Кронберг П.
Дистанционное изучение Земли: Основы и методы дистанционных исследований в геологии

Изображения отношений. Трансформация принципиальных компонент изображений

5.3.11. Изображения отношений

Качество многозональных снимков и передаваемая ими информация о важных природных условиях (о различных типах
горных пород и их распространении, об участках распространения различных почв, о различном увлажнении, различной растительности) могут быть улучшены путем простых арифметических операций (сложения, вычитания, деления, умножения) с данными разных спектральных каналов. Упоминавшемуся методу получения цветных композитных изображений по результатам многозональных съемок отвечает сложение значений интенсивности яркости или фототонов отдельных узкозональных изображений. С большим успехом в геологическом дистанционном зондировании применяется еще один метод-метод отношений. Изображения отношений спектральных яркостей в отдельных диапазонах по материалам съемок «Лэндсат» можно получить путем деления значений измеренной яркости в двух спектральных каналах пиксель за пикселем. По значениям частных всех пикселей для всего снимка «Лэндсат» строится новое изображение, фототон которого передает не меру отраженной от поверхности энергии в определенных интервалах длин волн, а отношения яркостей в двух спектральных каналах.
Чаще всего при цифровой обработке данных «Лэндсат» получают изображения отношений между зонами 4 и 5. Если объект в зоне 4 (зеленой) ярче, чем в зоне 5 (красной), то в отношении 4/5 числитель больше, чем знаменатель. На изображении отношений этот объект передается соответственно светлым фототоном. Если, наоборот, объект в зоне 5 светлее, чем в зоне 4, то в отношении 4/5 больше знаменатель, и на изображении отношений этот объект передается темным фототоном. Таким образом, темные и светлые тона черно-белого изображения отношений передают отношения интенсивности отражения в тех спектральных каналах, которые избраны для вычисления отношения.
Изображение отношений по данным каналов 4 и 5 обладает способностью подавлять на снимке эффект теней, обусловленных неровностями рельефа, которые приводят к резким изменениям условий освещенности. Предположим, что определенная литофациальная единица (обнаженная поверхность горных пород) лежит частично в тени, частично на освещенном солнцем участке. В этом случае отношения яркостей как в тени, так и на солнце останутся постоянными, и на изображении отношений как освещенные, так и затененные участки получат одинаковый фототон, отвечающий не значениям, а отношениям яркостей в зонах 4 и 5 [37, 38].
Каким образом передаются один и тот же участок и отдельные его части на снимках в отдельных узких зонах спектра и на изображении отношений их спектральных яркостей, можно видеть на рис. 164-166. При их сравнении на первый взгляд выступает большая разница в передаче на снимке условий местности. При более внимательном изучении можно видеть, что некоторые единицы ландшафта по отношению к их окружению наиболее контрастно передаются лишь на одном определенном изображении (в том или ином канале или на изображении отношений). Отсюда следует, что для решения конкретных задач интерпретации необходим оптимальный подбор материалов многозональных сканерных съемок. Это могут быть отдельные узкозональные снимки или изображения отношений различных диапазонов спектра. Максимального выигрыша в информативности следует ожидать, как правило, в случае сравнительной интерпретации многих разнообразных изображений картируемого района, включая разновременные снимки.
Изображения отношений часто строятся по иным комбинациям каналов, в частности по соотношению каналов 4 и 7, облегчающему распознавание растительности. По трем различным изображениям отношений можно построить ложноцветные изображения.
Изображения отношений обеспечивают успех в распознавании и контрастном воспроизведении различных литофациальных единиц. Разграничение и прослеживание петрографических разностей по изображениям отношений часто выполняется успешнее, чем по узкозональным снимкам, поскольку уменьшает влияние рельефа на освещенность и подчеркивает цветовые различия горных пород и почв.
Кроме построения соотношений по данным двух спектральных каналов съемки возможны иные, более сложные манипуляции. Так, можно фототональные показатели одного узкозонального снимка разделить на усредненный показатель фототона всех других зон снимка или провести расчеты типа (канал 4 - канал 5): (канал 4 + канал 5) или иные. Целесообразность подобных форм обработки съемочных данных определяется по методу проб и ошибок на лучшее воспроизведение специального содержания интересующей исследователя информации. Как правило, невозможно предусмотреть, как такие расчеты отразятся на содержании снимка. В подобных случаях целесообразно работать с интерактивной системой последовательным способом и результаты промежуточных цифровых расчетов каждый раз выводить на дисплей или фиксировать на фотопленке с тем, чтобы оценить, приводят ли предпринимаемые манипуляции к желаемой более контрастной передаче интересующих объектов или ландшафтных единиц.
Для того чтобы объединить информацию нескольких изображений отношений, их можно взаимно совмещать. Цветные совмещения в виде ложноцветных изображений часто дают дополнительный прирост информации. Более контрастное выражение геологически обусловленных особенностей местности возможно в том случае, если перед таким совмещением изображений отношений обрабатываемые материалы контрастированы по линейному или гауссову распределению [260, 85, 82].

5.3.12. Трансформация принципиальных компонент изображений

Важный способ, улучшающий качество изображений, а также сокращающий количество передаваемых со спутника данных, называется трансформацией принципиальных компонент. Этот способ, более подробно описанный Джиллеспи [82] и Бургером [37], заключается в том, что на каждом этапе обработки данного материала распределение фототонов определенных объектов и единиц местности последовательно обновляется и изменяется. При такого рода трансформациях большое количество элементов содержания снимка может быть передано в более контрастной форме. Изменения распределения фототонов и контрастов определенных элементов содержания снимка по отношению к окружающим видны на рис. 165а-165в. Изображение первой трансформации основных компонент демонстрирует большой контраст при передаче особенностей местности; здесь решающую роль оказывает фактор яркости обнаженных пород. Изображения второй и третьей трансформаций в целом более вялые, однако ряд определенных объектов оказывается отображенным на них более контрастно, чем на оригинальных снимках. Кроме того, на них выступают некоторые литологические единицы, остававшиеся неразличимыми на оригинальных снимках [103]. Для более успешного воспроизведения интересующей информации изображения трансформаций принципиальных компонент можно подвергнуть дальнейшей цифровой обработке, к примеру высокочастотной фильтрации или псевдоокрашиванию. Во многих случаях можно также улучшить результаты кластерного анализа и разделения на классы по спектральным характеристикам, если выходные данные подвергаются трансформации принципиальных компонент перед или после статистической обработки.

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом