Кравцова В.И. Генерализация аэрокосмического изображения: континуальные и дискретные снимки - файл n1.doc

приобрести
Кравцова В.И. Генерализация аэрокосмического изображения: континуальные и дискретные снимки
скачать (4064.2 kb.)
Доступные файлы (27):
n1.doc50kb.17.04.2007 16:36скачать
n2.doc27kb.27.04.2007 16:44скачать
n3.doc33kb.26.03.2011 00:07скачать
2.1.doc139kb.20.04.2007 18:04скачать
2.2.doc102kb.20.04.2007 18:19скачать
2.3.doc152kb.20.04.2007 18:41скачать
3.1.doc134kb.23.04.2007 09:39скачать
3.2.doc133kb.23.04.2007 10:15скачать
3.3.doc190kb.23.04.2007 10:32скачать
4.1.doc289kb.30.05.2007 09:05скачать
4.2.doc731kb.30.05.2007 09:07скачать
4.3.doc29kb.23.04.2007 13:09скачать
4.4.doc27kb.23.04.2007 13:12скачать
5.1.doc30kb.23.04.2007 13:19скачать
5.2.doc218kb.23.04.2007 13:37скачать
5.3.doc629kb.24.04.2007 16:31скачать
5.4.doc826kb.27.04.2007 16:45скачать
5.5.doc33kb.27.04.2007 14:11скачать
5.6.doc25kb.26.03.2011 00:04скачать
6.1.doc385kb.27.04.2007 14:42скачать
6.2.doc504kb.27.04.2007 16:39скачать
1.1.doc29kb.17.04.2007 16:50скачать
1.2.doc64kb.17.04.2007 17:18скачать
1.3.doc834kb.20.04.2007 17:23скачать
1.4.doc117kb.20.04.2007 17:33скачать
1.5.doc33kb.20.04.2007 17:42скачать
1.6.doc33kb.20.04.2007 17:46скачать

n1.doc

ФОРМИРОВАНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ И ГЕНЕРАЛИЗАЦИЯ
К НАСТОЯЩЕМУ времени термин генерализация, хотя и с трудом, но постепенно внедрился в аэрокосмическое зондирование и прежде всего в такой его раздел как дешифрирование космических снимков. Этому способствовало то обстоятельство, что дистанционное зондирование пока не располагает теорией формирования аэрокосмического изображения, которая позволяла бы априорно ответить на вопросы что и как изобразится на аэрокосмическом снимке. Альтернативой этому и стало обращение к представлениям о картографической генерализации в надежде найти ответы на эти вопросы. Стремясь подчеркнуть различия в генерализации изображения аэрокосмических снимков и карт, стали применять не очень удачные прилагательные к термину: дистанционная, аэрокосмическая, фотографическая, оптическая, снимковая, естественная, объективная генерализация, но удовлетворительной дефиниции термина пока не предложено. Так произошла подмена задач, точнее терминов, и возникла проблема аэрокосмической генерализации. Однако по существу речь идет об изучении закономерностей формирования аэрокосмического изображения. Вообще говоря, для аэрокосмического зондирования более точным и подходящим представляется другой термин – генерализованность изображения, хотя нередко слово генерализация употребляется и в этом смысле.

Генерализация как способ построения геоизображений. Сейчас насчитываются тысячи разнообразных геоизображений, которые представляют информацию о Земле в наглядном картинном или графическом виде. Среди них три вида геоизображений следует выделить как базовые – это карта, снимок и зрительный образ, т. е. образ, который воспроизводит наша зрительная система при наблюдении местности. В соответствии с основными положениями геоиконики генерализованность – имманентное свойство всех геоизображений. Генерализованному изображению присущ целый ряд полезных свойств и качеств, среди которых отметим:

- возможность передачи наибольшего объема определенной геоинформации в кратчайшее время;

- наглядность;

- одновременный показ сущности и конкретных особенностей отображаемых объектов.

Как же обеспечиваются эти свойства?

Картографическая генерализация. Зародившись как свод практических установок, которым должен следовать составитель карты, генерализация усилиями многих крупных картографов и географов развилась в стержневой раздел картографической науки. В результате теоретических разработок определены факторы, задающие характер генерализации – назначение, масштаб карты и особенности картографируемой местности; отработаны ее элементарные приемы (виды генерализации) - обобщение, отбор, сдвиг, преувеличение изображения и объединение классов картографируемых объектов; сформулированы принципы генерализации объектов, локализованных в пунктах, на линиях, а также объектов сплошного и рассеянного распространения. Таким образом, основными способами получения генерализованного картографического изображения являются целенаправленный отбор, контролируемое обобщение и выборочное утрирование исходной геоинформации. Только правильно выполненная генерализация позволяет получить карту, которая географически подобна местности.

Генерализация рассматривается как однонаправленный процесс – генерализованное изображение, как принято считать, необратимо. Необходимое условие генерализации – понимание существа картографируемых явлений и объектов и рассмотрение их как взаимозависимых в пространстве и во времени частей общего. Сформулирована концепция многоэтапности генерализации, выполняемой при разработке легенды карты, ее составлении и оформлении. Признано, что в процессе генерализации не только утрачивается некоторая часть информации исходной карты, но и выявляется качественно новая информация. Несмотря на то, что генерализация в целом носит объективный характер, она существенно зависит от субъективного творчества картографа. Это служит серьезным препятствием для ее формализации, математического описания. Современная теория картографической генерализации носит в основном качественный характер. Однако некоторые частные решения этого ключевого процесса картографирования получили математическое выражение. Автоматизация процесса генерализации при компьютерном изготовлении карт базируется на формализованном отборе и алгоритмизации ряда технических процедур картосоставления, которые основаны на различных математических теориях – аппроксимации, сглаживания, фильтрации, фракталов, энтропии и др.

Аэрокосмическая генерализация. В отличие от карты аэрокосмический снимок отображает яркостное поле местности. Сейчас признается, что изображение местности, получаемое фотографическими, сканерными или радиолокационными системами, генерализовано – т. е. в соответствии с конкретным законом формирования изображения оно воспроизводит лишь те объекты и детали местности, которые имеют определенные геометрические, отражательные и градационные характеристики.

Разработки по дешифрированию аэрокосмических снимков расширили представления о картографической генерализации. В аэрокосмическом зондировании предложен ряд расширяющих понятий и терминов, связанных с аэрокосмической генерализацией – фотографическое обобщение, приведенный масштаб, детальность снимка, географическое, временное, спектральное разрешение и др.

На формирование и особенности рисунка изображения снимка влияют такие параметры как масштаб, высота и ракурс съемки, разрешающая способность получаемых снимков, спектральный диапазон съемки, направление освещающего излучения, состояние атмосферы, в частности, воздушная дымка и др. Несмотря на принципиальную возможность выполнения съемки с заданными параметрами, значительно чаще можно лишь выбирать из имеющихся снимков наиболее подходящие. Более гибкими и контролируемыми являются послесъемочные преобразования снимков – контратипирование, увеличение, синтез, квантование, фильтрация, которые выполняют с целью выявления, подчеркивания определенной информации, содержащейся в снимке.

Обычно трансформацию рисунка оригинального аэрокосмического изображения, т. е. изменение его пространственных и яркостных характеристик, связывают с двумя факторами: масштабом и разрешением снимка. При их изменении различные элементы изображения – линейные, компактные, дисперсные, сложные – перестраиваются по разным законам. В перестройке изображения выявлено наличие рубежей, когда одни рисункообразующие элементы изображения сменяются другими. Вследствие этого содержательная информация на снимке изменяется не плавно, а ступенчатым образом.

Зрительная генерализация. Термин генерализация не встречается в литературе по зрению. Однако такие понятия, как обобщение, отбор, игнорирование, отбрасывание часто употребляются при описании работы зрительной системы, которая обладает внутренним свойством структурировать видеоинформацию.

Визуальное отображение окружающих объектов зрительной системой человека включает построение оптического изображения на сферической сетчатке (глазного снимка) и воссоздание по нему зрительного образа.

В процессе зрительного восприятия действует множество элементарных геометрических, изобразительных и семантических информационных процедур, которые вполне можно отнести к генерализации. Для этого зрительная система человека располагает целым арсеналом механизмов - оптико-геометрических, физиологических и психологических, число и разнообразие которых намного превосходит используемые при картографировании и аэрокосмической съемке.

На участке зрительного пути от наблюдаемого объекта до глаза видеоинформация преобразуется так же, как и при аэрокосмической съемке. Под влиянием оптико-метеорологических условий нивелируются яркостные контрасты и растушевываются детали глазного снимка, прежде всего у изображения объектов дальнего плана. При построении глазных снимков на генерализацию существенно влияет центральная проекция изображения на сетчатке, масштаб которого уменьшается с удалением объектов. На глазных снимках близкие, особо важные для поведения живого организма объекты изображаются наиболее подробно, а изображение менее значимых в данный момент дальних объектов обобщено и не перегружено деталями. Однако центральной проекции глазного снимка, как известно, свойствен существенный геометрический недостаток – особо ощутимые у близких трехмерных объектов перспективные искажения, которые зрительная система вынуждена устранять при формировании зрительного образа. Известно, что при наблюдении местности мы воспринимаем дальний план в проекции, близкой к центральной, а ближний – в аксонометрии. Таким образом, зрительная система, формируя генерализованную модель местности, целенаправленно преобразует не только семантику изображения, но и его геометрию. Очевидно, требование рационального единства семантических и геометрических преобразований носит общий характер и его следует распространить и на другие типы генерализации.

Детальность глазных снимков определяется остротой зрения, которая резко падает от центра к краям. Поэтому при наблюдении глаза вынуждены сканировать местность, совершая быстрые скачкообразные движения. Здесь содержательный отбор и детализация информации связаны с маршрутом взора, который рисует различные узоры, зависящие от целей наблюдения.

