Контрастирование. Цветовое разделение. Разделение плотностей. Подчеркивание границ

5.3.4. Контрастирование

Чтобы усилить информацию, заключенную в снимке, и возможно полнее интерпретировать ее, необходимо усилить контрастные различия фототона снимка. Здесь также применимы способы цифровой обработки снимков, так как они более точны, чем упоминавшиеся ранее фотографические способы, и представляют большие возможности манипуляций с фототоном.
Эти способы прежде всего применяются для усиления контрастов многозональных сканерных снимков. Многозональные сканеры технически сконструированы так, что отраженная от земных объектов энергия излучения может приниматься в очень широком динамическом диапазоне (128 или 64 ступени яркости). Этот динамический диапазон необходим потому, что на снимаемой местности могут встречаться совместно такие резко различные материалы (почвы, растительность), как, с одной стороны, базальты или ультрабазиты, а с другой-соль, гипс или снег. При таких сочетаниях на гистограмме распределения яркостей занята практически вся шкала тонов от черного до белого. Но, как правило, спектральные отражающие свойства внутри одного ландшафта не бывают столь резко различными. Соответственно гистограммы фототональных различий многозональных снимков МСС занимают лишь более или менее узкую часть общей черно-белой шкалы фототонов. Об этом свидетельствуют, в частности, гистограммы на рис. 123. Если с помощью статистической цифровой обработки определено распределение тонов внутри одного широкозонального или четырех узкозональных снимков МСС, то можно осуществить относительно простые пересчеты значений фототона. Например, можно растянуть узкий диапазон колебаний фототона так, чтобы самому темному из них присвоить значение 0, а самому светлому из встречающихся фототонов – значение 255. По данным такого пересчета строится новое изображение, на котором тонкие различия фототонов будут представлены в гораздо более дифференцированной форме. Этот способ (в английской терминологии – stretching) интересен прежде всего тем, что для тематической интерпретации важны только определенные (в разных случаях – различные) диапазоны изменений яркости на снимках, и именно их тонкие нюансы должны быть переданы более контрастно для улучшения возможностей дешифрирования.
В других случаях бывает необходимо подчеркнуть градиенты плотностей фототона внутри выбранного динамического диапазона плотностей. Для этого выбирается нелинейный закон пересчета плотностей. Это приводит к тому, что средние ступени серого тона выступают на изображении сильнее, чем экстремальные тона, встречающиеся гораздо чаще и в геологическом аспекте имеющие меньшее или не имеющие вообще никакого значения. Такие тона представляют часто облака, снег, лед, тени или воду.
Дальнейшие возможности фототональных преобразований представляет контрастирование по закону Гаусса. Этот метод подчеркивает, наоборот, экстремальные значения плотности фототона, которые обычно подавляются наиболее распространенными. Способы контрастирования и оптимальная последовательность их применения определяются в каждом конкретном случае отдельно.
Необходимо упомянуть также способ «кусочного линейного подчеркивания», который обычно дает наилучшие результаты. При этом способе с разными отрезками гистограммы распределения фототона осуществляются различные манипуляции: для одних применяется усиление, для других – подавление контрастов фототона.
Кроме того, следует указать, что перечисленные преобразования фототона с целью усиления его контрастов могут осуществляться не только с оригинальными первичными данными съемки, но и с материалами съемки, модифицированными в ходе различных стадий их обработки. Фототональные преобразования предварительно обработанных съемочных данных (например, изображений отношений спектральных яркостей по данным МСС – «Лэндсат») дают дополнительные возможности для тематической оптимизации с целью последующего визуального анализа. Некоторые примеры такой обработки показаны в публикации Роуэна и др. [260], откуда взят рис. 129, а также в работах Критикоса [153], Бодехтеля и Хайдна [28], Сабинза [57], Хайдна [103], Полсина и др. [235] и Колуха и др. [145].

5.3.5. Цветовое разделение

С цветных материалов съемок (аэрофотоснимков, космических фотоснимков) путем цветового сканирования могут быть получены цветоделенные изображения. С помощью цветного светофильтра раздельно регистрируется информация, заключенная в одном из слоев цветной пленки. Полученные цветоделенные изображения в изменениях плотности своего черно-белого фототона отражают изменения плотности цвета соответствующего слоя цветной пленки в пределах снимка; плотность цвета в свою очередь является мерой яркости объекта в том участке спектра, к которому чувствителен этот слой пленки (Хелльвиг, 1973).
Для получения цветоделенного изображения со съемочного материала строка за строкой считывается его плотность либо в одном цветовом канале, либо одновременно в нескольких. Плотность фототона преобразуется в светоприемнике в электрический сигнал, напряжение которого отвечает плотности цвета снимка в считываемом канале. Выходной сигнал модулирует силу света в источнике, который освещает черно-белую пленку, перемещаемую перед оптической системой в соответствии со скоростью сканирования считываемого снимка. Благодаря очень высоким разрешающим возможностям цветовых сканеров цветоделенные изображения достигают высокого качества и могут быть использованы для дальнейших преобразований: усиления контрастов, эквиденситных псевдорельефных преобразований, подчеркивания границ, преобразований Фурье. Описанный Хелльвигом аппарат (Хелль-хроматограф) дает возможность одновременно записывать изображения по трем цветовым каналам. Аналоговый преобразователь хроматографа позволяет осуществлять обработку сигнала в синхронном режиме. Различные комбинации применяемых оптических, электронных и фотографических методов преобразования изображений позволяют опознать и представить на изображении участки определенной структуры, характеризующиеся определенным цветом, которые выявляются на снимке по сочетанию цветовых тонов. Кроме описанных выше имеется значительное число иных аппаратов, используемых для получения цветоделенных изображений и преобразования изображений в цифровую форму.

5.3.6. Разделение плотностей (эквиденситный метод)

Разделение плотностей, осуществляемое фотографическими методами с помощью пленки «Агфа-контур», может осуществляться также и с помощью электронных методов обработки. При этом исследуется яркость каждого элемента узкозонального снимка или изображения, полученного различными методами обработки данных, и выявляются участки изображения с одинаковой яркостью или с одинаковой плотностью фототона на снимке. При этой методике могут быть получены эквиденситы избранной плотности или интервала плотностей. Для облегчения интерпретации определенные эквиденситы или сочетания многих эквиденсит могут быть представлены в цветном виде. Это делает результат преобразования более контрастным и облегчает прослеживание по снимку отдельных ступеней плотности изображения. Таким путем передается, например, распределение плотности изображения тепловых сканеров, где определенным ступеням плотности снимка (т.е. температуры поверхности) отвечает определенная окраска изображения. Аналогичным образом могут быть представлены результаты съемки водных поверхностей, где участки различной глубины или различного содержания взвесей в воде определяют плотность фототона узкозонального снимка.

5.3.7. Подчеркивание границ

Имеющиеся на снимке участки различного фототона по результатам контрастирования могут быть отделены от их окружения темной или светлой линией. Критерием ее проведения для ЭВМ является разность между значениями яркости соседствующих элементов изображения, превышающая определенное заданное значение.