16. Назначение и области применения цифрового трансформирования снимков
Трансформированием снимков в фотограмметрии называют процесс преобразования исходного снимка объекта в изображение объекта в заданной проекции.
При цифровом трансформировании исходный снимок представляет собой цифровое изображение, получаемое или непосредственно цифровой съемочной системой или путем преобразования аналогового снимка в цифровую форму на сканере.
Основными областями применения цифрового трансформирования являются топография и картография.
При создании и обновлении карт различного назначения по аэрокосмическим снимкам создаются трансформированные изображения местности в проекции карты. Эти изображения могут быть созданы по одиночным снимкам или по нескольким перекрывающимся снимкам. Цифровое трансформирование выполняется с точностью, соответствующей точности предъявляемой действующими нормативными документами к точности карт соответствующего масштаба.
Цифровые трансформированные изображения используют для создания контурной части карт, путем векторизации цифровых изображений в среде CAD или ГИС, а также как самостоятельные картографические документы. В частном случае, если при трансформировании снимков не учитывается влияние кривизны Земли и проекции карты на положение контуров, трансформированное изображение представляет собой ортогональную проекцию местности на горизонтальную плоскость. Такой вид трансформирования называется ортофототрансформированием.
Помимо топографии и картографии, цифровое трансформирование используется для создания по исходным снимкам перспективных изображений местности из заданных точек пространства. Такие изображения используют в военной области, например, в летных тренажерах и в архитектуре - при проектировании различных сооружений.
Цифровое трансформирование применяют также для преобразования стереопар исходных снимков в стереопару снимков идеального случая съемки в системе координат фотограмметрической модели. Такое преобразование выполняется в цифровых стереофотограмметрических системах.
17. Наблюдение и измерение цифровых изображений
Цифровое изображение хранится в памяти
компьютера, в общем случае, в виде
прямоугольной матрицы, элементы
которой содержат информацию об оптических
плотностях или цвете элементарных
участков изображения ( пикселей ), а
номера i строки и j столбца элемента
определяют его положение в матрице.
Нумерация строк и столбцов матрицы
цифрового изображения начинается с
нуля.
Р
ис.1.1.1
Координаты центров пикселей в левой прямоугольной системе координат цифрового изображения оCxCуC.(рис.1.1.1), началом которой является левый верхний угол цифрового изображения, определяются в, так называемых, пиксельных координатах (единицей измерения в этом случае является пиксель).
Пиксельные координаты центров пикселей в системе координат цифрового изображения оCхCуC определяют по формулам:
. (1.1.1)
Для получения подпиксельной (субпиксельной) точности можно увеличить матрицу изображения на экране монитора относительно исходного цифрового изображения. В этом случае каждый пиксель исходного изображения будет изображаться матрицей n×n пикселей, численные значения всех элементов a'ij которой будут равны численному значению элемента матрицы исходного изображения.
П
иксельные
координаты точек увеличенного изображения
можно измерить с точностью до 1/n пикселя
исходного изображения (рис.1.1.2.).
Рис. 1.1.2
Пиксельные координаты (в пикселях исходного изображения) элемента a'ij увеличенного изображения определяют по формулам:
, 1.
в которых: i,j - номера строки и столбца элемента матрицы исходного изображения, в котором находится элемент a'ij увеличенного изображения:
i’,j’ - номера строки и столбца элемента a`ij подматрицы n×n;
n – коэффициент увеличения изображения.
Значения физических координат центров пикселей цифрового изображения можно определить по значениям их пиксельных координат, если известны физические размеры стороны пикселя изображения Δ (предполагается, что пиксель имеет форму квадрата).
Значения физических координат определяют по формулам:
. (1.3)
В некоторых цифровых системах начало системы координат цифрового изображения оC хC уC выбирают в центре пикселя, расположенного в верхнем левом углу цифрового изображения.
В этом случае значения пиксельных координат вычисляют по формулам:
(1.4)
Рассмотренный выше метод измерения цифрового изображения с подпиксельной точностью требует его увеличения на экране дисплея компьютера. Однако, даже при увеличении цифрового изображения только в два раза, на экране дисплея исходный аналоговый снимок изображается с весьма значительным оптическим увеличением. Так, например, снимок, преобразованный на сканере, с размером пикселя 14 мкм на экране дисплея с размером зерна 0.28 мм при увеличении цифрового изображения снимка в 2 раза имеет оптическое увеличение 40 раз. Такое увеличение приводит к значительному ухудшению изобразительных свойств наблюдаемого изображения и, как следствие, к снижению точности наведения измерительной марки на измеряемые объекты на изображении.
С целью обеспечения возможности измерения координат точек цифрового изображения с подпиксельной точностью без увеличения исходного изображения разработан метод измерения цифровых изображений, в котором цифровое изображение снимка может смещаться относительно неподвижной измерительной марки с шагом в n – раз меньшим размера пикселя.
Принцип измерения координат точек
цифрового изображения по этому методу
иллюстрируется на рис. 1.3 и 1.4.
Рис. 1.3 Рис. 1.4
На рисунке 1.3 представлен фрагмент исходного цифрового изображения с измерительной маркой и точкой изображения m, координаты которой необходимо измерить. Как следует из рис.1.3 центр изображения измерительной марки не совпадает с изображением точки m, причем разности значений их пиксельных координат составляют величины xP и yP.
Для совмещения центра изображения
измерительной марки с точкой m можно
создать фрагмент цифрового изображения
снимка, в котором координаты начала
системы координат o’C x’C y’C будут иметь
значения
,
а
.
Создание такого фрагмента цифрового изображения производится следующим образом. По координатам центра каждого пикселя фрагмента изображения x’pi, y’pi определяют значения координат его проекции xpi, ypi в системе координат оC хC уC исходного изображения.
Их значения определяют по формулам:
. (1.6)
Затем по значениям координат xpi, ypi находят ближайшие к изображению точки i, соответствующей центру пикселя создаваемого фрагмента цифрового изображения, четыре пикселя исходного цифрового изображения, например, M, K, L, N (рис.1.5)
Далее методом билинейного интерполирования определяют значения оптической плотности i-го пикселя создаваемого фрагмента изображения по формуле:
, (1.7)
в которой
.
Таким же образом формируются все элементы создаваемого фрагмента цифрового изображения.
На экране дисплея, на визуализированном фрагменте созданного цифрового изображения центр измерительной марки будет совмещен с изображением точки m. Пиксельные координаты точки m изображения в системе координат исходного изображения определяются по формулам 1.6.
Необходимо отметить, что создание фрагмента цифрового изображения требует значительных вычислительных процедур. Поэтому для достижения эффекта перемещения изображения на экране дисплея относительно марки в “реальном масштабе” времени фрагмент изображения не должен иметь большие размеры.
В случае если для измерений используются цветные цифровые изображения при формировании элементов создаваемого изображения методом билинейного трансформирования по формулам 1.7. определяются интенсивности красного (R), зеленого (G) и синего (В) компонентов цветного изображения.