Автоматизация процесса распознавания объектов застроенных территорий

дипломная работа

1.1 Понятие о дешифрировании

Дешифрирование - это распознавание объектов местности, необходимых для составления плана или других целей, и выявление их содержания с обозначением в условных знаках качественных и количественных характеристик.

Возможность распознавания изображения объекта определяется наличием граничных линий со смежными объектами, тоновый и цветовой контраст которых лежит в пределах зрительного восприятия. Увеличение такого контраста является обязательным условием аэрофотографирования 1.

Свойства объектов и изображений, такие как размер, используют для дешифрирования, другие, вследствие невозможности или нецелесообразности их определения, например, массу, звук, запах -- нет. Свойства объектов или изображений, определяемые и используемые для классификации при дешифрировании, называют признаками.

Признаки -- это классификационные свойства объектов или изображений.

С помощью признаков можно не только различать объекты (изображения), но и однотипные объединять в группы. Последнее положение обусловливает два пути сужения области поиска во множестве объектов (изображений): объединением имеющих данный признак либо исключением не имеющих его. Из совокупности признаков объекта (изображения), известных дешифровщику, у него складывается соответствующий образ.

Любую необходимую для решения некоторой задачи информацию о местности, расположенных на ней объектах можно получить путем непосредственных наблюдений (контактный способ). У этого способа сбора информации есть определенные преимущества -- возможность тщательного натурного изучения объектов и взятия при необходимости проб для лабораторного анализа. Это обеспечивает самый высокий уровень достоверности получаемых сведений. Но наряду с этим способу свойственны и существенные недостатки. Например, ограниченность зоны одновременного обзора, анализа и выявления взаимосвязей между элементами природного и антропогенного ландшафтов, ограниченность спектральной чувствительности зрительного аппарата человека, невысокая производительность и оперативность выполнения обследований, сложность работы в труднодоступных районах, довольно сложная в ряде задач процедура документирования результатов обследований и др 2.

Аэро- и космические средства и методы получения семантической информации о местности, объектах и процессах в значительной мере восполняют недостатки контактного способа сбора информации, а в некоторых случаях полностью заменяют его. Некоторые задачи, особенно поисковые (разведывательные), решают только с помощью аэро- и космических съемок.

Дешифрирование входит составной частью в технологический процесс топографического и ландшафтного картографирования, а также является важнейшим технологическим компонентом дистанционного зондирования.

Поскольку между съемкой и дешифрированием иногда возникает существенный временной разрыв, в течение которого могут произойти некоторые изменения ситуации, в обязанности дешифровщика войдет полевая инструментальная корректировка -- досъемка вновь появившихся элементов или исключение из дешифрирования элементов утраченных. Очевидно, что досъемке подлежат также объекты, не отразившиеся по тем или иным причинам на снимках, например объекты с недостаточным яркостным контрастом относительно фона или объекты, оказавшиеся за пределами линейной разрешающей способности съемочной системы.

Дешифрирование классифицируют по содержанию и технологии выполнения. В зависимости от содержания дешифрирование делят на следующие виды: топографическое (при мелкомасштабном картографировании -- ландшафтное) и специальное (тематическое, отраслевое). При топографическом дешифрировании выявляют, анализируют и показывают условными знаками элементы ландшафта, подлежащие нанесению на топографические карты (при ландшафтном -- на географические карты).[3]

Набор объектов при специальном дешифрировании носит избирательный характер. Так, при земельно-кадастровом дешифрировании основными объектами анализа являются сельскохозяйственные угодья и границы землепользований и землевладений; при геоботаническом -- естественные кормовые угодья или посевы культурных растений; при экологическом -- зоны природных или антропогенных нарушений нормального состояния окружающей человека среды и т.д. Одновременно с целевыми объектами специального дешифрирования на дешифрируемых материалах показывают в большинстве случаев и топографические элементы в упрощенном виде. Они облегчают привязку специальной информации при нанесении ее на имеющиеся карты, или их используют для составления специальных карт, если подходящая топографическая основа отсутствует.

По технологии выполнения можно выделить следующие основные методы дешифрирования (рис. 1.1):

- визуальный, в котором информацию считывает со снимков и анализирует человек; в зависимости от места выполнения выделяют камеральный, полевой и комбинированный способы, которые можно поделить на варианты;

- машинно-визуальный, в котором с помощью компьютера или специализированных устройств выполняют предварительную обработку первичных снимков с целью облегчения их визуального дешифрирования. Способами данного метода могут быть: синтезирование изображений, квантование уровней видеосигналов, фильтрация изображения и др.;

- автоматизированный, в котором интерпретационная обработка снимков выполняется машиной в диалоговом режиме -- оператор выбирает способ обработки, выполняет «обучение» системы, контролирует качество работы классификатора, вносит коррективы в программы и др.; в данном методе можно выделить два наиболее употребляемых способа -- классификации, в котором анализируемые элементы изображения сразу же относятся к определенному эталонированному классу объектов, и кластеризации, в котором элементы изображения предварительно разбиваются на группы (кластеры) по сходству некоторых признаков с последующей идентификацией этих групп;

- автоматический, в котором интерпретационная система решает отлаженные задачи без вмешательства оператора.

Принципиальная схема дешифровочного процесса в любом методе остается неизменной -- распознавание выполняют путем сопоставления и определения степени близости некоторого набора признаков дешифрируемого объекта с соответствующими эталонными признаками, находящимися в памяти человека или машины.

