Ідентифікація та аналіз багатокомпонентних фотограмметричних зображень проекційної природи

Четвертий розділ роботи присвячено побудові інваріантних інформаційно-геометричних моделей ізопланатичних багатотонових зображень та різним аспектам практичного застосування запропонованих моделей для ідентифікації та аналізу проекційних зображень.

З використанням кількісного опису формоутворення ізопланатичних зображень в рамках фізичної теорії оптичних систем встановлено, що перетворення векторів подання   таких зображень у просторі ІХБС, зумовлені зміною позиційних параметрів формоутворення та зафіксованих на різних довжинах хвиль  , має вигляд:

 

де   — вектор, пов’язаний з параметрами відеодатчика. Через   позначено величину  , де   визначаються позиційними умовами фіксації зображень (рискою позначені величини, пов’язані з аналізованим зображенням).

Одержано рівняння інваріантної квадрики

 

де   — афінно-інваріантна інформаційна ознака для відповідного стигматичного зображення;   — матриця метричного тензора простору моделі  .

Зі співвідношення (18) випливає, що урахування ізопланатичності веде до зміщення центра квадрики вздовж осі симетрії на вектор   та масштабного перетворення радіуса квадрики з коефіцієнтом  .

Встановлено, що у випадку, якщо еталонне та аналізоване зображення одержані при фіксованих зовнішніх та внутрішніх елементах орієнтування (висота, ракурс, апертура відеодатчика, фокусна відстань),  . Відмінність радіусів інваріантних квадрик, яким належать точки подання цих зображень, визначається лише різними довжинами хвиль випромінення-носія відеоінформації, на яких вони зафіксовані. Встановлено, що за відсутності відносного повороту картинних систем координат   колінеарні і відрізняються лише довжиною з коефіцієнтом масштабування, що дорівнює  .

У дистанційному зондуванні об’єктів земної поверхні суттєве значення має інтерпретація зображень її фіксованої ділянки, одержаних у різних спектральних діапазонах. В рамках розвиненої інформаційно-геометричної моделі точки подання відповідних зображень розташовані на одній прямій у просторі ІХБС, що прийняте за додаткову ідентифікаційну ознаку при інтерпретації таких зображень.

Розвинена інформаційно-геометрична модель була застосована для автоматизованої інтерпретації фотограмметричних зображень проекційної природи, сформованих з космічних апаратів "Океан-О" та "Січ-1".

 

 

В дисертації вирішено суттєву наукову проблему геометричного моделювання проекційних БКЗ, інваріантного до факторів їхнього формоутворення та фіксації дистанційними засобами. Прикладні результати роботи забезпечують морфологічний аналіз та інтерпретацію геометричних форм БКЗ різної топологічної структури (одержаних шляхом відсікання за рівнем яскравості, растрового типу, одержаних у різних спектральних діапазонах).

1. Запропоновано афінно-інваріантні геометричні моделі подання класів еквівалентності геометричних форм БКЗ плоских об’єктів на основі відображення скалярних яскравостей об’єктів на простір параметрів — безрозмірних семіінваріантів розподілу яскравостей на площині проекцій.

2. Визначено просторові конфігурації (багатовиди) у просторі моделі, які подають класи еквівалентності геометричних форм БКЗ, інваріантні стосовно позиційних умов фіксації зображень. Одержано аналітичний опис таких конфігурацій.

3. Запропоновано методику морфологічного аналізу БКЗ растрового типу та одержаних відсіканням за рівнем яскравості на основі проективних інтерпретацій Пуанкаре та Бельтрамі-Клейна багатовидів у просторі параметрів, які подають множини ГФ таких зображень, пов’язаних афінними перетвореннями. Встановлено геометричні конфігурації, належність яким відповідних проекцій точок подання БКЗ визначає їх належність фіксованому класу еквівалентності ГФ.

4. Вперше побудована інформаційно-геометрична модель проекційних зображень, окремі фрагменти яких отримано у різних спектральних діапазонах випромінення-носія відеоінформації при неточковій відповідності об’єкта та зображення, зумовленій дифракційними явищами.

5. Встановлено зв’язок між взаємним розташуванням точок подання БКЗ на багатовидах простору моделі, які подають класи еквівалентності ГФ багатокомпонентних зображень при варіюванні позиційних параметрів їх формоутворення та фіксації.

6. На основі запропонованих інформаційно-геометричних моделей БКЗ проекційної природи розроблено алгоритмічну базу ідентифікації та морфологічного аналізу їх геометричних форм, що включає:

• визначення належності геометричної форми БКЗ, що аналізується, класу ГФ, заданому еталонним зображенням;

• відновлення позиційних параметрів формоутворення та спектрального діапазону, за яких було зафіксовано зображення, що аналізується, в умовах дальньої фотограмметрії;

• визначення інтегральних кількісних мір відмінності (схожості) геометричних форм та розподілів яскравості пари БКЗ фіксованого об’єкта.

Запропоновано графоаналітичну методику морфологічного аналізу БКЗ на основі діаграмного подання траєкторій ізометричних рухів точок подання геометричних форм зображень, зумовлених їх афінними перетвореннями, у просторі ІХБС довільної вимірності.

7. Розроблено програмне забезпечення морфологічного аналізу та інтерпретації ГФ багатокомпонентних зображень проекційної природи.

8. Результати роботи впроваджені у Державному конструкторському бюро “Південне” (м. Дніпропетровськ) та Науково - виробничому підприємстві “Хартрон-КОНСАТ” (м. Запоріжжя).

 

 

1. Гнатушенко В. В. Графічне подання перетворень проекційних зображень у багатовимірній інформаційно-геометричній моделі // Прикладна геометрія та інженерна графіка. - К.: КНУБА, 2001. - Вып. 69. - С. 217-219.

2. Корчинський В. М., Гнатушенко В. В. Проективні інтерпретації афінно-інваріантної геометричної моделі подання проекційних зображень // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАТА, 2001. - Вип. 4, т.13. - С. 43-47.

3. Гнатушенко В.В., Корчинський В. М. Ідентифікація багатокомпонентних зображень на основі проективних інтерпретацій // Прикладна геометрія та інженерна графіка. - К.: КНУБА, 2002. - Вып. 71. - С. 41-44.

4. Корчинський В. М., Гнатушенко В. В. Геометрична модель ідентифікації багатокомпонентних зображень // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАТА, 2002. - Вип. 4, т.16. - С. 26-30.

5. Гнатушенко В. В. Афінно-інваріантна геометрична модель ідентифікації форм багатокомпонентних растрових зображень // Вісник ХДТУ. - Херсон: ХДТУ, 2002. - №2 (15). - С. 142-145.

6. Гнатушенко В. В. Багатовимірна геометрична модель напівтонових зображень у вигляді центральних проекцій // Збірка праць міжнар. наук.-практ. конф. “Сучасні проблеми геометричного моделювання”. - Харків, 2001. - С. 202-204.

7. Гнатушенко В. В. Інваріантна модель оброблення та розпізнавання ізопланатичних зображень // Праці VІ Всеукраїнської міжнародної конференції з оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів “УкрОбраз-2002”. - Київ: Інститут кібернетики НАН України, 2002. - С. 139-142.

 

Гнатушенко В.В. Ідентифікація та аналіз багатокомпонентних фотограмметричних зображень проекційної природи. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.01 — прикладна геометрія, інженерна графіка. — Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, 2002.

Дисертацію присвячено питанням розпізнавання та позиційно-інваріантно-го аналізу геометричних форм багатокомпонентних зображень проекційної природи з неоднорідним розподілом яскравості, отриманих в умовах дальньої фотограмметрії. Розглядаються багатокомпонентні зображення растрового типу; з компонентами, одержаними відсіканням за рівнем яскравості та (або) у різних спектральних діапазонах випромінення-носія відеоінформації. Функції яскравості таких зображень представлені безрозмірними комбінаціями семіінваріантів заданого порядку, що у сукупності утворюють багатовимірний простір інформаційно-геометричної моделі, у рамках якої класи еквівалентності геометричних форм зображень подаються алгебраїчними багатовидами. Створена методична та алгоритмічна база ідентифікації та аналізу багатокомпонентних зображень різної топологічної структури на основі запропонованих геометричних моделей, в термінах позиційних та метричних задач багатовимірної геометрії простору моделі. Запропоновано конструктивні алгоритми ідентифікації та аналізу багатокомпонентних зображень зазначених типів, висока ефективність яких обґрунтована теоретично та підтверджена впровадженнями.

Ключові слова: багатокомпонентне зображення проекційної природи, ідентифікація, простір моделі, інваріантний геометричний об’єкт.

 

Гнатушенко В.В. Идентификация и анализ многокомпонентных фотограмметрических изображений проекционной природы. — Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.01.01 — прикладная геометрия, инженерная графика. — Таврическая государственная агротехническая академия, Мелитополь, 2002.

Диссертация посвящена вопросам распознавания и позиционно-инвариантного анализа геометрических форм фотограмметрических изображений проекционной природы с многокомпонентной топологической структурой. Рассматриваются многокомпонентные изображения растрового типа; изображения, отдельные фрагменты которых получены отсечением по различным уровням яркости; изображения с компонентами, сформированными в различных спектральных диапазонах излучения-носителя видеоинформации. Информационно-геомет-рические модели многокомпонентных изображений построены в пространстве безразмерных семиинвариантов их функций яркости. Определены пространственные конфигурации в пространстве модели, которые представляют классы эквивалентности геометрических форм многокомпонентных изображений при изменении позиционных параметров проецирования. Установлено, что для изображений растрового типа каждая из таких конфигураций состоит из масштабно-инвариантной центральной квадрики и двух пересекающих ее кривых второго порядка, инвариантных к преобразованиям косых сдвигов. Рассмотрены особенности взаимного расположения в пространстве модели точек представления изображений растрового типа с разномасштабыми фрагментами в зависимости от их количества.

Предложен графоаналитический вариант методики позиционно-инвариантного анализа многокомпонентных изображений растрового типа и изображений, фрагменты которых получены отсечением по различным порогам яркости, на основе проективных интерпретаций Пуанкаре и Бельтрами-Клейна афинно-инвариантных многообразий в пространстве модели.

Разработана информационно-геометрическая модель проекционных изображений, отдельные фрагменты которых получены в различных спектральных диапазонах излучения-носителя видеоинформации с учетом неточечного соответствии объекта и изображения, обусловленного дифракционными явлениями. Установлено, что учет такого соответствия приводит к смещению центров аффинно-инвариантных квадрик, представляющих классы эквивалентности геометрических форм таких изображений, вдоль осей симметрии.

Предложена графоаналитическая методика идентификации геометрических форм изображений, полученных при параллельности предметной и картинной плоскостей, в основу которой положена диаграммная интерпретация траекторий изометрических движений точек представления геометрических форм изображений, обусловленных изменением позиционных параметров проецированя, в пространстве модели произвольной размерности.

Разработаны методическая и алгоритмическая базы идентификации и анализа многокомпонентных изображений проекционной природы на основе предложенных геометрических моделей в терминах позиционных и метрических задач многомерной геометрии пространства модели, включающая: определение принадлежности формы анализируемого изображения классу геометрических форм, определяемому эталонным изображением; восстановление спектрального диапазона, в котором получено анализируемое изображение; определение интегральной меры отличия (схожести) двух многокомпонентных изображений фиксированного объекта. На этой основе предложены конструктивные алгоритмы идентификации и позиционно-инвариантного анализа многокомпонентных фотограмметрических изображений проекционной природы, высокая эффективность которых подтверждена внедрениями.

Ключевые слова: многокомпонентное изображение, идентификация, информационные характеристики, пространство модели, инвариантный геометрический объект.

 

Gnatushenko V.V. Identification and analysis of the multicomponent photogrammetric images of a projection nature. — Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.01.01 – applied geometry, engineering graphics — Tavria state agrotechnical academy, Melitopol, 2002.

The thesis is devoted to the recognition and position-invariant (morphological) analysis of the geometrical shapes of the projective images with non-uniform distribution of brightness, formed in conditions of long-distant photogrammetry. Such types of multicomponent images are considered: raster images; including components, formed by cut off on a brightness level and (or) in various spectral ranges of radiation - the carrier of video-information. The brightness functions of such images are represented by the set of dimensionless combinations of semiinvariants of the given order, which in aggregate form the many-dimensional linear space of informative-geometrical model; within the framework of this space the classes of equivalence of the geometrical forms of the images are represented by algebraic varieties. The methodical and algorithmic bases of identification and analysis of mulicomponent images of the specified types is developed in terms of item and metric tasks of the model space geometry. The constructive algorithms of identification and analysis of such images are offered; their effectiveness is juctified theoretically and confirmed by applications.

Key words: geometric modelling, multicomponent image, identification, space of model, invariant geometric object.