Дешифрирование аэроснимков

фотографического воспроизведения и размещения объектов получили название дешифровочных признаков.

Термин «дешифрирование» имеет русское происхождение, несмотря на его иностранный корень. Синонимом этого термина в иностранной литературе является термин «интерпретация», что в переводе на русский язык означает толкование. В приведенном выше определении дешифрирования аэроснимков отражены две основы процессы: физико-математическая (оптика и геометрия изображения) и географическая (пространственное размещение).

Д е ш и ф р и р о в а н и е а э р о с н и м к о в

Для дешифрирования аэроснимков требуется достаточно серьезная подготовка в области аэрофотографии, фотограмметрии, геодезии, геоморфологии, географии, картографии, аэрофотосъемки, лесном и сельском хозяйстве, геологии, а также необходимо ориентироваться в математической статистике, теории

11

информации, познания. Дешифрирование является очень важным и сложным процессом в технологической схеме создания карт. При этом регистрация результатов дешифрирования может производиться в графической, цифровой или текстовой формах.

Различают два основных вида дешифрирования: общегеографическое (топографическое, ландшафтное) и отраслевое (тематическое, специальное)

При топографическом дешифрировании выявляют и показывают условными знаками элементы местности, необходимые для создания топографической карты в заданном масштабе: населенные пункты и отдельные постройки; закрепленные на местности опорные геодезические пункты; гидрографическую и дорожную сети; линии связи с характеризующими их данными и относящимися к ним сооружениями; естественный и культурный растительный покров и грунты; рельеф местности и др.

При специальном дешифрировании, выполняемом в интересах землеустроительного, архитектурно-градостроительного, лесного или иного ведомства, выявляют в первую очередь интересующие их объекты местности – административнотерриториальные или хозяйственные границы, породы леса и др. с характеризующими их данными. При этом другие элементы местности – пути сообщения, элементы гидрографии, леса, болота и др. дешифрируют с обобщением и сокращением их характеристик в части, не имеющей непосредственного отношения к соответствующему ведомству.

По месту производства работ дешифрирование аэроснимков подразделяют на полевое и камеральное, по средствам выполнения может быть визуальным и инструментальным. В зависимости от специфики технологического процесса дешифрирование может выполняться не посредственно на аэроснимках, негативах, позитивах, фотосхемах, ортофотопланах.

и изданы пособия, альбомы и монография «Дешифрирование аэроснимков».

Система координат аэроснимка

Координатные системы аэроснимка предназначены для определения положения точек аэроснимков, являются прямоугольными, правыми и делятся на внутренние и внешние.

12

Внутренние системы – плоские, с началом в точке пересечения линий, соединяющих координатные метки снимка.

Плоская прямоугольная координатная система oxy является внутренней и используется для определения положения точек аэроснимка (рис. 2а,б).

Иногда ось ох совмещают с главной вертикалью, а ось оу – с горизонталью, проходящей через главную точку снимка, точку нулевых искажений или точку надира. Начало координат в этих

13

случаях совмещают с главной точкой, точкой нулевых искажений и точкой надира соответственно.

Последние модели аэрокамер имеют в плоскости прикладной рамки оптические координаты метки или сетку крестов, координаты которых, найденные при калибровке аэрокамеры, являются носителями информации о координатной системе аэроснимка.

Полярная система координат orφ (рис. 2 в) является также внутренней, применяется при анализе изображения на аэроснимке и реализуется в конструкциях ряда фотограмметрических приборов. Ее начало совпадает с точкой пересечения линий, соединяющих противоположные координатные метки, полярная ось – с главной вертикалью ὶυo, а ее положительное направление размещено в правой части снимка. Полярный угол φ отсчитывается от положительного направления главной вертикали против часовой стрелки.

y

z

ym

Рис. 3. Промежуточная система координат

14

Промежуточная система координат Sxyz (рис. 3) является внешней и пространственной. Ее начало размещено в центре проекции S, ось Sz совмещена с продолжением главного оптического луча, а оси Sx и Sy параллельны соответствующим осям системы координат аэроснимка. В этой системе координатами точки аэроснимка m являются величины Xm Ym Zm = - f

Основные точки и линии аэроснимка Основными элементами центральной проекции принято называть точки, линии и плоскости, с помощью которых производятся построения изображений в центральной проекции и которые используются для изучения свойств этой проекции. На рис. 4 показана схема проектирующих лучей, идущих из точек O, N и M.

m n o

V V

α

fk

S

Рис. 4. Схема проектирующих лучей

Луч, идущий от точки M местности, проходит через переднюю и заднюю узловые точки объектива S и фиксируется в точке m аэроснимка. Главной точкой O аэроснимка называется

15

основание перпендикуляра, опущенного из задней узловой точки объектива на плоскость аэроснимка. Расстояние от задней узловой точки объектива до плоскости прикладной рамки аэрофотоаппарата называют главным расстояние камеры аэрофотоаппарата fk. Отвесная линия NSn называется надирной линией, а точка пересечения ее с плоскостью аэроснимка v v – точкой надира n аэроснимка. Угол между главным лучом So и надирной линией Sn называется углом наклона α аэроснимка; отрезок SN – высотой фотографирования. Точка N и O – следы на местности соответственно надирной линии и главной оси. Одна из плоскостей (I или II), проходящих через точки N и O, принимается за начальную плоскость плана.

На рис. 5 изображен аэроснимок, главная точка O которого, является следом перпендикуляра из задней узловой точки объектива; фиксируется пересечением линий, проходящих через координатные метки прикладной рамки аэрофотоаппарата. Линия VV является следом плоскости, проходящей через главный луч SO перпендикулярно к плоскости аэроснимка, называется главной

h

O

n

h

V

Рис. 5. Главные точки аэроснимка

16

Задачи и методы дешифрирования аэроснимков

Взависимости от принципов организации работ, а также места (условий) их выполнения, применяемых при этом приборов, различают четыре основных метода дешифрирования.

Визуальный метод дешифрирования аэроснимков характерен для работы человека. В настоящее время это основной способ дешифрирования. Восприятие и обработку информации со снимка осуществляют глаза и мозг исполнителя-дешифровщика. Если глаза исполнителя не вооружены, то это непосредственное визуальное дешифрирование. Однако, как правило, человек для расширения возможностей глаз часто использует технические средства (лупы, микроскопы, стереоскопы и т.д.).

Так же часто для успешного решения задач дешифрирования применяют аэроснимки, на которых показан пример дешифрирования заданного района. Такие аэроснимки носят название эталонов, а способ дешифрирования – с использованием эталонов.

Для машинно-визуального метода характерно предварительное преобразование фото- и видеоинформации специализированными или универсальными интерпретационными машинами с целью облегчения последующего визуального анализа полученного изображения.

Вавтоматизированном или диалоговом методе

дешифрирования считывание со снимков и анализ записанной информации выполняется специализированными или универсальными интерпретационными машинами при активном участии оператора.

Автоматический или машинный метод дешифрирования предусматривает выполнение работ интерпретационными машинами. Оператор определяет задачи и задает программу обработки фото- и видеоинформации.

Принципиальная схема дешифровочного процесса в любом методе остается неизменной. Распознавание выполняется путем сопоставления и определения степени близости некоторого набора признаков дешифрируемого объекта с соответствующими эталонными признаками, находящимися в памяти человека или машины. Процессу распознавания при этом предшествует процесс обучения (или самообучения) при котором определяется перечень

17

объектов, отбирается совокупность их признаков и устанавливается допустимая степень их различия.

При недостаточном объеме априорной информации о классах объектов и их признаках, человек и машина может поделить изобразившиеся объекты по близости некоторых признаков, на однородные группы – кластеры, содержание которых определяется затем человеком или машиной с помощью дополнительных данных. Способы выполнения работ при дешифрировании могут переходить из одного метода в другой по мере их совершенствования и изменения роли человека в их реализации.

Дешифрирование аэрофотоснимков заключается в обнаружении, распознавании и определении характеристик объектов по их фотоизображениям. Результаты дешифрирования регистрируются в графической, цифровой или текстовой формах.

Обнаружение – начальный этап дешифрирования, его низший уровень. Оно состоит в поиске на снимке участков, где вероятнее всего изображены объекты местности. Никакого толкования (интерпретации) характера изображения при обнаружении не происходит. Формально здесь решается задача вероятностного отнесения изображения к одной из двух категорий: «сигнал – шум» или «шум». Оператор-дешифровщик в результате обнаружения отмечает для себя: «Здесь что-то есть».

Распознание – второй этап дешифрирования, его средний уровень. Оно заключается в определении «сущности» изображенных на снимке и обнаруженных объектов. Различают два подхода к распознанию: интерпретационный и формальный. Интерпретационный подход требует определить функциональное предназначение объекта, его роль среди окружающих объектов и т.п. Другими словами, в этом случае дается толкование физической и социальной сущности каждого объекта. Формальный подход предусматривает простое разделение объектов на классы, установленные заранее. Разумеется, что в ходе предварительной классификации дается толкование каждого из установленных классов.

Четкое разделение по времени процессов обнаружения и распознания имеет место в сложных случаях дешифрирования. В

18

некоторых случаях, и они встречаются довольно часто, эти два этапа дешифрирования проходят практически одновременно.

Определение характеристик вскрытых объектов – третий этап дешифрирования, его высший уровень. В ходе данного этапа осуществляется анализ и обобщение количественных и качественных характеристик объекта с целью установления его состояния, значимости и возможностей в конкретной обстановке.

Количественные и качественные характеристики объектов местности определяются путем измерения параметров фотоизображений: геометрических размеров, параллаксов плотностей и т.д. В результате оценки удается выяснить состав пород леса, характер грунта, материал покрытия дорог, линейные размеры объектов, расстояния между объектами и т.п.

Все три этапа: обнаружение, распознание и определение характеристик объектов имеют важное значение для успешного дешифрирования. Однако особенно важен этап распознания. Именно на этапе распознавания получается начальная «смысловая» информация. На предыдущем этапе – при обнаружении – готовится «почва» для успеха распознавания, а впоследствии результаты распознавания конкретизируются, дополняются и облекаются в форму, удобную для использования.

Распознавание – сложный процесс. В результате распознавания можно либо распознать, либо не распознать (распознать неверно) изучаемый объект. Других исходов в дешифрировании не встречается. Факты распознавания и не распознавания объекта , изображенного на снимке, являются случайными событиями, так как этот процесс даже при изучении объектов одного и того же типа всякий раз происходит по-своему. Это обусловлено как свойствами фотоизображения, используемого для распознавания, так и особенностями самого этапа распознавания.

Дешифрирование аэрофотоснимков выполняется с различными целями. В связи с этим перед ним возникает целый ряд задач.

Все задачи дешифрирования аэроснимков можно условно разделить на две группы:

задачи по получению обобщенной информации о поверхности Земли;

19

задачи по определению характеристик отдельных совокупностей объектов, располагающихся на земной поверхности и в атмосфере.

Первая группа задач включает региональное или типологическое районирование земной поверхности; вскрытие системы гидрографии, дорожной сети, населенных пунктов, растительности и других элементов местности, установление их взаимосвязей; составление и обновление топографических карт и т.п.

Перечень задач второй группы более обширен. Вот некоторые из них: геологическое картирование; поисковая и эксплуатационная разведка месторождений полезных ископаемых; таксация леса; кадастровые съемки; метеорологические исследования; разведка военных объектов.

В последние годы в связи с бурным развитием космических исследований появились новые задачи по дешифрированию снимков других планет Солнечной системы. Уже получена карта Луны, отдешифрированы первые плановые снимки Марса и первые панорамы Венеры.

Перечисленные задачи могут конкретизироваться в зависимости от района работ, времени их производства, установленных сроков выполнения и т.п.

Логическая структура процесса дешифрирования.

Логическая структура процесса дешифрирования (рис. 6) состоит из ступеней, ведущих исследователя от незнания к знанию. При анализе логической структуры следует исходить из ступеней познания. Исходя из этого, можно выделить три ступени дешифрирования: обнаружение, опознание, классификация. В зависимости от характера ландшафта, параметров исходных материалов, квалификации дешифровщика и других причин ступени познания могут четко разделяться или незаметно переходить одна в другую вплоть до практического слияния их.

В процессе реального дешифрирования непрерывно осуществляется переход от опознавания одного объекта к другому, от опознавания простых объектов к более сложным и наоборот. Выявляются взаимосвязи между объектами, происходит объединение выявленных объектов в природно-территориальные

20