Дешифрирование

Дешифри́рование (от франц. déchiffrer — разгадывать) — это техника изучения территорий, водных пространств, атмосферных явлений и прочего на основе изображений, полученных с воздушных, космических, подводных камер, фотоснимков, фотопланов. Основные этапы дешифрирования включают обнаружение объектов на изображении, их идентификацию и толкование, то есть раскрытие содержания, выявление качественных и количественных параметров, извлечение информации на основе взаимосвязи между характеристиками объектов и их отображением на изображениях.

Виды и методы дешифрирования

В зависимости от целей и задач, решаемых в процессе дешифрирования аэрофотоснимков, выделяются два вида:

• общегеографическое;
• отраслевое (специальное).

Общегеографическое дешифрирование аэрофотоснимков решает основные задачи (получение обобщённой информации) и включает два типа:

• топографическое;
• ландшафтное.

Отраслевое дешифрирование является селективным. На снимках изучается конкретное явление или группа объектов, их особенности и взаимосвязи. В зависимости от области применения дешифрирование может быть: геологическим, сельскохозяйственным, лесным, археологическим, гидрографическим, социально-экономическим и прочим.

Существуют различные способы дешифрирования в зависимости от используемых средств считывания и анализа видеоинформации:

• визуальный (информация со снимков считывается и анализируется человеком);
• машинно-визуальный (видеоинформация предварительно преобразуется специализированными средствами с целью облегчения последующего визуального анализа);
• автоматизированный (считывание со снимков и анализ построчно записанной видеоинформации выполняются специализированными интерпретационными машинами при активном участии оператора);
• автоматический (дешифрирование полностью выполняется интерпретационными машинами).

Методы дешифрирования объектов могут быть разделены в зависимости от принципа организации работы и условий выполнения на четыре типа:

1. Полевой метод — работа на местности с выявлением объектов, которые могут быть не изображены на снимке.
2. Камеральный метод — распознавание объектов и изучение их характеристик без выхода на место съёмки путём анализа фотоизображения.
3. Комбинированный метод — сочетание полевой работы и камерального анализа.
4. Аэровизуальный метод — распознавание объектов на лету пилотом, часто используется в чрезвычайных ситуациях, например, при пожарах.

Классификация видов и разновидностей дешифрирования

Топографическое дешифрирование фотоснимков

Топографическое дешифрирование является важной частью процесса создания топографических карт и позволяет получить первоначальное изображение контуров карты. Подобно топографической карте, его целью является интерпретация и отображение различных элементов ландшафта в виде условных символов, включая населённые пункты, дорожную инфраструктуру, гидрографию, рельеф, растительность, почвы и прочее.

Дешифрирование аэрофотоснимков

Дешифрирование аэрокосмических снимков представляет собой процесс распознавания объектов, их характеристик и взаимосвязей по изображениям, полученным при съёмке из космоса, с самолётов или беспилотных летательных аппаратов. Этот метод позволяет исследовать объекты, явления и процессы на поверхности Земли, распознавая объекты по их характеристикам и устанавливая связи между ними.

Дешифрирование космоснимков

Дешифрирование космических снимков – это процесс распознавания и интерпретации объектов на снимках поверхности Земли, полученных с космических аппаратов. Дешифрирование снимков играет важную роль в поиске и разведке месторождений полезных ископаемых, геологическом картировании, гидрологии, мониторинге экзогенных геологических и экологических процессов и других отраслях. Большим достоинством дешифрирования является возможность по его результатам значительно ускорить процесс геологического картирования территорий и сокращать объемы и затраты на геологоразведочные работы.

Целью дешифрирования космоснимков в поиске и разведке месторождений полезных ископаемых является получение максимального количества информации об изучаемых участках. К конечном счёте дешифрирование служит цели оптимизации и удешевления геологоразведочных работ.

В сфере геологии в основном используются данные фото-, теле-, радиолокационной, инфракрасной, сканерной и лазерной космосъёмок. По полученным материалам составляют геологические, геоморфологические, тектонические и другие тематические карты.

Космоснимки, являющиеся материалом для дешифрирования, представляют собой двумерное изображение. Они содержат визуализированные данные, полученные при съёмке поверхности Земли в различных диапазонах электромагнитного спектра. Под каждую задачу подбирается волновой диапазон и съемочный материал, дающий возможность наилучшим способом определить нужные объекты и явления: например, одни длины волн, испускаемые аппаратурой спутника, помогают зафиксировать смещение земной поверхности, а другие проникают в грунт на несколько метров.

Военное дешифрирование

В области военного дешифрирования объектами изучения являются военные объекты, включая войска, корабли, подводные лодки, минные заграждения, военные сооружения и другие. Для распознавания этих объектов применяются различные признаки, как прямые, так и косвенные, такие как форма, размеры, цвет, тени и другие.

Этапы дешифрирования

Структура познавательной деятельности дешифрирования или логическая структура процесса дешифрирования включает в себя ряд этапов, которые помогают исследователю перейти от незнания к знанию. Анализируя дешифрирование как познавательный процесс, можно выделить три основные ступени: обнаружение объектов, распознавание объектов и формирование понятий и суждений, а также интерпретацию или объяснение, которая позволяет перейти от неполного знания к более полному. Все эти ступени объединены в один цикл познания, который может повторяться несколько раз. Логическая структура процесса дешифрирования не зависит от назначения или объёма работ, и остаётся одинаковой при любом способе их проведения.

Дешифровочные признаки

Дешифровочные признаки — это особенности объектов, отражённые на изображении, которые помогают распознать объекты. От дешифровочных признаков следует отличать «демаскирующие признаки», как характерные особенности объектов, которые позволяют отличать их друг от друга на местности. Бывают прямые и косвенные.

Прямые признаки могут быть как простыми, так и сложными. Простые включают такие характеристики, как форма объекта, его размер, цвет и тон (яркость), а также тень. Сложные признаки включают структуру и текстуру изображения, которые вместе можно назвать рисунком. Текстура зависит от расположения тоновых неоднородностей и может быть разной — от тонкосетчатой до пятнистой. Примером является текстура полей, которая помогает отличить их от естественных участков. Прямые признаки необходимы для непосредственного дешифрирования. Использование прямых признаков в видимом диапазоне является доступным и понятным. Однако, стоит обратить внимание на несколько особенностей. Например, яркость изображения может зависеть не только от свойств объектов, но и от других параметров. Форма объектов часто имеет геометрические элементы, а размер может быть определён на снимках высокого разрешения. Тон объекта помогает выделить различные элементы, а цвет объекта можно определить с помощью комбинации цветовых каналов. Тень объекта обычно выделяется контрастом, что помогает обнаруживать мелкие объекты. Рисунок изображения представляет собой сложный признак, сочетающий в себе текстуру и структуру объекта.

Косвенные признаки отражают взаимосвязи между явлениями и объектами, наблюдаемые на аэрофотоснимках. Например, по растительному покрову можно судить о характеристиках грунта, а по руслу реки — о типе руслового процесса.

Дешифрирование объектов

Населённые пункты распознаются по ясному и правильному расположению зданий, объектов и особенным очертаниям: вертикальным стенам. Легко выделить на снимках плотно застроенные кварталы и их части.

Распознавание железных дорог осуществляется по заметной полосе отчуждения и земляному полотну. В центральной части полосы отчуждения всегда можно увидеть железнодорожное полотно — светлые линии с чёткими краями. Почти всегда они обладают прямолинейностью. Автомагистрали — это дороги с прочным покрытием из асфальта или цементобетона шириной от 14 до 23 метров. Надёжным признаком для распознавания является наличие съездов, мостов, разделительной полосы посередине дороги. Грунтовые дороги не являются профилированными. Они выделяются тонкими белыми линиями различной толщины, обычно извилистые с крутыми поворотами и большим количеством обходов.

Распознавание гидрографии, как правило, осуществляется по чётким очертаниям береговой линии, а изображение водной поверхности обычно чётко отличается от суши. Мутная и пенная вода обычно имеет светлый оттенок на снимках. Чем глубже водоём, тем темнее он выглядит на снимке. Направление течения реки определяется по заливам и островам. Залив идёт от берега в направлении, противоположном течению. Кончик острова ориентирован по течению реки вниз.

При распознавании растительности следует выделять деревья, кустарник и травянистую растительность. Изображение деревьев имеет характерный фоторисунок, что позволяет выделить их на снимках среди непокрытых лесом территорий. При анализе заметны неровности, вызванные чередованием круглых пятен — проекций крон деревьев и промежутков между ними.

Измерительная киносъёмка объектов для дешифрирования

Кинофильм содержит в себе информацию о движении снятых объектов, которая может быть использована не только для качественного, но и для количественного анализа этого движения. В ряде ситуаций киносъемка оказывается единственно возможным способом регистрации динамических характеристик изучаемых процессов. Таким образом, киносъемочный аппарат становится измерительным инструментом, а кинопленка — накопителем информации о движении или изменении снимаемых объектов.

Поскольку в отдельных кадрах кинофильма зафиксированы последующие положения движущегося объекта, то можно восстановить траекторию его движения и произвести измерения отрезков пути s, пройденного движущимся объектом за известный промежуток времени t. На основе этих данных можно определить скорость движения v объекта на любом участке траектории.

Способы измерительной киносъемки: однокамерный, многокамерный, стереоскопический и кинотеодолитный.

Однокамерный способ

Если движение изучаемого объекта происходит в одной плоскости, которая параллельна плоскости кинопленки в кадровом окне киноаппарата, то по материалам киносъемки, полученным с одной съемочной точки, можно определить многие количественные данные.

Многокамерный способ

Многокамерный способ измерительной киносъемки заключается в том, что она производится с двух или трех взаимно перпендикулярных направлений двумя или тремя синхронно работающими киноаппаратами. Этот способ съемки применяется при изучении полета птиц и насекомых, при исследованиях моделей самолетов в полете на режиме штопора в вертикальной аэродинамической трубе, а также при исследованиях многих других объектов, движения которых не могут быть упорядочены. Одновременно киносъемка с разных направлений может производиться также и одним киноаппаратом с применением системы зеркал.

Для упрощения последующего анализа кинокадров позади изучаемого объекта устанавливают щиты с координатной сеткой. Если киноаппараты имеют хорошее стояние кадра, то координатную сетку можно снять предварительно на ту же кинопленку, на которую затем будет производиться съемка объекта.

Стереоскопический способ

Когда объект съемки движется не параллельно плоскости кинопленки в кадровом окне киноаппарата, а по некоей пространственной траектории, необходима стереоскопическая киносъемка, которая дает возможность восстановить форму траектории и определить скорости движения объекта в пространстве.

Стереоскопическая киносъемка, то есть одновременная съемка одного и того же объекта с двух точек (двумя одинаковыми объективами), по сравнению с обычной киносъемкой одним киноаппаратом является процессом более сложным. При стереоскопической киносъемке необходимо скомпоновать кадр в трех измерениях, и не всегда точка съемки, приемлемая для обычного кадра, может совпадать с точками съемки стереоскопической пары кадров.

Оптические оси объективов должны быть параллельны между собой и перепендикудярны линии базиса съемки. Величина съемочного базиса является исходной величиной при последующих вычислениях координат объекта, а поэтому должна быть замерена точно при съемке. Обязательным условием измерительной стереоскопической киносъемки является наличие на кинокадрах главной точки картины — точки пересечения оптической оси объектива киноаппарата (главного луча перспективы) с плоскостью кадра. От степени точности, с которой определено положение главной точки картины каждого кадра, зависит непосредственно и точность производимого затем количественного анализа графическим способом.

Кинотеодолитньй способ

Кинотеодолитньй способ применяется для определения пространственных координат и восстановления траектории движения объектов на большом удалении и имеющих большую скорость (самолеты, вертолеты и др.).

Два или три кинотеодолита, установленных на определенном расстоянии друг от друга и соединенных электрическими кабелями между собой и центральным пунктом управления, составляют кинотеодолитную станцию. Нормальное расстояние между кинотеодолитами (базис) обычно равно ¼…1/5 среднего расстояния до объекта. Необходимо, чтобы кинотеодолиты были установлены на одном уровне, так как неодинаковое расположение их по высоте значительно усложняет вычисление координат объекта в пространстве.

Для определения пространственных координат объекта достаточно двух кинотеодолитов. Однако в кинотеодолитную станцию, как правило, входят три кинотеодолита. Во время работы объект съемки для одного из кинотеодолитов может оказаться против солнца или за облаком. Кроме того, может быть такое положение объекта относительно точек базиса, при котором оси визирования пересекаются под острым углом. В этом случае даже небольшие неточности определения углов могут привести к значительным ошибкам в определении координат объекта.

Во время работы все кинотеодолиты непрерывно наводятся на объект и производится синхронная съемка с двух точек. Если преследуемая цель несколько уйдет с точки пересечения нитей в визире, то это будет зафиксировано на кинопленке и в дальнейшем учтено при анализе материалов съемки.

Имеются кинотеодолиты, в которых регистрация углов азимута и места, а также номеров кадров производится в кодированном виде. Дешифрирование такого фильма выполняется на киноанализаторе, связанном со счетно-решающим устройством и перфоратором, который автоматически считывает кодированные данные и поправку допущенной при съемке неточности визирования.

Вывод

Таким образом, дешифрирование, как точный метод исследования, использующий обширный набор инструментов, способствует не только оптимизации геологоразведочных работ, сокращая сроки и объёмы их проведения, затраты недропользователя, но также снижает финансовые затраты и во многих других отраслях экономики, являясь чрезвычайно эффективным инструментом в научных изысканиях.

Примечания

Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!