Основні принципи дешифрування знімків

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основні принципи дешифрування знімків

1. Поняття про дешифрування

знімок дешифрування фотозображення

Дешифрування аерокосмознімків - це процес, за допомогою якого розкривається зміст знімків. Під дешифруванням розуміють процес виявлення різної інформації з фотозображення земної поверхні. При цьому здійснюється виявлення, упізнання об'єктів, визначення їх географічної сутності, встановлення їх якісних та кількісних характеристик і закріплення результатів їх вивчення на знімку чи карті умовними знаками. Результати залежать від оптичних і геометричних властивостей знімків; застосованих методів та апаратури, рівня знань та досвіду виконавця.

2. Види і методи дешифрування

В залежності від призначення і задач дослідження розрізняють такі види дешифрування:

загально географічне (топографічне та ландшафтне)

спеціальне «галузеве» (геологічне, лісове, військове та ін.).

Топографічне дешифрування знімків проводиться з метою знаходження та отримання характеристик тих об'єктів, які повинні бути зображені на топографічній карті.

Ландшафтне дешифрування проводиться з метою вивчення ландшафтів земної поверхні.

Галузеве дешифрування полягає у вивченні за знімками окремих об'єктів та явищ певної галузі.

Дешифрування може проводитися польовим, камеральним та комбінованим методами.

При польовому дешифруванні об'єкти розпізнаються безпосередньо на місцевості шляхом порівняння знімків з натурою.

При камеральному - вивчають знімки у лабораторних умовах із використанням різноманітних картографічних і довідкових матеріалів. Найкращі результати має третій метод, який полягає в сполученні польового та камерального методів. При цьому на заздалегідь вибраних ключових ділянках проводиться детальне польове розпізнання об'єктів та створюються еталони - зразкові віддешифровані знімки ділянок характерних ландшафтів. А в камеральних умовах за еталонами дешифруються всі інші об'єкти місцевості.

3. Дешифрувальна спроможність фотозображення і дешифрувальні ознаки

При дешифруванні знімків географічна дійсність пізнається через фотографічні образи, які володіють цілим рядом розпізнавальних (дешифрувальних) ознак. Їх поділяють на прямі та непрямі.

Прямі дешифрувальні ознаки дозволяють безпосередньо визначити особливості і характеристики об'єктів земної поверхні, які відображені на знімках. При здійсненні процесу розпізнавання відображених образів використовують такі прямі дешифрувальні ознаки об'єктів місцевості:

§ Розмір об'єкту на знімку - одна з основних прямих ознак, що дозволяє за довжиною, шириною і стереоскопічною висотою виділити об'єкт з ряду однорідних і свівставити з розміром інших об'єктів. Він залежить від масштабу знімка. Лінійна величина об'єкта в натурі L обраховується за формулою L=l*m, де l - довжина (ширина) об'єкта на знімку; m - знаменник масштабу знімка.

§ Форма об'єкту на знімку характеризується його загальним окресленням у плані, характером меж. Виділяють геометричну, лінійну, компактну і об'ємну форми об'єктів.

§ Тон зображення об'єктів на чорно-білому знімку дуже важливий, але найбільш мінлива пряма дешифрувальна ознака. Залежить вона не тільки від властивостей самого об'єкту, але й від його освітленості, пори року і умов фотографічної обробки.

§ Колір об'єктів на знімках з натурною або умовною кольоропередачею є однією з найбільш важливих прямих дешифрувальних ознак. Зображення об'єктів у природних або штучних кольорах дає більш широкі можливості для дешифрування, ніж чорно-біле зображення.

Тіні об'єктів, що зафіксовані на аерокосмознімках, використовують для визначення форми вертикальних предметів, що мають малі планові розміри (пункти тріангуляції; крони дерев, фабричні труби та ін.). Вони можуть бути власними, тобто на самому об'єкті (співпадати з ним за контуром), або падаючі, тобто тіні, що відкидаються об'єктами на інші об'єкти або на земну поверхню. На космічних знімках тіні відображаються слабко, чітко видно тільки тіні від хмарин і предметів, що особливо виділяються над поверхнею. Довжина тіні залежить від висоти Сонця в момент зйомки та від висоти самого об'єкта, а також від нахилу поверхні, на яку вона падає (рис. 3).

Рис. 1 Залежність довжини тіні високого предмета від нахилу поверхні, на яку падає тінь

Багато об'єктів місцевості безпосередньо не відображаються на знімках, або різні об'єкти можуть мати однакові прямі ознаки дешифрування і тому не можуть бути віддешифровані безпосередньо. У таких випадках використовуються непрямі ознаки дешифрування.

Непрямі ознаки дешифрування ґрунтуються на різних взаємозалежностях між об'єктами і елементами ландшафту. Часто непрямі ознаки вказують на наявність окремих властивостей об'єктів, які були не отримані при зйомці в силу географічних, фотографічних та геометричних особливостей. Непрямі ознаки, які допомагають встановити природні закономірності і взаємозв'язки, називають непрямими ландшафтними. Другу групу непрямих ознак складають непрямі соціально-географічні ознаки, які ґрунтуються на зв'язку антропогенних і природних явищ і об'єктів. Так, наприклад, за рисунком степової дороги можна зробити висновки про ґрунти місцевості: на вологих ділянках дорога сильно розмита, має багато об'їздів; на піщаному ґрунті - межі дороги розмиті; на глинистому ґрунті контури дороги різко виражені, як би врізані.

За наявності пари сусідніх знімків можна встановити не тільки вид і розмір пласких об'єктів, але і їх висоти та перевищення між точками місцевості. Для цього використовують стереоскопічну пару знімків - це два знімки однієї й тієї ж території, що виконані з різних точок у смузі повздовжнього перекриття. Вони дозволяють отримати трьохмірну характеристику об'ємної моделі місцевості. Обробку стереопари виконують за допомогою спеціального обладнання для дешифрування - стереофотограмметричних приладів. До таких приладів відносять: лінзодзеркальний стереоскоп, інтерпретоскоп, стереокомпаратор. При автоматизованому дешифруванні обробку стереопари виконують на комп'ютері за допомогою спеціальних програм.

Дешифрування зручно проводити за допомогою стереоскопу, який складається з двох малих та двох великих дзеркал, що прикріплені до корпусу (рис. 4). Він забезпечує одночасне розглядання стереопари знімків таким чином, що ліве око бачить тільки лівий знімок, а праве - тільки правий знімок.

Рис. 4. Стереоскоп

Стереоскопічний зір оснований на тому, що предмет розглядається одночасно з двох точок базису під певним кутом, в залежності від відстані предмета до спостерігача. У людини базисом є відстань між центрами зіниць правого та лівого ока. Кожне око сприймає зображення предмета самостійно, а при розгляданні обома очима два зображення, незалежно від нашої свідомості, сприймаються як одне об'ємне зображення в трьох вимірах (довжина, ширина, висота).

Завдяки обов'язковому перекриттю знімків, які мають загальні ділянки, але зняті з різних положень літака ґрунтується отримання стереоскопічної моделі місцевості. Такі сусідні знімки, що дешифруються за допомогою стереоскопу, називають стереопарами.

Таким чином отримують збільшене умовне об'ємне зображення ділянки місцевості. У стереоскопічних моделях, як правило, вертикальний масштаб більший за горизонтальний, тобто висоти і крутизна схилів перебільшені порівняно з натурою.

4. Дешифрування окремих елементів

При роботі з аерокосмознімками найчастіше проводять дешифрування населених пунктів, шляхів сполучення, ліній зв'язку та електропередач, водних об'єктів, рельєфу земної поверхні, рослинності.

Зображення населених пунктів чітко виділяється серед інших елементів місцевості за структурою фотозображення, наявністю великої кількості геометрично правильних фігур. За знімками впізнають тип населеного пункту (місто, селище міського типу, сільський населений пункт), характер планування (правильний, неправильний, компактний та ін.). Міста мають компактну забудову, правильне планування, багатоповерхові будинки, промислові підприємства, до них підходять капітальні автомобільні шляхи. Сільські населені пункти часто розташовують поблизу річок, струмків, балок. Для них характерна наявність житлових, господарських будівель, присадибних ділянок з садами та городами. Вони, як правило, оточені сільськогосподарськими угіддями.

Дешифрувальними ознаками об'єктів транспортної мережі є форма та місце розташування, а також світлий тон їх фотозображення. Для залізниць характерна прямолінійність відрізків шляху, плавні закруглені переходи від одного відрізка до іншого, снігозахисні посадки біля доріг, наявність насипів та виїмок, станцій та роз'їздів. Автомобільні шляхи на знімках зображуються світлими лініями різної товщини та різної звивистості в залежності від їх типу. Автошляхи з покриттям виділяються прямолінійністю, плавними закругленими поворотами, наявністю насипів та виїмок, лісосмуг, мостів. Ґрунтові польові дороги відображаються світлими, помірно звивистими лініями з наявними об'їздами.

Для природних об'єктів характерні неправильна конфігурація, багатоманітність форм та кольорів, значний діапазон розмірів.

Форми та елементи рельєфу земної поверхні найбільш чітко виявляються при стереоскопічному розгляданні аерофотознімків. При цьому дешифрувальними ознаками є об'ємна форма, планова конфігурація, тінь, структура фотозображення, а також склад рослинного покриву. За аерофотознімками можна оконтурити форми та елементи мезорельефу - ували, тераси та пойми річок, балки, яри, лощини, котловини, схили, обриви та інше.

Зображення водних об'єктів має, як правило, темний тон. Річки, озера, ставки розпізнають за формою та розмірами їх фотозображення. Напрям течії річки визначається за формою островів, напрямом до гирла та іншим ознаками.

Дешифрувальні ознаки рослинного покриву: тон і структура фотозображення, форма падаючих тіней, а також характер просторового розміщення рослинності і зв'язок з рельєфом та гідрографічною мережею. Лісові насадження впізнають за структурою і тоном зображення, приуроченості їх до визначеного місця. Ліс на знімках має відносно темний тон та зернисту структуру зображення, яка залежить від форми, розміру та яскравості крон дерев, складу лісових порід. Іноді склад насаджень можна виявити по падаючим тіням на узліссях, якщо довжина тіні рівна чи більше висоти дерев. Округла крона берези, дуба, осини, сосни відрізняється від конусоподібної крони ялини. Однак форма крон чітко виявляється лише на знімках масштабу 1:10 000 та більше. Культурні насадження дерев та чагарників характеризуються на знімках регулярною структурою та приуроченістю до населених пунктів.

Зображення трав'яних та чагарникових спільнот виглядають безструктурними, аморфними ділянками з сірою тональністю. Однак у ряді випадків на великомасштабних знімках можна розпізнати деякі трав'яні спільноти тундри, боліт. Луки дешифруються за ознакою місцеположення. Вони приурочені головним чином до долин річок та струмків, галявин у лісі. Сухі луки відрізняються одноманітним рівним світло-сірим тоном. Вологі луки, які знаходяться у знижених місцях, мають темний тон і іноді характерні витягнуті контури. Лучна рослинність у лісах часто приурочена до балок та лощин, і тому форма таких лучних ділянок має характерну конфігурацію.

Болотні ділянки відображаються на знімках загальним сірим тоном, який сильно змінюється відповідно до наявності трав'яної, мохової чи іншої рослинності та ступеню вологості болота. Мохові (верхові болота) мають неправильні контури з розпливчастими контурами. Низинні (трав'яні) болота розташовані частіше всього уздовж річок з низькими берегами та в знижених місцях серед лісу. Із-за сильного зволоження вони мають темно-сірий тон зображення.

Зображення рілля та інших сільськогосподарських земель має різко виражений геометричний вид контурів, різнотонність та часто специфічний смугасто-лінійний рисунок, який відображає наслідки обробки ґрунтів чи посадки рослин.

