Анотація до роботи:

Гнатушенко В. В. Геометричні моделі формування та попередньої обробки цифрових фотограмметричних зображень високого просторового розрізнення. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.01.01 — прикладна геометрія, інженерна графіка. — Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2009.

Дисертацію присвячено питанням геометричного моделювання процесів формування та попередньої обробки фотограмметричних сканерних зображень. Запропоновано і обґрунтоване застосування паралельного проекціювання для моделювання процесів формування цифрових аерокосмічних сцен високого просторового розрізнення; розроблені нелінійна та лінійна моделі, отримані співвідношення між відповідними цим моделям наборами параметрів. Розроблено загальну проекційну геометричну модель формування цифрових фотограмметричних зображень та розглянуті її важливі окремі випадки, зокрема, для моделювання стереопари, багатоспектральних зображень і пари знімків, які належать одній площині. Запропоновано методику епіполярної передискретизації сканерних зображень.

На основі запропонованих геометричних моделей розроблені прикладні методики, алгоритми та програмне забезпечення ректифікації, реєстрації та подальшого суміщення зображень із можливістю контролю якості відповідних перетворень і зміни інформативності одержуваних зображень. В основу зазначених методів покладене застосування інформаційно-теоретичного підходу з використанням поняття «взаємної інформації» й інших інформаційних критеріїв. Практичні результати утворюють передумови для вирішення прикладної проблеми розпізнавання й інтерпретації цифрових видових даних, отриманих дистанційними засобами. Практичне значення одержаних у роботі результатів визначається суттєвим збільшенням інформативності растрових зображень, алгоритмічною базою якого є розроблені геометричні моделі формування.

Результати дисертаційного дослідження впроваджено у практику і в навчальний процес.

У роботі вирішена наукова проблема геометричного моделювання процесів формування та попередньої обробки цифрових фотограмметричних зображень високого просторового розрізнення із метою підвищення їхньої інформативності. У рамках розроблених моделей запропоновані нові методи обробки й інтерпретації сканерних зображень, що враховують специфіку їхньої фіксації. Практичні результати створюють передумови для вирішення прикладної проблеми розпізнавання й інтерпретації відеоінформації, отриманої дистанційними засобами.

Отримано наступні основні результати, які мають наукову новизну та практичну цінність:

1. Розроблено загальні геометричні моделі формування і обробки сканерних зображень. Виконано аналіз цих моделей з позицій точності геометричного сполучення сканів. Кількісно описані спотворюючі фактори процесу формування сканерних знімків і їхній вплив на точність одержання оброблених зображень.

2. Запропоновано і обґрунтовано застосування паралельного проекціювання для моделювання процесів формування цифрових фотограмметричних зображень високого просторового розрізнення; розроблені нелінійна та лінійна моделі, отримані співвідношення між відповідними цим моделям наборами параметрів.

3. Розроблено теоретичні та методологічні основи переходу від перспективного до паралельного проекціювання сканерних зображень, що дозволило врахувати умови їхньої фіксації. Розглянуто вплив рельєфу місцевості на якість відповідних перетворень і визначені можливі шляхи визначення необхідних кутів крену носія датчика видової інформації.

4. Запропоновано загальну паралельно-проекційну модель формування сканерних зображень. Розглянуті її важливі окремі випадки, зокрема, для моделювання стереопари, багатоспектральних зображень і пари знімків, які належать одній площині, що забезпечує підвищення точності геометричної і радіометричної корекцій цифрових зображень. Розроблено геометричну модель сканерних сцен, стереоефект яких досягається креном камери.

5. Розроблено алгоритмічну базу вирішення оберненої задачі морфологічного аналізу зображень — знаходження паралельно-проекційних параметрів формування сцени при відомих елементах зовнішнього орієнтування сканера.

6. Дістав подальшого розвитку метод епіполярної передискретизації відносно попередньої обробки сканерних зображень, що враховує тривимірність об’єкту та дозволяє зменшити обчислювальні витрати за рахунок використання епіполярних обмежень. Запропонована інтерпретація параметрів епіполярних ліній дозволила одержати цільові функції для мінімізації поперечного паралакса в нормалізованих сценах. Доведено необхідність використання контрольних точок для забезпечення лінійної залежності між поздовжнім паралаксом і висотою об’єкта.

7. Розроблено алгоритми поелементних геометричних перетворень сканерних зображень, що засновані на проективному і афінному поданнях складних законів обробки, які забезпечують високу швидкість обробки та точність просторової дискретизації.

8. Запропоновано новий узагальнений критерій візуальної якості зображень, який, крім власно оцінки, може використовуватися як ефективний інструмент керування при обробці цифрової інформації з метою оптимізації параметрів на різних етапах перетворення зображень. Тестування запропонованого критерію підтвердили його властивість високої достовірності відповідних оцінок та гарну кореляцію з візуально сприйнятою якістю зображень.

9. Розроблено модель геометричної корекції сканерних зображень від датчиків різного принципу дії з урахуванням рельєфу місцевості. Модель заснована на аналітичному описі процесів формування вихідних сканів, структурно-скоректованих зображень і координатної відповідності між ними. Розроблено алгоритми апроксимації функцій геометричної відповідності сканів і структурно відновленого зображення, що враховують особливості процесів формування та геометричної корекції зображень. Ці алгоритми покладені в основу побудови високошвидкісної технології геометричної обробки даних від датчиків сканерного принципу дії.

10. На основі запропонованих моделей формування розроблені прикладні методики і алгоритми ректифікації, реєстрації та подальшого суміщення проекційних зображень із можливістю контролю якості відповідних перетворень і зміни інформативності одержуваних зображень. В основу зазначених методів покладене застосування інформаційно-теоретичного підходу з використанням поняття «взаємної інформації» й інших ентропійних критеріїв.

11. Запропоновані в дисертації геометричні моделі формування та методи підвищення інформативності (візуальної якості) і аналізу фотограмметричних зображень і розроблене на їхній основі програмне забезпечення впроваджені:

- на Державному підприємстві «Конструкторське бюро «Південне»» ім. М.К. Янгеля (м. Дніпропетровськ);

- в Інституті технічної механіки національної Академії наук України і національного космічного агентства України (м. Дніпропетровськ);

- у навчальний процес Дніпропетровського національного університету імені Олеся Гончара.

12. За темою дисертації опубліковано 53 наукових праці, з них 30 – без співавторів. Основний зміст і результати досліджень викладено у 36 друкованих працях у наукових фахових виданнях, які рекомендовано ВАК України; 17 статей опубліковано у збірниках наукових праць та матеріалах конференцій, у тому числі 1 за кордоном.

Публікації автора:

1. Гнатушенко В. В. Розпізнавання даних дистанційного зондування різного просторового розрізнення / В. В. Гнатушенко // Системи обробки інформації. — Х., 2003. — Вип.5. — С. 202—208.

2. Гнатушенко В. В. Использование геометрических методов при обработке мультиспектральных изображений / В. В. Гнатушенко // Проблемы управления и информатики. — К., 2003.—№ 6. — С. 72—81.

3. Гнатушенко В. В. Геометрія пошуку опорних точок при обробці зображень / В. В. Гнатушенко, О. В. Реута // Прикладна геометрія та інженерна графіка. — К., 2003. — Вип. 73. — С. 184—189.

4. Гнатушенко В. В. Підвищення роздільної здатності багатоспектральних зображень дистанційного зондування / В. В. Гнатушенко // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. — Мелітополь, 2004. — Вип. 4, т.23. — С. 56—60.

5. Гнатушенко В. В. Методика підвищення просторового розрізнення мультиспектральних зображень / В. В. Гнатушенко, Вік. В. Гнатушенко // Системи обробки інформації. — Х., 2004. — Вип. 4. — С. 55—59.

6. Гнатушенко В. В. Прив’язка космічних зображень за допомогою кореляційних та спектральних характеристик / В. В. Гнатушенко, Вік. В. Гнатушенко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — Х., 2004. — № 2 (8). — С. 36—38.

7. Гнатушенко В. В. Оцінка якості злиття зображень / В. В. Гнатушенко // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. — Мелітополь, 2004. — Вип. 4, т.25. — С. 67—70.

8. Гнатушенко В. В. Злиття космічних даних різного просторового розрізнення / В. В. Гнатушенко, Вік. В. Гнатушенко // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. — Дніпропетровськ, 2004. — Вип. 2 (31). –– С. 67—72.

9. Гнатушенко В. В. Геометричні методи формування зображень високого розрізнення зі супутника IKONOS / В. В. Гнатушенко // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. — Мелітополь, 2004. — Вип. 4, т.27. — С. 35—39.

10. Гнатушенко В.В. Альтернативні геометричні моделі одержання супутникових зображень високого розрізнення / В. В. Гнатушенко // Геометричне та комп’ютерне моделювання. — Х., 2004. — Вип. 8. — С. 48—53.

11. Гнатушенко В. В. Аналіз супутникових зображень на основі проективних інваріантів / В. В. Гнатушенко // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. — Мелітополь, 2004. — Вип. 4, т.28. — С. 47—51.

12. Гнатушенко В. В. Інформаційні моделі формування та попередньої обробки мультиспектральних зображень / В. В. Гнатушенко, Вік. В. Гнатушенко // Нові технології. — Кременчук, 2005. — № 1—2 (7—8). — С. 134—136.

13. Гнатушенко В. В. Моделювання процесу формування цифрових сканерних зображень дистанційного зондування / В. В. Гнатушенко // Научно-техн. журнал «Автоматика. Автоматизация. Электротехн. комплексы и системы». — Херсон, 2005. — №1 (15). — С. 42—46.

14. Гнатушенко В. В. Урахування форми ФРТ при первинній обробці та інваріантному розпізнаванні космічних зображень / В. В. Гнатушенко // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. — Мелітополь, 2005. — Вип. 4, т.29. — С. 41—45.

15. Гнатушенко В. В. Реєстрація та злиття розмитих фотограмметричних зображень / В. В. Гнатушенко // Геометричне та комп’ютерне моделювання. — Х., 2005. — Вип. 11. — С. 85—89.

16. Гнатушенко В. В. Використання RPC-моделі при орторектифікації супутникових знімків високого розрізнення / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. — Дніпропетровськ, 2005. — Вип. 6 (41). –– С. 115—123.

17. Гнатушенко В. В. Передискретизація сканерних зображень, одержуваних лінійними ПЗЗ-камерами / В. В. Гнатушенко // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. — Мелітополь, 2005. — Вип.4, т.30. — С. 74—79.

18. Гнатушенко В. В. Моделі супутникових стереозображень високої просторової здатності / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Геометричне та комп’ютерне моделювання. — Х., 2006. — Вип. 14. — С. 72—78.

19. Гнатушенко В. В. Паралельно-проекційна модель поодинокого сканерного знімка / В. В. Гнатушенко // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. — Мелітополь, 2006. — Вип. 4, т.32. — С. 86—93.

20. Гнатушенко В. В. Визначення епіполярних і трифокусних обмежень при моделюванні супутникових зображень / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. — Дніпропетровськ, 2006. — Випуск 2 (43). –– С. 57—63.

21. Гнатушенко В. В. Застосування передових цифрових інформаційних технологій при дистанційному зондуванні земної поверхні та обробці відповідних даних / В. В. Гнатушенко // Нові технології. — Кременчук, 2006. — № 2 (12). — С. 231—233.

22. Гнатушенко В. В. Модель орієнтування пари знімків, що належать одній площині / В. В. Гнатушенко // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. — Дніпропетровськ, 2006. — Вип. 3 (44). –– С. 22—26.

23. Гнатушенко В. В. Визначення змін земної поверхні за допомогою аналізу фотограмметричних зображень високої просторової здатності / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. Міжвідом. науково-техніч. збірник. — К., 2006. — С. 238—242.

24. Гнатушенко В. В. Урахування тривимірності об’єкта при побудові моделі формування стереопари / В. В. Гнатушенко // Вестник Херсонского национального технического университета. — Херсон, 2006. — Вып. 2 (25). –– С. 151—155.

25. Гнатушенко В. В. Перемасштабування як один із необхідних етапів попередньої обробки супутникових стереозображень / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Геометричне та комп’ютерне моделювання. — Х., 2007. — Вип. 16. — С. 77—83.

26. Гнатушенко В. В. Реєстрація зображень з використанням ентропійних критеріїв / В. В. Гнатушенко, Корчинський В.М. // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. — Мелітополь, 2007. — Вип. 4, т.34. — С. 64—68.

27. Гнатушенко В. В. Моделі та технології в системах одержання та обробки фотограмметричних зображень / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Нові технології. — Кременчук, 2007. — № 1—2 (15—16). — С. 160—163.

28. Гнатушенко В. В. Визначення параметрів проекційної моделі формування сканерних зображень в задачах їхньої передискретизації / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Геометричне та комп’ютерне моделювання. — Х., 2007. — Вип. 17. — С. 170—175.

29. Гнатушенко В. В. Нормалізація сканерних сцен / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. — Мелітополь, 2007. — Вип. 4, т.35. — С. 69—75.

30. Гнатушенко В. В. Застосування проективної геометрії при фотограмметричній обробці стереозображень / В. В. Гнатушенко // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. — Дніпропетровськ, 2008. — Вип. 3 (56). — Т. 1. — С. 107—110.

31. Гнатушенко В. В. Використання взаємної інформації в задачах обробки проекційних зображень / В. В. Гнатушенко, В. М. Корчинський // Прикладна геометрія та інженерна графіка. — К., 2008. —Вип. 79 — С. 23—28.

32. Гнатушенко В. В. Епіполярна геометрія стереопари, одержаної невідкаліброваними камерами / В. В. Гнатушенко // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. —Мелітополь, 2008. — Вип. 4, т.37. — С. 37—43.

33. Гнатушенко В. В. Побудова фотограмметричної моделі по даним цифрової стереозйомки / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Міжвузівський збірник «Наукові нотатки». — Луцьк, 2008. — Вип. 22, ч.1. — С. 73—78.

34. Гнатушенко В. В. Моделі геометричної корекції сканерних зображень / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. — Мелітополь, 2008. — Вип. 4, т.39. — С. 75—79.

35. Гнатушенко В. В. Проективна корекція даних стереозйомки / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Прикладна геометрія та інженерна графіка. — К., 2008. — Вип. 80. — 491-495.

36. Гнатушенко В.В. Епіполярна ректифікація проекційних зображень / В. В. Гнатушенко // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. – Мелітополь: ТДАТУ, 2008. –Вип. 4, т.41. – С. 50-54.

Додаткові публікації

37. Гнатушенко В. В. Нові інформаційні технології у космічному моніторингу та обробці зображень / В. В. Гнатушенко // Информационные технологии в XXI веке: сб. докл. и тезисов 1-го молодёжн. науч.-практ. форума. — Дніпропетровськ, 2003. — С. 69—70.

38. Гнатушенко В. В. Застосування геометричних методів при обробці космічних зображень / В. В. Гнатушенко // Наукові космічні дослідження: школа-семінар для молодих науковців. — К., 2003. — С.19—21.

39. Гнатушенко В. В. Форми, інваріантні до спотворень та геометричних перетворень мультиспектральних зображень / В. В. Гнатушенко // Сучасні проблеми геометричного моделювання: праці НУ «Львівська політехніка» (спецвипуск): матеріали міжнар. наук.-практ. конф. — Львів, 2003. — С. 300—302.

40. Гнатушенко В. В. Комбінування зображень різного просторового розрізнення / В. В. Гнатушенко, Вік. В. Гнатушенко // Математичні проблеми технічної механіки: матеріали 4-ї всеукр. наук. конф. — Дніпропетровськ, 2004. — С. 116.

41. Гнатушенко В. В. Побудова цифрової моделі рельєфу / В. В. Гнатушенко // Наукові космічні дослідження: школа-семінар для молодих науковців. — К., 2004.— С. 24—25.

42. Гнатушенко В. В. Вирішення задач екологічного моніторингу за допомогою геометричного підходу до спільної обробки даних / В. В. Гнатушенко // Геометрическое и компьютерное моделирование: энергосбережение, экология, дизайн: сб. науч. трудов: межведом. Науч.-техн. сб., спецвыпуск, докл. 1-й междунар. науч.-практ. конф. — К., 2004. — С. 221—226.

43. Гнатушенко В. В. Паралельно-проекційна модель сканерних аерокосмічних зображень / В. В. Гнатушенко // Математичні проблеми технічної механіки: матеріали міжнар. наук. конф. — Дніпропетровськ, 2005. — С. 146—147.

44. Гнатушенко В. В. Особливості моделювання та попередньої обробки цифрових сканерних знімків високого просторового розрізнення / В. В. Гнатушенко // Наукові космічні дослідження: школа-семінар для молодих науковців. — К., 2005. — С. 14—16.

45. Гнатушенко В. В. Нова методологія ректифікації зображень зі супутника SPOT-5 / В. В. Гнатушенко // Математичні проблеми технічної механіки: матеріали міжнар. наук. конф.: тези доп. — Дніпродзержинськ, 2006. — С. 171—172.

46. Гнатушенко В. В. Цифрові інформаційні технології дистанційного зондування / В. В. Гнатушенко // Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології: друга наук.-техн. конф. з міжнар. участю: тези доп. — Кременчук, 2006. — С. 162—163.

47. Gnatushenko V.V. Model of digital image processing on the wavelet-analysis basis / V. V. Gnatushenko // 7 International Symposium of Croatian Metallurgical Society “Materials and Metallurgy”. – Zagreb, 2006. – P.17.

48. Гнатушенко В. В. Перемасштабування фотограмметричних стереосцен, одержаних лінійними ПЗЗ-сканерами / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем (MPZIS —2006): 4-та міжнар. наук.-практ. конф.: тези доп. — Дніпропетровськ, 2006. — С. 20—21.

49. Гнатушенко В. В. Оцінка якості суміщення фотограмметричних даних / В. В. Гнатушенко // Математичні проблеми технічної механіки: матеріали міжнар. наук. конф.: тези доп. — Дніпродзержинськ, 2007. — С. 106.

50. Гнатушенко В. В. Моделі процесів формоутворення та обробки триплетів цифрової стереозйомки / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Людина і Космос: Х міжнар. молодіжна наук.-практ. конф.: зб. тез. — Дніпропетровськ, 2008. — С. 301.

51. Гнатушенко В. В. Взаємне орієнтування стереознімків проективними методами / В. В. Гнатушенко // Математичні проблеми технічної механіки: матеріали міжнар. наук. конф.: тези доп. — Дніпродзержинськ, 2008. — С. 178.

52. Гнатушенко В. В. Моделі геометричної обробки сканерних зображень дистанційного зондування / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Інтелектуальні системи прийняття рішень і проблеми обчислювального інтелекту (ISDMCI’2008): міжнар. наук. конф.: тези доп. —Херсон, 2008. — Т.3, ч.1. — С. 98—99.

53. Гнатушенко В.В. Побудова цифрової моделі рельєфу по аерокосмічним стереознімкам / В. В. Гнатушенко, І. С. Дмитрієва // Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем (MPZIS —2008): 6-та міжнар. наук.-практ. конф.: тези доп. — Дніпропетровськ, 2008. — С. 89.