Дешифрирование аэрокосмоснимков

Сопоставительное дешифрирование серии зональных снимков 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; тон оценивается по стандартизованной шкале в единицах оптической плотности. 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, в отличие от принятого, вверх по оси убывают, чтобы кривая спектрального образа соответствовала кривой спектральной яркости. Некоторые коммерческие программы предусматривают автоматическое построение графиков спектральных образов по цифровым снимкам. Логическая схема сопоставительного дешифрирования многозональных снимков включает этапы: оп­ределение по снимкам спектрального образа объекта — сопоставление с известной спектральной отражательной способностью — опознавание объекта.

При дешифрировании контуров на всей площади снимка спек­тральный образ с успехом используется и для определения гра­ниц распространения дешифрируемых объектов, что осуществля­ется приемами сопоставительного дешифрирования. Поясним их. 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. Такое сопоставление может быть реализовано совмещением («вычитанием») схем дешифрирования зональных снимков на каждой из которых выделены разные совокупности объектов или получением по зональным снимкам разностных изображений. Сопоставительное дешифрирование наиболее применимо при изучении растительных объектов, в первую очередь лесов и сельскохозяйственных культур.

При последовательном дешифрировании многозональных снимков используется также тот факт, что темные на более светлом фоне контуры растительности в красной зоне благодаря повыше­нию яркости ее изображения в ближней инфракрасной зоне как бы «исчезают» со снимка, не мешая восприятию крупных черт тектонического строения и рельефа. Это открывает возможность, например, при геоморфологических исследованиях дешифриро­вать по разным зональным снимкам формы рельефа разного гене­зиса - эндогенного по снимкам в ближней инфракрасной зоне и экзогенного - в красной. Последовательное дешифрирование пре­дусматривает технологически сравнительно простые операции поэтапного суммирования результатов.

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

Исследования динамики. Процесс извлечения динамической информации со снимков включает выявление изменений, их графическое отображение и содержательную интерпретацию. 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» позволяет, например, достаточно просто обнаружить вновь появившийся отдельный объект быстрым поочередным рассматривани­ем двух разновременных снимков. Из серии снимков изменяющегося объекта может быть смонтирована иллюстративная кинограмма. Так, 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 и бинокулярное); синтезирование разностного или суммарного (обычно цветного) изображения; стереоскопические наблюдения.

При монокулярном наблюдении снимки, приведенные к одно­му масштабу и проекции и изготовленные на прозрачной основе, совмещают наложением один на другой и рассматривают на про­свет. При компьютерном дешифрировании снимков для совмест­ного просмотра изображений целесообразно использовать програм­мы, обеспечивающие восприятие совмещаемых изображений как полупрозрачных или «открывающие» участки одного изображе­ния на фоне другого.

Бинокулярное наблюдение, когда каждый из двух разновремен­ных снимков рассматривается одним глазом, наиболее удобно осуществлять с помощью стереоскопа, в котором каналы наблюдения имеют независимую регулировку увеличения и яркости изображения. Бинокулярные наблюдения дают хороший эффект при обнаружении изменений четких объектов на относительно однородном фоне, например изменений русла реки.

По разновременным черно-белым снимкам, возможно, получить и синтезированное цветное изображение. Правда, как показывает опыт, интерпретация такого цветного изображения затруднена. Этот технический прием результативен лишь при изучении динамики простых по структуре объектов, имеющих резкие границы.

При исследовании изменений вследствие движения, перемещения объектов наилучшие результаты дает стереоскопическое наблюдение разновременных снимков (псевдостереоэффект). Здесь можно оценить характер движения, стереоскопически воспринять границы движущегося объекта, например границы активного оползня на горном склоне.

В отличие от поочередного приемы совместного наблюдения разновременных снимков требуют предварительных коррекций - приведения их к одному масштабу, трансформирования, причем эти процедуры часто более сложны и трудоемки, чем само определение изменений.

Дешифрирование по динамическим признакам. Закономерности временных изменений географических объектов, для которых характерна смена состояний во времени, могут служить их дешифровочными признаками, которые, как уже отмечалось, называют временным образом объекта. Например, тепловые снимки, полученные в разное время суток, позволяют распознавать объекты, имеющие специфический суточный ход температуры. При работе с разновременными снимками используются те же приемы, что и при дешифрировании многозональных снимков. Они основаны на последовательном и сопоставительном анализе и синтезе и являются общими для работы с любыми сериями снимков.

Полевое и камеральное дешифрирование. При полевом дешифрировании опознавание объектов производится непосредственно на местности путем сличения объекта в натуре с его изображением на снимке. Результаты дешифрирования наносятся на снимок или прикрепленную к нему прозрачную накладку. Это самый достоверный вид дешифрирования, но и самый дорогой. Полевое де­шифрирование может выполняться не только на фотоотпечатках, но и на экранных (цифровых) снимках. В последнем случае обычно используется полевой микрокомпьютер с чувствительным эк­раном-планшетом, а также специальное программное обеспечение. Результаты дешифрирования отмечаются в поле на экране с помощью компьютерной ручки, закрепляются набором условных знаков и записываются в текстовой или табличной форме в несколько слоев памяти микрокомпьютера. Возможен ввод допол­нительной звуковой информации об объекте дешифрирования. При полевом дешифрировании нередко приходится наносить на снимки недостающие объекты. 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 дешифрировании снимков масштаба 1:25 000 и мельче удобно использовать портативные спутниковые приемники, соединенные с микрокомпьютером в единый полевой комплект дешифровщика.

К разновидности полевого дешифрирования относится аэровизуальное дешифрирование, которое наиболее эффективно в тундре, пустыне. Высоту и скорость полета вертолета или легкого са­молета выбирают в зависимости от масштаба снимков: они тем больше, чем мельче масштаб. Аэровизуальное дешифрирование результативно при работе с космическими снимками. Однако вы­полнение его непросто. Исполнитель должен уметь быстро ориентироваться и распознавать объекты.

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. Рациональная схема их сочетания предусматривает предварительное камеральное, выборочное полевое и окончательное камеральное дешифрирование аэрокосмических снимков. Соотношение полевого и камерального дешифрирования зависит и от масштаба снимков. Аэроснимки крупного масштаба дешифрируют преимущественно в поле. При работе с косми­ческими снимками, охватывающими значительные площади, возрастает роль камерального дешифрирования. Наземная полевая информация при работе с космическими снимками нередко заменяется картографической, получаемой по картам - топографическим, геологическим, почвенным, геоботаническим и др.

Эталонное дешифрирование. Камеральное дешифрирование основано на использовании дешифрованных 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. Камеральное дешифрирование с использованием эталонов получило развитие при топографическом картографировании труднодоступных районов, когда в ряде организаций создавались фототеки эталонов. Картографической службой нашей страны были изданы альбомы образцов дешифри­рования различных типов объектов на аэрофотоснимках. При тематическом дешифрировании космических снимков, в большин­стве своем многозональных, такую обучающую роль выполняют подготовленные в МГУ им. М.В.Ломоносова научно-методические атласы «Дешифрирование многозональных аэрокосмических снимков», содержащие методические рекомендации и примеры результатов дешифрирования различных компонентов природной среды, социально-экономических объектов, последствий антро­погенного воздействия на природу.

Подготовка снимков для визуального дешифрирования. Для географического дешифрирования редко используют оригинальные снимки. При дешифрировании аэрофотоснимков обычно применяют контактные отпечатки, а спутниковые снимки желательно дешифрировать «на просвет», используя диапозитивы на пленке, которые более полно передают мелкие и малоконтрастные детали космического изображения.

Преобразование снимков. Для более быстрого, простого и полного извлечения из снимка необходимой информации выполняют его преобразование, которое сводится к получению другого изображения с заданными свойствами. Оно направлено на выделение необходимой и удаление излишней информации. Следует подчеркнуть, что преобразование изображения не добавляет новой информации, а только приводит ее к виду, удобному для дальнейшего использования.

Преобразование снимков можно выполнить фотографическими, оптическими и компьютерными способами или при их сочетании. Фотографические способы основаны на различных режимах фотохимической обработки; оптические — на преобразовании светового потока, пропущенного через снимок. Наиболее рас­пространены компьютерные преобразования снимков. Можно ска­зать, что в настоящее время альтернативы компьютерным преобразованиям не существует. Распространенные компьютерные пре­образования снимков для визуального дешифрирования, такие, как компрессия-декомпрессия, преобразование контрастности, синтезирование цветных изображений, квантование и фильтрация, а также создание новых производных геоизображений.

Увеличение снимков. При визуальном дешифрировании принято использовать технические средства, расширяющие возможности глаза, например лупы с различным увеличением — от 2х до 10х. Полезна измерительная лупа со шкалой в поле зрения. Необходимость увеличения становится ясной из сравнения разрешающей способности снимков и глаза. Разрешающая способность глаза на расстоянии наилучшего зрения (250 мм) принимается равной 5 мм-¹. Для различия, например, всех деталей на космическом фотографическом снимке, имеющем разрешающую способность 100 мм-¹, его необходимо увеличить в 100/5 = 20 раз. Только в этом случае можно использовать всю информацию, заключенную в фотоснимке. Необходимо учитывать, что получить снимки с большим увеличением (более 10х) фотографическими или оптическими способами не просто: требуются фотоувеличители крупных размеров или очень высокая сложно осуществляемая освещенность оригиналов снимков.

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 pix соответствует один пиксел снимка.

Если известен размер пиксела на местности PIX (пространственное разрешение), то масштаб изображения снимка на экране дисплея равен:

1/М=pix/PIX

Например, цифровой космический снимок TM/Landsat с размером пиксела на местности PIX = 30 м будет воспроизведен на экране дисплея с pix_d = 0,3 мм в масштабе 1:100 000. При необходимости рассмотрения мелких деталей экранный снимок с помощью компьютерной программы можно дополнительно увеличить в 2, 3, 4 раза и более; при этом один пиксел снимка изображается 4, 9, 16 пикселами экрана и более, но изображение принимает заметную для глаза «пиксельную» структуру. На практике наиболее распространено дополнительное увеличение 2 — Зх. Для одно­временного просмотра на экране всего снимка в целом изображение приходится уменьшать. Однако в этом случае отображаются только каждые 2-е, 3-й, 4-е и т.д. строки и столбцы снимка и на нем неизбежны потери деталей и мелких объектов.

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, обеспечивающей просмотр стереопары двумя дешифровщиками. 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. Закрепление результатов дешифрирования выполняют и на прозрачной накладке. При работе на компьютере результаты удобно представлять в виде принтерных отпечатков (твердых копий). По космическим снимкам создаются так называемые схемы дешифрирования, которые по своему содержанию представляют фрагменты тематических карт, составленных в масштабе и проекции снимка.

Дата добавления: 2014-01-14