Дифференциальный метод оптического потока для вычисления векторов перемещения облачности

Эффективность оценки динамики природных объектов, подверженных на последовательных спутниковых изображениях временным и пространственным изменениям, зависит от множества параметров космической съёмки, в том числе от частоты получения изображений заданного объекта (обратная величина времени между двумя смежными съёмками).
В Дальневосточном центре ФГБУ "НИЦ "Планета" высокая частота получаемой информации о динамике различных объектов на спутниковом изображении обеспечивается регулярным приёмом и обработкой данных геостационарных метеорологических спутников. Некоторые элементы, как например, облачные образования в зонах интенсивной конвекции или пепловые шлейфы вулканических выбросов, на последовательных изображениях различаются по активности, размерам и географическому положению, что не даёт полной картины их возникновения и поведения между съёмками.
Задача восстановления динамических изменений объектов на последовательности спутниковых изображений может быть решена путём построения векторных полей перемещений элементов объектов с последующей интерполяцией, или иначе, вычисления оптического потока.
В настоящей работе рассматриваются возможности применения к спутниковым изображениям 4 классических вариационных метода построения векторных полей на примере перемещения облачности, как элемента, наиболее подверженного пространственно-временным изменениям. Для проведения необходимых экспериментов было сгенерировано 880 искусственных тестовых последовательностей, по которым оценивалась угловая ошибка полученных по каждому из методов векторов перемещения реальных участков различных типов облачности с вариациями траекторий движения, углов вращения и длин векторов смещения.
По результатам подавляющего большинства тестов наименьшую ошибку показал дифференциальный модифицированный метод Брокса, на основе которого и был реализован программный продукт построения "гладкой" анимации перемещения облачности, позволяющий точнее описывать атмосферные процессы при проведении анализа и составлении прогноза погоды.
Проведённые эксперименты и полученные результаты создали задел для дальнейших изысканий в области регистрации перемещения других дешифрируемых по данным дистанционного зондирования Земли объектов.