stringtranslate.com

Интерпретация аэрофотоснимков и спутниковых снимков

Интерпретация фотографий в Национальном центре интерпретации фотографий США во время Карибского кризиса .

Интерпретация аэрофотоснимков и спутниковых изображений , или просто интерпретация изображений в контексте, представляет собой процесс изучения фотографических изображений , в частности, полученных с воздуха и из космоса , для идентификации объектов и оценки их значимости. [1] Это обычно используется в военной воздушной разведке с использованием фотографий, полученных с разведывательных самолетов и разведывательных спутников .

Принципы интерпретации изображений разрабатывались эмпирически более 150 лет. Самыми основными являются элементы интерпретации изображений: местоположение, размер, форма, тень, тон/цвет, текстура, рисунок, высота/глубина и место/ситуация/ассоциация. Они обычно используются при интерпретации аэрофотоснимков и анализе фотоподобных изображений. Опытный интерпретатор изображений использует многие из этих элементов интуитивно. Однако новичку может потребоваться не только осознанно оценить неизвестный объект в соответствии с этими элементами, но и проанализировать значимость каждого элемента по отношению к другим объектам и явлениям изображения.

Угол зрения

Вертикальные изображения и фотографии

Вертикальные аэрофотоснимки составляют более 95% всех полученных аэрофотоснимков. [2] Принципы получения вертикальных фотографий показаны на рисунке 2. [3] [4] Включены две основные оси, которые исходят из объектива камеры. [3] Одна из них — вертикальная ось , которая всегда находится под углом 90° к исследуемой области. [3] Другая — ось камеры , которая изменяется в зависимости от угла камеры. [3] Для получения вертикальной аэрофотоснимка обе эти оси должны находиться в одном и том же положении. [3] Вертикальные изображения получаются камерой, которая находится над фотографируемым объектом без какого-либо наклона или отклонения оси камеры. [5] Области на вертикальной аэрофотоснимке часто имеют постоянный размер. [4]

Рисунок 2: Принцип вертикальной аэрофотосъемки. [3] [4]

Перспективные аэрофотоснимки

Наклонные аэрофотоснимки получаются, когда камеры устанавливаются под определенным углом к ​​земле. [5] Это очень полезное улучшение или дополнение к традиционному вертикальному изображению. [2] Оно позволяет взгляду проходить через относительно большую часть растительного покрова и листьев деревьев. [2] Наклонные аэрофотоснимки можно разделить на два типа.

Низкий наклонный

Низконаправленные аэрофотоснимки получаются, когда ось камеры имеет разницу в углу 15–30° от вертикальной оси , как показано на рисунке 3. [3] Горизонт, разделительная граница между планетой и атмосферой с угла обзора , [6] не наблюдается на низконаправленном аэрофотоснимке. [5] Расстояние между двумя точками невозможно рассчитать, и оно неточно, поскольку низконаправленное изображение не имеет масштаба. Ориентация объектов также неточна. [5] Низконаправленные фотографии можно использовать в качестве справочного материала перед исследованием места, поскольку они дают обновленные данные о местных местах. [3] [4]

Рисунок 3: Принцип низконаклонной аэрофотосъемки [3] [4]

Высокий наклонный

Высоконаклонные аэрофотоснимки получаются, когда ось камеры имеет разницу в углу 60° от вертикальной оси , как показано на рисунке 4. [3] В этом случае горизонт виден. [5] Этот тип фотографии захватывает довольно большую область. [5] Как и в низконаклонной фотографии, расстояние между двумя точками и ориентация объектов неточны. [5] Высоконаклонные аэрофотоснимки широко используются для помощи в полевых исследованиях, поскольку показанная линия зрения больше похожа на человеческую. [3] Особенности и структуры можно легко распознать. [4] Однако ландшафты, здания и склоны холмов, которые заблокированы горными районами, не видны. [4]

Рисунок 4: Принцип высоконаклонной аэрофотосъемки. [3] [4]

Цвет и ложный цвет

Черно-белый

Черно-белые аэрофотоснимки часто используются для рисования карт, таких как топографические карты . [5] Топографические карты представляют собой точные, подробные описания характеристик рельефа местности, обнаруженных в областях или регионах. [7] Черно-белая аэрофотосъемка способна создавать качественные изображения в плохих погодных условиях, таких как туман и дымка. [2]

Цвет

Цветные аэрофотоснимки сохраняют и фиксируют цвета исходных объектов через многочисленные слои внутри пленки. [8] Цветные фотографии можно использовать для различения различных видов почв, горных пород и отложений, которые расположены над слоями горных пород, а также некоторых загрязненных источников воды. [5] Деградацию деревьев , вызванную насекомыми, также можно определить с помощью цветных аэрофотоснимков. [5] Это может помочь в обнаружении мест хранения материалов в естественной среде, таких как деревья, дикие животные и нефть. [4]

Цветной инфракрасный

Цветные инфракрасные аэрофотоснимки получаются с помощью пленки с ложными цветами , которая изменяет исходный цвет различных объектов на «ложный цвет». [2] [5] Например, луга и леса, которые по своей природе зеленые, имеют красный цвет. [2] Но некоторые искусственные объекты, покрытые зеленым, могут иметь синий цвет. [2] Это явление связано с тем, что растения отражают больше инфракрасного излучения (ИК), чем искусственные объекты. [2] Густой растительный покров может давать более интенсивный красный цвет, чем редкий растительный покров. Это помогает определить, здоровы ли деревья или нет. [5] Это также дает представление о скорости роста растений. [5] Это полезно при определении границы между сушей и океаном или озерами, поскольку океан не отражает ИК. [2]

Высоты

Высотный

Высотные аэрофотоснимки делаются, когда самолет летит на высоте от 10 000 до 25 000 футов. [2] Преимущество высотной аэрофотосъемки заключается в том, что она позволяет зафиксировать информацию о большей площади, сделав всего одну фотографию. [5] Однако высотные фотографии не могут показать столько же деталей, сколько низковысотные, поскольку некоторые объекты, такие как здания, дороги и инфраструктура, имеют очень маленький размер на изображении. [5]

Малая высота

Аэрофотоснимки с малых высот делаются, когда самолет летит на высоте менее 10 000 футов. [2] Объекты на фотографии имеют больший размер и содержат больше деталей по сравнению с объектами на фотографиях с большой высоты. [5] Благодаря этому преимуществу регулярный сбор фотографий с малых высот проводится каждые шесть месяцев с 1985 года. [2]

Шкала

Рисунок 5: Принцип масштабирования аэрофотоснимков [4] [2]

Масштаб аэрофотосъемки или спутниковых снимков — это значение, вычисляемое путем деления разницы высот между фотопленкой и объективом камеры на разницу между объективом камеры и поверхностью местности . [4] Его также можно измерить, разделив измеренную длину двух мест на фотографии на длину этих мест в реальности. [4] [3] На рисунке 5 показано несколько связанных терминов и символов. Фокусное расстояние (f) относится к разнице высот между пленкой и объективом. [2] [4] H — это разница высот между объективом и уровнем моря, который является средним уровнем водной поверхности. [2] [4] h — это разница высот между поверхностью местности и уровнем моря. [2] [4] S — масштаб аэрофотоснимков. [2] [4] — это формула для измерения масштаба. [2] [4] Это измерение контролирует количество и типы зданий, наблюдаемых на фотографиях, возникновение некоторых конкретных характеристик и определенность измерений. [3] Например, крупномасштабная фотография обычно дает более точное измерение расстояния по сравнению с мелкомасштабной фотографией. 1:6000–1:10000 — лучший диапазон масштабов для исследования оползней и геологического картирования для оценки грунта. [2]

Крупномасштабные изображения

Крупномасштабные аэрофотоснимки сделаны в масштабе от 1:500 до 1:1000. [9] Этот тип фотографий лучше всего подходит для местных исследований на месте . [9] Он выглядит как увеличенная карта.

Мелкомасштабные изображения

Мелкомасштабные аэрофотоснимки сделаны в масштабе от 1:5000 до 1:20000. [9] Они больше подходят для исследований провинций или больших территорий . [9]

Интерпретация образов

Элементы для интерпретации

Размер

Размер объекта является одной из самых отличительных характеристик и одним из самых важных элементов интерпретации. Чаще всего измеряются длина, ширина и периметр. Чтобы сделать это успешно, необходимо знать масштаб фотографии. Измерение размера неизвестного объекта позволяет интерпретатору исключить возможные альтернативы. Доказано, что полезно измерять размер нескольких известных объектов, чтобы сравнить их с неизвестным объектом. Например, размеры поля для таких основных видов спорта, как футбол, американский футбол и бейсбол, являются стандартными во всем мире. Если на изображении видны такие объекты, можно определить размер неизвестного объекта, просто сравнив их.

Форма

В мире существует бесконечное количество уникальных по форме природных и рукотворных объектов. Несколько примеров формы — треугольная форма современного реактивного самолета и форма обычного односемейного жилища. Люди изменили ландшафт очень интересными способами, что придало форму многим объектам, но природа также формирует ландшафт по-своему. В целом, прямые, прямолинейные черты в окружающей среде имеют человеческое происхождение. Природа создает более тонкие формы.

Тень

Практически все данные дистанционного зондирования собираются в течение 2 часов после солнечного полудня, чтобы избежать расширенных теней на изображении или фотографии. Это связано с тем, что тени могут скрывать другие объекты, которые в противном случае могли бы быть идентифицированы. С другой стороны, тень, отбрасываемая объектом, выступает в качестве ключа для идентификации объекта, поскольку длина тени будет использоваться для оценки высоты объекта, что имеет жизненно важное значение для распознавания объекта. Возьмем, к примеру, монумент Вашингтона в Вашингтоне, округ Колумбия. При просмотре сверху может быть трудно различить форму памятника, но с отбрасываемой тенью этот процесс становится намного проще. Хорошей практикой является ориентация фотографий таким образом, чтобы тени падали на интерпретатора. Псевдоскопическая иллюзия может возникнуть, если тень направлена ​​от наблюдателя. Это происходит, когда низкие точки кажутся высокими, а высокие точки кажутся низкими.

Тон и цвет

Реальные материалы, такие как растительность, вода и голая почва, отражают различные пропорции энергии в синей, зеленой, красной и инфракрасной частях электромагнитного спектра. Интерпретатор может задокументировать количество энергии, отраженной от каждой из них на определенных длинах волн, чтобы создать спектральную сигнатуру . Эти сигнатуры могут помочь понять, почему определенные объекты выглядят так, как они выглядят на черно-белых или цветных изображениях. Эти оттенки серого называются тоном. Чем темнее выглядит объект, тем меньше света он отражает. Цветные изображения часто предпочитаются, потому что, в отличие от оттенков серого, люди могут различать тысячи различных цветов. Цвет помогает в процессе интерпретации фотографий.

Текстура

Это определяется как «характерное размещение и расположение повторений тона или цвета на изображении». Прилагательные, часто используемые для описания текстуры, — гладкая (однородная, однородная), промежуточная и грубая (грубая, неоднородная). Важно помнить, что текстура — это продукт масштаба. На крупномасштабном изображении объекты могут казаться имеющими промежуточную текстуру. Но по мере уменьшения масштаба текстура может казаться более однородной или гладкой. Несколько примеров текстуры — «гладкость» асфальтированной дороги или «шероховатость» соснового леса.

Шаблон

Pattern (паттерн) — это пространственное расположение объектов в ландшафте. Объекты могут быть расположены хаотично или систематически. Они могут быть естественными, как дренажная система реки, или искусственными, как квадраты, образованные Системой обследования государственных земель США . Типичные прилагательные, используемые для описания паттерна: случайный, систематический, круговой, овальный, линейный, прямоугольный и криволинейный, и это лишь некоторые из них.

Высота и глубина

Высота и глубина, также известные как «возвышение» и «батиметрия», являются одними из самых диагностических элементов интерпретации изображения. Это связано с тем, что любой объект, например, здание или электрический столб, возвышающийся над местным ландшафтом, будет демонстрировать некий радиальный рельеф. Кроме того, объекты, которые демонстрируют этот рельеф, будут отбрасывать тень, которая также может предоставить информацию о его высоте или возвышении. Хорошим примером этого могут служить здания любого крупного города.

Другие факторы, которые следует учитывать при интерпретации

Метаданные фотографии

Аэрофотоснимок содержит различные данные и информацию о покрытой области, а также о положении и состоянии самолета. [2] Эти данные измеряются и отмечаются панелью данных, которая включает в себя различные устройства и инструменты для конкретных измерений. [2] На рисунке 8 показан общий формат вертикального аэрофотоснимка.

Рисунок 8: Детали аэрофотоснимка. Включает фокусное расстояние , высоту полета , местоположение, номер фотографии, записанное время и дату и т. д. [2]

Расположение

Существует два основных метода получения точного местоположения в виде координат. 1) съемка в полевых условиях с использованием традиционных методов съемки или инструментов глобальной системы позиционирования.
2) собрать данные дистанционного зондирования объекта, исправить изображение и затем извлечь нужную информацию о координатах. Большинство ученых, выбравших вариант 1, теперь используют относительно недорогие приборы GPS в полевых условиях для получения нужного местоположения объекта. Если выбран вариант 2, большинство самолетов, используемых для сбора данных дистанционного зондирования, имеют приемник GPS.

Предыстория сайта и ассоциации

Участок имеет уникальные физические характеристики, которые могут включать высоту, уклон и тип поверхностного покрова (например, трава, лес, вода, голая почва). Участок также может иметь социально-экономические характеристики, такие как стоимость земли или близость к воде. Ситуация относится к тому, как объекты на фотографии или изображении организованы и «расположены» по отношению друг к другу. Большинство электростанций имеют материалы и здания, связанные довольно предсказуемым образом. Ассоциация относится к тому факту, что когда вы находите определенную деятельность на фотографии или изображении, вы обычно сталкиваетесь с связанными или «ассоциированными» особенностями или видами деятельности. Участок, ситуация и ассоциация редко используются независимо друг от друга при анализе изображения. Примером этого может служить большой торговый центр. Обычно там есть несколько больших зданий, огромные парковки, и он обычно расположен недалеко от главной дороги или перекрестка.

Аэрофотоснимки перекрываются

Наложение аэрофотоснимков означает, что около 60% покрытой площади каждого аэроснимка накладывается на предыдущий. [2] Каждый объект вдоль траектории полета можно наблюдать как минимум дважды. [2] Целью наложения аэрофотоснимков является создание трехмерной топографии или рельефа при использовании стереоскопа для интерпретации. [2] Стереоскоп — это инструмент, используемый для просмотра трехмерных перекрывающихся аэроснимков. [2]

Достичь требований двух выбранных, перекрывающихся изображений просто. Главные точки (центральная точка изображения в геометрии) двух фотографий должны находиться в разных местах на местности. [2] Другое ограничение заключается в том, что масштаб изображений должен быть одинаковым. [2] Маршруты полетов самолетов и время суток не ограничены. [2]

Рисунок 9: Эта схема описывает принцип перекрытия двух покрытых зон вдоль одной траектории полета. [2]

Ориентация аэрофотогеометрии

Предпочтительная ориентация аэрофотоснимка тесно связана с положением Солнца и элементом тени. [2] В Северном полушарии южное направление всегда является положением Солнца. [2] Поэтому тени обычно образуются на северной стороне. [2] Это затем влияет на элемент тени на аэрофотоснимках. Например, если самолет летит с севера на юг, солнечный свет также идет на север, и тени, которые показывают формы объектов, можно четко наблюдать на аэрофотоснимках. [2] Если самолет летит с юга на север, тени не будут четко наблюдаться. [2] Для интерпретации фотографий предпочтительно, чтобы изображение было сделано так, чтобы тени можно было четко наблюдать [2], поскольку тени могут подчеркнуть рельеф топографии. [2] Такая ориентация изображения также помогает геологам связывать 3D-изображения с тем, что они наблюдают. [2]

Рисунок 10: Эта диаграмма показывает положение Солнца (юг). Когда солнечный свет падает с юга, тень обычно находится в северном направлении. Поэтому самолет, летящий с севера на юг, может четко зафиксировать элементы тени объектов. [2]

Смещение и искажение

Искажение и смещение — два распространенных явления, наблюдаемых на аэрофотоснимках.

Смещение

Смещение является результатом изменения топографического рельефа в пределах охватываемой территории. [4] Базовая плоскость , которая относится к среднему уровню моря, имеет важное значение в явлении смещения. [4] Для местоположения, которое имеет высоту выше, чем у базовой плоскости, исходное положение будет смещаться от центральной точки изображения. [4] Для местоположения, которое имеет высоту ниже, чем у базовой плоскости, исходное положение будет смещаться ближе к центральной точке изображения. [4]

Рисунок 11. На этой диаграмме показан пример смещения. A — это местоположение, которое находится ниже плоскости отсчета. Оно движется внутрь к центральной точке. B — это местоположение, которое находится выше плоскости отсчета. Оно движется от центральной точки. Эти местоположения смещаются в противоположном направлении. [4]

Искажение

Искажение относится к любому изменению местоположения объекта или региона на аэрофотоснимке, которое изменяет его первоначальные особенности и формы. [2] Обычно оно появляется около границы изображения. [2] Существует две причины искажения. Первая — наклон и наклон самолета . [4] Когда самолет поднимается или опускается, он производит наклон. [4] Когда самолет наклоняется в определенном направлении во время аэросъемки, он производит наклон . [ 4] Ось наклона перпендикулярна оси наклона. [4] Вторая причина — обработка фотографий . [4] Это процесс, используемый для изменения экспонированной фотопленки для создания аэрофотоснимка. [10] Когда увлажненная пленка высыхает, она расширяется в одной ориентации и сжимается в другой ориентации. [4] Это вызывает лишь небольшое искажение. [4]

Доцифровые методы интерпретации с использованием зеркального стереоскопа

  1. Выберите два (2) аэрофотоснимка, сделанных один за другим, и убедитесь, что наложение составляет не менее 60% . [2]
  2. Убедитесь, что они расположены в одинаковой ориентации, а северная часть аэрофотоснимка, а также созданные тени должны быть направлены к интерпретатору. [2]
  3. Убедитесь, что расстояние между парой окуляров (линз, используемых в стереоскопе для наблюдения) соответствует расстоянию между глазами . [2]
  4. Положите оба указательных пальца на один и тот же, легко идентифицируемый объект на каждой из фотографий. [2]
  5. Медленно перетаскивайте фотографии до тех пор, пока два объекта не наложатся друг на друга под стереоскопом. [2]
  6. Затем перекрывающиеся области отображаются в стереоскопе в формате 3D. [2]
    Рисунок 12: Пример зеркального стереоскопа .


Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Американское общество фотограмметрии; Колвелл, Р. Н. (1960). Руководство по интерпретации фотографий. Американское общество фотограмметрии . Получено 23.01.2022 .
  2. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as at au Ho, H (2004). "Применение интерпретации аэрофотоснимков в геотехнической практике Гонконга (диссертация на степень магистра наук)". Университет Гонконга, Покфулам, САР Гонконг . doi :10.5353/th_b4257758 (неактивен 1 ноября 2024 г.).{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
  3. ^ abcdefghijklmn Национальный совет по исследованиям в области образования и обучения. (2006). Введение в аэрофотосъемку. В практической работе по географии (стр. 69–83). Отдел публикаций секретаря. https://www.philoid.com/epub/ncert/11/214/
  4. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz aa ab ac Криско, У. (1988). Интерпретация аэрофотоснимков. Министерство внутренних дел США, Бюро по управлению земельными ресурсами.
  5. ^ abcdefghijklmnop Имам, Э. (2018). Аэрофотосъемка и фотограмметрия.
  6. ^ Саламоне, MA (2017). Равенство и справедливость в ранних греческих космологиях: парадигма «линии горизонта».
  7. ^ Правительство Австралии. (2014). Что такое топографическая карта? Geoscience Australia.
  8. ^ Национальный архив кино и звука Австралии. (2018). ЦВЕТНОЙ ФИЛЬМ. https://www.nfsa.gov.au/preservation/preservation-glossary/colour-film
  9. ^ abcd Геотехнический инженерный офис, Департамент гражданского строительства и развития. (1987). Руководство по исследованию участка (Geoguide 2) (стр. 1–352) https://www.cedd.gov.hk/filemanager/eng/content_108/eg2_20171218.pdf
  10. ^ Карлхайнц Келлер и др. «Фотография» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2005, Wiley-VCH, Вайнхайм. doi:10.1002/14356007.a20_001

Дальнейшее чтение