Віддешифровані об'єкти аерознімку наносять умовними знаками для топографічних карт безпосередньо на знімок чи на кальку, накладену на знімок.

Дешифрувальні ознаки об'єктів, відображених на космічних знімках, аналогічні ознакам об'єктів на аерофотознімках - це форма, розмір, тон, колір зображення. Однак при дешифруванні космічних знімків форма і розміри зі зменшенням масштабу втрачають властивість відображати індивідуальність об'єкту і приймають комплексний, системний характер, підкреслюючи властивості групи об'єктів, функціональні особливості якої можуть відрізнятися від властивостей елементів, що її складають.

5. Комп'ютерна обробка знімків

Комп'ютерна обробка знімків, представлених у цифровому вигляді, відкриває нові технічні можливості для дешифрування. Спеціальні пакети програм, наприклад, ERDAS Imagine, MultiSpec, IDRISI for Windows тощо, дозволяють виводити знімок на екран монітору, покращувати властивості знімків (наприклад, зменшити чи усунути вплив атмосферної димки), синтезувати кольорові зображення, виконувати автоматизоване дешифрування, отримувати кількісні дані (координати, відстані, площі тощо). Результати комп'ютерної обробки знімків виступають основою для створення карт.

Автоматизоване дешифрування - один з етапів комп'ютерної обробки даних дистанційного зондування, який включає введення зображень в комп'ютер (шифрування аналогових знімків, імпорт цифрових зображень), тематичне дешифрування та експертну оцінку даних. Цифровий знімок складається з елементів - пікселів, які утворюють рядки та стовпчики. Кожний піксел має свої координати і характеризується яскравістю, яка позначається в умовних одиницях. Таким чином складається спектральний образ об'єкту. Від різниці в яскравості різних об'єктів залежить якість дешифрування.

Одним з найважливіших етапів автоматизованого дешифрування є класифікація - автоматичний поділ зображення за заданою ознакою або сукупністю ознак на однорідні змістовні області. Вона включає кластеризацію, безумовну (неконтрольовану) класифікацію (поділ відбувається автоматично без навчання на еталонах) і контрольовану (рис. 5) класифікацію (з навчанням на еталонних фрагментах зображення). Вона виконується спеціальними комп'ютерними програмами, які визначають приналежність пікселу до того чи іншого класу об'єктів за його спектральною яскравістю.

Після підготовчих робіт комп'ютерна програма проводе класифікацію: порівнює спектральний образ кожного пікселу з спектральними образами еталонів і розподіляє об'єкти за відповідними класами. В результаті отримуємо нове цифрове зображення, яке, після оцінки результатів класифікації та додаткового редагування, може бути використане як основа для підготовки повноцінної тематичної карти.

6. Точність дешифрування

Після виконання робіт матеріали дешифрування обов'язково контролюються керівниками експедиції і формуються в справу, в яку входять пакет з віддешифрованими знімками і всі зібрані під час підготовчих робіт матеріали.

Для масштабів 1:5000 точність дешифрування має відповідати наступним вимогам:

а) найменша площа контуру, що підлягає дешифруванню:

4 мм на зрошувальних і осушувальних масивах, для ріллі, плодово-ягідних насаджень, культурних пасовищ; 8 мм² - на всіх інших землях для тих же об'єктів; 20 мм² - для всіх інших с/г угідь;

- 100 мм² - для однойменних сільськогосподарських угідь, які розрізняються за якісними ознаками (наприклад, сіножать чиста від сіножаті з чагарником), а також для інших несільськогосподарських земель (боліт, пісків, кам'яних поверхонь);

лінійні контури дешифруються, якщо їх довжина на плані перевищує 2 см.

б) помилка розпізнання й креслення меж контурів і об'єктів, які чітко відображені на аерознімках, не повинна перевищувати 0,4 мм відносно видимої фотолінії.

в) розходження між двома визначеннями при нанесенні на матеріали АФЗ об'єктів і контурів, які не зображені на аерознімка, не повинна перевищувати 0,6 мм.

Размещено на Allbest.ru