1.1 Общая схема воспроизведения изображения в системе поэлементной обработки информации

Обработка информации и формирование цифрового файла

Интерпретация обработанной информации с другими информационными файлами

Анализ оригинала

Ввод информации в систему

Файл с текстовой информацией

Файл с векторной информацией

Дополнительная обработка выведенной на носители информации

Вывод информации на носители

Первый этап воспроизведения изобразительной информации - анализ оригинала.

В настоящее время анализ оригинала должен производиться на основе некоторой приборно-аппаратной базы. При таком анализе необходимо использовать стандартные просмотровые устройства, которые имеют нормировку своих параметров, а также некоторое другое оборудование.

Просмотровое устройство представляет собой устройство, в котором обеспечена нормировка по интенсивности и спектральному распределению освещения оригинала. Цвет оригинала существенно зависит от условий освещения. Так, например, можно осветить белый лист бумаги зеленым цветом и он при визуальном рассмотрении будет зеленым.

Есть несколько эталонных источников освещения:

имитирующий солнечный свет (имитирующий желтую окраску), цветовая температура 5000К.

имитирующий дневной свет (имитирующий голубоватую окраску) , цветовая температура 6500К.

источники света характеризуют по цветовой температуре.

Чем выше цветовая температура, тем больше синих лучей в этом свете, тем меньше относительное количество красных и желтых лучей.

Лампа накаливания имеет цветовую температуру 2000-2500К. Цветовая температура анализа оригинала является очень важной.

В прошлом году приняли, что в просмотровых устройствах будет использоваться цветовая температура 5000К.

Интенсивность света при рассмотрении не так важна, стандартной считается 1000-1300 лк.

Приборная база, которая необходима

Денситометр, а во многих случаях и колориметр, особенно это необходимо на тех предприятиях, у которых бывает задача воспроизведения цвета с высокой точностью в координатах, то есть, фирменных цветов.

Эти фирменные цвета должны оцениваться колометрически.

Лупа. От 6 до 20 крат при увеличении в оптических системах.

Первая группа параметров.

Вид подложки. Диктует тип сканера (проходной/отраженный свет)

Гибкая или жесткая подложка (барабанный или планшетный сканер)

Формат изображения и степень его увеличения

Дефектность

Полнота информации в оригинале

Вторая труппа параметров. «Информационные свойства оригинала».

Определяет дальнейшую коррекцию изображения, трудозатраты.

Общий анализ информационных свойств

К какому классу относится и требования к точности воспроизведения. Определившись, можно выбрать критерий точности воспроизведения.

Количественный анализ информационных свойств. Информационные свойства можно разделить на 3 группы:

градационные

цветовые

частотные

Анализ градационных свойств

1. Должны оценить динамический диапазон оригинала (самые светлые и темные точки - оценить оптическую плотность). На основе этого определяем, вписывается ли он в динамический диапазон репродукции.

2. Средний уровень оптической плотности оригинала, то есть, в какой степени сбалансированы света и тени оригинала относительно его сюжета, например, неестественно, если имеем снимок на пляже и он очень темный.

Этот анализ может привести к дальнейшей коррекции светлоты.

3. Необходимо определить основную информационную зону оригинала - та градационная зона оригинала, которая придает наибольший интерес с точки зрения семантики оригинала. Например, зимний пейзаж - наиболее важной зоной являются света изображения.

1.2 Анализ цветовых характеристик оригинала

Источники излучения конструктивно различаются:

в барабанных сканерах источник излучения точечный

в планшетных - протяженный

Общее в источниках излучения то, что они должны иметь широкую спектральную зону излучения, практически сплошную, должны излучать во всем оптическом диапазоне, по возможности, равномерно.

Реально используются: галогенные лампы и газоразрядные лампы со сплошным спектром высокой интенсивности.

В этих сканерах принципиально разной формы приемники. В барабанном - фотоумножители или точечные фотоэлементы. В планшетных - матрица ПЗС.

Для того, чтобы осуществить разделение изображения на отдельные каналы R, G, B, необходимо наличие трех независимых фотоприемников: 3 канала, в каждом из которых установлен свой светофильтр. В принципе, возможно, когда формирование сигнала трех каналов получается путем разделения сигнала по времени. Свет проходит по переменно через красный, синий, зеленый светофильтры. Раньше применялось.

В настоящее время в качестве фотоприемника используется матрица из трех линеек ПЗС, чувствительных к различному излучению: красному, синему, зеленому.

Основные технологические свойства, которыми характеризуются сканеры

1. Разрешение сканера. Это максимальное число пикселей на единицу линейной длины, которое может считать сканер в изображении оригинала. Сейчас используется «пикселей на дюйм (2,54см)»

В документации на многие приборы дается 2 разрешения: оптическое и интерполяционное.

Истинное разрешение - оптическое. Показывает реально считываемое количество пикселей.

Интерполяционное разрешение - это функция. Между двумя реально полученными точками расставляется несколько точек, полученных интерполяцией сигнала.

2. Динамический диапазон. Это тот интервал оптических плотностей, внутри которого может считывать сканер сигнал изображения. Обычно выражается в единицах оптической плотности, бл, составляет 2,2; 3; 3,6 единиц оптической плотности.

По мимо ?D обычно указывается DMAX, которое может считывать сканер. Значение DMAX ограничивает величину диапазона, если значение DMIN оригинала очень велико.

Например, у сканера ?D = 4, DMAX = 4,2. Если есть оригинал с DMIN = 0,4 (темный оригинал), то это не значит, что сможем считать оригинал с ?D динамического диапазона 4, то есть получится DMAX = 4,4. Мы сможем считать только с ?D = 3,8.

3. Глубина цвета. Это свойство тесно связано с динамическим диапазоном. Глубина цвета варьируется от 24 до 42. Цифра означает число разрядов квантования на каналы. Если 3 канала: 24:3 = 8 разрядов квантования на канал, следовательно, в канале используется амплитудно-цифровой преобразователь, имеющий 8-разрядную ячейку. Можно получить 28=256 уровней квантования. Если глубина цвета 42, то 42:3 = 14, 214 = 16384 уровня квантования.

Амплитудно-цифровой преобразователь характеризует число квантования, то есть обеспечивает видимость сигнала как сплошного.

Чем больше ?D, тем больше и число разрядов квантования.

Если ?D = 3,6, то 3,6:0,3 = 12 уровней квантования на каждый канал.

4. Весьма важным является размер оригинала, который можно разместить на оригинало-держателе и который может быть считан с определенным разрешением.

5. Удобство размещения оригинала в сканере.

6. Скорость работы сканера. Довольно сложный параметр. Скорость работы сканера зависит от скорости перемещения движущейся части сканера и от скорости обработки информации, которая была получена в результате сканирования.

Скорость считывания информации будет зависеть от скорости перемещения оптической системы, и будет обратно пропорциональна разрешению.

Скорость обработки и передачи информации обратно пропорциональна квадрату разрешения.

Определяющей работу сканера является та, которая меньше.

Скорость перемещения оптической системы является определяющей при малых увеличениях оригинала.

Скорость обработки и передачи информации является определяющей при больших увеличениях оригинала.

Есть сканеры однопроходные и трехпроходные. Сейчас выпускаются однопроходные сканеры. За один проход считывается за красный, зеленый, синий светофильтры.

Разные сканеры могут обладать дополнительными техническими возможностями. Некоторые сканеры позволяют производить автоматическую наводку на резкость.

7. Удобство обслуживания. Возможность гарантийного и послегарантийного ремонта.

1.4 Технология фотовывода

Технологическая настройка фотовыводных устройств

Под фотовыводным устройством понимается устройство, в котором производится вывод изображения с помощью оптического сигнала, который записывается на светочувствительный материал.

Под фотовыводным устройством обычно понимают совокупность двух достаточно независимых друг от друга устройств:

1. вычислительное устройство - предназначено для преобразования цифрового массива информации к виду, пригодному для непосредственной записи в соответствующее устройство. Это устройство называется растровым процессором RIP (РИП)

2. устройство записи, в котором производится вывод сигнала на реальный носитель, при этом запись осуществляется методами сканирования

Записывающее устройство

Записывающее устройство представляет собой записывающий сканер, в котором осуществляется поэлементная запись информации на регистрирующую среду. В оптических записывающих устройствах запись осуществляется в оптическом диапазоне в видимой или ближней инфракрасной области спектра.

В качестве источника изображения в таких устройствах должны применяться источники с высокой концентрацией энергии в малом световом пятне. В качестве таких источников в настоящее время используются различного рода лазерные или лазероподобные источники излучения. Длина волны (l) излучения в данном случае не важна, поскольку запись ведется цветоделенным излучением, то есть монохромно, по этому спектральная характеристика не имеет существенного значения и, как правило, используется или монохромный источник излучения, или источник излучения с ограниченным числом спектральных линий с различной l.

Можно использовать газовые лазеры. Наиболее ярким представителем является Не-Ne (геле-неоновый) лазер с l = 633 нм - это красный лазер. Можно использовать ионные лазеры, примером такого лазера является Ar (аргоновый) лазер, который излучает несколько спектральных линий. Наиболее интенсивные из них 488 нм и 514 нм (на границе синего и зеленого излучений) - голубой излучение. Очень мощный лазер. Можно использовать полупроводниковые лазеры (лазерные диоды). Они бывают разные. Излучают обычно в красной или ближней инфракрасной зоне спектра.

Эти источники излучений дают малорасходящиеся пучки.

В качестве фотоприемника обычно используется фотографический материал, к которому предъявляются следующие требования:

материал должен обладать высоким контрастом, так как запись бинарная, пишем микроштриховое растровое изображение, коэффициент контрастности (?) материала обычно выбирается порядка 6

очень важным требованием является согласование спектральной чувствительности фотоматериала и спектра излучения источника

фотоматериал должен быть специализированным для регенерации очень коротких экспозиций, потому что каждая точка записывается очень короткое время (закон о не взаимозаменяемости)

Система записи, как правило, осуществляется путем бинарной модуляции изображения, то есть, источник излучения работает по принципу «да - нет», то есть он включен или нет. Для этого должны быть высокоскоростные модуляторы излучения, которые работают как затворы. Или должна использоваться внутренняя модуляция лазера. В принципе возможна не бинарная модуляция, а модуляция с использованием амплитуды излучения. В этом случае получим аналоговую полутоновую запись вдоль строки записи. Эта запись использовалась на первых порах в цветокорректорах, когда производился вывод полутонового изображения. Сейчас практически не используется. Но возможна, в принципе, некоторая амплитудно-импульсная запись, при которой запись производит импульс, но при этом дискретно меняется амплитудное значение. Он используется не для получения фотоформ, а для получения некоторых видов цифровых цветопроб. Сведения противоречивы: такой метод используется для увеличения числа передаваемых градаций в цифровых методах печати, получаемых электрофотографическим способом.

В основу записи может также быть положен принцип однолучевой или многолучевой записи.

При однолучевой записи запись осуществляется одним лучом лазера, который сканирует изображение, осуществляет строчную и кадровую развертку. Явление доминирующее.

Однако, возможна и многолучевая запись. Принцип в том, что запись осуществляется одновременно несколькими независимо управляемыми лучами света. Здесь следует выделить 2 подвида.

Использование одного источника излучения (лазер). Излучение с помощью специальных светорасщепителей разделяется на несколько световых пучков.

В каждом из пучков установлен модулятор, который независимо управляет пучком.

Запись производится в несколько строк изображения, соответственно каждому пучку.

Этот метод широко использовался в 80-х годах в цветокоррекции. Сейчас не используется.

В настоящее время в качестве многолучевых систем записи используются линейки лазерных светодиодов, которые состоят из нескольких десятков или даже сотен элементов. Каждый лазерный светодиод имеет независимое управление. Плюс этой системы - возможность существенно увеличить скорость записи, но есть необходимость высоких вычислительных мощностей.

Заключение

Современный инструментарий геоинформатики активно использует технологии на основе проблемно-ориентированных мастеров и экспертных систем. Это позволяет новичкам гораздо быстрее достигать желаемых результатов в обработке и дешифрировании изображений, извлечении из них информации, необходимой для геоинформационных систем. Специалистам из самых разных областей, таких как телекоммуникации, сельское хозяйство, промышленная разведка, правоохранительные органы, службы экстренного реагирования, туризм, средства массовой информации, страхование и операции с недвижимостью, - большинству из них до недавнего времени не приходилось заниматься обработкой данных дистанционного зондирования. И хотя они признавали ценность ДДЗ и результатов их обработки для своей работы, - хотя бы в качестве источника данных для обновления векторных карт, - сама технология казалась им слишком сложной или громоздкой для повседневной работы. Но, тем не менее, их интерес не угасал. А теперь он начинает реализовываться на практике. Ведь средства обработки изображений становятся все более доступными как по цене и легкости использования, так и по возможности их интегрирования с программными инструментами поддержки бизнес-процессов - от простых электронных таблиц до корпоративных баз данных.

Учитывая эти потребности, средства обработки изображений нового поколения разрабатываются на основе объектно-компонентной модели COM. Эта модель, вместе с технологией Visual Basic for Applications (VBA), сегодня является стандартом де-факто для управления приложениями и организации взаимодействия между ними. Эти новые средства обеспечивают тесную интеграцию средств обработки изображений с любой VBA-совместимой программой, такой как MS Excel или MS Word. Возможность анализа и представления ДДЗ в таких приложениях, как Excel, является значительным шагом вперед - к более широкому применению ДДЗ на рынке информационных технологий.

Представьте себе такую возможность: разработчик сможет взять нужные функции из различных существующих приложений и скомпоновать совершенно новое приложение для решения конкретных задач. Например, создать программу работы с ДДЗ, использующую средства визуализации изображений из основанного на COM пакета обработки изображений, имеющиеся в текстовом процессоре MS Word средства работы с текстовыми документами, а также встроенную электронную таблицу MS Excel. При этом получится цельный программный комплекс, "остро заточенный" под решение вполне определенных задач. Такая высокая степень интеграции и взаимодействия приложений подтолкнет дальнейшие разработки в этой области, включая средства поддержки сотрудничества через Интернет на основе COM-объектов.

Хотя сжатие изображений полезно и при работе на отдельном компьютере, действительный потенциал сжатия раскрывается в возможности представления функций по обработке изображений в Интернет. Представьте себе, что вы сидите за своим компьютером и подключаетесь к удаленному серверу, находящемуся в каком-нибудь в университете или исследовательском институте. Вы формулируете запрос на обработку, - и сервер выполняет ее, используя все свои инструменты пространственного моделирования, возможности трехмерной обработки и визуализации, технологии экспертных систем. Именно такой мы видим "бесшовную" рабочую среду для обработки изображений.

Интернет позволит также множеству пользователей получить доступ к океану пространственно-информационных ресурсов - как растровых, так и векторных, с возможностью их очень быстрого получения. Сегодня среди таких наиболее впечатляющих ресурсов - цифровые космоснимки метрового разрешения со спутника IKONOS (компания Space Imaging). Они подобны фотографиям и могут использоваться вместо базовой карты или для обновления векторных карт в ГИС. Эти снимки обеспечивают более высокую точность, чем прежде имевшиеся источники первичных данных для ГИС. Доступными через Интернет становятся также и базы аэроснимков с разрешением менее одного метра.

И если для обработки снимков сенсора Landsat Thematic Mapper применяются "по-пиксельные" алгоритмы классификации, то новые данные высокого разрешения требуют иных подходов. Пикселы на снимке среднего разрешения (Landsat TM) содержат усредненную информацию по довольно большой площади, в пределах которой могут присутствовать десятки и сотни деревьев. В то же время, на снимках высокого разрешения различные пикселы могут представлять солнечную и теневую стороны дерева, траву и почву возле него. Это не только увеличивает объем информации, присутствующей на снимке, но и требует учета контекста пикселов при их классификации.

Использование в обработке изображений простых интерфейсов, мастеров и автоматизированных процессов приводит все больше пользователей в мир трехмерного дешифрирования, то есть - в мир цифровой фотограмметрии.

Фотограмметрия - это наука о получении точных измерений из двух или более одновременно обрабатываемых снимков. Хотя при этом используются весьма сложные вычисления, современное программное обеспечение существенно облегчает задачу и помогает новичкам проводить такие измерения. Так, например, можно непосредственно измерить высоту дерева, построить трехмерную модель здания, оцифровать трехмерный образ дороги на склоне холма, отдешифрировать классы землепользования и земельного покрова для городского планирования, провести съемку рельефа, увязанного с речной сетью и т.д.

Наряду с программным обеспечением развивается и становится все более дешевым аппаратное обеспечение компьютеров, которое может использоваться для фотограмметрических задач. Например, цены на видеокарты, поддерживающие просмотр в стереорежиме, упали в несколько раз, - теперь такую карту можно купить менее чем за 500 долл. США. И это значит, что, например, инженеры, прежде выходившие "в поле" для измерения высот зданий и природных объектов, теперь могут получить те же результаты в результате обработки стереопар на своем персональном компьютере.

И по мере того, как обработка изображений становится все более производительной и доступной по цене, все ближе становится слияние двухмерных и трехмерных данных в единый, "бесшовный" с точки зрения пользователя, массив информации. Это позволит обрабатывать стереоизображения, автоматически извлекать из них трехмерную информацию (здания, рельеф и т.д.) и затем просматривать эту и другую пространственную информацию в общей среде виртуальной реальности. Это позволит снизить стоимость ведения баз векторных данных и одновременно повысить их точность и актуальность.

Появляется все больше приложений для мобильной работы и на основе беспроводной связи. Несколько компаний ведут разработки пакетов, обеспечивающих обмен данными и взаимодействие с карманными компьютерами. Некоторые из таких продуктов смогут использовать беспроводные локальные сети, сотовую связь или беспроводные модемы. Уже сейчас интерфейс между настольным и карманным компьютером может использоваться в таких приложениях как оценка ущерба недвижимости, исследование среды обитания животных, военные полевые операции, мониторинг дорожного покрытия, организация гуманитарной помощи беженцам или на территориях с разрушенной инфраструктурой.

С повышением точности и снижением стоимости технологий глобального местоопределения (GPS), компании, занимающиеся разработкой программного обеспечения, начинают интегрировать эти инструменты в свои продукты для облегчения сбора полевых данных. Например, группа специальных проектов (SPT) компании ERDAS создала инструмент для системы обработки изображений ERDAS IMAGINE, который объединяет данные GPS с процессом съемки местности с воздуха в режиме реального времени с помощью портативного компьютера. Эта технология может использоваться и в других областях, например, в картировании полос отчуждения линий электропередачи или трубопроводов, мониторинге речных фарватеров и т.д.

Сегодня наша отрасль расширяется одновременно по многим направлениям, и трудно сказать, технические достижения определяют рост или наоборот. Геоинформационные технологии уже проникли в персональные компьютеры, в карманные компьютеры, в автомобили, - скоро они проникнут в наручные часы.

Конечно, достижение успеха определяется не только удешевлением аппаратных и программных средств. Главный фактор успеха - в том, насколько эти новые средства отвечают потребностям пользователей - планировщиков землепользования, менеджеров недвижимости, управляющих природными ресурсами, страховых агентств, органов правопорядка, туристических бюро, неправительственных организаций - всех тех, кому снимки могут помочь вести их базы данных и дать наиболее точную картину окружающей действительности. Мы считаем, что средства пространственной обработки данных следующего поколения откроют их глаза - и умы - на реальный потенциал развивающихся географических технологий.

Список литературы

1. http://loi.sscc.ru/gis/dataplus/arcrev/Number_17/8_Images.htm

2. http://www.it-seminars.ru/clause/clause/23149/2237/

3. http://www.giftec.com.ua/index.php?pageid=431

4. http://ktor.ref.nstu.ru/iso.htm

5. http://www.5ballov.ru/referats/preview/80689

6. http://www.8a.ru/print/1616.php

7. Банк В.С., Зверев В.С. Информационные технологии в экономике, -2003

8. Докучаев А.А., Мошенский С.А., Назаров О.В. Средства информатики в офисе торговой фирмы. Средства компьютерных коммуникаций. - СП б, ТЭИ, 1996. - 32с.

9. Климова Р.Н., Сорокина М.В., Хахаев И.А., Мошенский С.А. Информатика торговой фирмы / Учебное пособие. Для студентов всех специальностей всех форм обучения. - СП б.: СПбТЭИ, 1998. - 32с.

10. Компьютерные технологии обработки информации./Под ред. Назарова С.И. - М.: Финансы и статистика, 1996.

11. Марысаев В.Б. Персональный компьютер: Иллюстрированный справочник. - Москва, 1999.

12. Фридланд А. Информатика - толковый словарь основных терминов. - Москва, Приор, 1998.

13. Шафрин Ю. Информационные технологии, - М., ООО" Лаборатория базовых знаний”, 1998.