Дистанционные геоизображения и его основные виды. Основные виды съемок и классификации снимков.
По размерности все геоизображения подразделены на три класса: плоские картографические и дистанционные (2-мерные), объемные или блоковые (3-мерные) и динамические (3- и 4-мерные). Кроме того, существует множество производных и комбинированных геоизображений, таких как фотокарты, динамические блок-диаграммы, дисплейные анаглифы, виртуальные изображения и др.
Дистанционные (рисунок ниже): с картографическими: ФОТОКАРТЫ, ФОТОПЛАНЫ, КОСМОКАРТЫ, ИКОНОКАРТЫ.
Чисто дистанционные: ФОТОТЕЛЕВИЗИОННЫЕ, СКАНЕРНЫЕ, РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ, ГИДРОЛОКАЦИОННЫЕ И ДР. СНИМКИ, ФОТОПЛАНЫ.
Основные виды съемок и классификация снимков.
Билет 11 новый из книжки
Плоские геоизображения
Это наиболее обширный и разнообразный класс, к которому относятся следующие виды геоизображений:
— картографические
— фотографические
— телевизионные
— сканерные
— локационные
— машиннографические и дисплейные
Коротко охарактеризуем названные геоизображения.
Картографические геоизображения — математически определенные, уменьшенные, генерализованные, услов- но-знаковые изображения Земли, других небесных тел или космического пространства, показывающие разме- щение, свойства и связи различных природных и соци- ально-экономических явлений. служит средством познания, практической деятельнос- ти и передачи информации.
Хотя в приведенном определении подразумеваются прежде всего карты, это далеко не единственные кар- тографические произведения. Кроме них, как известно, существуют планы — крупномасштабные изображения небольших участков местности и атласы — системати- ческие собрания карт, созданных по единой программе, как целостные картографические произведения. К плос- ким картографическим изображениям принадлежат еще и карты-транспаранты, отпечатанные полиграфическим способом на прозрачной пленке и предназначенные для проектирования на экран с большим увеличением, а так- же карты на микрофишах - миниатюрные фотокопии карт, позволяющие компактно хранить большие масси- вы картографической информации, и др.
Следует также отметить особые анаморфи- рованные карты или анаморфозы, которые приобрели в настоящее время известную популярность.В настоящее время раз- рабатываются математические приемы и компьютерные технологии объективизации анаморфированных постро- ений [59, 60 и др.].
Особенно информативны синтетические карты, ин-
тегрирующие и обобщающие аналитическую информа-
цию.
картографическое геоизображение всегда пропущено через голову и руки картографа.
Фотографические геоизображения — это уменьшен-
ные, наглядные образные копии земных и планетных
объектов, получаемые посредством покадровой регис-
трации их собственного или отраженного излучения на
светочувствительных материалах. Фотоснимки всегда
получают в центральной проекции, что и определяет их
геометрические свойства. Поэтому искажения в средней
области снимка невелики, но резко возрастают к краям.
Снимки получают разными способами. При аэро-
фотосъемке - с помощью специальных аэрофотоаппа-
ратов, установленных на самолетах, вертолетах, воздуш-
ных шарах. Из космоса фотосъемку ведут с применени-
ем более сложных фотографических систем, оснащен-
ных, как правило, несколькими объективами, дающими
изображения одновременно в разных зонах спектра. При
подводных съемках дна океанов и морей фотокамеры
опускают на глубину в особых водонепроницаемых бок-
сах или буксируют судном по грунту на специальных
“санях”. Для наземной фотосъемки используют фототе-
одолиты - инструменты, с помощью которых выполня-
ют высокоточное фотографирование местности. Как
правило, все фотосъемки делают с большим перекрыти-
ем (до 60 % площади снимка), что позволяет впоследст- вии восстанавливать стереоскопическое изображение местности.
Фотоснимки могут быть сделаны в видимой, ближ- ней инфракрасной, инфракрасной и ультрафиолетовой зонах электромагнитного спектра. При этом они могут быть черно-белыми, зональными, черно-белыми пан- хроматическими, цветными, цветными спектрозональ- ными и даже - для лучшей различимости некоторых объектов — ложноцветными, т. е. выполненными в ус- ловных цветах.
Различают геометрические свойства снимков, опре- деляющие их измерительные возможности, а также изо- бразительные свойства, которые характеризуют способ- ность снимков наглядно и подробно передавать сфотог- рафированные объекты. Если геометрические свойства снимков можно оценить количественно, то изобрази- тельные свойства имеют качественный характер, хотя в принципе тоже могут быть выражены количественно. Важная характеристика фотоизображений — их разре- шающая способность, т. е. возможность воспроизводить раздельно малые детали объектов. Считается, что изо- бразительные качества более всего зависят от детальности разрешения снимка.
Кроме одиночных снимков, к фотографическим гео- изображениям принадлежат также негативы, монтажи снимков, фотосхемы и фотопланы, панорамные снимки и фотопанорамы, фронтальные фотоснимки и фотопла- ны местности. Они весьма разнообразны по видам, диа- пазонам, дешифровочным свойствам и другим парамет- рам. Тем не менее, активно продолжается поиск все новых вариантов фотографирования, особых пленок и светочувствительных эмульсий, всевозможных спектраль- ных комбинаций, которые бы удовлетворяли тем или иным конкретным исследовательским задачам, улавли- вали самые тонкие особенности излучения объектов.
Телевизионные геоизображения - телеснимки, теле- фильмы, телепанорамы и др. - наглядные образные ко- пии реальных объектов, получаемые путем регистрации изображения на светочувствительных экранах передаю- щих телевизионных камер (видиконов). В интервалах между экспозициями изображение считывается электрон- ным лучом, управляемым магнитными или электроста- тическим полями, преобразуется в видеосигнал и по ра-
диоканалам передается на приемную аппаратуру. Здесь видеосигнал вновь становится изображением, либо за- писывается на магнитную ленту видеомагнитофона. Раз- решающая способность телевизионных изображений составляет 102 - 104 линий.
Телевизионные геоизображения значительно разли- чаются по своим свойствам, они могут быть узко- и широкополосными, иметь разные устройства развертки в оптическом канале или в канале формирования виде- осигнала, разные видеоусилители и т. п. При одновре- менном формировании сигнала и накоплении имеется возможность вести непосредственную передачу изобра- жения, а если используются фототелевизионные систе- мы, то процессы регистрации и считывания видеосиг- нала разнесены во времени.
Обычно, телевизионная съемка ведется с борта са- молета или со спутника, причем захватывается доволь- но значительная полоса местности - от 1 до 2 тысяч километров в ширину в зависимости от высоты полета и фокусного расстояния объектива. Высокоорбитальные спутники позволяют получать изображение всей плане- ты в целом. Геометрические искажения телеви- зионных изображений довольно значительны, они бо- лее всего зависят от наклона оси съемочной камеры от- носительно земной поверхности, а разрешающая спо- собность телеснимка определяется освещенностью объ- ектов и техническими параметрами съемки.
Телевизионную съемку можно вести в нескольких зонах спектра: в видимых и ближнем инфракрасном ди- апазонах с помощью съемочных камер, снабженных не- сколькими, (обычно тремя) в ид иконами. По сравнению с фотографической съемкой телевизионная более опе- ративна и поэтому более удобна для непрерывного сле- жения (мониторинга) за объектами и процессами. На космических аппаратах обычно устанавливаются систе- мы, обеспечивающие передачу плоских черно-белых и цветных изображений, хотя в принципе возможно и при- менение стереоскопических съемочных систем. В связи с широким применением телевизионных съемок в ис-
следованиях окружающей среды и природных ресурсов создаются специализированные телевизионные широко- полосные многоканальные комплексы.
Сканерные геоизображения - снимки, полосы, “сце- ны” - уменьшенные наглядные копии реальных объек- тов, получаемые путем поэлементной и построчной ре- гистрации их собственного или отраженного излучения. Само слово “сканирование” означает управляемое пе- ремещение луча или пучка (светового, лазерного и др.) с целью последовательного обзора (осмотра) какого-либо участка.
В ходе сканерной съемки с самолета или спутника сканирующее устройство (плоское качающееся зеркало или зеркальная призма) последовательно полоса за пол- осой просматривает местность поперек направления дви- жения носителя. При этом отраженный сигнал поступа- ет на точечный фотоприемник, и в результате получа- ются снимки с полосчатой или строчной структурой, причем строки состоят из небольших элементов - пик- селов, каждый из которых отражает суммарную осред- ненную яркость небольшого участка местности (несколь- ко десятков или сотен квадратных метров), и детали внут- ри пиксела неразличимы. Пиксел - это элементарная ячейка сканерного изображения.
Съемка ведется постоянно в процессе полета, и по- этому местность сканируется в виде непрерывной ши- рокой ленты или полосы. Отдельные участки этой пол- осы называют “сценами”. Ширина снимаемой полосы и разрешение на местности зависят от угла сканирования, которые у разных сканеров варьируют по величине при- мерно от 10° (для детального сканирования) до 100° для сканеров обзорного типа. Геометрические свойства ска- нерных снимков зависят не только от угла обзора, но и от мгновенного (элементарного) угла фиксации и высо- ты полета. Именно эти параметры и определяют шири- ну снимаемой полосы, размер пиксела на снимке и раз- решение. В целом, сканерное изображение уступает по качеству кадровым снимкам, однако, сканерная съемка обеспечивает получение изображений в узких спектраль- ных диапазонах и в этом ее громадное преимущество перед другими видами съемок.
Существует ряд модификаций сканерной съемки, позволяющих получать изображения с иными геометри- ческими радиометрическими свойствами. Так, сканиру-
ющие устройства с линейками полупроводниковых при- емников обеспечивают съемку сразу целой строки, при- чем она получается в проекции, близкой к централь- ной, что существенно уменьшает геометрические иска- жения. На этом принципе основано, например, получе- ние многоэлементных снимков, регистрируемых с по- мощью многоэлементных линейных и матричных при- емников излучения (приборов с зарядовой связью - ПЗС). Они дают возможность получать по каналам ра- диосвязи снимки очень высокого разрешения на мес- тности — до нескольких метров.
Сканирование - наиболее распространенный в на- стоящее время вид дистанционного зондирования, чаще всего применяемый при съемках из космоса. Но ска- нерные изображения получают и при аэросъемке, и при подводной съемке, например, с помощью сканирующих эхолотов, последовательно ощупывающих морское дно. Применяются не только системы, регистрирующие от- раженное излучение, но и активные сканирующие сис- темы, облучающие местности лазерным лучом и фикси- рующие отраженный сигнал.
Для обширных территорий создают монтажи сканер- ных снимков, фотокарты и даже особые сканерные “фо- топортреты”. Они передают облик всей планеты, отдель- ных стран и материков так, как они видны из космоса.
К сканерным близки локационные геоизображе- ния ~ радиолокационные, выполняемые со спутников и самолетов, и гидролокационные, которые получают при подводной съемке дна озер, морей и океанов.
Бортовые радиолокаторы типов обеспечивают кру- говой либо боковой обзор. В радиолокационных стан- циях кругового обзора антенна совершает круговой или секторный обзор, а локаторы бокового обзора, устанав- ливаются на движущемся носителе и ведут съемку по правому и левому бортам, так что луч антенны произво- дит обзор снимаемой поверхности перпендикулярно к направлению движения носителя. Антенна бокового об- зора неподвижна, что позволяет использовать синтези- рованные апертуры с когерентной обработкой сигналов, а это значительно повышает разрешающую способность радиолокационных изображений.
Съемка в радиодиапазоне обладает немалыми пре- имуществами: радиоволны имеют большую длину, чем световые, поэтому они проходят через облачность и ту-
ман, почти не поглощаясь. Ночная темнота тоже не по- меха для съемки, она ведется при любой погоде и в лю- бое время суток, причем благодаря боковому обзору на снимках прекрасно проявляется рельеф поверхности, отчетливо видны детали его расчленения, характер ше- роховатости. При съемке океанов хорошо читаются не- ровности и волнение водной поверхности. Радиолока- ция дала возможность проникнуть сквозь мощный об- лачный слой Венеры и впервые подробно рассмотреть рельеф этой планеты. Четкость радиолокационного изо- бражения определяется отражательной способностью снимаемого объекта, его размерами и очертаниями, а также углом падения луча и длиной радиоволны, кото- рая должна быть меньше, чем размеры самого объекта.
Среди новых видов локационных изображений от- метим снимки, сделанные в ультрафиолетовом и види- мом диапазонах с помощью лазерных локаторов - лида- ров. Непрерывное техническое совершенствование ска- нерных и локационных систем, множественность съемоч- ных диапазонов, возможности их широкого комбиниро- вания — все это создает поистине неисчерпаемое разно- образие видов съемки и вариантов геоизображений.
Машиннографические и дисплейные геоизображения - это карты или снимки, конструируемые с помощью ав- томатических графопостроителей и дисплеев в вектор- ном или растровом форматах.
Автоматические графопостроители представляют собой автоматы для вычерчивания, гравирования, печа- тания картографических изображений на бумаге, плас- тике, фотопленке и других материалах. Они различают- ся по конструкции, устройству чертежных или печатаю- щих головок, точности воспроизведения, формату и иным техническим характеристикам.
На ранних этапах автоматизированного картосостав- ления использовались алфавитно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ) - автоматы типа пишущих маши- нок, печатающие элементы которых представляли со- бой изображения цифр или создавали эффект серых шкал, растров разной плотности. На рис. 6 воспроизве- дено такое своеобразное геоизображение - картограм- ма, напечатанная на АЦПУ и характеризующая распре-



Рис. 5. Способы дистанционного получения геоизображений.
1 - наземная фототеодолитная съемка; 2 - аэрофотосъемка; 3 - радиолокационная аэросъемка бокового обзора; 4 - съемка с раке- ты; 5 - видиконная космическая съемка; 6 - сканерная космическая съемка; 7 - подводная фотосъемка; 8 - подводная гидролокация бо- кового обзора.
деление продукции растительности на земном шаре в цифровой шкале - от 1 до 9. Подобное геоизображение не обладает сколько-нибудь высокой точностью, но все же дает вполне наглядное представление о глобальном распределении показателя — от этой картосхемы иного и не требуется.
Современные графопостроители дают значительно более совершенные геоизображения. Различают две ос- новные конструкции графопостроителей: планшетные (горизонтальные и наклонные) и барабанные. Сущес- твуют графопостроители шагового и непрерывного дей- ствия, управляемые непосредственно от ЭВМ, которые работают в автоматическом режиме либо сочетают оба вида управления. По формату различают большие графо- построители (площадью свыше 2 м2), средние (1 - 2 м2) и малые (менее 1 м2), а по скорости черчения — высо- коскоростные (действующие со скоростью более 1 м/с), среднескоростные (0,3 — 1 м/с) и малоскоростные (ме- нее 0,3 м/с). Прецизионные графопостроители обеспе- чивают нанесение рисунка с ошибкой менее 0,05 мм, среднеточные — 0,05 - 0,1 мм, а низкоточные — 0,1 мм и более. Графопостроители имеют чертежные и грави- ровальные головки разных конструкций, снабженные карандашами, перьями, одним или несколькими цвет- ными шариковыми стержнями, наборами гравироваль- ных игл и резцов либо световым лазерным лучом для нанесения рисунка на светочувствительные слои. Печа- тающие графопостроители — принтеры — наносят рису- нок с помощью электронных струйных распылителей, позволяющих получать цветные растровые изображения высокого качества (приложения 11, 16 и др.). Карты, построенные с помощью высокоточных цветных графо- построителей (плоттеров) совсем не отличаются от обыч- ных карт “ручного” изготовления и даже превосходят их по точности и изяществу рисунка.
На экраны дисплеев, входящих в состав автомати- ческих картографических систем, выводятся дисплейные или электронные карты — особый вид геоизображений, конструируемых в векторном (линейно-точечном) и рас- тровом (сеточно-площадном) форматах с помощью про- граммных и технических средств в принятых системах условных знаков. Векторный рисунок формируется све- товым лучом — точка за точкой — в виде линий, знач- ков, штриховок, а растровый - с помощью растровых элементов при построчнр сканирующей развертке. Век- торные геоизображения дают более четкие контуры, зато растровые - хорошо передают цветные заливки и полу- тона.
Для отображения картографической информации на дисплеях необходимы библиотеки описаний условных
знаков и шрифтов, которые отыскиваются в файлах гра- фических записей по коду изображаемого объекта. При наличии такой библиотеки исходную картографическую информацию можно задавать путем указания кодов объ- ектов, расположенных на карте и данных, определяю- щих местоположение каждого объекта [64].
Дисплеи позволяют быстро укрупнять или умень- шать изображение, окрашивать его в разные цвета, по- ворачивать и “оживлять”, заставляя двигаться. При ото- бражении динамических ситуаций экранные карты пос- тоянно меняются, воспроизводя эволюцию. Иногда го- ворят об “эфемерных” или “мгновенных” изображени- ях, которые быстро сменяют друг друга и исчезают с экрана. Нужны особые навыки, чтобы воспринимать и читать такие изображения. Конечно, предусмотрена воз- можность остановить нужный кадр и закрепить картог- рафическое изображение на бумаге (то есть получить его копию) с помощью графопостроителей и печатающих устройств. На получение цветных или черно-белых коп- ий экранных карт уходит лишь несколько минут.
Интересное применение экранные электронные кар- ты получили при кораблевождении, особенно в прибреж- ных и опасных зонах. Их большое удобство состоит в том, что на дисплее одновременно совмещаются картог- рафическая и радиолокационная навигационная инфор- мация. На электронной карте легко показать положение судна, пройденный путь, расчетный маршрут. Можно отметить маяки, указать навигационные опасности, особо выделить изобату безопасных глубин для судна и т.п. А самое главное — с помощью электронной карты мож- но имитировать маневрирование корабля, “проигрывать” условия его проводки в опасных местах, быстро прини- мать решения в сложных ситуациях. Электронные кар- ты широко применяются теперь и в аэронавигации, и при слежении за полетами космических кораблей. В последние годы появились дисплейные системы, раз- мещаемые в салонах автомобилей, так что водитель ви- дит перед собой движущуюся электронную карту мес- тности, по которой он проезжает.
Прошу прощения за нередактирование данных, ибо мне тоже надо читать
12. Объёмные или трёхмерные геоизображения: анаглифы, стереоизображения, блок-диаграммы, голографии.
Стереоизображения – картина или видеоряд, использующий два отдельных изображения, позволяющих достичь стереоэффекта. Чтобы создать стереоизображение в программе трёхмерного моделирования, надо сделать двойной рендеринг сцены — с двух камер, соответствующих глазам наблюдателя. Метод параллельного взгляда позволяет посмотреть полноцветную стереокартинку без наличия какого-либо оборудования, стереоэффект достигается за счет сведения глаз дальше плоскости изображения. Способ пригоден только для просмотра относительно небольших изображений размером 60—70 мм каждое, что обусловлено межзрачковым расстоянием человека. "Вольностей" с масштабированием изображения способ тоже не допускает. Метод перекрёстного взгляда (cross-eye) аналогичен предыдущему, но глаза сводятся перед изображением ("на переносице"). Предыдущий способ, при котором глаза смотрят как бы дальше изображения, предпочтительнее, поскольку вызывает меньшее напряжение глаз. С одной стороны, кросс-пара может быть произвольного размера и произвольно отмасштабирована при просмотре, с другой стороны — мнимое изображение возникает между экраном и наблюдателем, что ограничивает размеры изображённого объекта либо превращает его в "кукольную копию".
Голографии - изображения обладающие уникальным свойством - восстанавливать полноценное объемное изображение реальных предметов. Голография, представляющая собой фотографический процесс в широком смысле этого слова, принципиально отличается от обычной фотографии тем, что в светочувствительном материале происходит регистрация не только интенсивности, но и фазы световых волн, рассеянных объектом и несущих полную информацию о его трехмерной структуре. Как средство отображения реальной действительности, голограмма обладает уникальным свойством: в отличие от фотографии, создающей плоское изображение, голографическое изображение может воспроизводить точную трехмерную копию оригинального объекта. Такое изображение со множеством ракурсов, изменяющихся с изменением точки наблюдения, обладает удивительной реалистичностью и зачастую неотличимо от реального объекта.
Анаглифы - метод получения стереоэффекта для стереопары обычных изображений при помощи цветового кодирования изображений, предназначенных для левого и правого глаза. Для получения эффекта необходимо использовать специальные (анаглифи́ческие) очки, в которых вместо диоптрийных стёкол вставлены специальные светофильтры, как правило, для левого глаза — красный, для правого — голубой или синий. Стереоизображение представляет собой комбинацию изображений стереопары, в которой в красном канале изображена картина для левого глаза (правый её не видит из-за светофильтра), a в синем (или синем и зелёном — для голубого светофильтра) — для правого. То есть каждый глаз воспринимает изображение, окрашенное в противоположный цвет.
Блок-диаграммы – трёхмерные плоские картокрафические рисунки, совмещающие изображение какой-либо поверхности с продольными и поперечными вертикальными разрезами. Тематика их различна; геоморфологические, геологические отражают устройство земной поверхности одновременно с разрезами земной коры, почвенные дают представление о сложения почвенного профиля.
|