Файл: Методы ДИ. Шпоры.docx

Каждый из пикселов имеет координаты в цифровой записи: но­мер строки (х) и номер столбца (у). Началом координат служит первый пиксел (левый верхний пиксел изображения), и, как это принято в компьютерном представлении данных, номер строки возрастает при движении вниз, а столбца — вправо.

В радиометрическом отношении цифровой снимок также дискретизирован. Весь интервал яркостей от черного до белого при­нято делить, как указывалось выше, на 256 уровней (в машинном коде это соответствует 8 битам, или 1 байту на пиксел). Один уро­вень яркости соответствует радиометрическому разрешению снимка. Номер уровня яркости, или кодированное значение яркости, пред­ставляет третью координату пиксела цифрового снимка. В много­зональном снимке пикселу с определенными координатами х, у соответствует несколько значений яркости, по числу съемочных каналов.

Снимок в целом или его фрагмент может быть представлен в виде матрицы значений яркости. Такая организация аэрокосмичес­ких данных позволяет манипулировать ими с помощью компьютера.

В результате проведения геометрических преобразований коор­динаты элементов цифрового снимка могут быть связаны с про­странственными координатами — географическими или геодези­ческими, а снимок трансформирован в заданную проекцию. В про­граммных пакетах это преобразование может быть организовано как единая процедура или как две разные. В процессе присвоения пространственных координат (геокодировании) перестройки из­менения аэрокосмического изображения не происходит, лишь ус­танавливается связь между растровыми и пространственными ко­ординатами. Второй процесс — трансформирование — требует пе­рестройки изображения. Поясним это на простом примере разворота изображения.

Плоскость орбиты спутника, как правило, наклонена к оси Земли, т.е. оси координат цифрового снимка в общем случае не параллельны ни сетке параллелей и меридианов, ни сетке прямо­угольных координат. На рис. 1 схематически показана цифровая запись снимка в первичном виде и после преобразований. Чтобы развернуть снимок «на север», т.е. сделать параллельными оси коор­динат цифровой записи и пространственной системы (на рисунке это система географических координат), в запись вводятся «чистые» пикселы, что и приводит к изменению координат пикселов сним­ка в цифровой записи. В двух этих случаях координаты трех условно выбранных пикселов в системе цифровой записи различны.

В действительности перестройка изображения значительно слож­нее, чем это показано на приведенном примере: для трансформи­рования снимка требуется введение новых пикселов или объеди­нение двух в один по всему изображению, что влечет за собой некоторое ухудшение в воспроизведении мелких объектов.

В случае, когда снимок визуализирован на экране, каждый пиксел имеет, кроме того, координаты экрана. Они могут совпа­дать с координатами цифровой записи, если визуализированное изображение начинается с начала цифровой записи и выведено на экран в масштабе 1:1. Если же изображение на экране увеличено (уменьшено) и/или выведен лишь фрагмент записи, совпадения ко­ординат не будет. Таким образом, пикселы визуализированного на экране монитора цифрового снимка, предварительно преобразован­ного в определенную проекцию, имеют координаты в трех систе­мах — цифровой записи, пространственных координат и экрана.

---

Система координат цифрового снимка
Пик­селы	Первичная цифровая запись		Трансформированный и координированный снимок
			Цифровая запись		Прямоугольная, км		Географическая,
	X	У	X	У	X	У	Ф	X
А Б В	1 6 11	1 8 15	4 8 11	1 8 18	8737,0 8739,0 8741,0	5091,0 5087,0 5082,5	45°49,8 45°47,7 45°45,6	47°47,5 47°40,0 47°50,5

Рис. 1. Координаты пикселов в первичной цифровой записи (а) и после выполнения геометрических преобразований изображения (б)

Получение снимков в цифровом виде обеспечивается или при съем­ке, если используются оптико-электронные съемочные системы, или цифрованием фотографических снимков. Цифрование выполняется на специальных сканирующих микроденситометрах, называемых обычно сканерами. Пространственное разрешение современных ска­неров (до 1—2 мкм) позволяет сохранить при переводе в цифровую форму даже высокое разрешение аэрофотоснимков.

Полученные оптико-электронными системами цифровые сним­ки с помощью устройств, преобразующих электрический сигнал в световой, могут быть представлены как фотографические изобра­жения. Дешифрировать такие снимки можно только визуально, а используемые при этом признаки и способы не отличаются от тех, которые применяются при работе со снимками, полученными фотографическими системами.

Компьютерное дешифрирование

При компьютерном дешифрировании цифровых снимков воз­можны два подхода:

• визуальное дешифрирование экранного изображения;

• автоматизированная (компьютерная) классификация.

В первом случае информацию извлекает дешифровщик путем визуального анализа экранного изображения. Исполнитель в отличие от компьютера воспринимает прежде всего пространственную ин­формацию, часто даже не зная количественных характеристик. Яркостные различия оцениваются им на качественном уровне, но зато он использует и другие дешифровочные признаки, форму например, а также косвенные дешифровочные признаки.

Второй подход заключается в выполнении математических про­цедур, позволяющих сгруппировать объекты по некоторому форма­лизованному признаку. В настоящее время в качестве признака ис­пользуют на черно-белых снимках — величину яркости, а на мно­гозональных — набор значений яркости на серии зональных снимков, называемый спектральным образом. Анализ ведется на уровне отдельного пиксела. Пространственную информацию о де­шифрируемых объектах при этом подходе обычно получают с ис­пользованием программных средств путем подсчета пикселов с близкими или одинаковыми характеристиками.

Основное преимущество первого подхода — легкость получе­ния пространственной информации и благодаря привлечению ком­плекса дешифровочных признаков — высокий уровень принимае­мых решений, а второго — возможность выполнения сложных ма­тематических преобразований при малом участии человека. Очевидно, что оба подхода могут дополнять один другого, а пото­му часто используются совместно.

---

Основные принципы и способы визуального дешифрирования сохраняются вне зависимости от того, представлены снимки как изображение на фотобумаге (пленке) или на экране. Различие зак­лючается в том, что в первом случае дешифровщик имеет дело со снимком, свойства которого он не может изменить, а во втором такая возможность есть.

Преобразования цифровых снимков

Различают два вида преобразований цифрового снимка: гео­метрические и яркостные.

1. Конечной целью геометрических преобразований является пред­ставление цифрового снимка в определенной проекции и системе координат. Преобразования выполняются в случае использования снимков для создания карты или необходимости сопоставления разных по типу или времени получения материалов. Обязательны геометрические преобразования для данных дистанционного зон­дирования, входящих составной частью в базу данных геоинфор­мационной системы.

Основная цель яркостных преобразований— улучшение визуаль­ного восприятия экранного изображения. Однако в некоторых слу­чаях они могут служить конечным результатом дешифрирования.

2. Яркостные преобразования цифрового снимка

Преобразование яркостей цифрового снимка заключается в изменении передаточной функции, которая характеризует связь яр­кости объектов на местности с уровнем яркости на цифровом сним­ке (третьей координатой в цифровой записи). Передаточная функ­ция цифрового снимка аналогична характеристической кривой фотографического снимка (рис. 2). Один и тот же интервал ярко­сти на местности может быть зафиксирован на изображении раз­ным числом уровней яркости. Чем больше число уровней, тем бо­лее контрастно изображение.

При визуализации цифрового снимка на экране цветного мо­нитора уровень яркости воспроизводится цветом. При этом коли­чество цветов не обязательно соответствует количеству уровней яркости при съемке и зависит от технических характеристик мо­нитора. Если на экран выводится черно-белый снимок, цвета за­меняются соответствующими сту­пенями серой шкалы.

Яркостные преобразования черно-белого снимка. Интервал яр­костей отдельного снимка может быть очень небольшим — 40—50 или даже 30 уровней. На таком снимке объекты изображаются по­чти одинаково и различаются с трудом. Более того, если интервал яркостей располагается в нижней части шкалы яркостей, то при выводе на экран снимок может вообще не читаться.

Существует целый ряд спосо­бов улучшения визуального вос­приятия изображения. Наиболее

распространенный из них — контрастирование — выполняется пу­тем преобразования гистограммы изображения.

Рис. 3. Гистограмма цифрового снимка

---

26. Индикационное дешифрирование. Основные понятия ландшафтной индикации. Группы индикаторов.

1 Основные понятия ландшафтной индикации

Индикационное ландшафтоведение изучает теорию и практику определения различных природных и антропогенных явлений и процессов по внешним особенностям ландшафтов. Эти исследования получили название ландшафтной индикации.

Развитие ландшафтной индикации обусловлено несколькими причннами. Во-первых, быстрый темп современной хозяйственной деятельности требует разработки таких методов исследований, которые позволяли бы в сжатые сроки получать информацию о комплексе природных условий без длительных и трудоемких стационарных исследований или при минимальном объеме последних. Во-вторых, современное представление о природных геосистемах разных рангов утверждает существование тесной связи между всеми компонентами этих систем – как более доступными для непосредственного наблюдения» так и труднонаблюдаемыми (деципиентными), что наталкивает на мысль о возможности индикации последних по внешнему облику ландшафта. И наконец, прогресс аэрокосмических методов создает техническую основу для реализации этих направлений. Ландшафтная индикация имеет практическую направленность и содействует повышению эффективности различных исследований, осуществляемых в рамках тех или иных наук о Земле, что очень важно на современном этапе их развития.

При ландшафтно-индикационных исследованиях, являющихся одним из видов геоэкологических исследований, используют те внешние черты ландшафтов, которые доступны визуальному наблюдению и аэрофотографированию (в том числе и фото­графированию из космоса) в качестве ориентировочных показателей различных явлений и процессов. Это такие явления и процессы, непосредственное наблюдение которых затруднено и требует применения более или менее сложных инструментальных методов, а иногда и стационарных методов исследований.

Индикация – это выявление индикаторов, возможно более полный сбор сведений о способах их распознавания на местности и при дешифрировании, раскрытие характера связи между индикатором и индикатом и практическое использование индикаторов.

Ландшафтная индикация определяет геологические, гидрогеологические, гидрологические, почвенные и климатические условия, а также последствия деятельности человека по внешнему облику ландшафта, по отдельным его составляющим, его компонентам и входящим в них элементам (растениям, формам рельефа и т. д.). Главнейшими исходными понятиями в ландшафтной индикации являются «индикат» и «индикатор».

Объектами индикации (индикатами) могут быть как различные природные тела (горные породы, почвы. и др.), так и те или иные свойства и протекающие в них процессы (в том числе и антропогенные). Показатели, которые при этом используются, называются индикаторами.

---

Среди показателей выделяют частные индикаторы, представленные отдельными элементами компонентов ландшафта (формы рельефа, растительные сообщества и пр.), и комплексные индикаторы, образованные устойчивыми сочетаниями частных индикаторов.

К наиболее распространенным частным индикаторам принадлежат различные формы рельефа (геоморфологические индикаторы), особенности открытой поверхности почв (почвенные индикаторы), растительные сообщества (геоботанические индикаторы), виды и внутривидовые формы растений (ботанические индикаторы), внешние черты гидросети и отдельных водоемов (гидрологические индикаторы), различные следы деятельности человека (антропогенные индикаторы). Kpyг частных индикаторов постоянно расширяется. В некоторых случаях эти индикаторы не имеют еще общего значения и применяются для решения отдельных частных задач.

Так, например, при выявлeнии месторождений подземных вод, связанных с древними погребенными долинами в аридных регионах (Садов, Бурлешин, Викторов, 1985) используется несколько групп индикаторов: а) тектонические индикаторы (разрывные нарушения и отрицательные пликативные структуры), б) геологические индикаторы, характеризующие изменение рельефа поверхности коренных пород, в) флювиальные индикаторы (унаследованность современной речной сетью древней погребенной сети), г) литологические индикаторы (изменение вещественного состава рыхлых покровных отложений над погребенными долинами) д) геоморфологические индикаторы (изменение рельефа в однораздельных участках, связанное с наличием древних долин).

2 Группы индикаторов

На ранних стадиях развития индикации представление об индикаторах было узким, к ним причислялись только те элементы внешнего облика территории, которые можно было непосредственно увидеть на местности и на аэрофотоснимке. В настоящее время наблюдается тенденция рассматривать индикаторы шире, относя к ним определенные природные особенности, непосредственно не наблюдаемые, но доступные более или менее простому и однозначному определению.

Это позволяет составить – две группы индикаторов: экзоиндикаторы (непосредственно видимые) и эндоиндикаторы (в той или иной мере замаскированные, скрытые).

Классической ландшафтной индикацией является та, которая выполняется по экзоиндикаторам. Не отрицая полезности представления о эндоиндикаторах, нельзя не признать что их широкое использование лишает ландшафтную индикацию той предельной конкретности и наглядности, которые составляют ее существенные преимущества перед другими видами исследований. Ориентируясь в своих работах на эндоиндикаторы, исследователь легко может подменить индикацию как таковую изучением разнообразных внутриландшафтных связей, не имеющим индикационной направленности.

---