Тема 6. Распознавание графических образов

Картографические образы

Распознавание графических образов

Чтение геоизображений как процесс получений информаций.

Механизм чтения геоизображений

Под картографическим образом (КО) понимают пространственно знаковую комбинацию воспринимаемую читателем или читающим устройствам. Количественная и качественная характеристика КО связана с оценками количества и качества картографической информации воспринимаемой читателем по карте. КО это пространственная комбинация которая включает знаки с их сочетаниями связями, подчененостью и группировками. Совмещение разных знаков позволяет формировать новые КО за счет их пересечения этот прием используется на тематических картах (информация о геологическом строения, может быть наложена та тектоническую карту). Эффективным средствам является выделение на картах разный планов, когда одни образы подаются в качестве главных, а другие отводятся на второй план. Пример, показ месторождений полезных ископаемых на фоне структурно-геологического районирования. КО делятся:

1) однопорядковые – составленными однотипными знаками

2) разнопорядковые – формирование которых участвуют знаки разного типа и разных графических систем (картограммы и изолинии).

ПО точности КО делятся:

1) точные (масштабные)

2) схематические

3) искаженные, которые могут появится даже в следствии неправильной генерализации

4) Явные, которые воспринимаются при чтении без преобразования

5) скрытые для распознавания которых необходимо выявить их связи с объектами.

По контрастности КО делятся:

1) однородные – сходные по структуре, облику и графическому рисунку.

2) контрастные – резко выделяющиеся на фоне КО (аномальные).

 

Распознавание графических образов – это опознавание различие графических рисунков.

Использование карт, анализ экранных видеоизображений относятся к распознаванию, которое может распознаваться измерениями и сопоставлением. Графические образу представляют собой пространственные структуры. Опытный исследователь анализирую должен привлекать знания из смежных наук.

Специалисты в области наук о Земле часто намеренно схематизируют геоизображения стремясь получить простой и четкий графический образ, выявляющих пространственную структуру изучаемого объекта, чтобы лучше понять их генезис или этап развития. Задачу распознавания графических образов можно трактовать как создание системы решающих правил позволяющих на основе набора признаков отнести данный графический образ к тому или иному классу индицирующему некоторое явление или процесс. Формализованное распознавание графических образов остается сложной проблемой, т.к связана с классификацией конфигурации. Реализация этой проблемы связана с решением некоторых задач:

1) создание каталогов и банков данных характерных и четко различимых эталонов графических образов.

2) разработка методики описания графических образов

3) поиск объективных мер сходства различия графических образов с эталонами и между собой

4) систематизация эталонных графических образов разной тематике по их форме, сложности, упорядоченности и иным параметрам

5) разработка решающих правил и процедур автоматизировано классификации графических образов.

 

Чтение геоизображений основано на опыте по дешифрированию аэрокосмических снимков.

Первый этап чтения это визуальное восприятия. Исследования ведутся на трех уровнях:

1) восприятия отдельных картографических образов

2) восприятия всего картографического изображения

3) сравнение и сопоставление разных карт

Каждый уровень восприятия входит составной частью в более высокий. Для визуального восприятия знаковых изображений первостепенное значение имеет соотношение знаков и фона, т.е контрастность изображения. На аэро- и космических изображениях главными дешифровочными признаками являются фотографический тон или оптическая плотность изображения, его цвет, форма или конфигурация объектов, размеры в плане и при стереоскопическом наблюдении по высоте. Перечисленные признаки относятся к прямым.

 

В процессе дешифрирования снимков решаются 3 задачи

1) распознавания и классифицирования объектов

2) установления взаимосвязей между отдельными объектами и характерных особенностей их пространственного размещения

3) распознавание и фиксация динамических явлений и процессов

Можно сделать ряд предположений о механизме чтения геоизображений. Формируя графический образ читатель прежде всего обращает внимание на комплекс знаков и объектов, т.е на экстремальные зоны изображения, характерные пересечения линейных элементов. Они становятся узлами вокруг которых он строит графический образ. Узлы структурные и рубежные линии это наиболее устойчивые элементы графического образа. Они распознаются и интерпретируются в первую очередь. Чтение геоизображений это основа всех способов извлечения качественной и количественной информации. В процессе чтения можно выделить три этапа:

1) предварительный просмотр геоизображения и получения начальной информации

2) уточнение и детализация графического образа и полученной информации

3) окончательная фиксация и содержательная интерпретация информация.

Чтение геоизображения выполняется задание поставленной цели.

 

ТЕМА 7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕШИФРИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Камеральное дешифрирование

Прямые признаки

Косвенные признаки

Ландшафтные признаки

В основе получения информации по изображениям лежит метод камерального дешифрирования. Все остальные методы выступают в качестве вспомогательных процессов ориентированных на повышения эффективности и надежности проведения камерального дешифрирования. Его отличительной особенностью является проведения анализа изображений с помощью специальных технических средств в камеральных условиях. Технология дешифрирования предполагает наличие трех составных элементов:

1) сходных данных

2) функционального модуля обработки

3) выходных данных т.е результатов дешифрирования.

На основе ДОПИСАТЬ строятся описания дешифровочных признаков, позволяющих выполнить классификацию и разделения отдельных изображений объектов. В результате выполнения перечисленных процессов формируется база знаний, которая состоит из 2 составных модулей: функционального и информационного.

Информационный модуль содержит данные о прямых и косвенных дешифровочных признаках объектов. Эталонов дешифрирования объектов формируемых по иерархическим уровням. Это информация создается на остнове знаний опытных дешифровщиков и тематических специалистов.

Функциональный модуль содержит алгоритмические решения обеспечивающие ввод, формирования, поиск и выбор информаций об объектах, анализ и оценку веденной и хранимой информации. Критерии разделений сравниваемых признаковых описаний, выводы результатов анализа в форме дешифровочного решения.

Камеральной дешифрирование производится с помощью монокулярных и стереоскопических наблюдаемых систем. При использовании монокулярных систем обеспечивается восприятие плоских объектов, а при использовании стереоскопических обеспечивается восприятия пространственных моделей. Выделение искомых дешифровочных признаков определяется заданной моделью восприятия изображения моделей местности. В общем случае распознавания представляет собой задачу преобразования входной информации в качестве которой рассматриваются некоторые параметры и признаки распознаваемых объектов в выходную представляющую собой заключение о том, к какому классу относится распознаваемый образ.

Дешифрирование может быть автоматизированное или визуальное. Дешифрировать точечные и линейные объекты сложней.

 

Прямыми называют признаки, характеризующие физических свойства самих объектов. К ним относятся геометрические и фотометрические характеристики объекта, тени и структуры изображения. Эти признаки используют для дешифрирования объектов отображаемых на изображениях. К ним относятся растительность, формы рельефа, объекты гидрографии, горные породы, в открытой местности, выходящие на поверхность.

 

Года

Геометрические признаки включают форму и пространственную характеристику объекта, его размеры, детали и структуру. Форма характеризуется внешним контуром объекта. Она является основным прямым признаком объектов искусственного происхождения. По форме объекты различают: площадные, линейные и точечные.

К точечным отнесены объекты изображение которые отображается в масштабе карты или снимка. Такой объект представляется только координатами. К ним относятся: открытые строения, элементы рельефа и растительности, сооружения большого и малого типа, устья скважин.

К линейным объектам относятся такие объекты ширина которых не отображается в масштабе карты или снимка, а метрическое описание их положения представлено последовательностью координат точек. Линейные объекты различают по тону, ширине степени извилистости. Объекты антропогенного происхождения имеют правильную геометрическую форму. Естественного происхождения (элементы гидрографии) имеют извилистость и ширину. К линейным объектам относятся: дорожная сеть, гидрография, трубопроводы, линии связи, стены, заборы, узкие полосы растительности.

Площадные объекты выражаются в масштабе карты или снимка, а их метрическое описание задается последовательность координат точек их замкнутых контуров. Площадные объекты могут иметь правильную и не правильную геометрическую форму. К ним относятся водные поверхности, элементы рельефа и грунтов, места добычи полезных ископаемых (карьеры). Размеры выступают в качестве демаскирующего и дешифровочного признака. В случае наличия объектов одинаковой формы. Знание размеров исходных объектов позволяет определить требования к качестве съемочных систем и разрешению получаемых изображений. Меду размерами объекта на местности и на изображении существует зависимость вида:

 

D=d*M

 

D – один из размеров объекта на местности

d – тот же размер на изображении

М - знаменатель масштаба

 

Детали позволяют представить сложный объект как совокупность простых объектов и на основе их различных свойств и произвести распознавания сложного объекта. Например, ж\д дороги от автомобильных можно отличить по характеру насыпей. Структура поверхности объектов выступает на первый план при дешифрировании естественных элементов местности. Структура классифицируется на основе геометрических оптических генетических свойств объекта. Фотометрические признаки объекта включают тон, цвет и тени. Тон - характеризует степень почернения изображения. Для оценки тона используют 7 балльную шкалу тональности. Этот признак не постоянен и зависит от погоды и времени суток. Желательно большее внимание уделять не самому тону, а контрастам тонов. Цвет является информативным признаком при обработки цветных изображений. Элементы местности отображаются в цветах близких к натуральным. На спектрозональных снимках объекты местности отображаются в условных цветах, что позволяет выделить искомые объекты путем подбора цветов. Тень объекта является хорошим демаскирующим признаком при распознавании объемных объектов небольших объектов. По тени изображения можно судить о форме объекта и его высоте.

 

Косвенными считаются такие признаки, которые непосредственно не относятся к объекту, но они являются индикаторами наличия интересующих объектов. Такие признаки имеют большое значение на территориях, где интересующие нас объекты скрыты под почвенным и растительным покровам. К косвенным признакам можно отнести местоположение объекта и взаимосвязь объектов. Местоположение объектов проявляется как приуроченность одних объектов к другим. Например, на песчаных и подзолистых почвах средней и малой влажности растут хвойные леса, а на жирных почвах, т.е на черноземе растут лиственные леса. Взаимосвязь объектов проявляется в изменении прямых признаков. Например, высота деревьев на болоте, значительно ниже, чем на твердой почвы.

 

Ландшафтные признаки относятся к косвенным признакам: рельеф, гидрография, почвы, растительность, результаты хозяйственной деятельности. Важное значение эти признаки имеют в закрытых, таежных, заболоченных местах, где выделение геологических объектов осуществляется через разные информативных признаки. Рельеф является главным индикатором проявления целого ряды геологических явлений, структур, нарушений. Рельеф всегда связан с геологическим строением. Комплексный анализ гидрографической сети позволяет выявит наличие разрывной тектоники и складчатых структур, вещественный состав пород и особенности неотектонике. Растительность и почвы являются индикаторами различных отложений которые подчеркивают разрывные нарушения, трещиноватость, крупные структуры, увлажненность и гидрогеологические особенности. Важное место занимает смена растительности и почвы в пределах одних и тех же природно-климатических зон.