Суть дешифрирования снимков. Виды дешифрирования

Дешифрирование – отвечает на вопрос, что находится в данном месте снимка (какой объект), т.е. возможность получения предметной информации об объекте. Единый процесс дешифрирования включает стадии: обнаружение, распознавание и интерпретацию, а также определение качественных и количественных характеристик объектов и представление результатов дешифрирования в графической, цифровой или текстовой форме. Различают дешифрирование снимков военное, топографическое, геологическое, сельскохозяйственное и др. При географическом дешифрировании прежде всего приходится давать ответ на вопрос о том, что изображено на снимке. В зависимости от целей аэрокосмических исследований содержание этого ответа может быть достаточно простым (лес, водоем, ледник) или более сложным (кедровый лес, сильно поврежденный сибирским шелкопрядом; участки водоема с различной концентрацией взвесей и фитопланктона). Технологии классификации: кластарная (на основании формальных признаков, которые мы задаем, программа распределяет пиксели по классам), классификация с обучением (дешифровщик задает эталоны (обучает программу)) Под дешифрированием всегда понималось извлечение качественнойгеоинформации со снимков при их непосредственном рассматривании. В настоящее время это основной и наиболее распространенный способ извлечения информации из снимков. При визуальном дешифрировании изучаемый локальный объект или явление всегда рассматривается в пространственной взаимосвязи с его окружением, что дает важную дополнительную информацию, которая обычно ускользает при компьютерной обработке. Поэтому стратегия совершенствования способов получения тематической информации по аэрокосмическим снимкам заключается в интеграции визуального и компьютерного дешифрирования, каждое из которых имеет свои достоинства и ограничения. Так, визуальное дешифрирование снимков на экране компьютера с успехом дополняется автоматизированной обработкой по специальным программам, позволяющим улучшить дешифровочные свойства снимка, либо быстро и с большой детальностью выделить четко изобразившиеся объекты. Для разделения объектов разного типа, определения границ между ними используются методы компьютерной классификации (кластеризации). Компьютер позволяет анализировать большие объемы цифровой информации, что необходимо, например, при обработке гиперспектральных снимков. Примечательно, что для суждения о достоверности результатов компьютерной обработки снимков нередко приходится использовать визуальные оценки.

№34 Количественное, инструментальное, автоматизированное и автоматическое дешифрирование. Сложности компьютерного дешифрирования.

Результаты визуального дешифрирования нередко носят субъективный характер, поэтому важно объективизировать этот метод получения информации, вводя в него меру и число. При применении наблюдательных и измерительных приборов говорят об инструментальном и измерительном дешифрировании; если результат дешифрирования получен на основе числовых характеристик изображения, то дешифрирование называют количественным. Всегда стремились автоматизировать в целом эвристический процесс дешифрирования, поэтому в учебных пособиях по дисциплине встречаются термины — автоматизированное и даже полностью автоматическое дешифрирование, которое по праву относится к фундаментальному научному направлению — распознаванию образов.

С распространением персональных компьютеров дешифрирование стали чаще подразделять на визуальное, при котором, как и прежде, результат достигается человеком, использующим свою зрительную систему и интеллект, и компьютерное, когда это поручается (как правило, частично) электронно-вычислительной машине.

Задача компьютерного дешифрирования снимков сводится к классификации -- последовательной «сортировке» всех пикселов цифрового снимка на несколько групп.

Для этого предложены алгоритмы классификации двух видов -- с обучением и без обучения (кластеризации - от англ. «скопление, группа»).

При классификации с обучением пикселы многозонального снимка группируются на основе сравнения их яркостей в каждой спектральной зоне с эталонными значениями.

При кластеризации же все пикселы разделяют на группы-кластеры по какому-либо формальному признаку, не прибегая к обучающим данным. Затем кластеры, полученные в результате автоматической группировки пикселов, дешифровщик относит к тем или иным объектам.

Недостаток метода:

* результаты не всегда объективны (достоверность всего 60-80%);

* метод не совсем самостоятельный (часто помогает и дополняет исполнитель).

№35 Разрешающая способность снимков и пространственное разрешение.

Для характеристики детальности аэрокосмических снимков предложено несколько количественных показателей. Среди дешифровщиков наибольшее распространение получили два показателя: пространственное разрешение и разрешающая способность, которая используется для оценки фотографических материалов.

Разрешающая способность. –возможность раздельного воспроизведения слоем мелких близко расположенных деталей изображения. Ее определяют по фотоизображению специального стандартного тест-объекта — миры. Штриховая мира состоит из элементов с различным числом штрихов, приходящихся на один погонный миллиметр. Штрихи миры делают абсолютно белыми и абсолютно черными, т.е. их визуальный контраст Кв= 1. В настоящее время в качестве единицы измерения приняты миллиметры в минус первой степени (мм-1). Когда говорят,

что фотоматериал имеет разрешающую способность 50 линий на миллиметр (50 мм-1), то это значит, что он может раздельно воспроизвести на одном погонном миллиметре 50 черных штрихов миры шириной в 0,01 мм и 50 белых штрихов.

Разрешающая способность:

-аэрофотоснимков (10-40мм^-1)

-космических (в 2-3р. выше)

Пространственное разрешение – величина, хар-щая размер наименьших объектов, различимых на изображении.

№36 Сопоставительное дешифрирование. Дешифрирование разновременных снимков. Полевое и камеральное дешифрирование. Эталонное дешифрирование. Индикационное.

Сопоставительное дешифрирование - основано на использовании спектральных образов изобразившихся на снимке объектов. Спектральный образ объекта на фотографическом снимке определяется визуально по тону его изображения на серии зональных черно-белых снимков. По полученным данным строится кривая спектрального образа, отражающая изменение оптической плотности изображения на снимках в разных спектральных зонах. При этом откладываемые по оси ординат значения оптической плотности отпечатков D, вверх по оси убывают, чтобы кривая спектрального образа соответствовала кривой спектральной яркости. Схема сопоставительного дешифрирования: определение по снимкам спектрального образа объекта — сопоставление с известной спектральной отражательной способностью — опознавание объекта.

На каждом из зональных снимков по тону изображения разделяются определенные совокупности объектов, причем на снимках в различных зонах эти совокупности разные. Сопоставление зональных снимков позволяет разделить эти совокупности и выделить индивидуальные объекты, в данном случае. Такое сопоставление может быть реализовано совмещением («вычитанием») схем дешифрирования зональных снимков на каждой из которых выделены разные совокупности объектов.

Дешифрирование разновременных снимков. Разновременные снимки обеспечивают качественное изучение изменений исследуемых объектов и косвенное дешифрирование объектов по их динамическим признакам.

Исследования динамики. Для выявления изменений по разновременным снимкам их нужно сопоставить между собой, что осуществляется путем поочередного (раздельного) или одновременного (совместного) наблюдения. Технически визуальное сопоставление разновременных снимков осуществляется наиболее просто их поочередным наблюдением. Очень старый способ «миганий» (фликер-способ) позволяет, достаточно просто обнаружить вновь появившийся отдельный объект быстрым поочередным рассматриванием двух разновременных снимков. Из серии снимков изменяющегося объекта может быть смонтирована иллюстративная кинограмма. Так, например, если получаемые через 0,5 ч с геостационарных спутников в одном и том же ракурсе снимки Земли смонтировать в анимационный файл, то возможно многократно воспроизвести на экране суточное развитие облачности.

Для выявления небольших изменений оказывается более эффективным не поочередное, а совместное наблюдение разновременных снимков, для чего используются специальные приемы:

совмещение изображений (монокулярное (на просвет) и бинокулярное (каждый снимок рассматривается одним глазом, с помощью стереоскопа)); стереоскопические наблюдения (используют при исследовании изменений вследствие движения, перемещения объектов).

Дешифрирование по динамическим признакам. Закономерности временных изменений географических объектов, для которых характерна смена состояний во времени, могут служить их дешифровочными признаками, которые называют временным образом объекта. Например, тепловые снимки, полученные в разное время суток, позволяют распознавать объекты, имеющие специфический суточный ход температуры.

Полевое и камеральное дешифрирование. При полевом дешифрировании опознавание объектов производится непосредственно на местности путем сличения объекта в натуре с его изображением на снимке. Досъемка производится глазомерным или инструментальным способом. Для этого применяются приемники спутникового позиционирования, позволяющие определять в поле координаты объектов, отсутствующих на снимке, практически с любой необходимой точностью.

При камеральном дешифрировании, которое представляет собой основной и наиболее распространенный вид дешифрирования, объект распознается по прямым и косвенным дешифровочным признакам без выхода в поле и непосредственного сличения изображения с объектом. На практике обычно комбинируют оба вида дешифрирования.

Эталонное дешифрирование. Камеральное дешифрирование основано на использовании дешифровочных эталонов, создаваемых в поле на типичные для данной территории ключевые участки. Таким образом, дешифровочные эталоны представляют собой снимки характерных участков с нанесенными на них результатами дешифрирования типичных объектов, сопровождаемые характеристикой дешифровочных признаков. Далее эталоны используются при камеральном дешифрировании, которое выполняется способом географической интерполяции и экстраполяции, т. е. путем распространения выявленных дешифровочных признаков на участки между эталонами и за их пределами.

При Индикационном дешифрировании определяют не сам объект, который может и не изобразиться на снимке, а его указатель, индикатор. В качестве индикатора наиболее часто выступают растительный покров, а также рельеф и гидрография. Косвенные признаки лежат в основе ландшафтного метода дешифрирования, базирующегося на многосторонних связях между отдельными компонентами ландшафта, между дешифрируемым объектом и всем природным комплексом.

Пример: По растительности можно судить также о почвах и грунтах, индикаторами движения водных масс в океане, приповерхностных ветров, льда ледников часто служат массовые объекты (трассеры), в совокупности визуализирующие направление и характер

движения. Их роль могут выполнять битые льды, фитопланктон, рисунок трещин или слоистости на поверхности горного ледника

При индикационном дешифрировании составляют так называемые индикационныетаблицы, где для каждого типа или состояния индикатора указан соответствующий ему вид индицируемого объекта.

№37 Особенности наблюдения снимков на экране дисплея. Приборы и вспомогательные средства. Оформление результатов дешифрирования.

Особенности наблюдения снимков на экране компьютера. Для восприятия снимков важны характеристики экрана дисплея: наи­лучшие результаты дешифрирования достигаются на экранах боль­шого размера, воспроизводящих максимальное количество цве­тов и имеющих высокую частоту обновления изображения. Увели­чение цифрового снимка на экране компьютера близко к опти­мальному в тех случаях, когда одному пикселу экрана соот­ветствует один пиксел снимка.

Время эффективной работы при дешифрировании экранных снимков короче, чем при визуальном дешифрировании отпечат­ков. Необходимо учитывать также текущие санитарные нормы ра­боты на компьютере, регламентирующие, в частности, минималь­ное расстояние глаз дешифровщика от экрана (не менее 500 мм), длительность непрерывной работы, интенсивность электромагнит­ных полей, шума и т.д.

Приборы и вспомогательные средства. Часто в процессе визу­ального дешифрирования необходимо произвести несложные из­мерения и количественные оценки. Для этого применяют различ­ного рода вспомогательные средства: палетки, шкалы и таблицы тонов, номограммы и т.д. Для стереоскопического рас­сматривания снимков применяют стереоскопы различных конст­рукций. Лучшим прибором для камерального дешифрирования следует считать стереоскоп с двойной наблюдательной системой. Перенос результатов дешифрирования с отдельных снимков на общую картографическую основу обычно выполняют с помощью небольшого специального оптико-механического прибора.

Оформление результатов дешифрирования. Результаты визуаль­ного дешифрирования наиболее часто представляют в графиче­ской, текстовой и реже цифровой формах. Обычно в итоге дешиф­ровочных работ получают снимок, на котором графически выде­лены и обозначены условными знаками изучаемые объекты. При работе на компьютере результаты удобно пред­ставлять в виде принтерных отпечатков. По кос­мическим снимкам создаются так называемые схемы дешифриро­вания, которые по своему содержанию представляют фрагменты тематических карт, составленных в масштабе и проекции снимка.

№38 Две технологические схемы визуального дешифрирования. Этапы дешифрирования.

