Цифровая фотограмметрия как инструмент изучения формы разнообразных биологических объектов




Введение

Проблемы обеспечения устойчивого развития человечества требуют активизации усилий по решению проблем сохранения окружающей среды. При этом одними из приоритетных направлений остаются изучение средообразующих функций биологических систем и определение пределов их устойчивости. В этой связи активно развиваются интеграционно- междисциплинарные подходы, и внедряются компьютерные технологии в таких исследованиях.

Наибольшего эффекта в анализе биообъектов по материалам крупномасштабных съемок можно достигнуть, применяя стереофотограмметрический метод, при котором сбор данных осуществляется не только по снимкам, но и по стереомоделям. Несомненные преимущества такого подхода заключаются в том, что пространственные по своей природе объекты изучаются по адекватным им трехмерным моделям, обладающим высокими метрическими свойствами. До недавнего времени сложность реализации фотограмметрических технологий сдерживала их внедрение в практику биоэкологических исследований.

Ситуация изменилась с переходом фотограмметрии на цифровые методы съемки и обработки изображений, что значительно расширило форматы ее приложений. Основные факторы, способствующие этому: применение для съемки цифровых камер и, как следствие, оперативное получение изображений с высоким разрешением; возможность фотограмметрической обработки на компьютере, что обеспечило высокую степень ее автоматизации и визуализацию результатов в стереорежиме на экране монитора.

Таким образом, возникли предпосылки для практической реализации фотограмметрических технологий, адаптированных для сбора пространственных данных о биообъектах, соответствующих следующим уровням биосистем: популяционно-видовому, организменному и клеточному. В частности, по стереомикроизображениям могут быть выявлены морфологические изменения пыльцы и семян различных растений. Стереосъемка с близких расстояний позволяет охарактеризовать растение в целом и отдельные его части (стебель, лист, плод), а стереомакросъемка – исследовать микроструктуру их поверхностей. Наземная стереосъемка в границах фации достаточно информативна для анализа развития видового и популяционного разнообразия.

В целом использование «ярусной» информации, получаемой по материалам аэрокосмических съемок, дополненной данными наземной съемки, с близких расстояний, вплоть до микросъемки, способно обеспечить пространственно сопряженными данными практически все иерархические уровни организации живой природы.

Эти принципиально новые возможности составили основу концепции сбора пространственных данных по цифровым стереомоделям в целях информационного обеспечения многоуровневых исследований биосистем.

Сложность проблемы многоуровневого мониторинга биосистем обусловлена широким спектром изучаемых биообъектов, отличающихся друг от друга многообразием форм и размеров. Очевидно, в этом случае требуются нестандартные виды съемок и, соответственно, иные принципы фотограмметрической обработки, отличные от существующих технологически отлаженных приемов, используемых в фототопографии и прикладной фотограмметрии, и обеспечивающие необходимую степень информационной насыщенности для изучения конкретного уровня. С учетом этого предложены методы и технологии сбора пространственных данных по цифровым стереомоделям, адаптированные к конкретным задачам изучения природных объектов.


 

Цифровая фотограмметрия как инструмент изучения формы разнообразных биологических объектов

Фотограмметрия как техническая дисциплина в своем развитии опирается на достижения в области фотографии, оптического приборостроения, авиации, космонавтики и вычислительной техники. Технический прогресс в каждой из перечисленных сфер порождает новые технологии в фотограмметрии, посредством которых решаются прикладные задачи в различных областях человеческой деятельности. Уже давно наряду с геодезией фотограмметрия является основным инструментом создания топографических и тематических карт разных масштабов по космическим, аэро- и наземным снимкам.

Современный этап развития фотограмметрии – это цифровая фотограмметрия, базирующаяся на новых технических средствах получения изображений и их компьютерной обработки. Эти технические возможности нашли свое воплощение в новых технологиях решения традиционных задач аэро- и фототопографии, которые реализованы на цифровых фотограмметрических станциях (ЦФС) (рис.1).

Рисунок 1 – Цифровая фотограмметрическая станция «Дельта»

Типовые процедуры цифровой фотограмметрической обработки реализованы не только в составе программного обеспечения ЦФС, но и в полнофункциональных растровых геоинформационных системах (ГИС), например, в Erdas Imagine – программном пакете, разработанном специально для обработки и анализа данных дистанционного зондирования (ДДЗ), выполняющем функции автоматической классификации дешифрируемых объектов. Кроме того, векторные ГИС включают в себя отдельные модули, обеспечивающие использование снимков в виде растровых подложек. Разработан ряд программных продуктов (3D Studio MAX, SoftImage, PhotoModeler и др.) для формирования трехмерных моделей реального мира и их визуализации в разных формах. Они реализуют возможности трехмерного отображения с учетом цвета, фактуры поверхности и параметров освещения, позволяют имитировать движение и т. п.

Важным фактором, влияющим на совершенствование методов фотограмметрии, является создание цифровых съемочных систем (ЦСС). Конструктивно ЦСС, к которым относятся цифровые фотоаппараты и видеокамеры, схожи с аналоговыми съемочными системами, главная особенность ЦСС − применение в них устройств, исключающих химическую обработку фотоматериалов, для фиксации изображений – приборов с зарядовой связью (ПЗС-матриц). Кроме того, они снабжены рядом дополнительных устройств: аналогово-цифровыми преобразователями и модулями памяти для записи цифровых изображений.

Применение ЦСС качественно изменило процесс съемки благодаря автоматизации непосредственно процесса фотографирования, исключению фотографической обработки и, что немаловажно, возможности коррекции визуального качества снимков в интерактивном режиме или позднее, с помощью компьютерных программ.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-04-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: