remote probing of earth for small spacecrafts |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019131343A RU2730886C1 (en) | 2019-10-04 | 2019-10-04 | Method of achieving diffraction limit of resolution of images of remote probing of earth for small spacecrafts |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2730886C1 true RU2730886C1 (en) | 2020-08-26 |
Family
ID=72237917
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019131343A RU2730886C1 (en) | 2019-10-04 | 2019-10-04 | Method of achieving diffraction limit of resolution of images of remote probing of earth for small spacecrafts |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2730886C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1626256A1 (en) * | 2004-08-11 | 2006-02-15 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Refinement of spatial resolution of multispectral remote sensing data |
CN102564404A (en) * | 2012-02-07 | 2012-07-11 | 北京大学 | Polarized remote sensing earth-atmosphere information separation method based on atmosphere neutral point |
RU2531024C1 (en) * | 2013-06-03 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method of remote earth probing (reb) |
RU2686445C1 (en) * | 2016-01-14 | 2019-04-25 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of obtaining and processing images distorted by a turbulent atmosphere |
-
2019
- 2019-10-04 RU RU2019131343A patent/RU2730886C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1626256A1 (en) * | 2004-08-11 | 2006-02-15 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Refinement of spatial resolution of multispectral remote sensing data |
CN102564404A (en) * | 2012-02-07 | 2012-07-11 | 北京大学 | Polarized remote sensing earth-atmosphere information separation method based on atmosphere neutral point |
RU2531024C1 (en) * | 2013-06-03 | 2014-10-20 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method of remote earth probing (reb) |
RU2686445C1 (en) * | 2016-01-14 | 2019-04-25 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Method of obtaining and processing images distorted by a turbulent atmosphere |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Greenwood D.P., Fried D.L. "Power spectra requirement for wave-compensative systems" J. Opt. Soc. Am., Vol. 66, No. 3, March 1976, pp. 193-206. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7957608B2 (en) | Image correction across multiple spectral regimes | |
Tomaney et al. | Expanding the realm of microlensing surveys with difference image photometry | |
JP6570991B2 (en) | Diversification of lenslet, beam walk (BEAMWALK), and tilt for forming non-coplanar (ANISOLANATIC) images in large aperture telescopes | |
Labeyrie | Images of exo-planets obtainable from dark speckles in adaptive telescopes. | |
Lofdahl et al. | Phase diversity experiment to measure piston misalignment on the segmented primary mirror of the Keck II telescope | |
Beuzit et al. | A stellar coronograph for the COME-ON-PLUS adaptive optics system-I. Description and performance | |
EP2593367B1 (en) | Space surveillance system for surveying the near space | |
Mata-Calvo et al. | Laser guide stars for optical free-space communications | |
US20180249100A1 (en) | High resolution multi-aperture imaging system | |
RU2531024C1 (en) | Method of remote earth probing (reb) | |
Montanaro et al. | Performance of the Thermal Infrared Sensor on-board Landsat 8 over the first year on-orbit | |
RU2730886C1 (en) | Method of achieving diffraction limit of resolution of images of remote probing of earth for small spacecrafts | |
EP3290891A1 (en) | Method and device for characterizing optical aberrations of an optical system | |
Du Bosq et al. | An overview of joint activities on computational imaging and compressive sensing systems by NATO SET-232 | |
RU2686445C1 (en) | Method of obtaining and processing images distorted by a turbulent atmosphere | |
Zarcone et al. | Image processing for geo detection | |
Copeland | Satellite and debris characterisation with Adaptive Optics Imaging | |
Wasson et al. | Observation of Gaia (DR2) Red and White Dwarf Binary Stars in the Solar Neighborhood | |
O'Neill et al. | RGB wavefront sensor for turbulence mitigation | |
Dudinov et al. | GRAVITATIONAL LENS SYSTEM Q2237+ 0305 IN 2001− 2008: OBSERVATIONS ON MT. MAIDANAK | |
Gamet et al. | Measuring, modeling and removing optical straylight from venμs super spectral camera images | |
RU2629925C1 (en) | Method of obtaining and processing images of remote earth sensing distorted by turbulent atmosphere | |
Soules et al. | Temporal characteristics of turbulence-induced image motion | |
McElwain et al. | High-contrast imaging with Keck adaptive optics and OSIRIS | |
Driga et al. | Method for determining the wavefront distortions from the Shack-Hartmann sensor measurements |