О Признаках и
процессе топографического дешифрирования.
В.С.Бирюков, Д.И. Новоселов
Свойства объектов и изображений, такие как размер, используют для
дешифрирования, другие, вследствие невозможности или нецелесообразности их
определения, например, массу, звук, запах — нет. Свойства объектов или
изображений, определяемые и используемые для классификации при дешифрировании,
называют признаками.
Исходя из предварительно принятых понятий искомых объектов и дешифрируемых
изображений, сформулируем: признаки — это классификационные свойства объектов
или изображений.
С помощью признаков можно не только различать объекты (изображения), но и
однотипные объединять в группы. Последнее положение обусловливает два пути
сужения области поиска во множестве объектов (изображений): объединением
имеющих данный признак либо исключением не имеющих его. Из совокупности
признаков объекта (изображения), известных дешифровщику, у него складывается
соответствующий образ.
Классификации объектов (изображений) и их признаков не совпадают (один признак
может быть присущ многим объектам), но классификация признаков неразрывно
связана с классификацией объектов (изображений). Это обстоятельство надо
учитывать при систематизации изображений, объектов и признаков.
Признаки объектов называют демаскирующими, а изображений — дешифровочными.
Демаскирующие и дешифровочные признаки могут совпадать или различаться.
Например, форма может быть присуща объекту и изображению, а при мелком масштабе
изображения — только объекту. Некоторые свойства объектов, не являясь обычно
демаскирующими признаками (например, спектрозональные излучения), не только
служат носителями для передачи изображений, но при преобразовании в изображения
сами становятся дешифровочными признаками.
Качественные признаки служат для сравнения изображений (объектов) по их
свойствам (например, есть - нет, больше - меньше, светлее - темнее и т. п.), а
количественные, кроме того, численно выражают это сравнение. Прямые признаки
являются свойствами дешифрируемого изображения (объекта), которые определяют
путем его наблюдения и измерения. Косвенные признаки выражают взаимосвязи
дешифрируемого изображения с окружающими. Эти признаки определяют путем
изучения взаимосвязей, наблюдения и измерения изображений (объектов) как
дешифрируемых, так и окружающих их. В данном случае изображения (объекты),
окружающие, дешифрируемые и известные дешифровщику, сами становятся признаками.
По достаточному количеству косвенных признаков можно отдешифрировать объект,
изображения которого нет на снимке.
Прямые и косвенные признаки изображений могут быть первичными и вторичными.
Первичные признаки определяют путем наблюдения и измерения изображений,
вторичные — путем обработки первичных признаков.
Существуют и другие разновидности признаков, причем с развитием средств получения
и обработки изображений их количество увеличивается. Разделение признаков
целесообразно учитывать при их систематизации с целью создания банков признаков
и формализации операций дешифрирования.
С учетом сущности понятия «признак» уточним понятия «объект» и «изображение» в
топографическом дешифрировании.
Объект — это единица классифицированного множества объектов местности,
состоящая из совокупности демаскирующих признаков.
Изображение — это единица классифицированного множества изображений объектов
местности, состоящая из совокупности дешифровочных признаков.
Примеры классификации признаков имеются в [1]. Желательно, чтобы классификация
признаков способствовала автоматизации и оптимизации процесса дешифрирования. С
учетом принятых формулировок понятий объектов, изображений и признаков
установим сущность процесса дешифрирования. По общности целей и действий
дешифрирование относится к процессам определения свойств объектов по источникам
информации, которыми могут быть: сам объект, его описание, музыкальные образы и
т. д. Особенностью, выделяющей дешифрирование из этих процессов, является то,
что в качестве источников информации о наличии свойств объектов используются
изображения, их признаки. В этом заключается сущность дешифрирования. Общность
целей и действий обусловливает целесообразность учета возможности применения
для формализации дешифрирования известных детерминированных и вероятностных
методов обработки указанных выше источников информации.
Чтобы техническими средствами решать интеллектуальные задачи обработки
изображений, надо уяснить действия дешифровщика с позиции возможности их
формализации. Дешифровщик, обрабатывая изображения, определяет известные ему
признаки и по ним отбирает изображения, которые соответствуют объектам,
интересующим потребителей, классифицирует отдешифрированные изображения и
приводит их к форме, понятной потребителю. При этом дешифровщик сопоставляет
совокупность выявленных признаков с классификацией признаков изображений
объектов и самих объектов, а затем по совпадающим признакам устанавливает
соответствие изображений объектам.
Классификации признаков изображений объектов и самих объектов, используемые
дешифровщиком, как правило, совпадают с классификацией признаков объектов для
потребителей. Признаки изображений и объектов, используемые при дешифрировании,
как правило, не совпадают по количеству и содержанию со свойствами определяемых
объектов. В процессе дешифрирования признаки изображений объектов обязательно
используются и являются основными, а признаки объектов могут и не
использоваться.
Исходя из изложенного, примем формулировку: дешифрирование — это
процесс определения объектов и их свойств с использованием признаков
изображений. Для краткости рассматриваемый процесс называют: «дешифрирование
изображений объектов», «дешифрирование изображений», «дешифрирование объектов»,
«дешифрирование» . Первое, второе и четвертое названия не искажают сущности
процесса, но и не выражают ее. Их употребление оправдано краткостью. Третье
название ошибочно, хотя вроде бы подразумевает использование изображений в
процессе дешифрирования. Если употребление такого названия между специалистами
воспринимается как жаргон, то при обучении затрудняет понимание процесса
дешифрирования, искажая его сущность и создавая у обучаемых иллюзию, что дешифрирование
возможно при наличии объекта и отсутствии изображения.
Признаки изображений обычно определяют камерально по изображениям, но можно это
делать и в полевых условиях по изображениям, сопоставляя с признаками объектов,
а также камерально или в поле по вспомогательным материалам. Признаки объектов
определяют в поле по объектам, камерально по изображениям или вспомогательным
материалам. Определение признаков по вспомогательным материалам: картам,
описаниям, кинофильмам и др. обеспечивает меньшую достоверность, чем по
изображениям или объектам.
Определение и накапливание признаков может выполняться как по отдельным
признакам, так и по группам признаков, соответствующих конкретным объектам. Эти
группы называют полевыми или камеральными эталонами дешифрирования в
соответствии с условиями их формирования. Признаки хранят либо во внешней
долговременной памяти (снимках, описаниях, магнитных дисках и др.), либо во
внутренней оперативной памяти (мозг дешифровщика, ОЗУ ЭВМ).
При обучении и накапливании опыта объем информации о признаках и эталонах,
хранящихся в памяти дешифровщика, расширяется, определяется, а затем
переводится из внешней памяти во внутреннюю. Чем больше признаков и эталонов
изображений объектов и самих объектов знает, умеет определять и сопоставлять
дешифровщик, тем выше его квалификация. Варианты определения признаков сведены
в таблицу.
|
Классификационные
свойства |
Источники
сведений |
|
Признаки
объектов |
Память |
|
Признаки
изображений |
Память |
Общей научной базой, рассматривающей определение свойств объектов
по самим объектам и их изображениям, служит теория распознавания образов.
Однако определение объектов по их изображениям (т. е. дешифрирование), которые
являются искаженными образами объектов, существенно сложнее, чем определение
образа объекта по самому объекту. Поэтому методы распознавания образов объектов
по их признакам не всегда могут быть применены при дешифрировании изображений.
Общая теория распознавания образов объединяет процессы дешифрирования
изображений и узнавания объектов. Но принципиальное отличие состоит в том, что
при дешифрировании признаки объектов могут не использоваться для опознавания
изображений, а признаки изображений обязательно используются.
При узнавании объектов используются только признаки объектов (см. рисунок).
Дешифровщик может классифицировать изображения объектов только по дешифровочным
признакам, например, когда он не знает признаков объектов, но достоверность
результатов при этом, как правило, понижается.
На практике основной объем работ приходится на камеральное дешифрирование, при
котором оперируют только признаками изображений, так как объекты отсутствуют и
часто нет вспомогательных материалов, содержащих сведения о свойствах объектов.
Однако знание дешифровщиком классификации признаков различных объектов
позволяет ему сопоставлять демаскирующие признаки с определяемыми
дешифровочны-ми и способствуют повышению достоверности и производительности
работы. Следовательно, для автоматизированного дешифрирования надо сформировать
и постоянно наполнять банки признаков изображений и объектов.
При дешифрировании возможны следующие варианты:
1) полевое — по определяемым и хранящимся в памяти признакам изображений и
объектов;
2) камеральное — с использованием определяемых по изображениям признаков
изображений и определяемых по вспомогательным материалам признаков объектов, а
также хранящихся в памяти признаков изображений и объектов;
3) камеральное — с использованием определяемых по изображениям признаков
изображений и хранящихся в памяти признаков изображений и объектов;
4) камеральное — с использованием определяемых и хранящихся в памяти признаков
изображений;
5) камеральное — с использованием определяемых по вспомогательным материалам и
изображениям признаков изображений.
Так как практически весь объем дешифровочных работ в настоящее время
выполняется по третьему или четвертому вариантам, целесообразно прежде всего
формализовать камеральное дешифрирование с использованием определяемых по
изображениям признаков и «ранящимся в памяти признакам изображений и объектов.
Процесс дешифрирования можно реализовать двумя способами:
1) по изображениям отбирают только необходимые одному или нескольким
потребителям объекты, которые в соответствии с этим классифицируют;
2) все имеющееся множество изображений объектов классифицируют для
удовлетворения любого потребителя.
В первом случае классификации объек-тов, используемых потребителем, а также в
процессе дешифрирования, могут совпадать или, в интересах оптимизации процесса,
различаться. С классификацией изображений и объектов может происходить то же
самое.
Во втором случае классификация изображений должна содержать все известные
изображения объектов и их признаки, обеспечивать оптимизацию дешифрирования и
перехода к классификациям для потребителей.
Методы распознавания образов
Формализация дешифрирования должна преследовать определенную цель.
Примем, что целью является оптимизация процесса при одновременном повышении
достоверности, полноты и производительности дешифрирования. Исходя из этого
качественно оценим оба способа.
По первому способу дешифровщик обычно отбирает изображения объектов, решая
частные задачи, например для военных целей. Это оправдано, когда надо срочно
получить сведения об объектах. Но если по одним и тем же изображениям
последовательно добывать сведения для различных потребителей, многократно
обрабатывая эти изображения, то это снизит производительность и приведет к
лишним затратам труда и средств. Кроме того, дешифрирование изображений узкими
специалистами не обеспечивает высокой достоверности, так как при этом
используется лишь малая часть из общего количества признаков изображений и
объектов.
Второй способ обеспечивает более высокую достоверность вследствие использования
при дешифрировании максимального количества признаков изображений и объектов,
известных различным специалистам. При этом происходит преобразование «лишних»
изображений, воспринимаемых в первом методе дешифровщиком как «помехи», в
полезные. Фактически возникает двойной положительный эффект: одновременно
возрастает количество дешифрируемых объектов и уменьшается количество «помех».
В связи со значительным расширением круга используемых для дешифрирования
признаков сложность работы возрастает, что на первый взгляд приводит к снижению
производительности. Однако это не только частично или полностью компенсируется
уменьшением ошибок дешифрирования, но и является кажущимся, ибо в итоге
производительность повышается за счет разового дешифрирования всех изображений.
Тем не менее, на производстве в настоящее время практически применяют лишь
первый метод. Это можно объяснить высокой сложностью дешифрируемых изображений
и ограниченными психофизиологическими возможностями дешифровщика, который
способен одновременно оценивать изображения не более чем по 6-8 признакам.
Ограниченными возможностями человека можно объяснить и то, что классификации
признаков изображений и объектов, которыми пользуется дешифровщик, обычно
совпадают с классификациями потребителей.
Поскольку основным в настоящее время является камеральное дешифрирование, в
дальнейшем рассматривается только оно.
Дешифрирование принято делить на подпроцессы по задачам, которые решает
дешифровщик. В литературных источниках количество подпроцессов неодинаково, а
для названия каждого используются разные термины либо синонимы. Исходя из
требований соответствия сущности подпроцессов и смысла используемых терминов, а
также их краткости, примем следующие названия подпроцессов: обнаружение
изображений; опознание изображений; определение характеристик объектов;
регистрация объектов.
При обнаружении изображений дешифровщик, обследуя участки изображений, выявляет
их свойства и решает задачу вероятностного отнесения свойств изображений к
признакам или «помехам», т. е. определяет, есть ли здесь что-то полезное.
Признаками в общем случае являются значения определенных параметров (свойств)
изображений. Например, при работе с фотоизображениями признаками являются
наличие или отсутствие отдельных совокупностей оптических плотностей и их
контрастов.
Для одного или нескольких потребителей дешифровщик отыскивает лишь некоторые
известные ему признаки, характеризующие только заданные потребителями объекты,
на фоне остальных свойств изображений и шума (царапин, засветок, гранулярности
фотослоя и др.). Такой фон для дешифровщика является помехой.
При дешифрировании для любого потребителя признаками должны являться все
имеющиеся свойства изображений объектов, а шумом — все искажения этих
изображений. При стереоскопическом определении высот объектов признаками
являются любые соответственные контрасты на изображениях.
Если дешифровщик не обнаруживает признаков возможных изображений объектов, то
он переходит к следующему участку снимка, а если обнаруживает, то выполняет
следующий подпроцесс.
Для названия второго подпроцесса можно использовать один из синонимов:
распознавание, опознавание, опознание. Так как краткость является
преимуществом, выберем опознание.
При опознании дешифровщик, наблюдая и измеряя признаки изображений, определяет,
как называется обнаруженное изображение. При этом он определяет несколько
имеющихся на изображении признаков, т. е. анализирует каждое изображение,
разделяя его на составляющие. Затем сопоставляет совокупность определенных
признаков с классификациями признаков изображений и объектов (если последние
ему известны). Классификации изображений и объектов могут храниться в памяти
дешифровщика в виде графических таблиц, эталонов дешифрирования и т. д. В
результате сопоставления дешифровщик синтезирует элемент классификации
изображений, т. е. опознает (истолковывает, интерпретирует и т. п.) изображение
и называет объект.
Если изображение классифицируется неуверенно, то дешифровщик при необходимости
дополнительно определяет имеющиеся у изображения признаки, а также использует
вспомогательные материалы (карты, описания и др.), затем по более
представительной совокупности признаков классифицирует изображение объекта.
Классифицированный объект необходимо дополнить характеристиками свойств, которые
интересуют потребителей. Качественные и количественные характеристики объектов
дешифровщик определяет по признакам изображений и вспомогательным материалам.
Порядок определения этих характеристик широко освещен в литературе.
Классифицированные объекты с их характеристиками необходимо зарегистрировать.
Регистрация объектов заключается в их размещении на каком-либо носителе
информации в закодированном виде, удовлетворяющем потребителей. Регистрация
может быть выполнена в едином виде в банке данных с учетом оптимизации хранения
и выдачи этих данных потребителям. В настоящее время наиболее обеспечен
техническими средствами процесс регистрации.
Самым сложным и трудоемким подпроцессом дешифрирования является опознание
изображений. Фактически опознание включает операции, которые выполняются и в
подпроцессах обнаружения изображений объектов и определения их качественных и
количественных характеристик. Поэтому необходимо в первую очередь сосредоточить
усилия на формализации опознания изображений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бирюков В. С. О понятиях в дешифрировании // Геодезия и картография. — 1992.
— №7.— С. 35—38.
2. Бирюков В. С, Новоселов Д. И. О понятиях «объект» и «изображение» в
топографическом дешифрировании. // Геодезия и картография. — 2005. — №. 4 — С.
45—49.
Бирюков В.С., Новоселов Д.И. О Признаках и процессе
топографического дешифрирования // Геодезия и картография. - 2005. - № 5. - С.
20-25.