Огромный яркостной диапазон наблюдаемых объектов и их абсолютный контраст рационально обобщаются в зрительном образе, логарифмически сжимаясь по психофизическому закону Вебера-Фехнера. В то же время, в соответствии с законом константности светлоты тоновые контрасты сохраняются несмотря на изменение освещенности. Более того, различие соседних участков с близкими яркостями усиливается пограничными эффектами, т. н. полосами Маха, способствуя более четкому выделению малоконтрастных границ.

Существенный отбор зрительной информации происходит при кодировании изображения глазных снимков нейроэлектрическими видеоимпульсами, посылаемыми для обработки в мозг. Известно, что нейроны-детекторы характеризуются четкой "специализацией" и избирательно отвечают импульсами только на определенные элементы изображения, особенно новые. Все они малочувствительны к общей освещенности, но реагируют даже на небольшие яркостные переходы.

Особый интерес вызывают психологические механизмы генерализации зрительного образа. Одно из определяющих свойств зрительного восприятия – формирование целостного зрительного образа объекта – основано на способности зрительной системы достраивать, дополнять изображение глазных снимков отсутствующими на них элементами и деталями наблюдаемого объекта. Пожалуй, самыми эффективными средствами зрительной генерализации являются внимание и память. Внимание настраивает зрительную систему на восприятие лишь приоритетной информации, а память выступает как мощный информационный фильтр, который сохраняет только малую долю поступающей информации, отсеивая ненужную и оставляя потенциально полезную.

Итак, зрительная генерализация, основанная на выполнении оппонентных операций сохранение отбрасывание информации, органически присутствует на всех участках зрительного пути, связанных с внешними условиями наблюдения, построением оптического изображения глазного снимка на сетчатке, кодированием информации, посылаемой в мозг видеоимпульсами, ее запоминанием и воспроизведением, обеспечивая наглядное и надежное восприятие лишь необходимой информации. Это позволяет сформировать зрительный образ в виде, наиболее подходящем для принятия решения и другого практического использования. Определяя предназначение зрительной генерализации, следует отметить такие ведущие ее функции (факторы), как отображение биологически значимых объектов в оптимальном для благополучия живого организма виде, рациональное уменьшение огромных информационных потоков, идущих от органов чувств, которые, как это сейчас признано, наш мозг не в состоянии полностью обработать, и экономное хранение информации в памяти. Для обеспечения своей деятельности человек ограничивается лишь рациональной частью информации об окружающем мире, игнорируя остальную, поступающую от органов чувств.

Особенности генерализации разных типов. Несомненно, что картографическая, аэрокосмическая и зрительная генерализация имеют как общие черты, так и отличительные особенности. Существенно, что все они предназначены для решения единой задачи – наглядного и надежного отображения в формируемом изображении-модели лишь необходимой информации. Для аэрокосмического зондирования и зрительного восприятия схожими являются процессы генерализации, которые осуществляются при получении снимка, а для картографирования и зрительного восприятия – при финальном представлении видеоинформации. Следует отметить, что осуществить ведущую информационную процедуру генерализации – обобщение – возможно как техническими и алгоритмическими средствами, так и путем осознанного абстрагирования. Несмотря на отличие профессионально-творческой картографической генерализации от инструментально-технологической аэрокосмической, которая носит, хотя и управляемый, но технический характер, в ряде случаев они приводят к близким результатам.

В качестве примера можно привести сравнительно хорошее совпадение очертаний береговой линии, гидрографической сети и других контуров на картах и космических снимках. Это, пока трудно объяснимое явление, было известно и в аэрофототопографии. Напомним эксперимент немецкого картографа Г. Кнорра, который последовательно составил по топографической карте масштаба 1:5 000 производные карты в масштабе 1:25 000, 1:50 000 и 1:200 000. В результате трехкратно генерализованная карта (1:200 000) и аналогичная карта, составленная по мелкомасштабным аэрофотоснимкам, оказались практически идентичными.

Основное гносеологическое значение аэрокосмической генерализации состоит в том, что в рисунке изображения аэрокосмических снимков одной и той же местности, но в разной степени генерализованных, находят отображение разные по иерархии объекты, т. е. наиболее отчетливо проявляется фундаментальная естественная закономерность окружающего мира – его иерархичность. Следует подчеркнуть, что картографическую и зрительную генерализацию роднит важнейшее свойство – обеспечение одновременного отображения сущности и конкретных особенностей изображаемого объекта.

Все рассмотренные типы генерализации характеризуются объективностью, хотя в разной степени. Наибольшая объективность присуща аэрокосмической генерализации, наибольшая субъективность, пожалуй, – зрительной.

Направления дальнейших разработок. Учение о генерализации, в многогранном облике которого можно увидеть картографи-

ФОРМИРОВАНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ И ГЕНЕРАЛИЗАЦИЯ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации