Интерпретация аэрофотосъемки и спутниковых изображений

«Интерпретация аэрофотоснимков» перенаправляется сюда. Для использования в геологии см. Интерпретация аэрофотоснимков (геология) .

Интерпретация фотографий в США Национальном центре интерпретации фотографий во время кубинского ракетного кризиса .

Интерпретация аэрофотоснимков и спутниковых изображений или просто интерпретация изображений в контексте — это исследование фотографических изображений , особенно с воздуха и из космоса , для идентификации объектов и оценки их значимости. Это обычно используется в военной воздушной разведке с использованием фотографий, сделанных с самолетов-разведчиков и разведывательных спутников .

Принципы интерпретации изображений разрабатывались эмпирически более 150 лет. Самыми основными являются элементы интерпретации изображения: местоположение, размер, форма, тень, тон/цвет, текстура, узор, 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 сознательно оценить неизвестный объект по этим элементам, но и проанализировать значение каждого элемента по отношению к другим объектам и явлениям изображения.

Угол обзора

Вертикальные изображения и фотографии

Вертикальные аэрофотоснимки составляют более 95% всех полученных аэрофотоснимков. Принципы съемки вертикальных фотографий показаны на рисунке 2. Включены две основные оси, исходящие от объектива камеры. Одна из них — вертикальная ось , которая всегда находится под углом 90° к исследуемой области. Другой — ось камеры , которая меняется в зависимости от угла камеры. Чтобы сделать вертикальную аэрофотоснимку, обе эти оси должны находиться в одном и том же положении. Вертикальные снимки получаются камерой, находящейся над фотографируемым объектом, без наклона или отклонения оси камеры. Области на вертикальной аэрофотоснимке часто имеют одинаковый размер.

Рисунок 2: Принцип вертикальной аэрофотосъемки.

Косые аэрофотоснимки

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

Низкая косая

Аэрофотоснимки под небольшим углом получаются, когда ось камеры имеет отклонение угла от вертикальной оси на 15–30 ° , как показано на рисунке 3. Горизонт, разделительная граница между планетой и атмосферой под углом обзора , невозможно наблюдать на аэрофотоснимках под низким углом. Длина между двумя точками не может быть рассчитана и является неточной, поскольку изображение под низким углом не имеет масштаба. Ориентация объектов также неточна. Фотографии под низким углом обзора можно использовать в качестве справочной информации перед исследованием места, поскольку они дают обновленную информацию о местных местах.

Рисунок 3. Принцип аэрофотосъемки под малым углом наклона.

Высокая косая

Аэрофотоснимки под большим углом получаются, когда ось камеры имеет угол отклонения 60° от вертикальной оси , как показано на рисунке 4. В этом случае горизонт обозрим. Этот тип фотографии захватывает довольно значительную область. Как и на фотографии под низким углом, длина между двумя точками и ориентация объектов неточны. Аэрофотоснимки под большим углом широко используются при полевых исследованиях , поскольку показанная линия обзора больше похожа на человеческую. Особенности и структуры можно легко распознать. Однако пейзажи, здания и склоны холмов, загороженные горной местностью, не видны.

Рисунок 4: Принцип аэрофотосъемки под большим углом.

Цвет и ложный цвет

Черное и белое

Черно-белые аэрофотоснимки часто используются для рисования карт, например топографических карт . Топографические карты представляют собой точные и подробные описания характеристик местности, встречающихся в районах или регионах. Черно-белая аэрофотосъемка позволяет получать изображения хорошего качества в плохих погодных условиях, например, в тумане и туманном воздухе.

Цвет

Цветные аэрофотоснимки сохраняют и передают цвета оригинальных объектов через многочисленные слои внутри пленки. Цветные фотографии позволяют различать различные виды почв, горных пород и отложений, расположенных над слоями горных пород, а также некоторые источники загрязненной воды. Деградацию деревьев , вызванную насекомыми, можно также выявить с помощью цветных аэрофотоснимков. Он может помочь найти места хранения материалов в естественной среде, таких как деревья, дикие животные и нефть.

Цветной инфракрасный

Цветные инфракрасные аэрофотоснимки делаются с использованием пленки ложного цвета , которая меняет исходный цвет различных объектов на «ложный цвет». Например, луга и леса, которые по своей природе зеленые, имеют красный цвет. Но некоторые искусственные объекты, покрытые зеленым цветом, могут иметь синий цвет. Это явление связано с тем, что растения отражают больше инфракрасного излучения (ИК), чем рукотворные объекты. Плотный растительный покров может давать более интенсивный красный цвет, чем редкий растительный покров. Это помогает определить, здоровы деревья или нет. Это также свидетельствует о скорости роста растений. Это полезно при определении границы между сушей и океаном или озерами, поскольку океан не отражает ИК-излучение.

Высоты

Высотный

Высотные аэрофотоснимки делаются, когда самолет летит в диапазоне высот от 10 000 до 25 000 футов. Преимущество высотной аэрофотосъемки заключается в том, что она позволяет зафиксировать информацию о большей территории, сделав только одну фотографию. Однако фотографии с большой высоты не могут передать столько деталей, как фотографии с низкой высоты, поскольку некоторые объекты, такие как здания, дороги и инфраструктура, на изображении имеют очень крошечный размер.

Низковысотный

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

Шкала

Рисунок 5. Принцип масштабирования аэрофотоснимков.

Масштаб аэрофотосъемки или спутниковых снимков — это величина, рассчитываемая путем деления разницы высот между фотопленкой и объективом камеры на разницу между объективом камеры и поверхностью местности . Ее также можно измерить, разделив измеренную длину двух мест на фотографии на длину этих мест в действительности. На рисунке 5 показано несколько связанных терминов и символов. Фокусное расстояние (f) относится к разнице высот между пленкой и объективом. H — разница высот между линзой и уровнем моря, который представляет собой средний уровень водной поверхности. h – перепад высот между поверхностью местности и уровнем моря. S – масштаб аэрофотоснимков. $S={\tfrac {f}{(H-h)}}$ это формула измерения масштаба. Это измерение контролирует количество и типы зданий, наблюдаемых на фотографиях, наличие некоторых специфических характеристик и достоверность измерений. Например, крупномасштабная фотография обычно дает более точное измерение расстояния по сравнению с мелкомасштабной фотографией. От 1:6000 до 1:10000 — лучший диапазон масштаба для исследования оползней и геологического картирования для оценки грунта.

Крупномасштабные изображения

Крупномасштабные аэрофотоснимки — это снимки, сделанные в масштабе от 1:500 до 1:1000. Этот тип фотографий лучше всего подходит для исследования местных объектов . Это похоже на увеличенную карту.

Мелкомасштабные изображения

Мелкомасштабные аэрофотоснимки — это снимки, сделанные в масштабе от 1:5000 до 1:20000. Он больше подходит для провинциальных или крупных исследований .

Элементы для интерпретации

Размер

Размер объекта — одна из наиболее отличительных характеристик и один из важнейших элементов интерпретации. Чаще всего измеряют длину, ширину и периметр. Чтобы успешно это сделать, необходимо знать масштаб фотографии. Измерение размера неизвестного объекта позволяет интерпретатору исключить возможные альтернативы. Оказалось, что полезно измерить размер нескольких известных объектов, чтобы сравнить их с неизвестным объектом. Например, размеры полей для основных видов спорта, таких как футбол, футбол и бейсбол, являются стандартными во всем мире. Если на изображении видны подобные объекты, можно определить размер неизвестного объекта, просто сравнив их.

Форма

В мире существует бесконечное количество природных и рукотворных объектов уникальной формы. Несколько примеров формы — треугольная форма современных реактивных самолетов и форма обычного частного дома. Люди изменили ландшафт очень интересными способами, что придало форму многим объектам, но природа также формирует ландшафт по-своему. В целом прямые, прямолинейные черты окружающей среды имеют человеческое происхождение. Природа создает более тонкие формы.

Тень

Практически все данные дистанционного зондирования собираются в течение 2 часов после солнечного полудня, чтобы избежать появления расширенных теней на изображении или фотографии. Это связано с тем, что тени могут скрывать другие объекты, которые иначе можно было бы идентифицировать. С другой стороны, тень, отбрасываемая объектом, действует как ключ для идентификации объекта, поскольку длина тени будет использоваться для оценки высоты объекта, что имеет жизненно важное значение для распознавания объекта. Возьмем, к примеру, памятник Вашингтону в Вашингтоне, округ Колумбия. При взгляде на него сверху может быть трудно различить форму памятника, но с отбрасыванием тени этот процесс становится намного проще. Рекомендуется ориентировать фотографии так, чтобы тени падали на переводчика. Псевдоскопическая иллюзия может возникнуть, если тень ориентирована в сторону от наблюдателя. Это происходит, когда низкие точки кажутся высокими, а высокие — низкими.

Тон и цвет

Реальные материалы, такие как растительность, вода и голая почва, отражают разные пропорции энергии в синей, зеленой, красной и инфракрасной частях электромагнитного спектра. Интерпретатор может документировать количество энергии, отраженной от каждого из них на определенных длинах волн, чтобы создать спектральную сигнатуру . Эти подписи могут помочь понять, почему определенные объекты выглядят так, как на черно-белых или цветных изображениях. Эти оттенки серого называются тоном. Чем темнее выглядит объект, тем меньше света он отражает. Цветные изображения часто предпочтительнее, 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». Для описания текстуры часто используются прилагательные: гладкая (однородная, однородная), промежуточная и шероховатая (грубая, неоднородная). Важно помнить, что текстура — это продукт масштаба. При крупномасштабном изображении может показаться, что объекты имеют промежуточную текстуру. Но по мере того, как масштаб становится меньше, текстура может казаться более однородной или гладкой. Несколькими примерами текстуры могут быть «гладкость» асфальтированной дороги или «грубость» соснового леса.

Шаблон

Узор – это пространственное расположение предметов в ландшафте. Объекты могут быть расположены случайным или систематическим образом. Они могут быть естественными, как в случае с дренажной системой реки, или искусственными, как в случае с квадратами, образованными из Системы государственного землеустройства США . Типичными прилагательными, используемыми при описании узора, являются: случайный, систематический, круглый, овальный, линейный, прямоугольный и криволинейный, и это лишь некоторые из них.

Высота и глубина

Высота и глубина, также известные как «высота» и «батиметрия», являются одними из наиболее диагностических элементов интерпретации изображений. Это связано с тем, что любой объект, например здание или электрический столб, возвышающийся над местным ландшафтом, будет иметь своего рода радиальный рельеф. Кроме того, объекты с таким рельефом будут отбрасывать тень, которая также может предоставить информацию о его высоте или высоте. Хорошим примером этого могут быть здания любого крупного города.

Другие факторы, которые следует учитывать во время интерпретации

Метаданные фотографии

Аэрофотоснимок фиксирует различные данные и информацию о покрытой территории, а также о положении и состоянии самолета. Эти детали измеряются и отмечаются на панели данных, которая включает в себя различные устройства и инструменты для конкретных измерений. На рис. 8 показан общий формат вертикальной аэрофотоснимки.

Рисунок 8: Детали аэрофотоснимка. Он включает фокусное расстояние , высоту полета , местоположение, номер фотографии, время и дату записи и т. д.

Расположение

Существует два основных метода получения точного местоположения в виде координат. 1) съемка в полевых условиях с использованием традиционных методов съемки или инструментов системы глобального позиционирования.

2) собрать данные дистанционного зондирования объекта, исправить изображение и затем извлечь нужную информацию о координатах. Большинство ученых, выбравших вариант 1, теперь используют в полевых условиях относительно недорогие GPS-инструменты для определения желаемого 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 покрытия (например, трава, лес, вода, голая почва). Участок также может иметь социально-экономические характеристики, такие как ценность земли или близость к воде. Ситуация относится к тому, как объекты на фотографии или изображении организованы и «расположены» относительно друг друга. На большинстве электростанций материалы и здания связаны довольно предсказуемым образом. Ассоциация означает тот факт, что когда вы обнаруживаете определенное действие на фотографии или изображении, вы обычно сталкиваетесь со связанными или «связанными» функциями или действиями. Место, ситуация и ассоциация редко используются независимо друг от друга при анализе изображения. Примером этого может быть большой торговый центр. Обычно здесь есть несколько больших зданий, большие парковки, и они обычно расположены недалеко от главной дороги или перекрестка.

Аэрофотоснимки перекрываются

Наложение аэрофотоснимков означает, что около 60% покрытой площади каждого аэрофотоснимка перекрывает площадь предыдущего. Каждый объект на траектории полета можно наблюдать как минимум дважды. Целью наложения аэрофотосъемки является создание трехмерной топографии или рельефа при использовании стереоскопа для интерпретации. Стереоскоп — это инструмент, используемый для просмотра перекрывающихся трехмерных аэрофотоснимков.

Достичь требований двух выбранных перекрывающихся изображений очень просто. Главные точки (центральная точка изображения в геометрии) двух фотографий должны находиться в разных местах местности. Еще одним ограничением является то, что масштаб изображений должен быть одинаковым. Маршруты полетов самолетов и время суток не ограничены.

Рисунок 9: Эта диаграмма описывает принцип перекрытия двух покрытых зон на одной траектории полета.

Аэрофотогеометрическое ориентирование

Предпочтительная ориентация аэрофотоснимка тесно связана с положением Солнца и теневого элемента. В Северном полушарии положение Солнца всегда соответствует южному направлению. Поэтому тени обычно образуются с северной стороны. Затем это влияет на элемент тени на аэрофотоснимках. Например, если самолет летит с севера на юг, солнечный свет также падает на север, и на аэрофотоснимках можно четко наблюдать тени, отображающие формы объектов. Если самолет летит с юга на север, тени не будут четко наблюдаться. Для интерпретации фотографий желательно, чтобы изображение было сделано так, чтобы можно было четко наблюдать тени. поскольку тени могут подчеркнуть рельеф рельефа. Такая ориентация изображения также помогает геологам связать трехмерные изображения с тем, что они наблюдают.

Рисунок 10: На этой диаграмме показано положение Солнца (юг). Когда солнечный свет исходит с юга, тень обычно находится в северном направлении. Поэтому самолет, летящий с севера на юг, может четко фиксировать теневые элементы объектов.

Смещение и искажение

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

Смещение

Смещение является результатом изменения топографического рельефа на покрытой территории. Базовая плоскость , которая относится к среднему уровню моря, важна для явления смещения. Для местоположения, высота которого превышает высоту базовой плоскости, исходное положение сместится от центральной точки изображения. Для местоположения, высота которого меньше высоты базовой плоскости, исходное положение переместится ближе к центральной точке изображения.

Рисунок 11. На этой диаграмме показан пример смещения. A — это местоположение ниже базовой плоскости. Он движется внутрь к центральной точке. B — это место, которое находится выше базовой плоскости. Он удаляется от центральной точки. Эти места смещены в противоположном направлении.

Искажение

Искажением называется любое изменение местоположения объекта или региона на аэрофотоснимке, которое изменяет его исходные характеристики и формы. Обычно он появляется возле границы изображения. Есть две причины искажений. Первый из них — это наклон и наклон самолета . Когда самолет поднимается или снижается, он производит наклон. Когда самолет наклоняется в определенном направлении во время аэрофотосъемки, он производит наклон . Ось наклона перпендикулярна оси наконечника. Вторая причина – обработка фотографий . Это процесс, используемый для модификации экспонированной фотопленки для создания аэрофотоснимка. Когда увлажненная пленка высыхает, она расширяется в одном направлении и сжимается в другом направлении. Это вызывает лишь небольшое искажение.

Доцифровые методы интерпретации с использованием зеркального стереоскопа

1. Выберите два (2) аэрофотоснимка, сделанных один за другим, и убедитесь, что наложение не менее 60% .
2. Убедитесь, что они расположены в одной ориентации и северная часть аэрофотоснимка, а также созданные тени должны быть направлены к переводчику.
3. Убедитесь, что расстояние между парой окуляров (линзой, используемой в стереоскопе для наблюдения) соответствует расстоянию между глазами .
4. Положите оба указательных пальца на один и тот же легко узнаваемый объект на каждой фотографии.
5. Медленно перетаскивайте фотографии, пока два объекта не перекроются под стереоскопом.
6. Перекрывающиеся области затем отображаются в стереоскопе в 3D.

   

   Рисунок 12: Пример зеркального стереоскопа .

См. также

• Интерпретация аэрофотоснимков (геология)
• Аэрофотосъемка
• Ортофото
• Фотограмметрия
• Фотомэппинг
• Дистанционное зондирование
• Геологическая служба США

Дальнейшее чтение

• Дженсен, Джон Р. (2000). Дистанционное зондирование окружающей среды . Прентис Холл. ISBN  978-0-13-489733-2 .
• Олсон, CE (1960). «Элементы фотографической интерпретации, общие для нескольких датчиков». Фотограмметрическая инженерия . 26 (4): 651–656.
• Филипсон, Уоррен Р. (1997). Руководство по интерпретации фотографий (2-е изд.). Американское общество фотограмметрии и дистанционного зондирования. ISBN  978-1-57083-039-6 .