Океанография и морской лед. Коллектив авторов
Читать онлайн книгу.
векторов дрейфа по последовательным спутниковым изображениям используются следующие методы: полиномиальный, кросс-корреляционный, гибридный, метод оптического потока.
Полиномиальный метод. По двум спутниковым изображениям, выведенным на экран компьютера, интерактивно определяются и запоминаются координаты идентичных ледовых образований. Далее строится полиномиальная модель, коэффициенты которой вычисляются по методу наименьших квадратов. Полученная зависимость позволяет по координатам ледового объекта на первом изображении определить вероятные координаты этого объекта на втором изображении. Таким образом, оператор имеет возможность производить поиск соответствующего ледового объекта на втором изображении в окрестности предсказанной точки, что ускоряет определение дрейфа в интерактивном режиме.
Кросс-корреляционный метод. Метод основан не на опознавании и определении координат идентичных точек изображений, а на нахождении соответствия между небольшими участками (шаблонами) на паре последовательных изображений путем поиска максимума кросс-корреляции. Впервые этот метод был предложен М. Фили и Д.А. Ротроком в 1987 г. для изображений SAR ERS-1 и в дальнейшем применялся для изображений других спутников (Fily, Rothrock, 1987). Выбранный на первом изображении шаблон сравнивается с таким же по размеру шаблоном на втором изображении. При этом шаблон на втором изображении последовательно передвигается в пределах района, размер которого определяется оператором с учетом максимально возможной для этого района скорости дрейфа. Модификация метода использует пирамидальную структуру изображений, включающую в себя несколько уровней, каждый из которых представляет собой исходное изображение с различным усреднением. По модифицированному алгоритму сначала находят векторы дрейфа для изображений самого низкого разрешения, а затем эта информация используется при поисках максимума коэффициента кросс-корреляции последовательно на каждом уровне пирамиды, начиная с вершины. На каждом уровне пирамиды происходит уточнение поля векторов дрейфа. Использование пирамидальной структуры изображений позволяет ограничить область поиска на втором изображении и снижает, хотя и не исключает полностью, вероятность грубых ошибок метода. Данный алгоритм применялся при определении дрейфа в центральных районах Арктики, однако в битых льдах и при значительных углах поворота ледяных полей его точность значительно ухудшалась, а пик корреляции расширялся и в конечном счете становился статистически незначимым. Использование системы полярных координат позволяет применить кросс-корреляционный метод к преобразованному спектру мощности для определения углов поворота ледяных полей. После исключения относительного поворота, пик кросс-корреляции возрастает, что позволяет получить векторы перемещения первого порядка, определяющие движение льда как твердого тела (перемещение и поворот).
Для уменьшения времени вычислений в модификации кросс-корреляционного алгоритма используется процедура двумерного бинарного поиска. При этом принимается допущение, что двумерный коэффициент кросс-корреляции в некоторой окрестности наблюдаемого объекта монотонно уменьшается от максимального значения,