СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. Наблюдение и измерение цифровых изображений 4

1.1 История фотограмметрии 4

1.2 Изображения и их основные характеристики 7

1.3 Получение растровых изображений и их преобразование 11

1.4 Преобразование цифровых изображений 14

1.5 Измерение цифровых изображений 18

1.6 Автоматизация спектроскопических измерений 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 26

ВВЕДЕНИЕ

Цифровое изображение - графическая форма представления данных, предназначенная для зрительного восприятия. Растровое изображение — изображение, представляющее собой сетку пикселей или цветных точек (обычно прямоугольную) на компьютерном мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах (растр). Векторная графика — способ представления объектов и изображений в компьютерной графике, основанный на использовании элементарных геометрических объектов, таких как точки, линии, сплайны и многоугольники. Объекты векторной графики являются графическими изображениями математических функций. Термин используется в противоположность к растровой графике, которая представляет изображение как матрицу фиксированного размера, состоящую из точек (пикселей) со своими геометрическими параметрами.

Глава 1. Наблюдение и измерение цифровых изображений

1. История фотограмметрии

Фотограмметрия - научная дисциплина, изучающая способы определения формы, размеров и пространственного положения объектов в заданной координатной системе по их фотографическим и иным изображениям. Фотограмметрия выделилась из геодезии в начале прошлого столетия благодаря применению новых начал измерительной техники, основанных на способности объектива строить изображения объектов, возможности регистрации этого изображения фотохимическими методами и измерения его с помощью оптических, механических или электронных приборов и инструментов. Начавсвою историю с решения топографических задач, фотограмметрия на протяжении полутора веков развивалась, главным образом, под влиянием требований картографии и являющейся и в настоящее время основной отраслью науки и техники, в которой снимки используются в огромном количестве и с наибольшей полнотой.

Зарождение фотограмметрии связывается с открытием фотографии, когда на заседании Парижской академии наук и Академии изящных искусств 7.01.1839 года французским астрономом и физиком Д.Ф. Араго было сделано сообщение об изобретении парижским художником Луи Жаком Манде Дагером способа получения изображения на слое галоидного серебра. Первым, указавшим на возможность применения таких фотоснимков местности для целей топографии, и применившим ее в 1852 году при составлении плана, был французский военный инженер подполковник Эмэ Лосседа. Спустя три года, в 1855 году, французский фотограф Феликс Турнашон (Надар) получил первые в истории человечества снимки улиц Парижа с аэростата.

В конце 1850-х годов Эмэ Лосседа сконструировал специальный прибор для получения фотоснимков (прообраз фототеодолита), разработал приемы составления планов по наземным фотоснимкам, выполнил фотографическую съемку Парижа с высоких зданий и изготовил по ним топографический план, точность которого превосходила точность геодезического метода. Вклад Эмэ Лосседа в развитие зарождающейся науки оказался столь значительным, что некоторые специалисты называют его отцом фотограмметрии.

Отсутствие эффективных технических средств получения фотоснимков и несовершенство применяемой в то время технологии получения светочувствительных слоев не способствовали развитию этой науки, и до конца столетия отмечаются лишь эпизодические попытки ее использования для составления планов местности в Италии, Германии, Канаде, Австрии, России и т.д.

В России методы фотограмметрии начали применять только в конце XIX века, при производстве изысканий для строительства железных дорог на Кавказе (Н.О. Вильнер, 1891 г.) и в Забайкалье (П.И. Щуров, Р.Юл. Тиле, 1897 г.); для съемок на Новой Земле (Ф.Н. Чернышев, Б.Б. Голицын, 1895 – 1896 гг.), и т.д. Первые воздушные снимки в России были получены 18 мая 1886 года командиром военно-воздухоплавательной части поручиком А.М. Кованько (рис. 1).

Среди появившихся в последующие годы идей и разработок, пожалуй, наиболее весомыми, определившими все дальнейшее развитие фотограмметрии, являются:

• принципы стереофотограмметрического метода на основе использования стереоскопической модели местности (Штольце, 1892 г.);

• формулировка условия взаимного ориентирования парыснимков (С. Финстервальдер, 1899 г.);

• разработка способов измерения снимков и модели с использованием мнимой (Пульфрих, 1899 г.) и действительной (Девиль, 1901 г.) марки;

• создание стереокомпаратора (Пульфрих, 1901 г.), конструкция которого не претерпела принципиальных изменений до настоящего времени;

• разработка метода преобразования снимков с изображением сложного рельефа (Шеймпфлюг, 1903 г.), основополагающие принципы которого применяется и поныне.

Однако подлинно революционное значение для развития фотограмметрии имело появление авиации и ее практическое применение для получения фотоснимков. За сравнительно короткий, по историческим меркам, период усилиями крупнейших ученых-фотограмметристов выполнена разработка:

• общих принципов фотограмметрического сгущения съемочного обоснования (С. Финстервальдер,

1926 г.), успешно развитых в процессе соответствующих опытных работ (К. Ашенбреннер, 1926 г., Н.М. Алексапольский и Ф.В. Дробышев, 1928 г.);

• аналитического решения задачи взаимного ориентирования пары снимков (А.С. Скиридов, 1928 г.) - основного процесса фотограмметрической обработки снимков;

• комбинированного метода аэрофототопографической съемки (Н.М. Алексапольский, 1923–1928 гг.), предполагающего получение контурной части топографического плана по материалам аэрофотосъемки, а высотной части – в результате полевых работ;

• дифференцированного метода стереотопографической съемки (А.С. Скиридов, Г.В. Романовский, М.Д. Коншин, Н.М. Алексапольский, Г.П. Жуков, Ф.В. Дробышев, и др., 1930–1936 гг.), основанного на раздельном получении контурной и высотной части топографического плана по материалам аэрофотосъемки;

• метода обработки снимков с преобразованными связками проектирующих лучей (М.Д. Коншин, Г.В. Романовский, А.Н. Лобанов, Ф.В. Дробышев, Г.П. Жуков, и др., 1940–1947 гг.) и реализующих его высокоточных приборов.

Практическое применение перечисленных методов опиралось на аналоговые фотограмметрические приборы – фототрансформаторы, стереокомпараторы, стереометры, а позднее – и стереографы, стереопроекторы, и другие, в которых преобразование фотоснимков выполнялось оптическим, механическим или оптико-механическим путем. Серийный выпуск этих приборов обеспечил выполнение задач как топографического, так и нетопографического (инженерного) характера.

Создание аналитических фотограмметрических приборов стало возможным только в 60–80-е годы прошлого столетия, с появлением микропроцессорной техники. В этих приборах обработка фотоснимков выполнялась уже аналитическим путем, на основе соответствующих математических зависимостей. К этому времени благодаря трудам С. Финстервальдера и Р. Финстервальдера, А.С. Скиридова и Н.Г. Келля, Е. Мерритта и Х. Шмидта, Н.А. Урмаева и А.Н. Лобанова, И.Т. Антипова и Б.К. Малявского, Б. Халлерта и Ф. Акермана, и других основные методы аналитической фотограмметрии были уже сформулированы и ожидали появления вычислительных средств.

В современной фотограмметрии развиваются и массово внедряются методы цифровой обработки изображений, которые получены путем сканирования аналоговых снимков или непосредственно в процессе съемки. Цифровая фотограмметрия, как теперь ее называют, представляет собой реализованные в компьютерных программах способы обработки изображений, базирующиеся, как на фундаменте, на аналитических методах обработки снимков. При этом методы обработки изображений используют достижения теории компьютерного зрения и машинной графики, распознавания образов и преобразования изображений, цифровой фильтрации и теории сигналов, вычислительной геометрии и теории информации, теория вероятности и математической статистики, операционных методов и теория связи, и др. оставаясь при этом невидимыми для пользователя.