Кравцова В.И. Генерализация аэрокосмического изображения: континуальные и дискретные снимки - файл 5.3.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

5.3.doc

5.3. Закономерности пиксельной генерализации по результатам визуального сопоставления изображений
5.3.1. Сопоставление снимков высокого и среднего разрешения (35 м и 152 м)
ДЛЯ ВИЗУАЛЬНОГО сопоставления снимков МСУ-Э и МСУ-СК выбрано 4 эталонных участка размером 12,5 км Ч 12,5 км каждый (рис. 5.5), которые характеризуются различными особенностями распространения лесов.

1. Западный участок – верхняя часть бассейна р. Лопасни в районе Алферово, с обширными безлесными территориями вокруг этой группы населенных пунктов и по речной долине и с небольшими узкими полосами лесов на междуречьях правых притоков р. Лопасни.



Рис. 5.5. Схема положения эталонных участков
2. Восточный участок в междуречье малых рек Лютарка (приток р. Лопасни) и Рожайка (приток р. Пахры) с поселками Троицкое в северной части и Добрыниха в южной части участка. Характерны крупные лесные массивы, нарушенные, вторжением небольших безлесных контуров.

3. Центральный участок в районе Столбовой с крупными лесными массивами, нарушенными большим количеством транспортных магистралей – шоссейных и железных дорог, просек вдоль высоковольтных линий электропередачи.

4. Южный участок между Серпуховом и поселком Шарапова Охота, с крупными лесными массивами, осложненными вторжением крупных и мелких безлесных участков правильной формы, линий транспортных магистралей – железных и шоссейных дорог разной ширины.

На рис. 5.6–5.13 приведены пары сопоставляемых изображений МСУ-Э и МСУ-СК для этих эталонных участков.

Для контроля правильности дешифрирования привлекались фотографические снимки, полученные камерой МК-4 с разрешением 10 м со спутника "Ресурс-Ф", увеличенные до масштаба 1:100 000. Уже визуальное сопоставление этих материалов позволяет сделать некоторые заключения.

Границы лесных массивов. Поскольку размеры лесных массивов и их выступов на границах обычно существенно превышают величину элемента разрешения снимков МСУ-Э (35 м Ч 35 м), то конфигурация границ лесов, как показывает сравнение с космическими фотоснимками, сделанными камерой МК-4 с разрешением 10 м, передается на снимках МСУ-Э с большой достоверностью. Лишь небольшие контуры и узкие полосы древесно-кустарниковой растительности шириной до 50 м по берегам р. Лопасни и впадающих в нее притоков не получили четкого отображения на снимке МСУ-Э, где им соответствует потемнение тона изображения в полосах смешанных пикселов.

Несмотря на ухудшение разрешения снимков МСУ-СК по сравнению с МСУ-Э в 4,3 раза, конфигурация границ лесных массивов передается на снимках МСУ-СК также весьма достоверно. Расхождения наблюдаются на участках очень большой извилистости границ: узкие языки леса шириной 100-150 м, которые находят отображение на снимках МСУ-Э, не изобразились как лес на снимках МСУ-СК, хотя расплывчатые контуры потемнения тона (образованные смешанными пикселами) здесь наблюдаются; такие исчезающие языки леса отмечены индексом 1 на рис. 5.6–5.9.


Рис. 5.6. Фрагмент снимка МСУ-Э на эталонный участок №1 (Западный), увеличенный ао масштаба 1:100 000
Об изменениях в извилистости границ косвенно можно судить по суммарной длине линий границ, разделяющих лесные массивы от безлесных территорий, но ее можно определить только при компьютерной обработке снимков и результаты такого определения будут показаны ниже.

Минимальные контуры лесов. На снимке МСУ-Э на территории Западного эталонного участка частично воспроизвелись даже очень небольшие лесные массивы площадью 0,5 Ч 1 мм2 на изображении, т. е. при их размере около 5 пикселов; однако часть контуров леса такого же размера не отобразилась на снимке МСУ-Э.



Рис. 5.7. Фрагмент снимка МСУ-СК на эталонный участок №1 (Западный), увеличенный до масштаба 1:100 000
Судя по нашим экспериментам по геометрическому моделированию пиксельной генерализации (Кравцова, 1999), это зависит от расположения малых контуров относительно линии сетки пикселов: контуры, попадающие в ячейки пикселов, сохраняются, а попадающие на линии сетки пикселов – "растворяются". Лесные массивы площадью более 100 Ч 100 м2 (т. е. более 9 пикселов) изобразились полностью.

На снимке МСУ-СК не воспроизвелись изолированные лесные массивы размером 1-5 мм2 на изображении (что соответствует по площади до 2-3 пикселов снимка МСУ-СК) – они отмечены на рис. 5.6, 5.7 индексом 2. Это мелкие массивы (1-2 пиксела) компактной формы и несколько большие (2-3 пиксела) – удлиненной формы. Среди неизобразившихся есть даже массив площадью 9 мм2 на снимке, что соответствует 4 пикселам МСУ-СК; он имеет сложную многолопастную конфигурацию (индекс 3 на рис. 5.6, 5.7). Не отобразилась и двусторонняя полоса обсадки вдоль железной дороги шириной на местности около 100 м (т. е. менее 1 пиксела) в районе Чернецкого (индекс 4). В то же время часть лесных массивов такого размера (2-3 пиксела) отобразилась на снимках МСУ-СК (индекс 5 на рис. 5.6, 5.7). Это зависит от формы массива, его ориентировки по отношению к сетке пикселов и положения относительно линий сетки. Компактные массивы ортогональной ориентировки, изображение которых попадает в ячейки пикселов, сохраняются на снимках при их меньшей площади; изображение вытянутых массивов, ориентированных под углом к сетке пикселов или попадающих на линии сетки, исчезает раньше. Здесь также подтверждается выявленное при геометрическом моделировании влияние формы объекта, ориентировки вытянутых объектов относительно сетки пикселов и их положения в ячейках или на линиях сетки на их пиксельное воспроизведение.

Минимальные контуры безлесных участков, нарушен-ность лесов. Сплошность древостоев рассматриваемого района нарушена большим количеством вторгающихся в леса участков сельскохозяйственных земель, объектов оборонного комплекса, вырубок. Характерные размеры таких безлесных участков составляют на местности 200 м Ч 500 м, все они изобразились на снимке МСУ-Э, где их контуры занимают десятки пикселов, и так или иначе (с искажением формы и уменьшением контраста) нашли отображение на снимке МСУ-СК, где их размер соответствует 4-5 пикселам.

Для оценки возможности отображения минимальных безлесных контуров обратимся к Восточному эталонному участку (№2), для которого характерно наличие небольших вырубленных площадок геометрически правильной компактной формы, обычно прямоугольной, площадью около 100 Ч 100-200 Ч 200 м2 со строениями и соединяющими их дорогами (отмечены на рис. 5.8, 5.9 индексом 6).

На снимке МСУ-Э, как показывает сравнение с фотографическим снимком, сделанным камерой МК-4, практически все эти объекты нашли отображение, сохранилась их прямоугольная форма, просматривается сеть тонких линий – соединяющих их дорог. Увеличенный фрагмент снимка МСУ-СК на Восточный эталонный участок (рис. 5.9), как и в предыдущем случае, в целом хорошо передает конфигурацию границ лесных массивов и контуров крупных безлесных участков среди лесов. Однако иначе обстоит дело с мелкими безлесными участками. Подсчет количества таких участков, изобразившихся на обоих снимках, проведенный для фрагмента площадью 2Ч3 км2 в пределах снимка, показывает, что из 33 участков, изобразившихся на снимке МСУ-Э, только 9, то есть 28%, нашли отображение на снимке МСУ-СК, причем с искажением их формы, потерей контраста и таких формирующих структуру изображения элементов, как тонкие линии дорог. Напомним, что на снимке МСУ-СК эти безлесные участки имеют размеры около 1 пиксела; их частичное исчезновение хорошо объясняется особенностями, выявленными при геометрическом моделировании пиксельной генерализации: при попадании объектов в центр ячеек-пикселов их изображение, хотя и с потерей яркости, сохраняется, а при попадании объектов на линии сетки пикселов их изображение "размывается".

Нарушенность лесных массивов линейными объектами (просеками, дорогами) наиболее четко выражена на Центральном эталонном участке (№3), где в районе Столбовой образуется сложное переплетение транспортных магистралей – Курской и Окружной железных дорог, старого и нового Симферопольского шоссе, окружной бетонной дороги А-107 и шоссе Чехов-Вельяминово, их транспортных развязок, а также широких просек высоковольтных линий электропередачи и газопроводов (рис. 5.10, 5.11).

Ширина большинства этих магистралей вместе с полосами отчуждения составляет на местности около 100 м, а просек под ЛЭП – 150 м.



Рис. 5.8. Фрагмент снимка МСУ-Э на эталонный участок №2 (Восточный), увеличенный до масштаба 1:100 000

Практически все линейные объекты, изобразившиеся на отпечатке фотоснимка МК-4, увеличенном до масштаба 1:100 000, видны и на снимке МСУ-Э, за исключением едва прослеживаемых участков железной дороги в пределах населенных пунктов (в Столбовой) и старой железнодорожной ветки на участке Алачково-Добрыниха (индекс 7 на рис. 5.10), не имеющей полосы отчуждения. При этом распознавание объектов по снимку невозможно и выполнено при обращении к карте. Из уверенно дешифрируемых объектов наименьшую ширину – 25 м (т. е. 0,7 пиксела) – имеет просека трубопровода (индекс 8 на рис. 5.10). На снимке МСУ-СК из большого набора линейных объектов отобразились лишь просека ЛЭП (индекс 9 на рис. 5.11) и часть окружной железной дороги (индекс 10 на рис. 5.11). Оба эти объекта имеют на снимке МСУ-Э наибольший контраст с фоном и наиболее благоприятное, как это было выявлено при геометрическом моделировании (Кравцова, 1999), направление по отношению к линиям сетки пикселов – параллельное им и диагональное.



Рис. 5.9. Фрагмент снимка МСУ-СК на эталонный участок №2 (Восточный), увеличенный до масштаба 1:100 000



Рис. 5.10. Фрагмент снимка МСУ-Э на эталонный участок №3 (Центральный), увеличенный до масштаба 1:100 000
В то же время, такие крупные линейные объекты, как Симферопольское шоссе, по ширине (с полосой отчуждения) соизмеримые с размером пиксела, не нашли отображения или изобразились лишь фрагментарно, поскольку, как это было показано при геометрическом моделировании, их направление по отношению к сетке пикселов – под небольшими углами к ней, с плавным изменением кривизны – неблагоприятно для их пиксельного воспроизведения.

То же самое наблюдается и на Южном эталонном участке (№4) (рис. 5.12, 5.13).



Рис. 5.11. Фрагмент снимка МСУ-СК на эталонный участок №3 (Центральный), увеличенный до масштаба 1:100 000
Из большого числа дорог и просек ЛЭП, идущих от Серпухова, изобразившихся на снимке МСУ-Э, на снимке МСУ-СК нашли отображение лишь фрагменты двух линейных объектов – шоссе из Москвы на въезде в город (индекс 11 на рис. 5.12, 5.13) и участка дороги из Серпухова в Васильевское (индекс 12 там же); первый из них имеет ортогональное, а второй – диагональное по отношению к линиям сетки пикселов направление. Уже указывалось, что именно эти два типа линейных объектов, как показали эксперименты по геометрическому моделированию, отличаются наилучшей воспроизводимостью. Отобразилась на снимке и другая особенность пиксельного воспроизведения линейных объектов – разрывы линии при ее направлении под небольшим углом к линиям сетки пикселов. Такой фрагмент дороги отмечен на рис. 5.12, 5.13 индексом 13.



Рис. 5.12. Фрагмент снимка МСУ-Э на эталонный участок №4 (Южный), увеличенный до масштаба 1:100 000
Дороги с полосами отчуждения на рассматриваемом участке, так же, как и на Центральном, имеют субпиксельную по отношению к снимкам МСУ-СК ширину (около 100 м при размере пиксела 150 м) и можно было ожидать, что они изобразятся на снимке как линейные объекты, которые по опыту работы с фотоснимками изображаются при ширине значительно меньше разрешения.



Рис. 5.13. Фрагмент снимка МСУ-СК на эталонный участок №4 (Южный), увеличенный до масштаба 1:100 000
Однако сопоставительное дешифрирование сканерных снимков разного разрешения показывает, что в случае пиксельного изображения решающее значение для отображения линейных объектов имеет не их ширина, а направление.

На Южном эталонном участке подтверждаются и другие особенности пиксельного воспроизведения, на которые уже обращалось внимание – наилучшая воспроизводимость формы крупных контуров при ортогональном и диагональном направлении их границ (индекс 14), воспроизводимость мелких контуров субпиксельного размера при их упорядоченном ортогональном размещении (индекс 15).

Таким образом, визуальное сопоставление снимков с линейными размерами пикселов 35 м и 152 м подтверждает ряд особенностей пиксельной генерализации, выявленных при ее геометрическом моделировании.

5.3.2. Сопоставление снимков среднего и низкого разрешения (152 м и 1014 м)
ВИЗУАЛЬНОЕ сопоставление материалов следующего уровня генерализации – снимков МСУ-СК и АУНКК (см. рис. 5.3, 5.4), характеризующихся линейным размером пикселов цифровых изображений соответственно 152 м и 1014 м, т. е. при уменьшении разрешения почти в 7 раз, малоэффективно, поскольку, как это видно из сравнения приведенных изображений масштаба 1:500 000, в этом масштабе целостное изображение лесных массивов на снимке со спутника NОАА из-за большого размера пикселов нарушается. Тем не менее, такое визуальное сопоставление позволяет констатировать, что на снимках с километровым размером пикселов:

• сохраняется общий характер распределения лесов южного Подмосковья, где наблюдается сложное чередование залесенных и безлесных пространств;

• в целом правильно передается общая конфигурация крупных лесных массивов и соотношение площадей лесов и безлесных территорий;

• не отображаются среди заснеженных сельскохозяйственных земель мелкие лесные массивы, характерные размеры которых здесь составляют первые километры, т. е. занимающие на изображении 1-3 пиксела; леса начинают отображаться при их размерах 4-5 пикселов, но такие размеры не характерны, поэтому в основном оказались отобразившимися массивы лесов, занимающие по площади десятки пикселов;

• в большинстве случаев не отображаются безлесные участки среди лесов с сельскохозяйственными угодьями и населенными пунктами, для которых также характерны размеры в первые километры; изобразилась часть таких участков при их размерах более 3-4 пикселов;

• не выявляется нарушенность лесов мелкими контурами вырубок, застроенных участков субпиксельного размера;

• не отображается нарушенность лесов такими линейными объектами, как транспортные магистрали, просеки ЛЭП;

• не разделяется изображение лесов и контуров крупных населенных пунктов.

Более детальный анализ с получением точных количественных данных о площадях сохраняющихся или исчезающих лесных и безлесных участков при переходе к снимкам более низкого разрешения требует их компьютерного совмещения, методика и результаты которого будут рассмотрены далее.

5.3. Закономерности пиксельной генерализации по результатам визуального сопоставления изображений
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации