Дешифрирование аэрокосмических снимков
Дешифри́рование аэрокосми́ческих сни́мков, процесс распознавания объектов, их свойств и взаимосвязей по изображениям (снимкам), полученным при съёмке из космоса, с самолётов, беспилотных летательных аппаратов (т. е. при дистанционном зондировании).
Дешифрирование аэрокосмических снимков представляет собой метод изучения и исследования объектов, явлений и процессов на земной поверхности, включающий распознавание объектов по их дешифровочным признакам, определение характеристик, установление взаимосвязей с другими объектами. Дешифрирование аэрокосмических снимков рассматривается также как раздел отраслевых наук о Земле (географии, геологии, лесоведения и др.), предметом которого является теория и способы получения тематической информации по снимкам. В соответствии с тематической направленностью использования снимков различают дешифрирование топографическое, геологическое, ландшафтное, сельскохозяйственное, лесное и т. п. Дешифрирование аэрокосмических снимков является этапом создания общегеографических, топографических и тематических карт. В англоязычной литературе для обозначения дешифрирования аэрокосмических снимков применяется термин Image Interpretation (интерпретация снимков), который в последние годы всё шире используется и в отечественных научных публикациях, однако понятие «дешифрирование» шире, поскольку для интерпретации (толкования) объектов на изображении их надо обнаружить и опознать.
Задача дешифрирования – извлечь из снимка как можно больше информации, необходимой для поставленной цели. Результаты дешифрирования регистрируются в графической, цифровой или текстовой форме.
Дешифрирование аэрокосмических снимков требует определенных навыков и знаний. Обнаружение объектов на аэрокосмических снимках и их распознавание может быть затруднено в силу разных обстоятельств: изображение на снимках не соответствует привычному для нас виду, так как представлен вид сверху, то есть плановое изображение; на снимке изображаются объекты, невидимые с Земли из-за слишком большого размера и ракурса наблюдения; на снимке запечатлён только определённый момент состояния объекта, в то время как мы воспринимаем окружающий мир в развитии; изображение на снимке одного и того же объекта изменчиво в зависимости от многих факторов; изображение бывает получено не при солнечном свете, а в тепловом или радиодиапазоне длин волн, в результате чего на снимках отображаются физические, не различимые глазом, свойства объектов.
Исторически появление и развитие дешифрирования аэрокосмических снимков напрямую связано с развитием воздухоплавания и фотографии, в дальнейшем – с развитием технологий получения изображений в «невидимых лучах» – ближнем и тепловом инфракрасном и радиодиапазонах длин волн, а позже цифрового представления и анализа изображений.
Потребность в дешифрировании аэроснимков появилась с момента возникновения аэрофотосъёмки. Во время Первой мировой войны 1914–1918 гг. дешифрирование аэроснимков стало одним из эффективных средств разведки, аэроснимками пользовались также для исправления и дополнения топографических карт. Уже в первые годы советской власти ставились опытно-производственные работы по внедрению аэрофотосъёмки в народное хозяйство, что потребовало совершенствования методов дешифрирования. В 1930-е гг. впервые были поставлены многие теоретические проблемы дешифрирования, которые нашли развитие в дальнейшем. В частности, были введены понятия о дешифровочных признаках и аэрофотометоде (впоследствии развитом до аэрокосмических методов) исследования объектов на земной поверхности, дешифрирование стало рассматриваться как вероятностная проблема, исследовались психофизиологические факторы дешифрирования и др. Развитию методов дешифрирования способствовали съёмки обширных малоисследованных и труднодоступных районов. Широкое внедрение камерального дешифрирования, ограниченно опиравшегося на полевые обследования местности, потребовало привлечения специалистов географов-картографов. В период Великой Отечественной войны 1941–1945 гг. дешифрирование имело очень широкое применение: обнаруживались с большой степенью достоверности важные элементы обороны противника, результаты дешифрирования служили материалом при создании карт для обеспечения войск. В 1950-е и последующие годы методики съёмки и дешифрирования, разработанные в военных целях, стали достоянием широкого круга исследователей и производственников, расширился круг отраслей науки и практики, в которых применяются аэрофотоснимки; ландшафтно-индикационный метод, разработанный в 1960-х гг., стал основным при географическом изучении территории по аэрофото- и космическим снимкам. Наибольшее развитие и практическое применение получило дешифрирование аэрофотоснимков при создании топографических карт, теоретические и практические вопросы которого разработаны в трудах отечественных картографов Л. А. Богомолова, Т. В. Верещаки, Н. С. Подобедова. В Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэросъёмки и картографии были подготовлены и внедрены в деятельность аэрогеодезических предприятий нашей страны по топографическому картографированию альбомы образцов дешифрирования различных объектов на аэрофотоснимках (рельеф, растительность, населённые пункты и др.).
С момента появления аэроснимков и до конца 1960-х гг. визуальный метод являлся единственным методом дешифрирования, а его способы и технологии постоянно совершенствовались. С начала 1960-х гг. появились космические методы съёмки. Как на первом историческом этапе аэросъёмка послужила толчком к совершенствованию методов топографического дешифрирования и картографирования, так широкое применение космических снимков в 1970–1980-х гг. ознаменовало новый этап в развитии тематического дешифрирования космических снимков, включая цифровые методы. Рубеж столетий ознаменовался скачком в развитии технологий получения космической информации: сейчас на орбитах одновременно работают несколько сотен спутников дистанционного зондирования, отмечается бурное развитие радиолокационной съёмки Земли. Постоянно возрастающие объёмы, разнообразие и скорость поступления новых материалов космических съёмок Земли способствовали распространению на них понятия Big Data – «большие данные», что формирует потребность в принципиально новых методах дешифрирования. В этих условиях быстрыми темпами активно развиваются новые компьютерные методы обработки материалов съёмок, машинное обучение. При этом развитие новых методов предъявляет и новые требования к дешифровщику – географу-картографу: создаваемые системы машинного зрения и искусственного интеллекта должны опираться на огромное число правильно подобранных эталонов изображения объектов Земли.
Дешифрирование может выполняться либо на местности (полевое дешифрирование) либо в лабораторных условиях (камеральное дешифрирование). Преимущество полевого дешифрирования – это, прежде всего, высокая степень достоверности получаемых результатов, а также их большая современность, поскольку изучение местности происходит на момент дешифрирования, а не съёмки. Недостаток полевого метода – его невысокая производительность и очень высокая стоимость. Полевое дешифрирование может быть наземным или аэровизуальным. Камеральное дешифрирование требует, как правило, меньших затрат времени и труда, но при этом не может обеспечить полноты и достоверности результатов, достигаемых при полевом дешифрировании. Методы камерального дешифрирования снимков сводятся к двум основным – визуальному при работе с изображениями на экране монитора или с их «твёрдыми» копиями и фотоматериалами и автоматизированному (компьютерному), осуществляемому с помощью специальных программных комплексов. В практической деятельности повсеместно используется интерактивное дешифрирование, сочетающее этапы автоматизированного и визуального дешифрирования.