Рисунок 1 - Технологическая классификация дешифрирования

Способы не всегда четко разделяются между собой и по мере их совершенствования и изменения функции человека в их реализации они могут переходить из одного в другой 2.

В зависимости от принятой технологии производства работ, дешифрирование выполняют на фотопланах, фотосхемах, контактных или увеличенных снимках. Содержание работ, детальность дешифрирования и набор характеристик объектов определяются назначением работ. Содержание топографического дешифрирования, его точность, степень детализации, правила отображения выделенных на снимках объектов и набор их характеристик регламентируются действующими нормативными документами - инструкциями, наставлениями, руководствами, в том числе условными знаками топографических карт (планов) соответствующего масштаба и др.

Особенности дешифрирования объектов местности, признаки отнесения земель к тем или иным видам и категориям, правила их отображения, оформления материалов дешифрирования и т. д. приведены в инструкциях по дешифрированию для соответствующих масштабов 4.

Действующие нормативные документы по дешифрированию устанавливают следующие основные требования к точности дешифрирования элементов ситуации:

- ошибки опознавания и вычерчивания границ контуров и объектов, отчетливо изобразившихся на аэроснимке, относительно видимой фотолинии, не должна превышать 0,3 мм;

- расхождения между двумя определениями при нанесении не изобразившихся на аэроснимках контуров и объектов, имеющих отчетливые границы, не должны превышать 0,5 мм. При этом составляются абрисы промеров от отчетливо изобразившихся на аэроснимке объектов до определяемой точки;

- расхождения между двумя определениями при нанесении контуров, не имеющих в натуре четко выраженных границ (например, границы между суходольными и заболоченными луговыми землями) не должны превышать 1,5 мм.

Наименьшие площади контуров, подлежащих дешифрированию, увязываются с ценностью земель и составляют:

4 мм - для пахотных земель, залежей и земель, занятых под постоянными культурами, улучшенных луговых земель, а также вкрапленных в них других земель;

10 мм - для немелиорированных луговых земель и вкрапленных в них луговых земель;

50 мм - для одноименных, различающихся по качественным признакам сельскохозяйственных земель (например, пахотные земли чистые и засоренные камнями, луговые земли чистые и заросшие кустарником и т. п.), а также для некоторых других несельскохозяйственных земель (лесных болот, песков и т. п.);

100 мм - для контуров кустарника, поросли, бурелома, горелого или сухостойного леса, расположенных внутри массивов древесной растительности, и для контуров леса, расположенных внутри массивов кустарника или поросли.

Озера, пруды, мочажины, колки дешифрируют независимо от площади; линейные контуры - при их длине на плане 1 см и более; промоины дешифрируют при длине их на плане 5 мм и более.

Современные технологии производства работ по дешифрированию основаны на использовании цифровых методов картографирования и включают:

- подготовительные работы: подбор необходимых картографических материалов, сбор сведений об официальных названиях и категориях населенных пунктов, информации о дорожной сети, данных государственного учета земель и лесного фонда и т. д.;

- камеральное дешифрирование фотопланов (ортофотопланов) с максимальным использованием собранных в подготовительный период материалов и сведений. Применение для этой цели цифровых снимков существенно дополняет рассмотренную ранее технологию фотометрическими преобразованиями и анализом яркостных характеристик, возможностями изменения масштаба изображения и др., что повышает качество выполняемых работ;

- полевое обследование копий фотопланов (ортофотопланов) с результатами камерального дешифрирования, включающее их контроль и уточнение отображения; определение и уточнение числовых характеристик объектов, полученных в камеральных условиях видов и качественного состава земель; нанесение объектов, не изобразившихся на материалах аэрофотосъемки; согласование с руководителями хозяйств данных о хозяйственном использовании земель и др.;

- контроль качества результатов исполненных работ и их приемку.

Перечисленные работы выполняются как составная часть работ по созданию (обновлению) топографических или иных карт, планов или получения исходных данных информационных систем соответствующего назначения 2.

Таким образом, наиболее информативными материалами, получаемыми на основе обработки результатов аэро- и космических съемок, являются фотопланы, ортофотопланы, цифровые модели местности и цифровые карты.

Изготовление данных материалов предполагает фотограмметрическую обработку либо одиночного снимка, либо стереопары. В зависимости от способа фотограмметрической обработки, технологической схемы создания и обновления топографической или картографической продукции (Приложение А, Б) изменяется роль разных видов дешифрирования.

При изготовлении продукции на основе фотограмметрической обработки одиночного снимка основную роль играет камеральное дешифрирование, а стереопары - полевое. Во всех случаях дешифрирование входит основной составной частью в технологический процесс топографического и ландшафтного картографирования, а также является важнейшим технологическим компонентом дистанционного зондирования. Оно может осуществляться различными методами, обеспечивает: получение информации об объектах, подлежащих измерению их координат или нанесению на изготавливаемые планы и карты; опознавание этих объектов на анализируемых изображениях; определение качественных и численных характеристик объектов, нанесение их положения или границ простирания, а также выражение полученных данных условными знаками.

Таким образом, одной из важных задач автоматизированного дешифрирования является классификация изображений топографических объектов. Правильно выполненная классификация изображений топографических объектов значительно упрощает последующий процесс их распознавания, повышает полноту и вероятность распознавания, а следовательно, и эффективность дешифрирования в целом.

Делись добром ;)