Способ определения морфометрических характеристик объекта Советский патент 1992 года по МПК G01C11/04 

Изобретение относится к аэрокосмической съемке и может быть использовано при определении морфометрических характеристик объектов, в частности для опознавания географического региона.

Известен способ определения морфометрических характеристик ландшафта, за- ключающийся в том, что после формирования изображений с каждого из них оптическим путем формируют изображение контрастов, для чего выполняют операции сложения исходного изображения с негативной копией со сдвигом их относительно друг друга на разрешаемый элемент в горизонтальном направлении, а также сложение при тех же условиях исходного

изображения с позитивной копией, формируют первое изображение путем деления первого результата сложения на второй, выполняют те же операции со сдвигом на элемент разрешения в вертикальном направлении полученных копий и формируют второе изображение, оптическим сложением первого и второго изображений получают изображение контрастов. По полученному изображению контрастов выполняют сканирование не менее чем в двух азимутальных направлениях и в результате сканирования определяют дешифрируемые параметры снимка. Недостаток способа состоит в необходимости получать, кроме пер- вичного снимка, еще не менее пяти

VI

го

00 & Os

различных копий с последующим поэлементным сканированием. Это требует сложной аппаратуры для получения и обработки снимков, причем на формирование каждой копии необходимы значительные затраты времени, а детальное двумерное сканирование требует выполнения большого числа операций и также увеличивает время выдачи информации. Кроме того, трудности в обеспечении режимов получения и обработки копий снимков приводят к снижению точности результатов.

Известен также другой способ, основанный на опознавании типа почвы данного географического региона. Этот способ основан на двукратном измерении оптических плотностей одного и того же участка почв на двух кадрах аэроснимков с продольным перекрытием снимков в 2/3 кадра, так, чтобы направления на соответствующие точки кадров на двух последовательных снимках составляли угол не менее 90°, и по разности оптических плотностей в этих точках определяют тип почвы в данном географическом регионе. По типу почвы, обращаясь к банку данных, можно опознать географический регион. Недостатком этого способа является невысокая точность опознавания ландшафта из-за того, что определяются характеристики лишь одной точки географического региона, что не позволяет использовать информацию, заключенную в геометрических и оптико-физических характеристиках ландшафта, таких, например, как контур и форма географического региона и пространственное распределение яркости отраженного от него оптического излучения. Кроме того, для реализации этого способа необходимо выполнить не менее двух снимков, затратить время на пролет аэрокосмического носителя для обеспечения перекрытия снимков, что снижает производительность работы и оперативность выдачи информации.

Известен способ, используемый для определения морфометрических характеристик объектов растительного покрова Земли. Способ основан на том, что при помощи зенитной полусферической фотографии, производимой в лесу, получают снимок в виде круга и по интегральному ослаблению света, проходящего через негатив, определяют процент сомкнутости крон деревьев. Способ позволяет определить степень затенения неба растительностью, однако не позволяет выявить особенности морфологической структуры растительного покрова и, следовательно, имеет низкую точность. В частности, независимо от местоположения светлых и темных участков на

снимке, интегральное ослабление света, проходящего через снимок, будет одинаковым, что не позволяет определить морфо- метрическую характеристику ландшафта с

высокой точностью.

Цель изобретения - повышение точности определения морфометрических характеристик объекта за счет учета как геометрических, так и оптико-физических

его особенностей, т. е. за счет увеличения количества используемых информативных признаков объекта. Эта цель достигается тем, что перед измерением оптической плотности снимка производят деление

снимка на две равные по площади части, после чего границу раздела поворачивают в плоскости снимка на угол Л а не более 10° и последовательно осуществляют дополнительные измерения и сравнения оптических

плотностей двух половинок снимка п -1 раз, где п 180°/Да, а сравнение результатов измерений выполняют путем деления соответствующих оптических плотностей. По сравнению с прототипом предлагаемый

способ позволяет идентифицировать место съемки.

Способ основан на том положении, что каждый географический регион обладает неповторимой морфогенетической структурой, заключающейся в геометрических формах рисунка изображения региона и оптических характеристиках отражающей поверхности ландшафта и проявляющейся в характерном для данного региона распределении альбедо подстилающей поверхности. Это распределение может быть зашифровано в виде азимутального распределения отношения или разности альбедо двух равных по площади частей региона,

разделенных условной границей раздела, которая вращается в плоскости снимка вокруг точки, совпадающей с центром региона. Вращение происходит с дискретом Дане более 10°. Поскольку альбедо пропорционально потоку отраженного излучения и, следовательно, оптической плотности снимка изображения региона, то характерные особенности региона оказываются зашифрованными в азимутальном распределении

отношения или разности оптических плотностей соответствующих частей снимка. Следовательно, определенное таким образом азимутальное распределение является морфометрической характеристикой ландшафта данного географического региона или какого-либо другого объекта.

Сущность способа заключается в следующем.

Пусть получен снимок изображения объекта в виде круга с центром О, как показано на фиг. 1. На этом снимке всегда можно выделить как более светлые участки 1, так и более темные участки 2, расположенные относительно центра определенным образом. Снимок оптическим путем разделяют на две равные части при помощи условной границы раздела 3, проходящей через центр О и ориентированной под углом «относительно опорного направления 4. Левая и правая относительно границы раздела части снимка имеют, вообще говоря, разные оптические плотности Фя и Фп соответственно. Их разность Д Ф (а) Фл - Фп, равно как и отношение Фл/Фп, будет зависеть от угла о, как показано на фиг. 2, в виде сплошной линии 5. Если центр снимка О сместится, что равнозначно изменению географического региона, то зависимость А Ф (а) также изменится, и будет определяться другой, пунктирной линией 6 на фиг. 2.

Способ осуществляется следующим образом.

Пусть объект (см.фиг. 3) круговой формы с центром О характеризуется яркими и темными участками, разделенными прямолинейной границей. Негативный снимок этого объекта будет иметь темный участок 7 и светлый участок 8, с линией раздела 9, Снимок оптическим путем разделяют на две равные по площади части при помощи условной границы раздела 10. Такое разделение может быть осуществлено, например, вращающейся диафрагмой в форме полукруга, причем прямолинейная грань диафрагмы должна проходить через центр О. При фиксированном положении границы 10 под углом а. относительно опорного направления левая относительно границы раздела часть негативного снимка, содержащая темный участок 7, будет иметь большую оптическую плотность Фл, чем правая часть, содержащая светлую область 8 и имеющая оптическую плотность Фп. Следовательно, разность ДФ(«) Фл - Фп будет положительной и оставаться постоянной, равной Д Ф0, до тех пор, пока условная граница раздела не займет положения 11, соответствующего величине угла

а а , при котором условная граница раздела пересекает линию 9. Этот результат характеризуется участком 14 сплошной ломаной линии на фиг. 4. При дальнейшем повороте условной границы раздела разность ДФ(а) будет убывать, так как часть площади оптически более плотного участка 7 будет находиться справа от условной границы раздела, причем эта часть площади

0

линейно растет с увеличением угла а. При положении условной границы раздела, соответствующем углу a-Go на фиг. 3, когда площади светлых и темных участков снимка справа и слева от условной границы раздела равны, разность оптических плотностей Д Ф («о) 0. При дальнейшем повороте условной границы раздела разность оптических плотностей будет отрицательной,

0 уменьшаясь до величины -Д Ф0 с увеличе

нием угла о: до значения а , соответствующего моменту, когда более оптически плотный участок 7 целиком не окажется 5 справа от условной границы раздела 12. Этот результат характеризуется участком 15 сплошной ломаний линии на фиг. 4. При дальнейшем повороте границы 10 разность ДФ (а) будет оставаться постоянной, равной -Д Фо, так как соотношение площадей светлых и темных участков снимка справа и слева от границы 10 не будет меняться, Этот результат характеризуется участком 16 сплошной ломаной линии на фиг. 4. Из coe ображекий симметрии очевидно, что выполняется соотношение ДФ(180° + а) - Д Ф («), поэтому оказывается достаточным произвести измерения оптических плотностей и их разностей (или отношений) в пре- Q делах углов от 0 до 180° - Да. Полученный результат обработки снимка характеризуется сплошной ломаной линией на фиг. 4. Характерные точки излома этой линии; а также

значения углово: , Оо и а полностью опре5 деляют положение центра О данного объекта. Если центр О сместится относительно линии раздела 9 между участками 7 и 8 на фиг. 3, то это отразится на результате обработки так, что вместо сплошной линии на фиг.

0 4 будет пунктирная линия 17. Таким образом, вид линии на фиг. 4, отражающей зависимость Д Ф (а), а также положение характерных точек этой линии (точки экстремумов, пересечений оси абсцисс и др.), однозначно

5 характеризует данный объект и представляет его морфометрическую характеристику.

Вместо разностей оптических плотностей можно использовать отношение Фл/Фп или какую-либо другую функцию от

0 Фл и Фп, которая будет зависеть от угла поворота условной границы раздела и, следовательно, будет являться морфометриче- ской характеристикой данного объекта. Преимуществом отношения Фл/Фп являет5 ся меньшая чувствительность к условиям съемки и обработки снимков.

Формула изобретения Способ определения морфометриче- ских характеристик объекта на снимке,

h

включающий формирование банка данных путем измерения интегральных значений оптических плотностей эталонных изображений, измерение интегрального значения оптической плотности изображения объекта, сопоставление полученного результата с эталонными значениями банка данных и идентификацию морфометрических характеристик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перед измере

нием оптической плотности делят изображение на две равные части, а измерение оптической плотности производят отдельно для каждой части, последовательно поворачивая границу раздела частей изображения на угол Да п - 1 раз, где п 180°/Да а сопоставление производят по вычисленным отношениям оптических плотностей частей изображения при каждом положении границы.

Изобретение относится к аэрокосмической съемке и может быть использовано при определении морфометрических характеристик ландшафтов. Изобретение позволяет 2 повысить точность определения морфометрических характеристик объектов. Предварительно формируют банк данных путем измерения интегральных значений оптических плотностей эталонных изображений. Затем при измерении интегрального значения оптической плотности изображения объекта делят изображение на две равные части, а измерение оптической плотности производят отдельно для каждой части, последовательно поворачивая границу раздела частей изображения на угол Дап- 1 раз, где п 180°/Да. Сопоставление полученного результата с эталонными значениями производят по вычисленным отношениям оптических плотностей частей изображения при каждом положении границы, что позволяет более точно опознавать географические регионы. 4 ил. / L (Л С

5 6

о

18Q а.угл.грпд.

Фие. 1

Фиг.З

ФигЛ