Вернуться в библиотеку Сагайдак Д. И., ДонНТУ
"Геодезия и картография".-2000.-N10.
Известно, что максимальный объем информации человек получает, рассматривая визуальные изображения. В настоящее время наиболее перспективными являются цифровые методы обработки информации. Поэтому весьма важное значение имеет определение сущности цифровых изображений вообще и в фотограмметрии в частности.
Цифровые изображения - это зарегистрированные в цифрах на носителях информации излучения, передающие данные о различных объектах в виде снимков, карт, рисунков, чертежей и т. д.
Цифровые изображения в фотограмметрии - это цифровые снимки (ЦС), отображающие данные, необходимые потребителю, (например, о топографических элементах местности - для топографии; о человеческом организме - для медицины и т. д.). ЦС могут быть получены преобразованием излучений в цифры в съемочной аппаратуре (например, на спутнике с последующей передачей данных на Землю по каналам связи), цифрованием фотоснимков на фотограмметрических сканерах.
ЦС формируются в пространственной прямоугольной системе координат с осями Хп, Уп, D, (рис. 1). В плоскости XпYп снимки имеют вид матрицы квадратов. Отдельный квадрат матрицы называют "пиксел" или "пиксель". Размер пикселов и расстояние между ними обычно одинаковы. Плоскую прямоугольную систему координат с осями xп, уп называют пиксельной системой координат в отличие от плоской прямоугольной системы координат снимка х, у.
Центру каждого пиксела соответствует число, выражающее усредненное по площади интегральное значение оптической плотности пиксела. При преобразовании в цифры весь диапазон плотностей делится на 256, 512 или 1024 уровней. Таким образом, цифровой снимок является пространственной трехмерной дискретной структурой.
ЦС могут быть одиночными или стереоскопическими. По стереоскопическим можно построить цифровую полутоновую трехмерную геометрическую модель.
Обработка ЦС заключается в их преобразовании цифровыми или аппаратурными средствами.
Изобразительные и измерительные свойства цифровых снимков описываются теми же характеристиками, что и фотоснимков, но с учетом параметров пиксела бортовой аппаратуры или сканера, применяемых для получения цифровых снимков.
Рисунок 1. Пространственная система координат с осями Хп, Уп, Dп
Для улучшения измерительных и изобразительных свойств ЦС калибруются по эталонам: геометрическим (например, контрольным сеткам) и фотометрическим (например, оптическим клиньям). Для аппаратурных ЦС калибровка выполняется на наземных пунктах обработки, для фотоснимков - путем калибровки сканеров с последующим введением поправок в каждый пиксел с помощью программных средств.
Размер пиксела определяется либо размером пиксела бортовой аппаратуры, либо возможностями фотограмметрического сканера, который настраивается с учетом вида выполняемых работ (измерение координат точек снимков, построение цифровой модели рельефа, дешифрирование и др.). Для уменьшения или увеличения изображения размер пиксела может программно меняться.
Изобразительные свойства ЦС характеризуют его способность передавать оптические контрасты и объекты минимальных размеров*.
Оптические (визуальные) контрасты обусловлены разностью энергетических излучений точек объектов. При передаче и регистрации излучение, например от точек местности, претерпевает изменения из-за влияния дымки, светорассеяния атмосферы и оптики, а также в процессе преобразования в оптическую плотность. Поэтому оптические контрасты не совпадают с тоновыми.
Тоновые (фотографические) контрасты выражаются разностью плотностей различных изображений на ЦС
Именно контрасты позволяют дешифрировать изображения.
Оценка передачи тоновых контрастов проводится по фотометрическим характеристикам: вуали, фотографической широте, средней плотности и коэффициенту контрастности. Возможность ЦС передавать объекты минимальных размеров характеризуется разрешающей способностью, резкостью изображения и разрешением на местности.
Разрешающая способность выражается числом раздельно изображаемых ли-ний (штрихов) абсолютного контраста на 1 мм изображения. Этот критерий позволяет оценить возможности снимка по раздельной передаче близко расположенных объектов минимальных размеров и обеспечивает сравнение различных снимков применительно к стандартным условиям. Для определения разрешающей способности применяются специальные тест-объекты, называемые мирами. Согласно стандартам, контраст мир для оценки снимков должен быть равен единице.
Наиболее точный способ определения разрешающей способности - съемка специальной миры, построенной непосредственно на исследуемом объекте, причем в условиях получения снимков (первый способ). На местности такие миры создаются на специальных полигонах. Однако возможность применения такого способа встречается очень редко.
Оценить разрешающую способность можно и с помощью усредненной толщины наиболее тонких линейно протяженных объектов, приведенной по соответствующей формуле к оценке по резольвометрической мире (второй способ) В этом способе на снимках с помощью бинокулярного микроскопа из меряют ширину не менее 15 самых тонких линейно протяженных объектов с четкими и непрерывными границами. Каждый объект измеряют трижды. Результаты усредняют и отбирают измерения, удовлетворяющие условию
0.8dср < d i <1.2dср
которые снова усредняют. Разрешающую способность определяют по формуле
Rср= 0.9/2dср
Третий способ оценки разрешения - по ширине пограничной кривой на границе контрастирующих объектов, например вода-берег (рис. 2), предусматривает применение микрофотометра. Разрешающая способность определяется по формуле
Rср= m3/2.8Lx
где m3 - знаменатель масштаба записи регистрограммы; Lx - ширина зоны перехода.
Четвертый способ основан на связи разрешающей способности и оптимального увеличения изображения
Rср= 2.5V
Для определения Rсн в центре и на краю снимка выбирают участки с наибольшим количеством мелких деталей и рассматривают их на приборе с переменным увеличением. Увеличение, при котором новые детали не обнаруживаются, считается оптимальным.
Существуют и другие способы определения Rсн (см. таблицу).
Рассмотренный критерий оценки изобразительных свойств снимков является усредненным. Его величина может изменяться в несколько раз, если оценку проводить при разных уровнях тоновой (фотографической) плотности на различных участках снимка
Rср= f(D)
| Способ определения Rсн | Погрешность, % |
| По мире | 5 |
| По ширине тонких линий | 15 |
| По ширине пограничной кривой | 12 |
| По оптимальному увеличению | 25 |
Разрешение снимка на местности характеризует размер минимального раздельно изображающегося на снимке объекта в метрах
Rм= mср/2Rср=dсрH/0.9f, м
Разрешение снимка Rм в качестве критерия удобно для использования на практике, так как выражает реальную детализацию объектов местности на снимках.
Резкость изображения характеризует возможность передачи формы объектов и определяет предел увеличения при визуальном рассматривании. Этот критерий тесно связан с разрешающей способностью (4-й способ). На практике резкость оценивают с помощью луп 11- и 17-кратного увеличения:
Рис 2. Кривая изменения оптической плотности на границе контрастирующих объектов
Измерительные свойства цифровых снимков характеризуются точностью воспроизведения на них геометрических параметров (координат, расстояний, площадей, объемов) элементов местности и объектов. На точность определения геометрических параметров влияет множество факторов. Важнейшими из них являются:
Измерительные свойства цифровых снимков определяют по паспортным данным материалов съемки, а также при фотограмметрической обработке.
Цифровые снимки и компьютерные технологии их обработки получают у нас в стране все большее распространение, а в высокоразвитых зарубежных странах вытесняют традиционные технологии, основанные на обработке фотоснимков. В связи с этим интенсивно развиваются и совершенствуются методы цифровой фотограмметрии.
На первых этапах применения цифровые снимки, получаемые нефотографическими оптико-электронными съемочными системами, преобразовывались в фотоснимки и обрабатывались на традиционных фотограмметрических приборах. Впоследствии стали разрабатываться специальные цифровые фотограмметрические приборы или цифровые фотограмметрические стан-ции (ЦФС). Их создание было обусловлено совершенствованием вычислительной техники и повышением характеристик ее процессорной базы и средств манипулирования большими объемами цифровой информации.
Широкое внедрение вычислительной техники, сопровождаемое быстрым снижением ее стоимости и увеличением мощности и быстродействия, успехи в области создания и использования геоинформационных систем (ГИС), а также применение изображений, получаемых цифровыми съемочными системами, обусловили создание и использование рядом зарубежных фирм цифровых фотограмметрических систем и рабочих станций. Эти системы начинают все шире внедряться в практику фотограмметрических работ, что связано с возможностью более полной автоматизации технологических процессов создания и обновления топографических карт и получения ортопланов.
Следует отметить следующие преимущества цифровых снимков по сравнению с фотографическими:
* Живичин А.Н., Соколов В. С. Дешифрирование фотографических изображений. - М.: Недра, 1980. - 254 с.