Количественные характеристики плотности изображени

Выделяются три группы объектов поверхностей:

Ортотропные поверхности отражают падающий на них свет равномерно во всех направлениях. Сюда относятся пески, рыхлый снег и др.

Зеркалящие поверхности отражают свет преимущественно в одном направлении (в плоскости падения солнечных лучей). К ним относятся: вода, чистый лёд, сухие каменистые поверхности. Иногда на воде появляется блик, чему способствует высокое стояние Солнца, широкий угол поля зрения объектива аэрофотоаппаратуры (АФА). Благодаря блику в различных частях аэроснимка возникают самые различные сочетания тонов, поэтому приходится иногда пользоваться одной частью снимка или просматривать смежные аэроснимки.

Изрытые (иссеченные) поверхности максимально отражают к источнику света. Сюда относится растительный покров.

Обнаружение на снимке одних объектов среди других зависит от наличия оптического контраста между ними или между изображением объекта и фоном. Минимальная разность яркости, различаемая глазами, называется порогом контрастности.

Пороги контрастности глаза и фотоэмульсии одинаковы и примерно равны 2%. Однако глаз воспринимает яркостной контраст только в видимой зоне спектра, когда фотоэмульсия может отражать контраст и за её пределами.

Цвет объектов местности является спектральной характеристикой и определяет энергию светового потока. Воздействуя на фотослой, световой поток определяет значение оптических плотностей на воздушных и космических снимках. В данном случае дешифрирование сводится к определению значений оптических плотностей на чёрно-белых снимках и созданию спектрального образа сфотографированной местности, что в конечном итоге позволяет классифицировать объекты местности.

Цветовая гамма изображений является существенным признаком дешифрирования. Этот признак следует рассматривать в двух аспектах. В первом случае, когда изображение на воздушных и космических снимках формируется в цветах, близких к естественным цветам (цветные снимки), распознавание и классификация объектов местности не вызывает особых затруднений. В данном случае учитываются такие характеристики цвета, как его светлота и насыщенность, а также различные оттенки одного и того же цвета. В другом случае цветное изображение формируется в произвольных цветах (псевдоцветах), как это имеет место при спектрозональной съёмке. Смысл этого сознательного искажения цветовой гаммы натуры на изображении состоит в том, что на снимках наблюдатель легче воспринимает цветовые контрасты деталей изображения, поэтому цветные воздушные и космические снимки обладают более высокой дешифрируемостью, чем черно-белые.

Цвета спектрозонального аэроснимка менее стабильны, чем цветного снимка в естественных цветах. При необходимости они могут быть значительно изменены с помощью светофильтров. Известно, например, что лиственные породы на плёнке СН-2 (негатив) получаются сине-зелёными, а хвойные – пурпурными. При печати на бумаге Ф-1, Ф-2 лиственные леса передаются красным или оранжевым, а хвойные - сине-зелёным или зелёным цветом. При печати на бумаге СБ-2 хвойный лес изображается буровато-коричневым цветом, а лиственный - светло-зелёным или голубым.

Существует особый приём при дешифрировании, когда цвет на изображениях используется для кодирования деталей изображения, имеющих одинаковую оптическую плотность. Этот метод широко используется при дешифрировании зональных снимков, полученных в результате многозональных съёмок. Он весьма эффективен при проведении ландшафтного дешифрирования. В этом случае отдельные элементарные ландшафтные единицы можно закодировать каким-либо цветом, исходя из их родственных признаков и свойств.

Форма объектов или их конфигурация позволяет установить наличие объекта и его свойства. Зрительная система наблюдателя в первую очередь выделяет именно очертания предметов, их форму. Однако форма на аэрокосмических снимках воспринимается несколько непривычно, так как мы привыкли видеть в обычных условиях объект сбоку, а на снимках в ракурсе "вид сверху".

Различают геометрическую определённую и неопределённую форму. Первая присуща, как правило, всякого рода сооружениям (постройкам, мостам и др.) и может служить надёжным дешифровочным признаком. Вторая характерна для границ многих природных объектов (луга, леса и др.) и часто может служить определённым дешифровочным признаком.

Далее различают компактную, вытянутую (линейную) и объёмную форму. По сравнению с компактной формой, вытянутую форму можно распознать на аэроснимках более мелкого масштаба. Особенность рисунка вытянутой формы часто является важным дешифровочным признаком для линейных объектов (например, по характеру извилистой формы можно отличить реку от каналов осушительной сети). По форме объектов в большинстве случаев удаётся различать природные объекты от антропогенных. Для антропогенных (техногенных) объектов характерна правильная геометрическая конфигурация - изображения массивов распаханных земель, вырубки, железные дороги (прямолинейные), шоссейные (с плавными закруглениями).

Использование формы как признака дешифрирования зависит от масштаба изображения. С уменьшением масштаба снижается роль формы как дешифровочного признака. Для мелких объектов этот признак теряет свое значение.

Форма как дешифровочный признак широко используется при дешифрировании видового свойства лесной и кустарниковой растительности. Разработана классификация крон лесной растительности по их форме.

Роль формы объектов как признака дешифрирования возрастает, если использовать стереоскопические приборы. В этом случаи на стереомодели воспринимается объёмная форма, что значительно облегчает дешифрирование не только тех объектов, которые имеют высоту, но и плоских, поскольку их расположение, приуроченное к определённым формам рельефа, позволяет с большей достоверностью их классифицировать.

Размер объектов учитывается при распознавании объектов и установлении их свойств. Размер является важным дешифровочным признаком, особенно в том случае, когда фототон и форма объектов близки между собой. Точное определение объектов входит в задачу дешифрирования. Так, например, возможно определение высоты деревьев и размера крон, ширины реки и дороги, глубины оврагов и т.д. Знание размеров отдельных объектов необходимо не только для характеристики этих объектов, но и для правильного представления об изучаемой местности.

Масштаб аэроснимка, который известен, не даёт наглядного представления о натуральных размерах объектов, если не имеется аэрофотоэталонов. В таком случае необходимо обнаружить такие объекты, размеры которых приблизительно известны (дома, деревья и т.д.).

Размеры объёмных объектов более правильно воспринимаются и оцениваются только при стереоскопическом рассматривании. Размер изображения объекта зависит от масштаба аэроснимка. Предельные возможности каждого масштаба определяются в основном разрешающей способностью аэроплёнки, объектива АФА, фотобумаги и человеческого глаза.

Разрешающая способность аэроснимков в среднем составляет 10 - 12 лин/мм. Это определяет размеры разрешающей детали на аэроснимках - 0,5 мм. Отсюда же следует, что минимальные размеры объектов, которые могут изображаться на аэроснимках, равны для масштаба 1:50 000 - около 5 м; масштаба - 1 :10 000 - 1 м.

Разрешающая способность глаза равна примерно 5 лин/мм, что в два раза ниже разрешающей способности аэроснимков. Поэтому при дешифрировании аэрофотоснимков прибегают к увеличительным приборам или же к увеличению аэроснимков до четырёх раз не теряя информативности.

Минимальные размеры объектов могут колебаться в зависимости от оптического контраста и формы объектов. Различают три порога восприятия:

а) порог нераздельного видения: ему соответствуют масштабы аэроснимков, в которых структурные объекты воспринимаются нераздельно и не могут быть расчленены на элементы;

б) порог раздельного видения: ему соответствуют масштабы аэроснимков, в которых элементы сложных объектов уже различаются, но ещё не могут быть опознаны.

в) порог восприятия формы: ему соответствуют оптимальные масштабы аэроснимков, в которых объекты опознаются по форме.

Рисунок фотоизображения является одним из важнейших прямых дешифровочных признаков для распознавания различных ландшафтов, который на аэрофотоснимках формируется в результате сочетания ряда прямых признаков - тона или цвета фотоизображения, формы и размера объектов. Д.М. Кудрицкий (1956) впервые ввёл понятие комплексного дешифровочного признака, которое включает сочетание прямых и косвенных дешифровочных признаков. Однако, к комплексным признакам следует отнести сочетания и прямых признаков, среди них:

соотношение площадей, занятых различными объектами,

-число и соотношение объектов различных размеров,

- пространственное распределение объектов,

- сочетание и видоизменение форм отдельных объектов,

-сочетание и изменение тонов изображения,

-характер границ между объектами и комплексами.

Характер рисунка фотоизображения тесно связан с физико-географическими условиями изучаемой территории. В нём отражаются внутренние связи между компонентами ландшафта (рельеф, почва, растительность), а также их генезис и морфология.

Для характеристики рисунка изображения используются такие понятия как структура и текстура изображения. Различные авторы в них вкладывают различный смысл. Мы остановимся на определении Л.Е.Смирнова (1975), где под структурой следует понимать набор форм, размеров, тонов или цветов и цветовых оттенков, участвующих в построении рисунка. А текстурадаёт представление о пространственном расположении элементов структуры и их взаимном сочетании.

Структура выделяется тональная или цветовая и геометрическая (контурная). Контурность всегда сопутствует тональной структуре, хотя структура может быть практически бесконтурной.

Следует различать рисунок фотоизображения какой-то территории и её ландшафтный рисунок, так как между ними имеются различия. Ландшафтный рисунок фотоизображения на аэроснимках формируется из фотоизображения отдельных элементов ландшафта, в то же время на рисунок фотоизображения аэрокосмического снимка оказывают влияние и такие факторы, как погодные и технические условия съёмки, время суток и сезон съёмки, процесс обработки, светотеневая мозаика крон растительности, а также хозяйственная деятельность человека.

По определению А.С. Викторова (1986), ландшафтным рисунком территории называется пространственная мозаика, которую образуют на земной поверхности участки, соответствующие развитым на этой территории природным территориальным комплексам (ПТК) или микрообразованиям комплексного характера. Непосредственная связь характера рисунка изображения с ландшафтами позволяет называть комплексные признаки прямыми ландшафтными признаками.

Рисунок фотоизображения ландшафтов отличается своей сложностью и закономерным повторением мозаики. Объекты, расположение которых на первый взгляд кажется беспорядочным, в реальности образуют на аэрокосмических снимках правильные, закономерно построенные и разнообразные узоры. Каждому природно-территориальному комплексу соответствует определённый рисунок, передающий его морфологические особенности. Наличие большого разнообразия рисунков фотоизображения привело к необходимости проведения их систематизации. Первые попытки в данном вопросе были сделаны Н.С. Подобедовым (1962) и Л.А. Богомоловым (1963). Более детальная классификация рисунков аэрокосмических изображений для географических целей была выполнена Л.Е. Смирновым (1975), в основу которой были положены такие исходные элементы изображения, как точка (пятно) и линия (полоса). Всего было выделено пять групп рисунков фотоизображения (цепочная, регулярная, мозаичная, линейная, слошная-полосчатая), каждая из которых подразделяется на отдельные виды рисунков.

Рисунок фотоизображения может быть однородным, бесструктурным. Такой рисунок характерен для изображения водной поверхности, травянистой луговой и культурной растительности, а также отдельных почв (торфяно-болотные). Чаще всего дешифровщик встречается со структурными рисунками фотоизображения – пятнистые, прямолинейные, древовидные, зернистые, дугообразные и др.

Пятнистый рисунок фотоизображения состоит из пятен различного тона и формы, размер которых зависит от масштаба съёмки. Характер изображения пятнистого рисунка зависит от ландшафта, который он отражает, между рисунками имеется и много общего. Например, для территорий, сформированных лессовидными и флювиогляциальными отложениями, характерен пятнистый рисунок изображения (пятна округлой формы). В первом случае его формируют блюдцеобразные западины с дерново-подзолистыми глееватыми и глеевыми почвами, изображающиеся тёмно-серым тоном на общем сером фоне (рис. 32д), в другом случае – холмообразные повышения, изображающиеся светло- серым тоном с автоморфными и оглеенными внизу почвами, на общем сером и тёмно-сером фоне. Для северных территорий Витебской области с холмисто-моренным рельефом пятнистый рисунок (пятна вытянутой формы) создают почвы различной степени смытости. Пятнистый рисунок изображения характерен и для полесских мелиорированных ландшафтов, который создаёт чередование минеральных и различной мощности торфяно-болотных почв.

Регулярный рисунок фотоизображения (рис.32е) формируется из отдельных точек, расположенных на определенном расстоянии. Так изображаются сады и ягодники.

Прямолинейным рисунком на аэрокосмических снимках изображается дорожная и мелиоративная сеть (рис.32з).

Древовидный рисунок фотоизображения характерен для территорий с развитой овражно-балочной сетью и даёт представление о характере расчленённости, а также почвообразующих породах территории (рис.32а).

Зернистый или крапчатый рисунок фотоизображения формируется из сочетания отдельных, различного размера зёрен или крапа, которым изображаются отдельно стоящие деревья и кусты ивы. Чаще такой рисунок фотоизображения характерен для пойменных территорий (рис.32б).

Прямоугольный рисунок фотоизображения характерен для территорий, занятых под пахотными угодьями. Поля, занятые под различными сельскохозяйственными культурами, изображаются в виде прямоугольников, различных по размеру и фототону (рис.32в).

Полосчатый рисунок фотоизображения формируется чередованием отдельных параллельных полос, которые могут соответствовать барханам, геологическим пластам, пахотным землям и др. (рис.32г).

Дугообразный рисунок фотоизображения, который формируется в результате чередования дугообразных, различной ширины тёмных и светлых полос, образует так называемые веера блуждания. Такой рисунок фотоизображения наиболее типичен для пойменных ландшафтов (гривистые поймы) (рис.32ж).

Тень как дешифровочный признак играет важную роль при дешифрировании объектов и их свойств. Падающая тень, отбрасываемая объектом на земную поверхность, расположенную со стороны, противоположной Солнцу, подчёркивает объёмность объекта и его форму. Её очертание и размер зависят от высоты Солнца, рельефа местности (участка), на которую падает тень, и направления освещения.

По форме падающей тени можно распознаватькак искусственные объекты (постройки, столбы, пункты триангуляции), так и естественные объекты. Падающие тени в качестве признаков дешифрирования широко используются при изучении растительности. Для каждой породы характерна своя специфическая форма кроны, что находит отражение в её тени и позволяет определить её видовой состав. Например, форма падающей тени ели напоминает остроугольный треугольник, тогда как у сосны она овальная. Однако следует помнить, что тень - весьма динамичный дешифровочный признак (изменяется в течение суток). Она может превышать размер объекта при низком положении Солнца над горизонтом.