Понятие о цифровом изображении

В общем случае изображения могут быть представлены в раз­личных формах, в зависимости от способа их получения, принятой мо­дели и структуры данных.

Аналоговая форма изображения предполагает его получение каким-либо образом на физическом носителе - на бумаге, фотобумаге, фотопленке и др. и используется с незапамятных времен. Во многих случаях такая форма является основной, особенно там, где важна юри­дическая значимость изображения либо если оно необходимо для ис­пользования в нестационарных условиях.

Цифровая форма изображения возникла в связи с потребно­стью его представления в памяти электронных вычислительных ма­шин. В настоящее время она является одной из основных и связана не только с хранением, но и получением и обработкой изображения.

Векторная форма цифрового изображения находит применение в цифровой картографии; в фотограмметрии векторная форма цифрово­го изображения используется при создании цифрового оригинала. Элементы цифрового векторного изображения представляются в виде набора примитивов и их комбинаций - точек, векторов, граней, ребер и т. п., причем, положение точек задано в некоторой координатной системе, выбираемой пользователем в зависимости от характера ре­шаемых задач. Внутренние связи элементов изображения соответст­вуют определенной структуре, выбор которой зависит от используе­мого принципа формирования и описания его элементов, способа досту­па к ним, характера связи с окружающими и др.

[а	л							г*
-				-		-		.._
L	\±

h

Растровая форма цифрового изображения предполагает представ­ление его в виде некоторой матрицы (рис. 14.1), соответствующей плоскости исходного изображения и состоящей из квадратных ячеек одинакового размера, являющихся наименьшими адресуемыми элементами. Каждый такой элемент, называемый пикселом (пикселем), соответст­вует определенному участку исходного изображе­ния и характеризуется набором оптических па­раметров - цветом, яркостью и т. п.

Рис. 14.1. Система координат растрового изображения

В фотограмметрии под цифровым изображе­нием понимают его растровую форму, получен­ную непосредственно в процессе съемки с по-

мощью цифровой камеры, либо путем сканирования соответствую­щего аналогового изображения (аэронегатива, реже - диапозитива).

Пиксел цифрового изображения является оптически однородным, и внутри его отдельные элементы изображения не выделяются. Экспе­риментально установлено, что для воспроизведения на цифровом снимке компактного объекта (§ 50) его размер должен быть не менее четырех пикселов.

Растровое изображение строится из составляющих его пикселов, размещаемых построчно слева направо и сверху вниз, а доступ к ка­кому-либо из них осуществляется по номеру соответствующего стол­бца (ix) и строки (£у). Эти величины и используются в качестве коор­динат пиксела в системе opixiy (рис. 14.1) с началом в левом верхнем углу изображения и осями, совмещенными с его внешними границами.

Растровые координаты пиксела ix и iy относятся к его центру, хотя с помощью математического аппарата (например, при переносе со смежного снимка) они могут быть найдены с точностью порядка 0,1 от его размера. В этих случаях для доступа к пикселу используется целая часть его растровых координат.

При фотограмметрической обработке цифрового изображения не­обходимо знать физические координаты избранной точки в линейной форме (в мм или мкм). Расчет таких координат выполняется по рас­тровым координатам и известному размеру пиксела.

Способы получения цифровых изображений

Цифровые изображения получают двумя способами, один из кото­рых предполагает сканирование полученных в процессе аэрофото­съемки аэронегативов, а второй - непосредственно в процессе съемки, с использованием цифровых съемочных систем (сенсоров). В обоих случаях цифровое изображение формируется с помощью фотодиодов, либо приборов с зарядовой связью (ПЗС) в форме ПЗС-матрицы или ПЗС-линейки с примерно одинаковыми техническими возможностями.

При использовании ПЗС-матрицы кадр изображения формируется по схеме, аналогичной фотокамере, в фокальной плоскости которой вместо фотопленки располагается ПЗС-матрица. Применение ПЗС-линейки предполагает сканирование местности или изображения параллельными маршрутами.

Сканирование фотоснимков выполняется с помощью оп­тико-электронных приборов - сканеров различных конструкций, из которых в топографо-геодезическом производстве применяются только фотограмметрические сканеры планшетного или барабанного типа.

Ч JaK. 344 ~ 257

Фотограмметрические сканеры характеризуются высоким гео­метрическим разрешением и высокой геометрической точностью, оп­ределяемой величиной ошибки сканирования и повторяемостью (из­менением ошибки в десяти сканированиях). С их помощью можно сканировать черно-белые (полутоновые) или цветные снимки. Тех­нические характеристики некоторых наиболее распространенных фо­тограмметрических сканеров приведены в табл. 14.1; наличие 24-х уровней квантования свидетельствует о возможности получения цвет­ного изображения (3 канала по 8 бит).

Таблица 14.1

 

Наименование	Характеристика фотограмметрического сканера
характеристики	ОАО «Пеленг», РБ	«Дельта», Украина	СКФ-П. Россия	DSW500 LH System
Размер снимка, мм Размер пиксела, мкм Ошибка сканирования, мкм Число уровней квантования, бит	300x400 5 ±2 3x8 =24 (цв)	300x450 8-128 ±3 3x8 =24 (цв)	300x300 8 ±3 3x8 =24 (цв)	260x260 9 ±2 1x10 (ч/б)

Некоторые фотограмметрические сканеры (например, «Дельта» и др.) предусматривают возможность сканирования аэронегативов непо­средственно с аэрофильмов, как это и практикуется в фотограмметри­ческом производстве.

Затраты времени на сканирование характеризуются следующими данными для сканера «Дельта» (рис. 14.2): черно-белый снимок фор­мата 23x23 см с геометрическим разрешением 8 мкм сканируется за 12 минут, а с геометрическим разрешением 30 мкм - за 4 минуты. Для по­лучения цветного растрового изображения того же формата и с той же геометрической точностью требуется 30 и 9 минут соответственно.

Важнейшим этапом технологии формирования цифрового изо­бражения является эталонирование сканера, особенно в случае,

если он не является фотограммет­
рическим. Сущность эталонирова­
ния заключается в жанировании
контрольной сетки с занесенными
на нее горизонтальными и верти­
кальными штрихами, расстояния
между которыми известны с точно­
стью 1-2 мкм. На полученном изо­
бражении измеряют растровые ко­
ординаты ix, iy крестов КОИ­
ТУС. 14.2. Фотограмметрический сканер трольной сетки В системе Ор1_Х1у
«Дельта» (Украина) (рис. 14:1), преобразуют их в ли-

псиную меру с учетом заданного геометрического разрешения и срав­нивают полученные значения с точными координатами, отсчитанными но контрольной сетке. По найденным разностям координат соот­ветствующих точек строят поле искаясений, характеризующее все виды 1хюметрических погрешностей, вносимых сканером в той или иной точке ноля сканирования.

В последующем полученные этим сканером изображения могут быть исправлены в соответствии с параметрами поля искажений. Как свидетельствуют публикации, таким способом искажения фотограм­метрического сканера можно уменьшить до 1 мкм.

Цифровые съемочные системы (сенсоры) появи­лись только на рубеже веков. К этому времени было достигнуто сопоставимое с фотоснимками геометрическое разрешение (5-6 мкм), появились средства хранения громадных объемов информации (порядка 1 I б и более на каждый снимок), создана аппаратура стабилизации съемоч­ной камеры в полете и высокоточного определения координат центров фотографирования.

В настоящее время успешно эксплуатируются несколько дифровых камер различных конструкций, в частности: ADS40 (фирма LH-System, Швейцария), DMC2001 (фирма Z/I Imaging (США, Германия), IIRSC (центр космических исследований Германии DLR) и др., обес­печивающие возможность получения изображений как в видимой час­ти спектра, так и в инфракрасном диапазоне. Имеются данные о Рос­сийских цифровых съемочных комплексах ЦТК-140 и ЦТК-70. Не­которые характеристики этих камер приведены в табл. 14.2.

Таблица 14.2

 

Наименование	Характе	ристика камеры
характеристики	ADS40	DMC	HRSC	ЦТК-140	ЦТК-70
Фокусное расстояние, мм	62,5		47-И 75
Светочувствительный ПЗС-элемент	линейка	матрица	линейка	линейка	линейка
Число элементов в строке (кадре)	12 000	7680x13824	12 172	22 000	10 200
Размер пиксела, мкм	6,5		6ч-7
Число спектральных каналов
Радиометрическое разрешение, бит			8-12		10/8

С точки зрения фотограмметрической обработки цифровых изо­бражений, получаемых с помощью цифровых съемочных систем на ПЗС-линейках, чрезвычайно важны два обстоятельства:

1. Геометрия снимков не соответствует центральной проекции, по­скольку каждая их строка формируется из собственного центра. Фото­грамметрическая обработка таких снимков выполняется на основе проективных или топологических преобразований, обеспечивающих определение пространственного положения, формы и размеров изо­браженных на них объектов.

2. Результатом съемки являются не кадровые снимки, а полосы изображений, так что стереоскопические наблюдения и измерения воз­можны только по полосе перекрытия со смежным маршрутом (рис. 14.3, а) или при условии отклонения направления обзора.

А) б)

Рис. 14.3. Сканирование местности с записью результатов на одну (а) и три (б) ПЗС-линейки

Отсутствие продольных перекрытий сканерных снимков сущест­венно снижает возможности их фотограмметрической обработки, поэто­му современные съемочные системы предусматривают либо одновре­менное применение нескольких ПЗС-линеек, каждая из которых форми­рует изображение по определенному направлению (рис. 14.3, б), либо съемку с отклонением направления обзора

Так, цифровая система ASD40 имеет в фокальной плоскости три ПЗС-линейки, одна из которых обеспечивает съемку полосы по на­правлению «вперед», вторая - полосы в направлении точки надира («вниз»), а третья - полосы «назад». Совместная обработка трех полос изображений позволяет получить продольные перекрытия и выпол­нить стереоскопические наблюдения.

Цифровая съемочная система HRSC (High Resolution Stereo Came­ra) с помощью девяти линеек ПЗС в фокальной плоскости объектива выполняет съемку одновременно девяти перекрывающихся полос, пять из которых используется для стереообработки, а остальные че­тыре обеспечивают получение изображения в том или ином оптиче­ском диапазоне.

⇐ Предыдущая47484950515253545556Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: