Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Entering the digital era of the Open Skies Treaty

Orych A.

Geodesy and Cartography

|

2015

|

Vol. 64, no. 1

65--74

EN

The Open Skies Treaty has been a peace-building instrument between North American and European nations for over two decades. This agreement is based on the possibility for each country-signatory of the Treaty to independently conduct observation flights and obtain aerial imagery data of the territories of other Treaty States-Parties. This imagery data was originally acquired only using traditional photographic film cameras. Together with the rapid development and advancement of digital sensor technologies, the logical step forward was to amend the Treaty provisions to allow for the use of these types of sensors during observation missions. This paper describes this transition process and highlights a number of technical problems which needed to be addressed by experts working within the Open Skies Consultative Commission workgroups.

PL

Od ponad 20 lat, Traktat o Otwartych Przestworzach pełni rolę narzędzia wspierającego pokój pomiędzy krajami Ameryki Północnej oraz Europy. Porozumienie to opiera się na umożliwianiu każdemu państwu- sygnatariuszowi Traktatu samodzielne wykonywanie lotów obserwacyjnych oraz pozyskiwanie informacji obrazowej na temat terytorium innych Państw-Stron Traktatu. Oryginalnie Traktat zakładał jedynie pozyskiwanie danych obrazowych za pomocą tradycyjnych aparatów fotograficznych na kliszę fotograficzną. Wraz z nagłym rozwojem technologii sensorów cyfrowych, kolejnym logicznym krokiem w przód było dostosowanie zapisów Traktatu, tak aby umożliwić wykorzystanie tego typu sensorów podczas misji obserwacyjnych. Artykuł ten opisusje ten proces przejścia oraz opisuje wybrane problemy techniczne jakie zostały poruszone przez ekspertów pracujących w grupach roboczych Komisji Konsultatywnej Traktatu o Otwartych Przestworzach (KKOP)

2

Koncepcja cyfrowej platformy lotniczej do realizacji misji obserwacyjnych w ramach Traktatu o Otwartych Przestworzach

Walczykowski P., Orych A.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2013

|

Vol. 25

243--253

EN

The Treaty on Open Skies, to which Poland is a signatory from the very beginning, was signed in 1992 in Helsinki. The main principle of the Treaty is increasing the openness of military activities conducted by the States-Parties and control over respecting disarmament agreements. Responsibilities given by the Treaty are fulfilled by conducting and receiving a given number of observation flights over the territories of the Treaty signatories. Among the 34 countries currently actively taking part in this Treaty only some own certified airplanes and observation sensors. Poland is within the group of countries who do not own their own platform and therefore fulfills Treaty requirements using the Ukrainian An-30b. Primarily, the Treaty only enabled the use of analogue sensors for the acquisition of imagery data. Together with the development of digital techniques, a rise in the need for digital imagery products had been noted. Currently digital photography is being used in almost ass fields of studies and everyday life. This has lead to very rapid developments in digital sensor technologies, employing the newest and most innovative solutions. Digital imagery products have many advantages and have now almost fully replaced traditional film sensors. Digital technologies have given rise to a new era in Open Skies. The Open Skies Consultative Commission, having conducted many series of tests, signed a new Decision to the Treaty, which allows for digital aerial sensors to be used during observation flights. The main aim of this article is to design a concept of choosing digital sensors and selecting an airplane, therefore a digital aerial platform, which could be used by Poland for Open Skies purposes. A thorough analysis of airplanes currently used by the Polish Air force was conducted in terms of their specifications and the possibility of their employment for Open Skies Treaty missions. Next, an analysis was conducted of the latest aerial digital sensors offered by leading commercial manufacturers. The sensors were analyzed in terms of the accordance of their specifications with the technical requirements of the Treaty.

PL

W 1992 r. w Helsinkach został podpisany Traktat o Otwartych Przestworzach (Treaty on Open Skies), w którym Polska uczestniczy od samego początku. Do zadań Traktatu należy przede wszystkim zwiększenie otwartości działań militarnych podejmowanych przez Państwa-Strony i nadzór nad przestrzeganiem postanowień porozumień rozbrojeniowych. Zobowiązania podpisane w Traktacie wypełnia się poprzez wykonywanie oraz przyjmowanie określonej liczby lotów obserwacyjnych nad terytorium sygnatariuszy Traktatu. Spośród 34 państw obecnie uczestniczących w porozumieniu tylko niektóre dokonały certyfikacji samolotu i zainstalowanej aparatury obserwacyjnej. Strona Polska należy do grona państw, które nie posiadają własnej platformy i w celu wywiązywania się z ustalonych postanowień Traktatu, wynajmuje samolot AN-30B od Strony Ukraińskiej. Wstępnie Traktat określał możliwość wykorzystania jedynie analogowych sensorów do pozyskiwania danych obrazowych. Wraz z rozwojem techniki cyfrowej zanotowano wzrost zapotrzebowania na produkty bazujące na tego typu technologii. Obecnie fotografia cyfrowa jest wykorzystywana w wielu dziedzinach życia i nauki. Przyczyniło się to do większego rozwoju aparatury cyfrowej, wykorzystującej coraz to nowsze, bardziej innowacyjne rozwiązania. Cyfrowe produkty cechuje wiele zalet i obecnie prawie całkowicie wyparły one tradycyjne aparaty na film. Cyfrowa technika zapoczątkowała nową erę w Open Skies. Idąc z duchem czasu Komisja Konsultacyjna do spraw Traktatu, po przeprowadzeniu badań, podpisała nową Decyzję, będącą załącznikiem do Traktatu, zezwalającą na wykorzystanie cyfrowych aparatów lotniczych podczas realizacji misji. Głównym celem artykułu jest opracowanie koncepcji zastosowania cyfrowych sensorów oraz wyboru statku powietrznego, czyli cyfrowej platformy lotniczej, która mogłaby być wykorzystywana przez Polskę na potrzeby realizacji misji Open Skies. Dokonano analizy statków powietrznych będących na uzbrojeniu Sił Powietrznych Rzeczpospolitej Polskiej, pod kątem ich przydatności i możliwości adaptacji jednego z nich w celu wykorzystania podczas misji Open Skies. Następnie dokonano przeglądu nowoczesnych lotniczych sensorów cyfrowych oferowanych przez wiodących producentów rynku komercyjnego, oraz dodatkowo przeanalizowano zgodność parametrów tych sensorów z postanowieniami Traktatu i jego decyzjami.

3

Wstępna detekcja stanu elewacji budynków przy wykorzystaniu zobrazowań hiperspektralnych

Walczykowski P., Dąbrowski R., Orych A.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 1

125-134

PL

Istnieje wiele czynników powodujących niszczenie zewnętrznej części elewacji budynków. Należą do nich mchy, szkodniki, wilgoć czy grzyby, które często powodują uszkodzenia materiałów kamieniarskich, zewnętrznych części tynków i tym samym ich kruszenie i odpadanie. Czynnikiem, któremu zespół z Zakładu Teledetekcji i Fotogrametrii WAT poświęcił szereg badań i analiz, jest wilgotność. Wywołuje ona gnicie drewna, murszenie cegły, korozję stali, jak również może spowodować mikropęknięcia i odpadanie tynku. Ponadto zawilgocone elementy budowlane powodują wzrost zapotrzebowania na energię grzewczą. Wzrost wilgotności powietrza wewnętrznego budynku staje się również początkiem rozwoju szkodliwych pleśni i grzybów. Zagadnieniem poruszonym w opisanej pracy badawczej jest wykrywanie zawilgoconych obszarów elewacji nieinwazyjnymi metodami teledetekcyjnymi.

EN

There are a great number of factors and processes which can have a negative effect on the facades of buildings. Such damaging processes include weathering, corrosion, salt blooming and biological changes like moss, lichen, moulds and moisture. Most techniques used nowadays to detect these changes either require us to be in close proximity to the analyzed surface or can themselves have damaging effects on the structure (i.e. when drilling or other forms of extraction of material are needed). The research team at the Department of Remote Sensing and Photogrammetry at the Military University of Technology has developed a system which enables the acquisition of hyperspectral images in the 420-1100 nm range. The system is composed mainly of a monochromatic camera and two optoelectronically tunable filters — one in the visible range of the electromagnetic spectrum (VIS 420-720 nm) and the other in the close infrared region (NIR 650-1100 nm). The hyperspectral imaging system is ideal for the detection of the above mentioned changes occurring on buildings. A sequence of images in the 420-1100 nm range with a 10 nm bandwidth and 10 nm step is acquired. Registered images, especially those in the infrared range, can be very useful for detecting of areas of excess moisture on the building surface. The measurement of moisture content has a particular importance, as most aforementioned damages are caused by, higher than average, levels of moisture. Having acquired a hyperspectral image sequence, it is possible to conduct a simple supervised image classification, which will highlight areas of higher moisture content. These areas can then be more closely monitored and analyzed to determine the nature and extent of the damages caused by moisture. As a result, an image representing areas of heightened moisture content on the surface of the buildings facade is created. The proposed hyperspectral technique is noninvasive and allows for the analysis of the entire facade surface at once. It is also possible to acquire a spectral response curve for any chosen point or area on the acquired hyperspectral images.

4

Przykład wykorzystania zobrazowań Landsat TM do oceny stanu zagrożenia pożarowego lasów

Walczykowski P., Orych A., Łysenko J.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2012

|

Vol. 24

393--402

PL

Pożar lasu jest jedną z wielu klęsk żywiołowych, która może spowodować olbrzymie straty i zniszczenia na powierzchni ziemi. W przypadku zagrożenia pożarowego istotne jest szybkie działanie. W takich sytuacjach skuteczne są metody teledetekcyjne. Wykorzystanie technik satelitarnych stanowi użyteczny instrument wspomagający ocenę zagrożenia pożarowego lasów. W ramach pracy przeanalizowano stan zagrożenia pożarowego wybranego obszaru na podstawie zdjęć satelitarnych. Obszar badań objętych analizą obejmował teren niedaleko Kuźni Raciborskiej, znajdujący się w obrębie trzech nadleśnictw: Kędzierzyn, Rudy Raciborskie i Rudziniec. W pracy przedstawione zostały metody, przy pomocy których wykonano mapę zagrożenia pożarowego. W celu wykonania mapy zagrożenia pożarowego wykorzystane zostały metody umożliwiające określenie temperatury powierzchni Ziemi oraz operacje NDVI na zobrazowaniach satelitarnych zarejestrowanych przed pożarem. Wszystkie te analizy wykonano w celu wydzielenia i oceny określonych czynników mających wpływ na zagrożenie pożarowe. Badanie przestrzennego rozkładu poziomu temperatury powierzchni, poprzez określenie radiacyjnej temperatury roślinności, okazało się pomocne przy wyznaczaniu obszarów o różnym stopniu zagrożenia pożarowego. Jednak określenie tylko temperatury roślin nie wystarcza do oceny stresu roślin spowodowanym suszą. Z kolei badanie przestrzennego rozkładu poziomu wilgotności ściółki, poprzez określenie stopnia pokrycia roślinności za pomocą wskaźnika NDVI, przyniosło oczekiwany efekt wyróżnienia obszarów o zróżnicowanej podatności na pożar. Opisane metody oceny zagrożenia pożarowego pomagają w szybki sposób pozyskać informację o stanie obszaru lasu oraz przeprowadzić analizę jego zmian na zobrazowaniach. W wyniku obliczonych wskaźników NDVI oraz obliczenia temperatury radiacyjnej, uzyskano mapę zagrożenia pożarowego, która może okazać się przydatna w wielu opracowaniach mających szczególnie duże znaczenie dla ochrony przeciwpożarowej, jak również dla aktualizowania i stałego sprawdzania zagrożenia pożarowego w kompleksach leśnych. Określenie stopnia takiego zagrożenia z wykorzystaniem danych satelitarnych jest jednym z przedsięwzięć podejmowanych w celu zapobiegania powstawaniu pożarów.

EN

Forest fires are one of many natural disasters which can cause huge loses and damage to the environment. When dealing with such fires, a quick response is crucial. Remote sensing methods can be very helpful in such situations. Satellite images can be a useful tool in classifying the risk of forest fires occurring. In our research we set out to categorize the risk of forest fires of a chosen area based on satellite imagery. The area of interest was located close Kuźnia Raciborska, in the vicinity of the Kędzierzyn, Rudy Raciborskie and Rudziec forest inspectorates. During the research a number of methods, used to develop a risk map of forest fires, were presented. Two methods were used in order to generate risk maps of forest fires: determining the surface temperature and calculating the NDVI from satellite images from before the fires. These operations were conducted in order to incorporate different factors which have an impact on the potential risk of fire. Determining the spatial distribution of the surface temperature, by determining the radiation temperature of the vegetation was very useful in identifying different levels of fire hazard risk. However, using only this one parameter is not sufficient as it does not incorporate plan stress caused by very low humidity (drought). Determining the spatial distribution of the forest bed, by calculating the intensity of vegetation using the NDVI algorithm, allowed for a more precise conclusion of areas which are more or less at risk of forest fires. The described methods of determining the risk of forest fires can be helpful in rapidly acquiring information about the forest’s condition as well asenabling the possibility of analysing any changes which had occurred within the forest due to such natural disasters. As a result of calculating the NDVI and radiation temperature, it as possible to obtain a fire risk map which can be useful for many purposes such as fire risk management systems. Determining the level of fire risk using satellite data is one of the most efficient methods of preventing such natural disasters from occurring.

5

Metodyka prowadzenia analizy wizualnej zobrazowań cyfrowych w celu wyznaczania dopuszczalnej wysokości lotu dla misji Open Skies

Orych A.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2011

|

Vol. 60, nr 3

321-334

PL

Traktat Open Skies jest międzynarodowym porozumieniem umożliwiającym jego sygnatariuszom wykonywanie nieuzbrojonych lotów obserwacyjnych nad terytorium innych państw - stron. Traktat dokładnie określa, jakie samoloty, sensory oraz filmy mogą być wykorzystywane podczas lotów obserwacyjnych. Każda konfiguracja kamery musi przejść proces certyfikacji zanim będzie mogła być wykorzystana podczas misji. Ma to na celu zapewnienie, że za pomocą konfiguracji kamery nie będzie możliwe uzyskanie zobrazowań o rozdzielczości lepszej niż ta określona przez traktat. Ponieważ terenowa zdolność rozdzielcza zależna jest od wysokości lotu, podczas certyfikacji należy określić minimalną dopuszczalną wysokość lotu, przy której nie zostanie przekroczona minimalna dopuszczalna terenowa zdolność rozdzielcza (Hmin) dla każdej konfiguracji kamery. Proces ten wykonywany jest poprzez analizę zobrazowań specjalnie skonstruowanych celów kalibracyjnych. Dotychczas traktat zezwalał jedynie na wykorzystywanie sensorów analogowych podczas misji obserwacyjnych. Wraz z pojawieniem się na rynku nowoczesnych rozwiązań cyfrowych rozpoczęto prace nad umożliwieniem wykorzystania tych nowych sensorów podczas misji Open Skies. Zobrazowania cyfrowe nie mogą być jednak rozpatrywane w ten sam sposób co tradycyjne zobrazowania analogowe. Sensory cyfrowe mogą spowodować występowanie pewnych artefaktów na zobrazowaniach. Te artefakty mogą spowodować niezgodne i niejednoznaczne odczyty i analizy, a co za tym idzie, niepoprawne wyznaczenie wartości Hmin. Dodatkowo, wpływ na wyznaczanie tej wartości może mieć sposób, w jaki obraz jest przetwarzany i wyświetlany. Zespół badawczy Wojskowej Akademii Technicznej wykonał serię testów w celu zbadania wpływu tych czynników.

EN

The Treaty on Open Skies is an international agreement, which enables its signatories to perform unarmed observation flights over the territory of other State-Parties. The Treaty states very clearly what aircraft, sensors and films can be used during an observation flight. All camera configurations must pass a certification process before they are allowed to be used during observation missions. This is to ensure, that the camera configuration will not enable the Observing Party to obtain imagery which is of better resolution than that stated by the Treaty. According to the Treaty, frame and video sensors registering imagery in the visible and close infrared regions of the electromagnetic spectrum, can acquire imagery with a ground resolution no better than 30 cm. Because ground resolution is dependend on the height of the flight, a minimal allowed flying height (Hmin) at which the minimal resolution will not be exceeded must be determined for each configuration during certification. This is done by analyzing a series of images of specially constructed calibration targets. Up till now, the Treaty has only allowed for analogue sensors to be used during such observation flights. The 21st century has seen an extremely dynamic development in modern technologies. Traditional techniques which have been used to acquire imagery are now being pushed out by more modern solutions. The appearance of the DMC-2001 sensor in 2001 has opened new doors in the image acquisition and interpretation world. Such new sensors are now being considered by State-Parties, signatories of the Open Skies Treaty. However, imagery obtained from digital sensors cannot be regarded in the same way as traditional analogue imagery. Digital sensors can cause certain artifacts to appear on imagery. These artifacts can lead to inconsistent and ambiguous readings and analyses, in turn leading to incorrect determining of the Hmin value. Additionally, it has to be tested, whether the way in which an image is processed and displayed, can have any effect on the determination of this very important value. A research team at the Military University of Technology in Warsaw has performed a number of tests in order to analyze the affect of some of these factors.

6

Wyznaczanie terenowej zdolności rozdzielczej zobrazowań pozyskiwanych za pomocą kadrowych kamer cyfrowych w ramach Traktatu Open Skies

Walczykowski P., Orych A., Jenerowicz A., Kawka K.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2010

|

Vol. 59, nr 2

163-178

PL

Terenowa zdolność rozdzielcza jest jednym z podstawowych parametrów określających jakość oraz przydatność pozyskanych zdjęć oraz zobrazowań lotniczych. Określana jest na podstawie zobrazowań pozyskanych z różnych wysokości nad odpowiednio skonstruowanymi celami kalibracyjnymi. W przypadku lotniczej fotografii analogowej, w której obraz rejestrowany jest na filmie, terenowa zdolność rozdzielcza wyznaczana była poprzez oszacowanie widoczności poszczególnych elementów celów. Bardziej precyzyjne wyznaczanie rozdzielczości terenowej sensora zapewnił postęp techniki, a zwłaszcza możliwość cyfrowego zapisu obrazu. W artykule opisano proponowaną metodykę wyznaczania terenowej zdolności rozdzielczej w oparciu o zobrazowania cyfrowe. Dodatkowo zamieszczono opis i analizę podstawowych zniekształceń występujących na zobrazowaniach cyfrowych, mających negatywny wpływ na określanie wartości rozdzielczości.

EN

When implementing the Open Skies Treaty, the precise determining of the flight altitude, at which the sensor can acquire imagery with a specific ground resolution, is crucial. The process of establishing the ground resolution is based on measurements on imagery depicting an especially designed calibration target. The object of this article is a proposed objective method of determining the resolving power of sensors based on digital imagery. Additionally, a number of image deformations have been described. These deformations can have a negative effect on the precise determining of the ground resolution.

7

Wybrane problemy wyznaczania zdolności rozdzielczej sensorów wykorzystywanych w ramach misji Open Skies

Walczykowski P., Orych A.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2010

|

Vol. 59, nr 2

309-323

PL

Precyzyjne wyznaczanie terenowej zdolności rozdzielczej sensorów jest kluczowym problemem przy pozyskiwaniu zobrazowań z pułapu lotniczego, zwłaszcza w ramach traktatu Open Skies. Ustalono w nim minimalną, dopuszczalną, terenową zdolność rozdzielczą dla poszczególnych rodzajów sensorów. Ponieważ rozdzielczość terenowa większości rodzajów sensorów jest uzależniona od ich wysokości nad odwzorowywanym terenem, konieczne jest wyznaczenie minimalnej wysokości lotu obserwacyjnego, na której dozwolona rozdzielczość terenowa nie zostanie przekroczona. W tym celu wykonuje się przeloty i pozyskuje zobrazowania nad specjalnie skonstruowanymi celami kalibracyjnymi. Na pozyskanych zobrazowaniach mogą występować pewne błędy, artefakty, mające wpływ na poprawność wyznaczania zdolności rozdzielczej. W przypadku badań w zakresie widzialnym błędy spowodowane są przeważnie pracą sensora oraz sposobem rejestracji danych. W przypadku sensorów termalnych, dodatkowym elementem mogącym wprowadzać błędy są same cele kalibracyjne. W Zakładzie Teledetekcji i Fotogrametrii WAT prowadzone są obecnie prace nad stworzeniem nowych celów kalibracyjnych, których konstrukcja będzie minimalizowała te błędy.

EN

The precise determination of resolving power of sensors is a key problem especially when establishing which sensors can be used for Open Skies missions. The Treaty on Open Skies dictates the lowest acceptable resolving power of sensors which can be used during observation flights. Because the resolving power of most sensors differs with the height of the sensor above the terrain, it is essential to determine the minimal flying altitude, at which the permitted spatial resolution will not be exceeded. A series of test flights above especially constructed calibration targets is conducted in order to acquire imagery of these tests at different altitudes. The spatial resolution of these images is determined by evaluating the visibility of each of the components of these calibration targets. In theory, such a methodology would allow for the precise calculation of the resolving power. In reality, however, the acquired images can be burdened with a number of artifacts, or deformities, which can have a negative effect on accuracy of our calculations. When acquiring imagery in the visible range, these errors are usually caused by the detector itself or by the method by which the data is registered. However, imagery in the thermal range can additionally contain errors caused by the design of the calibration targets used. In recent years, at the Department of Remote Sensing and Photogrammetry at the Military University of Technology in Warsaw, we have designed and constructed a number of calibration targets used during Open Skies missions. One such target had been recently laid out during a Ukrainian observation flight over Polish territories. The aim of the experiment was to establish the resolving power of a new Ukrainian film. A series of images had been acquired by means of the AFA-41/7.5 analogue frame camera from a height of 1100 m. This height is the theoretical Hmin for this film, meaning the spatial resolution of imagery acquired from this altitude, will be close to 30 cm. Based on imagery acquired during this flight, it had been established that the spatial resolution of the resultant imagery is much worse than 30 cm, which means that the chosen Hmin value had been too high. We are currently in the process of constructing a new set of calibration targets, whose design will minimize the aforementioned errors. Additionally, the targets have been designed in such a way, that they will be used for determining the spatial resolution of both thermal and optical sensors. The effectiveness of these new targets will be tested shortly.

8

Wstępna selekcja kanałów spektralnych w procesie rozpoznania obrazowego

Walczykowski P., Orych A., Paluchowski Ł.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2010

|

Vol. 59, nr 2

325-337

PL

Ciągłe ulepszanie metod kamuflażu przyczynia się do poszukiwania malejących różnic w odbiciu spektralnym pomiędzy obiektami a tłem naturalnym. Główne problemy wynikające z natury tła i materiałów wykorzystywanych do kamuflażu to sposób prowadzenia rozpoznania, wybór kanałów spektralnych, dobór algorytmów umożliwiających przetworzenie zdjęć i poprawę kontrastu oraz metody wizualizacji wyników. W przeprowadzonych badaniach zastosowano algorytm do sprawdzania kontrastu na zobrazowaniach hiperspektralnych. Poddano analizie porównawczej metody wykrywania obiektów oparte na pojedynczych zobrazowaniach, dwóch kanałach spektralnych oraz metodę automatycznego tworzenia kompozycji hiperspektralnej. Dodatkowo sklasyfikowano metody pod kątem wyróżnienia obiektów o znanej i nieznanej charakterystyce odbiciowej. Zastosowana metodyka badań jest oparta na "odległości Mahalanobisa" i wskazuje na potrzebę prowadzenia rozpoznania wielokanałowego w celu sprawnego wykrycia obiektów.

EN

Constant advances in methods of camouflage are responsible for the progress in image reconnaissance and the distinguishing between objects and their natural background. The main problems attributable to the nature of the background and materials used to camouflage the object are: the way in which image reconnaissance should be conducted, the choice of spectral bands used, the choice of algorithms used to process the images and methods of visualizing the results. In our studies we have applied an algorithm to evaluate the contrast of the acquired hyperspectral images. We carried out a comparative analysis of methods used to recognize objects based on single images, on two spectral bands and using an automated method of creating hyperspectral compositions. Additionally, the methods had been classified in terms of their ability to recognize objects with a known and unknown spectral curve. This methodology is based on the "Mahalanobis distance". It proves that there is a need to acquire multiband imagery information in order to make the process of object recognition more efficient.

9

Wyznaczanie terenowej zdolności rozdzielczej sensorów cyfrowych w oparciu o cele kalibracyjne

Orych A., Walczykowski P.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2010

|

Vol. 21

291--300

PL

Jednym z najistotniejszych parametrów opisujących jakość i przydatność interpretacyjną satelitarnych i lotniczych zobrazowań teledetekcyjnych jest ich rozdzielczość przestrzenna. Zobrazowania o dobrej rozdzielczości terenowej umożliwią interpretatorowi dokonanie dokładniejszej analizy i bardziej szczegółowego rozpoznania niżeli byłoby to możliwe na podstawie zobrazowań o niższej rozdzielczości. W przypadku sensorów cyfrowych możemy rozróżnić dwa parametry opisujące rozdzielczość powierzchniową obrazów: GRD (Ground Resolved Distance) i GSD (Ground Sampling Distance). GSD jest to częstość próbkowania i określa jedynie wielkość piksela w terenie. Parametr GRD jednak określa najmniejszą wielkość, jaka może zostać rozróżniona na zobrazowaniu. Terenowa zdolność rozdzielcza wyznaczana jest na podstawie specjalnie skonstruowanych testów kalibracyjnych. Testy te przyjmują szereg kształtów, form i rozmiarów. Cechują się zróżnicowanym kontrastem pomiędzy poszczególnymi elementami. Cele kalibracyjne wykorzystywane były od wielu lat do wyznaczania terenowej zdolności rozdzielczej sensorów analogowych. Najnowsze badania rozdzielczości sensorów cyfrowych wykonane na podstawie tych samych tradycyjnych celów kalibracyjnych pokazały, iż niektóre tradycyjne cele nie są odpowiednie. W celu poprawnego zbadania rozdzielczości sensorów cyfrowych niezbędne są pewne zmiany w konstrukcji takiego celu. Wartości GRD wyznaczone na podstawie istniejących celów obarczone są dużymi błędami spowodowanymi artefaktami występującymi na pozyskanych obrazach. Wynika to ze sposobu, w jaki promieniowanie rejestrowane jest przez detektor cyfrowy. Zespół Zakładu Teledetekcji i Fotogrametrii WAT przeprowadził serię doświadczeń, które pozwoliły na określenie optymalnych parametrów celu kalibracyjnego, który służyłby do wyznaczania terenowej zdolności rozdzielczej sensorów cyfrowych. Dodatkowo badania pozwoliły na opisanie metodyki prowadzenia analizy wizualnej pozyskanych zobrazowań. W badaniach tych przeanalizowano parametry specyficzne dla zobrazowań cyfrowych.

EN

One of the main parameters describing the quality and interpretational usefulness of satellite and aerial remote sensing images is their spatial resolution. Imagery characterized by a high ground resolution enable the interpreter to conduct a more detailed analysis and more thorough interpretation than possible with images of lower resolution. When working with digital sensors we can distinguish two parameters which define the spatial resolution of images: GRD (Ground Resolved Distance) and GSD (Ground Sampling Distance). GSD is the sampling frequency and only describes the size of the pixel on the ground. The GRD parameter describes the smallest length which can be recognized on the image. The ground resolved distance is determined based on especially constructed calibration targets. These targets can take several forms, shapes and sizes. They are characterized by a difference in contrast between its individual segments. Calibration targets have been used for many years to determine the ground resolved distance of analogue sensors. The newest research on digital sensors based on the same traditional calibration targets have shown that some of these targets are now inadequate. In order to correctly determine the resolution of digital sensors, changes must be made to the structure of the targets. The GRD value calculated based on existing targets is laden with large errors caused by artifacts occurring on the acquired images. These are the result of the way energy is registered by a digital sensor. A research team from the Remote Sensing and Photogrammetry Department of the military University of Technology has conducted a number of experiments which have allowed to determine the optimal parameters of a calibration target for establishing the ground resolved distance of digital sensors. Additionally, the experiments allowed description of a new methodology for analyzing the acquired imagery. In these experiments a number of parameters specific to digital imagery had been analyzed.

10

Wykorzystanie obrazowych technik rozpoznawczych do wykrywania kamuflażu

Walczykowski P., Orych A., Dąbrowski R., Stachurski K.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2010

|

Vol. 21

425--435

PL

Człowiek od setek lat próbował się maskować w różnym celu. Na początku ukrywał się w ten sposób by zmylić potencjalne ofiary podczas polowań. Później maskowanie miało sprawić, że zniknie dla wzorku przeciwnika. Gdy wymyślono broń palną i dystans, na jakich toczyły się bitwy zwiększał się, zaczęto rezygnować z tradycyjnych mundurów w jaskrawych kolorach na rzecz takich, które bardziej przypominałyby otoczenie. Najistotniejsze na polu bitwy stało się, kto kogo pierwszy wykryje. Dziś mimo nasycenia współczesnego pola walki różnymi środkami rozpoznania kamuflaż nie traci na znaczeniu. Zwiększa się tylko zakres jego działania. Zakres ten już dawno przekroczył granice, w których działa ludzki wzrok. Powszechne stosowanie bliskiej podczerwieni, termowizji czy fal milimetrowych wyznacza nowe zadania dla projektantów kamuflażu. Pomocą zarówno dla tych, którzy tworzą nowe kamuflaże jak i dla tych tworzących instrumenty zdolne wykrywać zamaskowane obiekty są charakterystyki spektralne. Widmowe współczynniki odbicia są spektralnym odpowiednikiem odcisku palca. Każdy obiekt ma swoją unikatową charakterystykę spektralną. Różnice w tych charakterystykach dla różnych obiektów mogą być wystarczające do odróżnienia ich od siebie. W artykule przedstawiono metodykę wyróżniania obiektów maskowanych na podstawie charakterystyk spektralnych pozyskanych metodami teledetekcyjnymi. Do realizacji tego zadania pozyskano w laboratoriach Zakładu Teledetekcji i Fotogrametrii WAT obrazowania wielo- i hiperspektralne i następnie, na ich podstawie, wyznaczono widmowe współczynniki odbicia. Poprawnie uzyskane charakterystyki spektralne musiano poddać weryfikacji i analizie. Analiza porównawcza otrzymanych charakterystyk z charakterystykami wybranych elementów terenowych ma pomóc w doborze odpowiednich zakresów spektralnych, w których będzie największy kontrast pomiędzy pokryciem kamuflażowym, a tłem. Tak dobrane kanały zostały wykorzystane w wizualnej analizie pokryć maskujących.

EN

For hundreds of years man had been trying to camouflage himself for some reasons. At first, the aim was to confuse potential victims when hunting. Later, camouflage was to ensure that one will disappear from their opponents’ view.. With the invention of fire arms and the increasing distances over which battles were fought, the use of traditional uniforms in bright colors became less frequent, as they were replaced by such that imitated the surroundings. Spotting the opponent before they spotted you became the main priority on the battlefield. Nowadays, despite the abundance of different types of reconnaissance systems, camouflage is still very important. Only now, its range of applications has broadened. This range has long gone beyond the capabilities of the human eye. The use of near infrared, thermal vision or microwaves has set new challenges for camouflage designers. Spectral characteristics can be very helpful both for those creating new camouflage and those producing instruments able to detect camouflaged objects. The reflectance characteristics are the spectral equivalent of the human fingerprint. Each object has its unique spectral characteristic. The differences in these characteristics for different objects can be enough to distinguish them from one another. A method for extracting camouflaged objects based on their spectral characteristics obtained using remote sensing methods has been described in this article. In order to complete this task, a series of multi- and hyperspectral images had been acquired in the laboratories of the Remote Sensing and Photogrammetry Department of the military University of Technology. Next, based on these images, reflectance characteristics were obtained. These spectral characteristics were then verified and analyzed. A comparative analysis of the characteristics obtained for chosen natural objects assist in selecting the optimal spectral bands in which the contrast between the camouflage and its background will be greatest. Such bands were then used in the visual analysis of camouflage.

11

Ocena możliwości wykorzystania wysokorozdzielczych zobrazowań satelitarnych w rozpoznaniu obrazowym

Dąbrowski R., Orych A., Walczykowski P.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2010

|

Vol. 21

75--86

PL

Rozpoznanie obrazowe jest to całokształt przedsięwzięć mających na celu pozyskanie i zarejestrowanie dużej ilości informacji o terenie w postaci zobrazowań, których jakość i trwałość umożliwia ich przetwarzanie, interpretację, dystrybucję oraz archiwizację. Zobrazowania wykorzystywane do celów rozpoznawczych są pozyskiwane w różnym zakresie spektrum elektromagnetycznego za pomocą sensorów umieszczonych na platformach, poruszających się w przestrzeni na zróżnicowanych wysokościach. Ich wspólnym mianownikiem jest wysoka aktualność. W przeciągu ostatnich kilku lat dostępność danych obrazowych, a szczególnie wysokorozdzielczych zobrazowań pozyskiwanych z pułapu satelitarnego, znacząco wzrosła. Dlatego też potrzeba pomiaru jakości lub użyteczności obrazu ma podstawowe znaczenie dla opracowywania i działania systemów zobrazowania. Rozdzielczość jako środek do oceny jakości obrazu, mimo że jest powszechnie akceptowana, posiada znaczące niedoskonałości, ponieważ nie odnosi się bezpośrednio do możliwości interpretacji obrazu i w rezultacie może dać niejednoznaczne wyniki. Ponadto, pomiar rozdzielczości wymaga wprowadzenia specjalnie zaprojektowanych celów kontrolnych do każdego ocenianego obrazu. W celu wyeliminowania wad rozdzielczości opracowana została w latach 70-tych w USA skala możliwości interpretacji zobrazowań NIIRS. Skala NIIRS (z ang. National Imagery Interpretability Rating Scale) jest wykorzystywana przez analityków do przypisania obrazowi liczby wskazującej możliwości jego interpretacji. Możliwości interpretacji są definiowane jako miara użyteczności obrazu do analizy lub celów eksploatacji. NIIRS zapewnia ogólną skalę, która może być wykorzystywana do różnych systemów zobrazowania, daje unikalne narzędzie do obiektywnego pomiaru subiektywnej wartości charakteryzującej możliwości interpretacji obrazu. Celem artykułu jest przedstawienie możliwości oceny jakości interpretacyjnej wysokorozdzielczych danych satelitarnych w oparciu o skalę NIIRS.

EN

Image reconnaissance is a range of actions aiming at gaining and recording information about a terrain in the form of images with precisely specified coordinates. Their quality and durability enable processing, interpretation, distribution and collecting. Images are acquired in different ranges of electromagnetic spectrum by sensors situated on platforms moving in space at different altitudes. Their most essential feature is being very up-to-date. In the last few years access to imagery data and especially high resolution images acquired from satellite altitudes rose significantly. That is why, the need to measure their quality and usefulness is essential to developing and functioning of imagery systems. Resolution, as a means of image quality evaluation, is commonly accepted despite the fact that it has significant drawbacks. The most important is that it is not directly related to the possibility of image interpretation and can give obscure results. What is more, measurement of resolution requires introducing specially developed calibration targets to every evaluated image. In order to eliminate the disadvantages of using resolution as a measure, in the 1970s in USA the National Imagery Interpretability Rating Scale (NIIRS) was created. It is used by analysts to attribute an image a number that indicates the possibility of conducting its interpretation. The interpretational capacity is defined as a measure of usefulness of the image for analysis or exploitation. The NIIRS provides a scale that can be used with different imaging systems and which is a unique tool for objective measurement of a subjective value characterizing the image interpretational capacity. The main purpose of this paper is to present an evaluation of the interpretational quality of images based on high resolution satellite data using NIIRS.

12

Wykorzystanie zobrazowań hiperspektralnych i wskaźników wegetacyjnych do wyróżniania obiektów sztucznych z tła naturalnego

Dębski W., Walczykowski P., Orych A., Rosińska A.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2008

|

Vol. 18a

63--71

PL

Wyróżnienie i identyfikacja obiektów wojskowych maskowanych i nie maskowanych jest głównym celem wojskowego rozpoznania obrazowego. Rozpoznanie obiektów może odbywać się przy wykorzystaniu technik hiperspektralnych, które umożliwiają tworzenie stycznych, nierozłącznych i bardzo wąskich zakresów rejestracji. Pozyskane w ten sposób zobrazowania w zakresie VIS oraz NIR, mogą być wykorzystane w celach rozpoznania na różnych poziomach szczegółowości. W dobie rozwijających się technik rozpoznawczych pojawiła się potrzeba prowadzenia rozpoznania w czasie rzeczywistym, dlatego też prowadzono badania nad wykorzystaniem wskaźników wegetacyjnych (jak np. NDVI) w celu wyróżnienia obiektów sztucznych z naturalnego tła. W artykule przedstawiono prace doświadczalne związanie z doborem odpowiednich scen hiperspektralnych dla wybranego wskaźnika wegetacyjnego. Analizy dokonano na podstawie obrazów hiperspektralnych roślin naturalnych i sztucznych. Istnieje potrzeba prowadzenia dalszych prac badawczych nad doborem optymalnego zakresu, w którym występują największe różnice pomiędzy charakterystykami odbiciowymi wyróżnianego obiektu i tła. Jednocześnie zastosowanie filtru elektrooptycznego VIS ograniczyło zakres badań do 400-720nm.

13

Dobór materiałów do wytworzenia pasywnych celów kalibracyjnych oraz metodyka wyznaczania terenowej zdolności rozdzielczej kamer i skanerów termalnych

Dębski W., Walczykowski P., Orych A.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2008

|

Vol. 18a

73--81

PL

Precyzyjne wyznaczenie terenowej zdolności rozdzielczej sensorów termalnych jest problemem niezwykle istotnym przy pozyskiwaniu zobrazowań z pułapu lotniczego. Artykuł przedstawia możliwości wyznaczania terenowej zdolności rozdzielczej sensorów termalnych w oparciu o specjalnie do tego celu zaprojektowane testy kalibracyjne. Przedstawiono rodzaje istniejących termalnych celów kalibracyjnych. W artykule zostały omówione i przeanalizowane dwie podstawowe metody wyznaczania rozdzielczości terenowej na podstawie zobrazowań celów kalibracyjnych – metoda subiektywna oraz metoda obiektywna. Dokonano analizy istniejących pasywnych celów termalnych wykorzystywanych przez międzynarodowe zespoły Traktatu Open Skies. Cele, które spełniają rygorystyczne wymogi Traktatu są jednak przeważnie mało mobilne. Dlatego też prowadzone są dalsze prace nad doborem odpowiednich materiałów do wytworzenia pasywnych celów kalibracyjnych. W wyniku analizy danych pozyskanych z pomiarów Open Skies oraz własnych opracowań, można stwierdzić, że najwygodniejszym rozwiązaniem jest wykorzystanie materiałów tekstylnych do wykonania termalnych celów kalibracyjnych. Cele kalibracyjne wykorzystywane przez uczestników Traktatu Open Skies uniemożliwiają określenia zdolności rozdzielczej sensora dla dowolnej wysokości lotu. W artykule przedstawiono metodykę obiektywnego określania zdolności rozdzielczej sensora termalnego na dowolnym pułapie lotu na podstawie tkaninowych testów Siemmensa i przekoszkonej krawędzi wykorzystując do tego celu funkcję przenoszenia modulacji.

EN

Precise determination of the resolving power of thermal sensors is of a key importance when acquiring imagery from the air. The resolving power defines the value of such imagery in many applications. The paper describes possibilities of determining the resolving power of thermal sensors based on especially designed calibration tests. The existing thermal calibration targets are presented. The paper describes and analyses two basic methods of determining the resolving power based on calibration targets: a subjective method of multiple observations and an objective method, which uses the modulation transfer function (MTF). The existing passive thermal targets used by international Open Skies Treaty groups were analysed. The targets, which comply to the rigorous requirements of the Treaty, are usually made of large metal panels, which makes them difficult to transport. Therefore research is in progress on the selection of adequate materials for the production of calibration targets. In the experimental section, a large array of materials such as textiles as well as panels made out of wood, steel and aluminium of different finishes and covered with paints of different emissivities, were examined in the thermal range. Analysis of the authors' own measurements as well as those taken by Open Skies groups allows to conclude that the use of textiles is the most convenient solution for developing a thermal calibration target. Such a target is easy to transport and very convenient to experiment with in the field. Furthermore, development of such a target is simple and does not require any complex, specialised production methods. Calibration targets used by the Open Skies Treaty members make it possible to only subjectively establish the flight altitude, for which the resolving power of the sensor will not exceed 40, 50 or 60cm. They do not, however, allow to determine the resolving power of the sensor for any given flight altitude. The paper presents also an objective method for determining the resolving power of thermal sensors for any flight altitude based on the modulation transfer function used on two textile targets: a Siemmens star and slanted edge test.