Технология и организация работ по дешифрированию суще­ственно зависят от его задач, территории, масштаба и вида сним­ков (фотографических или сканерных, тепловых, радиолокаци­онных и др.), от использования одиночных снимков или их серий (многозональных, разновременных). Существуют различные орга­низационно-технологические схемы дешифрирования, но все они включают следующие этапы:

1) знакомство с методическими рекомендациями по данному виду дешифрирования, литературой и картографическими мате­риалами по объекту и району исследований;

2) выявление набора объектов дешифрирования (составление предварительной легенды будущей схемы дешифрирования или карты);

3) подбор снимков для дешифрирования, преобразование сним­ков для повышения их выразительности, подготовка приборов и вспомогательных средств дешифрирования. Следует иметь в виду, что снимки, оптимальные для решения одной задачи, могут ока­заться неэффективными для другой;

4) собственно дешифрирование аэрокосмических снимков и оценка его достоверности;

5) оформление результатов дешифрирования.

Центральным моментом любых работ является собственно де­шифрирование аэрокосмических снимков. Тематическое дешиф­рирование можно выполнять по двум принципиальным логиче­ским схемам. Первая схема предусматривает вначале распознава­ние объектов, а затем их графическое выделение; вторая схема — вначале графическое выделение на снимке участков с однотипным изображением, а затем их распознавание. Обе схемы завершаются этапом интерпретации, научного толкования результатов дешиф­рирования. Работая со снимками, особенно с космическими, де­шифровщик широко привлекает дополнительный материал, обыч­но картографический, который служит для уточнения дешифровочных признаков и оценки результатов дешифрирования.

Первая схема оказывается универсальной для решения боль­шинства задач; она получила широкое признание в практике ви­зуального дешифрирования. Вторая схема весьма эффективна при дешифрировании относительно простых объектов по яркостным признакам, но имеет ограниченное применение. Обе эти схемы при компьютерном дешифрировании реализуются в технологиях классификации с обучением и без обучения. ­

№ 39 Дешифровочные признаки. Прямые и косвенные (форма, размер, тон, цвет, тень). Рисунок изображения (текстура, структура).

На аэрокосмическом снимке объек­ты отличаются один от другого по ряду дешифровочных признаков. Выделяют основные признаки, которые принято делить на прямые (простые и сложные) и косвенные. Прямые простые дешифровочные признаки — форма, размер, тон (цвет) изображения и тень, а сложный (комплекс­ный) признак, объединяющий выше названные признаки, — рисунок изображения. Косвенные признаки основаны на связях между объектами, на возможности выявления не видимых на сним­ке объектов по другим объектам, хорошо изобразившимся. Кос­венными признаками служат также местоположение объекта, гео­графическое соседство, следы воздействия объекта на окружение.

Каждому объекту присущи особенности, проявляющиеся в пря­мых и косвенных дешифровочных признаках, которые в общем не постоянны, а зависят от сезона, времени и спектральных диа­пазонов съемки, масштаба снимков и т.д. На­чинающий исполнитель больше работает с прямыми дешифровочными признаками; умелое использование косвенных призна­ков — свидетельство высокой квалификации дешифровщика.

При прямом дешифрировании использу­ются прямые признаки.

Форма — результативный прямой признак при визуальном де­шифрировании. Именно в форме контура заключается основная часть информации об объекте. Антропогенные объекты имеют гео­метрически правильную, стандартную форму — по прямоуголь­ной форме выделяют сельскохозяйственные поля.

Размер — признак, используемый главным образом при рабо­те с крупномасштабными снимками. По размеру различают зда­ния разного функционального назначения, разде­ляют поля зерновых и кормовых севооборотов.

Тон изображения, определяемый ярко­стью объекта и спектральной зоной съемки, помогает разделить основные типы поверхности: снег, открытый грунт, раститель­ность.

Цвет — более информативный и надежный признак, чем тон черно-белого снимка. По цвету хорошо выделяются водные объек­ты, леса, луга, распаханные поля. Используя снимки с целенаправленно искаженной цветопередачей, разделяют раз­личные типы растительности, горных пород и т.д.

Тень можно отнести как к прямым, так и к косвенным дешифровочным признакам. Тень на деталь­ных снимках отражает силуэт заснятого объекта и позволяет оце­нить его высоту. Поскольку тень всегда имеет отно­сительный контраст, значительно больший, чем сам объект, то часто только падающая тень позволяет обнаружить на снимках малоразмерные в плане, но высокие объекты, например завод­ские трубы. В горных районах глубокие тени затрудняют дешифри­рование. Тени существенно влияют на рисунок изображения.

Рисунок изображения — устойчивый комплексный дешифровочный признак, обеспечивающий безошибочное опознавание не только таких объектов, как сельскохозяйственные поля, населен­ные пункты, но и разных типов геосистем. Каждому природно-территориальному комплексу свойствен опре­деленный рисунок на снимке, который отражает его морфологи­ческую структуру. В рисунке изображения различают текстуру — форму рисункообразующих элементов и структуру — пространственное расположение элементов текстуры. Иногда ри­сунок изображения характеризуют количественными показателя­ми, что служит основой морфометрического дешифрирования.

№ 40 Характеристики компьютерных систем для обработки снимков (аппаратное обеспечение, программное, экранная визуализация и печать снимков).

Для обработки снимков наиболее важны следующие взаимо­связанные параметры компьютера: Быстродействие, Объем видеопамяти, Программное обеспечение. К пакетам программ для компьютерной обработки снимков предъявляются следующие основные требования:универсальность возможность визуализации программируемость: интегрированность: Применяют также программное обеспечение общего назначе­ния: для визуализации снимков, простой обработки иподготовки к выводу на печать — программы графической редакции (Adobe Photoshop, Corel PHOTO-PAINT), для создания описаний и отчетов — текстовые программы-редакторы (MS Word, Word Perfect), для количественного анализа снимков — программы статистичес­кой обработки данных (MS Excel), для просмотра и получения снимков по сети Интернет — сетевые программы (MS Internet Explorer, Netscape

Аппаратное обеспечение. Основные компоненты компьютера включают: центральное процессорное устройство (ЦПУ); оператив­ную память (ОП), хранящую данные и программы, используемые компьютером в текущий момент работы; жесткий диск для по­стоянного хранения данных и программ; управляющие контрол­леры различных внешних устройств для ввода, вывода и представления информации — дисководов, монитора, принтера, сканера, устройств для чтения и записи магнитных лент, устройств воспроизведения звука, цифровых камер, карманных компьютеров, приемников глобального спутникового позиционирования (ГЛОНАСС/GPS) и т. п.

Для обработки снимков наиболее важны следующие взаимо­связанные параметры компьютера:

Быстродействие, объем дисковой и оперативной памяти, объем видеопамяти.

Экранная визуализация и принтерная печать снимков. Опыт показывает, что для комфортного визуального дешиф­рирования снимка на экране важно использовать экран размером не менее 17 дюймов (43 см) по диагонали, с матрицей экрана не менее 1024x768 пикселов.

Поскольку результаты компьютерной обработки часто пред­ставляются на бумаге, немаловажен способ изготовления прин­терных отпечатков снимков. Для этого используется лазерная и струйная печать. При более распространенной струйной техноло­гии изображение создается с помощью печатающей головки прин­тера, из которой на бумагу выпрыскиваются микроскопические капельки разноцветных чернил.

При изготовлении принтерных отпечатков следует учитывать, что всегда цвета отпечатка будут отличаться от цветовой гаммы экранного снимка. Поэтому необходима взаимная калибровка принтера и экрана монитора, для которой имеются специальные компьютерные программы. Еще один важный параметр — разре­шающая способность принтера, традиционно измеряемая в dpi. Для высококачественного воспроизведения снимка необходима разрешающая способность не менее 600 dpi.

Программное обеспечение подразделяется на операционные си­стемы и прикладные программы. Первые обеспечивают работу компьютера в целом и базовые функции: доступ к файлам, запуск прикладных программ, управление порядком обращения различ­ных программ ко внешним устройствам, таким, как жесткий диск и принтер.

К пакетам программ для компьютерной обработки снимков предъявляются следующие основные требования:

а) универсальность;

б) возможность визуализации;

в) программируемость;

г) интегрированность;

№ 41Тенденции в развитии аппаратного, программного и информационного обеспечения.

Персональные компьютеры быстро совершенствуются, расширяя возможности обработки снимков. Увеличивается быстродействие процессоров, растет их количество, объемдисковой и оперативной памяти; практикуется распределенная обработка снимков на нескольких компьютерах благодаря использо­ванию локальных сетей и сети Интернет; увеличивается размер экранов и улучшается их качество; расширяются компьютерные средства для использования стереоизображений и виртуальных трехмерных моделей в процессе дешифрирования. В перспективе возможно голосовое управление программами вместо ручного ввода команд. Увеличивается объем общедоступной справочной цифровой информации, например библиотек эталонных значений спек­тральных характеристик различных объектов на земной поверхности; появляются новые цифровые топографические и тематические карты на разные районы Земли. Совершенствуются алгоритмы обработки данных и разрабатываются полуавтоматические интерактивные экспертные системы для дешифрирования снимков на основе базы знаний — совокупности решающих правил и базы справочных данных.

№ 42 Форматы хранения цифровых снимков. Компрессия – декомпрессия информации.

Форматы хранения цифровых снимков. Формат, в котором хра­нится файл снимка — это способ его записи для хранения на носителе информации (жестком диске, дискете, CD-ROM).

Существует большое разнообразие растровых графи­ческих форматов для хранения различных изображений, которые используются и для снимков, например TIFF, BMP (без потери информации), JPEG, GIF (с потерей информации). Единого об­щепринятого формата для хранения аэрокосмических снимков нет.

Большинство пакетов программ для компьютерной обработки снимков обеспечивают чтение наиболее распространенных рас­тровых форматов и перевод из одного формата в другой.

Компрессия цифровых снимков («упаковка», «сжатие») — это преобразование, направленное на уплотнение информации, на уменьшение ее объема, выражаемого в битах или байтах. Это не­обходимо для экономии памяти, требуемой для записи и хране­ния снимков, при передаче их со спутников на Землю по каналам космической связи с небольшой пропускной способностью, а также для сжатия избыточно детальных изображений, что позво­ляет быстрее обрабатывать их на компьютере или передавать по сети Интернет.

Компрессия сочетается с декомпрессией («распаковкой») — вос­становлением исходного изображения. Компрессия может произ­водиться без потерь и с потерей информации. Если на снимке при­сутствуют однотонные объекты, которые отображаются пикселами с одним и тем же значением яркости, например чистые водоемы, то компрессия без потери информации проводится путем замены повторяющихся одинаковых значений яркости одним значением с указанием числа таких пикселов. Опыт показывает, что при этом виде компрессии объем информации аэрокосмических снимков в среднем уменьшается раза в два, но изображение можно полнос­тью восстановить при декомпрессии. Обычно сжатие без потери информации осуществляют посредством широко используемого для записи изображений формата TIFF. При компрессии с потерей информации изменяющиеся в определенных пределах значения яркости пикселов однотипных участков, например лесных насаж­дений, усредняются, а затем для всех пикселов запи­сывается одно это среднее значение и число пикселов. В этом слу­чае объем информации аэрокосмического изображения удается уменьшить в десятки раз, но при декомпрессии детали изображе­ния уже не восстанавливаются. Так выполняется сжатие изобра­жения в формате JPEG, который используется для изготовления просмотровых космических снимков в Интернете.

№ 43Анализ современных источников получения аэрокосмической информации. Google Планета Земля, SASPlanet.

Google профессиональный инструмент для обработки, анализа и визуализации геоданных. Программа объединяет в себе огромное количество спутниковых фотографий, что составляет полную карту Земли. Практически вся поверхность суши покрыта изображениями, полученными от компании DigitalGlobe, и имеющими разрешение 15 м. на пиксель. Есть отдельные участки поверхности (как правило, покрывающие столицы и некоторые крупные города большинства стран мира), имеющие более подробное разрешение. Например, г. Москва снята с разрешением 0,6 м/пиксель, а многие города США c разрешением 0,15 м/пиксель. Данные о ландшафте имеют разрешение порядка 100 м. SAS.Планета / SAS.Planet / SASPlanet – свободная программа, предназначенная для просмотра и загрузки спутниковых снимков высокого разрешения и обычных карт? все скачанные вами карты останутся у вас на компьютере, и вы сможете их просматривать даже без подключения к интернету. Помимо спутниковых карт возможна работа с политической, ландшафтной, совмещенной картами, а также картой Луны и Марса. Загрузка карт осуществляется как выделением некоторой области (возможно непрямоугольной), так и в процессе перемещения по карте. Карты часто обновляются – программа позволит вам загрузить только самые новые.

Поиск по сайту: