1.2. Сканированные изображения и их свойства.

Фотографические снимки необходимо для обработки переводить в цифро­вую форму. Для этого, так же как и при цифровании карт, используют сканеры. Цифровые копии зональных снимков, представленных в виде негативов на фото­пленке или отпечатков на бумаге получают сканированием каждого кадра. К ко­дированию фотографической плотности зональных снимков нужно подходить очень осторожно, с тем чтобы не нарушить зонального соотношения ее значений (многие сканеры автоматически растягивают значения до интервала 0 —255). Вторая проблема — геометрическое (попиксельное) совмещение отсканирован­ных изображений. Три совмещенных сканированных зональных снимка можно программно скомбинировать для получения цветного изображения.

К характеристикам, определяющим дешифровочные возможности снимков, относятся показатели разрешения данных съемки. В дистанционном зондирова­нии разрешение — это мера способности оптической системы различать сигналы, которые пространственно близки или спектрально подобны. Выделяют четыре различных типа разрешения:

Спектральное разрешение соответствует числу и размеру зон съемки и за­висит от параметров съемочной системы. Зона может быть широкой, как одна зо­на черно-белого панхроматического снимка (0,4 — 0,7 мкм), или достаточно уз­кой, как, например, красная зона снимка Ландсат ТМ (0,63 — 0,69 мкм).

Чем шире зона электромагнитного спектра, тем ниже спектральное разре­шение. Четкое выделение спектральных зон повышает вероятность того, что ин­тересующий объект будет идентифицирован.

Пространственное разрешение — это минимальная угловая или линейная величина изобразившегося объекта местности и зафиксированная пикселом (рис. 3).

гис. J. ларактеристики пространственного разрешения:

а — геометрически показана связь разрешения на местности и параметров съемочной системы (f— фокусное расстояние; w — линейный размер детектора; IFOV — мгновенный угол зрения; Н— высота полета; г_м — разрешение на местности); б — связь размера и яркости объекта местности с размером пиксела.

Чем выше разрешение, тем меньше его числовое значение. Пространственное разрешение аэроснимков определяют числом различающихся пар линий, отне­сенных к 1 мм. Различают снимки низкого, среднего и высокого разрешения, из­меряющегося соответственно километрами, сотнями или десятками метров. Зна­ние этих параметров особенно важно при совместном использовании снимков и векторных карт в ГИС, поскольку большинство операций с растровыми данными осуществляется с точностью до пиксела.

Радиометрическое разрешение определяется чувствительностью детекторов к различиям в значениях спектральной плотности энергетической яркости отра­женного от поверхности сигнала и фиксируется набором четко дифференциро-

5

ванных уровней квантования битового динамического диапазона. Количество уровней — число бит — определяет число возможных значений в цифровой запи­си каждой зоны снимка (в файле данных). Оно связано с технологическими пара­метрами датчиков и характеризует максимальный диапазон изменения «сырых» (необработанных) значений спектральной яркости. Например, при 8-битовом ра­диометрическом разрешении значения спектральной яркости могут изменяться от О до 255, а при 7-битовом — от 0 до 127.

Временное разрешение определяет, как часто датчик получает изображение конкретной области. Например, спутник Ландсат может обозревать одну и ту же область Земли один раз каждые 16 дней, a SPOT — один раз каждый день. Вре­менное разрешение является важным фактором при изучении и обнаружении из­менений на территории. Рис. 4, а иллюстрирует все четыре типа разрешения дан­ных дистанционного зондирования (ДЗ).

Рис. 4. Структура данных съемки:

а — четыре типа разрешения данных представлены на примере снимка Ландсат ТМ в зоне 2;

б — растровые координаты

Стандартный числовой тип записей цифровых снимков — бинарный байто­вый, что соответствует правилам кодирования спектральной яркости. Как извест­но, в компьютерных программах используют также целые, действительные типы чисел и буквенно-цифровые символы (ASCII-коды). Поскольку в большинстве случаев для обработки аэрокосмических снимков используют растровые ГИС-пакеты, зональные изображения рассматривают в них как слои информации наря­ду с другими слоями БД. Эти слои могут использовать типы данных, отличаю-

щиеся от байтовых. Поэтому необходимо знать числовые типы применяемых данных, чтобы правильно отображать и обрабатывать информацию. Например, растровый слой, представляющий высоты поверхности со значениями от -51,257 до 553,401, будет обрабатываться иначе, чем слой, содержащий информацию о размещении двух объектов — суши и воды, и использующий только два значения (0 и 1) для их идентификации.

Интегрирование в одной системе двух типов данных — растровых и век­торных — основное преимущество ГИС-пакетов, включающих процедуры обра­ботки изображений. Совместное использование растровых и векторных слоев способствует: более достоверному определению признаков объектов, изобразив­шихся на снимке; добавлению к спектральным признакам других атрибутов объ­ектов; обеспечению атрибутивной информацией, полученной по снимкам объек­тов векторной карты.

Векторное цифрование объектов по снимку (цифрование по растровой под­ложке) применяют для: выделения дорог, водоемов, изолиний, границ админист­ративных районов; выбора эталонов для классификации объектов; выделения гра­ниц представляющих интерес областей для использования в разных задачах.

Данные координатной привязки обычно хранятся в заголовке файла изо­бражения, который может быть началом записи файла, или представляться от­дельным файлом. Как известно, в растровых ГИС-пакетах используются две ос­новные системы координат:

1. растровые (или файловые) координаты, показывающие местоположение пиксела в пределах изображения или файла данных;

2. прямоугольные или географические координаты, показывающие место пиксела на карте.

Растровые координаты определяют место пикселов в упорядоченной сет­ке строк и столбцов. Они выражаются либо в номерах строк и столбцов, либо в плоских координатах (X, Y), где координата X соответствует столбцу сетки, Y— строке. Как правило, координаты (0, 0) в первом случае имеет пиксел в левом верхнем углу изображения, во втором — это пиксел в левом нижнем углу, а зна-

чения координат других пикселов определяют с учетом размера пиксела (про­странственного разрешения) (рис. А).

Географические или прямоугольные координаты задают положение пик­селов либо в значениях географических координат (ф, А,), либо в плоской системе координат карты заданной проекции. Тип используемых координат определяется способом формирования файла (дистанционное зондирование, сканирование су­ществующей карты и т.п.). Часто космические снимки в пунктах приема и обра­ботки снабжаются информацией о географических координатах углов кадров. Систему координат файла изображения можно преобразовать в систему коорди­нат выбранной карты (трансформировать) программными средствами ГИС-пакета, т.е. получить геокодированные данные.

Форматы хранения данных. Для того чтобы правильно воспроизвести изображения по цифровым записям, поставляемым пунктами приема информа­ции, необходимо знать формат записи (структуру данных), а также число его строк и столбцов. Используют четыре формата, которые упорядочивают данные изображений как: последовательность зон (Band Sequential, BSQ); зоны, чере­дующиеся по строкам (Band Interleaved by Line, BIL); зоны, чередующиеся по пикселам (Band Interleaved by Pixel, BIP); последовательность зон со сжатием ин­формации в файле методом группового кодирования (например, в формате jpg).

Системы обработки данных дистанционного зондирования включают те же основные подсистемы, что и ГИС: ввод, хранение, обработку и представление ре­зультатов. Это способствовало их программно-технологической интеграции с ГИС, в силу чего для работы с аэрокосмической информацией в качестве про­граммного обеспечения используют современные ГИС-пакеты. Разные типы ГИС-пакетов предоставляют пользователям различные возможности по обработке снимков, обеспечиваемые заложенными в них программными средствами анализа и интерфейса. К ГИС-пакетам со стандартными возможностями относятся Idrisi, MultySpec, среди полнофункциональных ГИС-пакетов выделяются Erdas Imagine, TNTmips, ERMapper, ILWIS, GRASS. С точки зрения возможностей цифровой об­работки снимков эти пакеты отличаются в основном набором средств пользова­тельского интерфейса и их удобством.