Кравцова В.И. Генерализация аэрокосмического изображения: континуальные и дискретные снимки - файл 6.2.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

6.2.doc

6.2. Закономерности пиксельной генерализации по результатам компьютерного моделирования снимков

6.2.1. Особенности пиксельной генерализации снимков среднего разрешения

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ суммарных площадей лесов и полян на исходном снимке МСУ-Э и модельном МСУ-СК практически совпадает (табл. 6.1). Расхождение составляет всего 0,6% (напомним, что при работе с реальными снимками это расхождение составляло 0,9%).

Таблица 6.1

Суммарные площади лесов и полян на снимке МСУ-Э и модельном снимке МСУ-СК (эталонный участок № 1)

Классы

объектов

Площадь,

pix

Площадь,

км2

Доля от площади участка, %

МСУ – Э

Леса

90 990

111,46

58,7

Поляны

64 050

78,48

41,3

Общая площадь

155 040

189,92

100,0

МСУ – СК(модельный)

Леса

5 633

110,40

58,1

Поляны

4 057

79,52

41,9

Общая площадь

9 690

189,92

100,0


Однако совмещение двух изображений, выполненное с помощью программных модулей Modeler и Utilities (рис. 6.7.), показывает, что при суммарном совпадении площадей в положении контуров наблюдаются расхождения, и в результате площади лесов, однозначно классифицированных по обоим снимкам, расходятся сильнее (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Соотношение площадей лесов и полян на снимке МСУ-Э и модельном снимке МСУ-СК (эталонный участок № 1)

МСУ–Э

МСУ–СК

Площадь, pixМСУ – Э

Площадь,

км2

Доля от площади участка, %

Лес

Лес

85 694

104,97

55,3

Поляны

Поляны

59 616

73,03

38,4

Лес

Поляны

5 296

6,49

3,4

Поляны

Лес

4 434

5,43

2,9

Общая площадь

155 040

189,92

100,0

На 2,9% площади вместо полян исходного снимка на модельном изобразились леса, и на 3,4% площади на месте лесов исходного снимка изобразились поляны (соответствующие цифры при сопоставлении реальных снимков составляли 5,5% и 7,1%).



Рис. 6.7. Совмещенное бинаризованное изображение снимка МСУ-Э и модельного снимка МСУ-СК: 1 – лес на обоих снимках; 2 – поляны на обоих снимках; 3 – лес на снимке МСУ-Э, поляны на модельном снимке МСУ-СК; 4 поляны на снимке МСУ-Э, лес на модельном снимке МСУ-СК
Таким образом, модельные снимки МСУ-СК отличаются от снимков МСУ-Э меньше, чем реальные. Это находит объяснение в различиях срока съемки МСУ-Э и МСУ-СК, обусловивших появление на снимках МСУ-Э темных контуров тающего снега, которые при квантовании дали ложные контуры небольших лесов. Проверка по фотографическому снимку, полученному фотокамерой МК-4 со спутника "Ресурс-Ф", позволила выявить несколько таких контуров.

Интересно, что, как и при сопоставлении реальных снимков, наблюдается разная картина в отношении исчезновения мелких контуров лесов и безлесных участков. Изображение последних лучше сохраняется на генерализованном снимке за счет их преимущественно прямоугольной формы.

Представляет интерес анализ того, какие же контуры лесов и полян исчезают при моделировании обобщенного изображения; такая возможность обеспечивается при переводе изображений в векторный формат, в котором можно получить статистические характеристики контуров – их площади, периметры. Табл. 6.3 показывает, что из 130 исчезнувших контуров лесов 123, то есть 95%, имели размер менее 1 пиксела обобщенного снимка, а 6 контуров, то есть 4% – до 2 пикселов.

Таблица 6.3

Характеристика мелких контуров лесов снимка МСУ-Э, не отобразившихся на модельном снимке МСУ-СК




группы

Количество исчезнувших контуров

Площадь контуров на снимке МСУ-Э, м2

Площадь контуров, pixМСУ-Э

Площадь контуров, pixМСУ-СК

Суммарная площадь группы контуров на МСУ-Э, м2

Протяженность границ, м

1

123

1 225-

19 600

1-16

0,06-1,00

585 550

36 750

2

6

20 825-

37 975

17-31

1,06-1,94

155 575

5 390

3

1

101 675

83

5,19

101 675

3 360

всего

130

1 225-

101 675

1-83

0,06-5,19

842 800

45 500



В то же время на модельном снимке воспроизвелась часть контуров такого размера (табл. 6.4, рис. 6.8). На нем изобразилось 8 контуров лесов размером в 1 пиксел модельного снимка, причем 7 из них имели на исходном изображении большую площадь и воспроизвелись с преуменьшением размера от 11% до 140% (в среднем в 1,7 раза). Леса, изобразившиеся на модельном снимке в виде контуров площадью в 2 пиксела (12 контуров), воспроизвелись также в основном с преуменьшением площади – только 3 контура из 12 имели на исходном изображении площадь несколько меньшую, чем на модельном (0,8-0,9 пиксела), остальные 9 изобразились с уменьшением площади от 3% до 80%.

Таблица 6.4

Характеристика мелких контуров лесов, отобразившихся на снимке МСУ-Э и на модельном снимке МСУ-СК




группы

Площадь на снимке МСУ-Э, м2

Площадь на снимке МСУ-Э

Площадь на снимке МСУ-СК, м2

Площадь на снимке МСУ-СК, pixМСУ-СК

Протяженность границы контура на снимке МСУ-Э, м

Протяженность границы контура на снимке МСУ-СК, м

pixМСУ-Э

pixМСУ-СК

1-8

19 600-

46 550

16-38

1-2,4

19 600

1

770-

1 540

560

9-20

29 400-

71 050

24-58

1,5-3,6

32 200

2

910-

1 820

840-

1 120

21-25

45 325-

90 650

37-74

2,3-4,6

58 800

3

1 050-

2 660

1 120-

1 400

всего

1 193 150

974

60,9

921 200

47

32 970

21 840





Рис. 6.8. Соотношение размеров мелких контуров лесов и полян снимка МСУ-Э, отобразившихся на модельном снимке МСУ-СК
В среднем площади контуров размером 2 пиксела, которые воспроизвелись на модельном снимке, сократились по сравнению с исходными в 1,1 раза. Контуры, имеющие на модельном снимке размер 3 пиксела, воспроизвелись на месте контуров как более мелкого, так и более крупного размера (2 контура преувеличены на 8-16%, а 3 преувеличены на 21%-54%); в среднем преуменьшение их площади составляет 1,1 раза, так же как и для 2-пиксельных контуров. Таким образом, как и в экспериментах по геометрическому моделированию (см. табл. 4.1) и по сопоставлению реальных снимков разного разрешения, здесь подтверждается тот факт, что объекты размером менее 1 пиксела практически не воспроизводятся, а объекты размером 1-3 пиксела воспроизводятся частично и с преуменьшением их площади, относительная величина которого уменьшается с увеличением площади объектов.

Таблица 6.5

Характеристика мелких контуров полян снимка МСУ-Э, неотобразившихся на модельном снимке МСУ-СК




группы

Количество исчезнувших контуров

Площадь контуров на снимке МСУ-Э, м2

Площадь контуров, pixМСУ-Э

Площадь контуров, pixМСУ-СК

Суммарная площадь контуров на снимке МСУ-Э, м2

Протяженность границ, м

1

114

1 225-19 600

1-16

0,06-1,00

554 925

33 810

2

2

20 825-31 850

17-26

1,06-1,63

52 675

2 240

всего

116

1 225-31 850

1-26

0,06-1,63

607 600

36 050



Что касается полян, то при увеличении размера пиксела исчезло 114 контуров размером менее 1 пиксела обобщенного снимка (табл. 6.5) и 2 контура размером до 2 пикселов. Изобразилось же на модельном снимке (табл. 6.6) 24 контура полян размером 1 пиксел, причем 9 из них имели на исходном изображении меньшую площадь, то есть отобразились с преувеличением, а 15 – с преуменьшением площади.

Таким образом, воспроизводимость полян субпиксельного размера (их отобразилось 9 из 123) составила 7%. В среднем размер 1-пиксельных полян на модельном снимке уменьшается по сравнению с исходным в 1,25раза. Отобразившиеся поляны размером 2 пиксела появились на месте контуров как меньшего, так и большего размера; в среднем преуменьшение площади полян этого размера сокращается до 1,15. Это свидетельствует о лучшем воспроизведении контуров полян по сравнению с лесами при увеличении размера пикселов, что отмечалось и на основе визуального анализа изображений.

Таблица 6.6

Характеристика мелких контуров полян, отобразившихся на снимке МСУ-Э и на модельном снимке МСУ-СК




группы

Площадь на снимке МСУ-Э, м2

Площадь на снимке МСУ-Э

Площадь на снимке МСУ-СК, м2

Площадь на снимке МСУ-СК, pixМСУ-СК

Протяженность границы контура на снимке МСУ-Э, м

Протяженность границы контура на снимке МСУ-СК, м

pixМСУ-Э

pixМСУ-СК

1-24

9 800-

50 225

8-41

0,5-2,6

19 600

1

420-

1 400

560

25-34

28 175-

74 725

23-55

1,4-3,8

39 200

2

770-

1 750

840-

1 120

35-49

40 425-

89 425

33-73

2,1-4,6

58 800

3

1 120-

2 380

1 120-

1 680

всего

2 000 425

1 633

102,1

1 744 400

89

52 640

38 080



Соотношение количества контуров лесов и полян на снимке МСУ-Э и модельном снимке МСУ-СК (табл. 6.7) также свидетельствует о лучшей воспроизводимости полян при увеличении размера пикселов – на модельном снимке воспроизвелось 48,4% контуров полян и лишь 33,5% контуров лесов.

То же самое было установлено и в экспериментах с реальными снимками разного разрешения (см. табл. 5.8). Это объясняется преимущественно компактной формой контуров безлесных участков и их прямолинейными границами, в то время как для контуров небольших лесных массивов характерна сложная конфигурация и большая извилистость границ.


Таблица 6.7

Количество контуров и протяженность границ на снимке МСУ-Э и модельном снимке МСУ-СК


Классы объектов

Количество контуров на снимке МСУ-Э

Количество контуров на снимке МСУ-СК

Соотношение количества контуров на снимках МСУ-СК и МСУ-Э*,%

Протяженность границ на снимке МСУ-Э, м

Протяженность границ на снимке МСУ-СК, м

Соотношение протяженности границ на снимках МСУ-СК и МСУ-Э*, %

Леса

173

58

33,5

1 077 650

731 080

67,8

Поляны

221

107

48,4

Все изображения

394

165

41,9

* для вычисления процентного соотношения количества контуров и протяженности границ на снимке МСУ-СК относительно снимка МСУ-Э показатели на снимке МСУ-Э принимаются за 100%



Сокращение протяженности границ лесов на модельном снимке на 32,2% свидетельствует об уменьшении их извилистости, а вместе с сокращением количества контуров это указывает на общее упрощение рисунка изображения.
6.2.2. Особенности пиксельной генерализации снимков низкого разрешения
МОДЕЛЬНЫЙ снимок AVHRR, полученный при осреднении в окне 7Ч7 пикселов исходного бинаризованного изображения МСУ-СК на весь исследуемый район (рис. 6.9), в целом хорошо воспроизводит распространение лесов.

Суммарные площади лесов на обоих изображениях (табл. 6.8) расходятся всего на 0,5% (при сопоставлении реальных снимков расхождение было еще меньше, всего 0,1%).

Однако, как следует из анализа совмещенного растрового изображения (рис. 6.10), в положении контуров имеются расхождения, составляющие около 11% для лесов и 10% для безлесных участков (табл. 6.9).

Таблица 6.8

Суммарные площади лесов и полян на снимке МСУ-СК и модельном снимке AVHRR (весь исследуемый район)

Классы

объектов

Площадь,

pix

Площадь,

км2

Доля от площади участка, %

МСУ – СК

Леса

32 406

748,7

55,6

Поляны

25 904

598,5

44,4

Общая площадь

58 310

1 347,2

100,0

AVHRR (модельный)

Леса

667

755,1

56,1

Поляны

523

592,1

43,9

Общая площадь

1 190

1 347,2

100,0


Примерно такими же (10% и 12% соответственно) они были и при сопоставлении реальных снимков.



Рис. 6.9. Модельный снимок AVHRR, полученный осреднением яркости в окне 7Ч7 пикселов бинаризованного изображения МСУ-СК
Таким образом, воспроизведение контуров лесов при программном увеличении размера пикселов (компьютерном моделировании) оказалось близким к их воспроизведению при изменении разрешения съемочной системы. Но расхождения контуров исходного и обобщенного снимка при моделировании снимка низкого разрешения сильнее, чем при моделировании снимка среднего разрешения (21,3% и 6,3% соответственно). Расхождения в контурах лесов и полян на изображениях обоих видов складываются из смещения контуров и потери мелких контуров. Смещение, как видно из рис. 6.10, не превышает 0,5 пиксела модельного снимка. Определенный интерес представляют размеры мелких контуров лесов и полян, не отобразившихся на модельном снимке низкого разрешения (табл. 6.10, 6.11).


Рис. 6.10. Совмещенное бинаризованное изображение снимка МСУ-СК и модельного снимка AVHRR: 1 лес на обоих снимках; 2 поляны на обоих снимках; 3 лес на снимке МСУ-СК, поляны на модельном снимке AVHRR; 4 поляны на снимке МСУ-СК, лес на модельном снимке AVHRR
Таблица 6.9

Соотношение площадей лесов и полян на снимке МСУ-СК и модельном снимке AVHRR (весь исследуемый район)

МСУ–СК

AVHRR

Площадь, pixМСУ – CK

Площадь,

км2

Доля от площади участка, %

Лес

Лес

26 326

608,2

45,2

Поляны

Поляны

19 547

451,6

33,5

Лес

Поляны

6 357

146,9

10,9

Поляны

Лес

6 080

140,5

10,4

Общая площадь

58 310

1 347,2

100,0


Таблица 6.10

Характеристика мелких контуров лесов снимка МСУ-СК, не отобразившихся на модельном снимке AVHRR




группы

Количество исчезнувших контуров

Площадь контуров на снимке МСУ-СК, м2

Площадь контуров, pixМСУ-СК

Площадь контуров, pixAVHRR

Суммарная площадь контуров на снимке МСУ-СК, м2

Протяженность границ, м

1

189

23 104-

1 085 888

1-47

0,02-0,96

23 750 912

287 280

2

1

1 247 616

54

1,10

1 247 616

8 816

всего

190

23 104-

1 247 616

1-54

0,02-1,10

24 998 528

296 096



Таблица 6.11

Характеристика мелких контуров полян снимка МСУ-СК, не отобразившихся на модельном снимке AVHRR




группы

Количество исчезнувших контуров

Площадь контуров на снимке МСУ-СК, м2

Площадь контуров, pixМСУ-СК

Площадь контуров, pixAVHRR

Суммарная площадь группы контуров на МСУ-СК, м2

Протяженность границ, м

1

394

23 104-

1 108 992

1-48

0,02-0,98

40 408 896

491 264

2

1

1 224 512

53

1,08

1 224 512

7 296

всего

395

23 104-

1 224 512

1-53

0,02-1,08

41 633 408

498 560



Статистический анализ изображений в векторном формате показал, что на модельном снимке исчезло 190 контуров лесов и 395 контуров полян размером около 1 пиксела модельного снимка и меньше. Отобразилось же на модельном снимке всего три контура лесов, имевших на исходном изображении размер, соответствующий около 1 пиксела модельного (из них лишь один был менее 1 пиксела) (табл. 6.12) и всего 6 контуров полян (из них 3 – менее 1 пиксела) (табл. 6.13).

Таблица 6.12

Характеристика мелких контуров лесов, отобразившихся на снимке МСУ-СК и на модельном снимке AVHRR




контура

Площадь на снимке МСУ-СК, м2

Площадь на снимке МСУ-СК

Площадь на снимке AVHRR, м2

Площадь на снимке AVHRR, pixAVHRR

Протяженность границы контура на снимке МСУ-СК, м

Протяженность границы контура на снимке AVHRR, м

pixМСУ-СК

рixAVHRR

1

1 016 576

44

0,9

1 132 096

1

5 776

4 256

2

1 224 512

53

1,1

1 132 096

1

7 904

4 256

3

1 340 032

58

1,2

1 132 096

1

8 512

4 256

4

3 003 520

130

2,6

1 132 096

1

14 896

4 256

5

1 686 592

73

1,5

2 264 192

2

9 424

6 384

6

2 587 648

112

2,3

2 264 192

2

15 808

6 384

7

2 633 856

114

2,4

2 264 192

2

14 896

8 512

8

3 558 016

154

3,1

3 396 288

3

15 808

8 512

9

4 690 112

203

4,1

4 528 384

4

24 624

10 640

Всего

21 740 864

941

19,2

19 245 632

17

117 648

57 456



Таким образом, и в этом эксперименте подтверждается практически полная невоспроизводимость в пиксельном изображении объектов площадью менее 1 пиксела. Контуры площадью от 1 до 3 пикселов модельного снимка воспроизвелись как с преуменьшением, так и с преувеличением площади; в среднем наблюдается сохранение площади или небольшое увеличение до 10%. Таким образом, в отличие от результатов, полученных при моделировании снимков среднего разрешения, когда наблюдалось некоторое преуменьшение площади контуров по сравнению с исходным снимком, в случае моделирования снимков низкого разрешения такой закономерности не наблюдается.

Таблица 6.13

Характеристика мелких контуров полян, отобразившихся на снимке МСУ-СК и модельном снимке AVHRR




контура

Площадь на снимке МСУ-СК, м2

Площадь на снимке МСУ-СК

Площадь на снимке AVHRR, м2

Площадь на снимке AVHRRpixAVHRR

Протяженность границы контура на снимке МСУ-СК, м

Протяженность границы контура на снимке AVHRR, м

pixМСУ-СК

pixAVHRR

1

808 640

35

0,7

1 132 096

1

5 472

4 256

2

1 085 888

47

0,9

1 132 096

1

5 168

4 256

3

1 085 888

47

0,9

1 132 096

1

6 080

4 256

4

1 316 928

57

1,2

1 132 096

1

8 208

4 256

5

1 571 072

68

1,4

1 132 096

1

7 904

4 256

6

2 056 256

89

1,8

1 132 096

1

8 816

4 256

7

1 547 968

67

1,4

2 264 192

2

7 904

6 384

8

2 379 712

103

2,1

2 264 192

2

11 552

8 512

9

2 980 416

129

2,6

2 264 192

2

14 288

8 512

10

2 680 064

116

2,4

3 396 288

3

13 376

8 512

11

2 795 584

121

2,5

3 396 288

3

12 160

8 512

12

3 188 352

138

2,8

3 396 288

3

11 552

8 512

13

3 627 328

157

3,2

3 396 288

3

19 152

8 512

14

4 435 968

192

3,9

3 396 288

3

19 456

8 512

15

5 683 584

246

5,0

3 396 288

3

25 840

8 512

16

5 313 920

230

4,7

4 528 384

4

25 752

8 512

Всего

42 557 568

1 842

37,5

38 491 264

34

203 680

108 528



Такая же ситуация отмечалась и при сопоставлении реальных снимков разного разрешения (см. рис. 5.23). Отмеченная и при геометрическом моделировании, и при сопоставлении реальных снимков особенность воспроизведения малых контуров (площадью 1-3 пиксела) с преуменьшением их площади, наблюдавшаяся при 4-кратном увеличении размера пикселов, не сохранялась при 7-кратном изменении их размера.

Подсчет общего количества изобразившихся на модельном снимке контуров (табл. 6.14) показывает, что с переходом к модельному снимку низкого разрешения оно сильно сократилось –с 737 до 79 контуров; воспроизвелось всего 10,7% контуров исходного изображения (при сопоставлении реальных снимков малого разрешения оно оказалось еще меньше, 6,5%, см. табл. 5.17). Вместе с сокращением протяженности границ на 64,1%, это, как и в случае с реальными снимками, свидетельствует об очень сильном упрощении рисунка изображения.

Таблица 6.14

Количество контуров и протяженность границ на снимке МСУ-СК и модельном снимке AVHRR


Классы объектов

Количество контуров на снимке МСУ-СК

Количество контуров на снимке AVHRR

Соотношение количества контуров на снимках AVHRR и МСУ-CК*,%

Протяженность границ на снимке МСУ-СК, м

Протяженность границ на снимке AVHRR, м

Соотношение протяженности границ на снимках AVHRR и МСУ-СК*, %

Леса

238

35

14,7

4 858 224

1 744 960

35,9

Поляны

499

44

8,8

Все изображения

737

79

10,7

* для вычисления процентного соотношения количества контуров и протяженности границ на снимке AVHRR относительно снимка МСУ-СК показатели на снимке МСУ-СК принимаются за 100%


6.2. Закономерности пиксельной генерализации по результатам компьютерного моделирования снимков
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации