Актуальной проблемой является создание интегрированной многофункциональной системы, объединяющей возможности цифровой фотограмметрической обработки изображений, картографической системы и ГИС. Средства получения данных дистанционного зондирования непрерывно совершенствуются, что ведет к повышению измерительных и изобразительных характеристик изображений, возможности использования бортовых данных для определения элементов внешнего ориентирования съемочных платформ спутниковыми, инерциальными и иными системами. Все это должно учитываться при разработке методов обработки изображений и технологий получения цифровой информации о местности

С.С. Нехин (ЦНИИГАиК)

Широкое внедрение вычислительной техники, сопровождаемое увеличением ее мощности и быстродействия при снижении стоимости, успехи в области создания и использования географических информационных систем (ГИС) и технологий, а также применение изображений, получаемых цифровыми съемочными системами, обусловили создание и использование цифровых фотограмметрических систем (ЦФС) и рабочих станций. ЦФС широко внедряются в практику работ, так как позволяют в большей степени автоматизировать технологические процессы сбора и обновления топографической и тематической информации. В связи с этим интенсивно развиваются и совершенствуются методы цифровой обработки данных ДЗЗ.

Первые цифровые системы обработки изображений появились в 1960-х годах. Они базировались на аналитических фотограмметрических приборах, а основу работ составляла оцифровка небольших участков аналоговых снимков стереопары. В качестве примера можно назвать системы GPM (Gestalt, Канада) и «Модель» (ЦНИИГАиК). В середине 1980-х годов полностью цифровые фотограмметрические системы появились за рубежом, а несколькими годами позже и в России. Следует подчеркнуть, что современное понятие цифровой фотограмметрической системы подразумевает нечто большее, чем просто обработку снимков. Речь идет об обработке различных по характеристикам и способам получения данных дистанционного зондирования и сопутствующей им геодезической, бортовой, картографической и иной информации.

Автору поступило предложение подготовить обзор с анализом функций, характеристик и возможностей существующих систем обработки данных дистанционного зондирования с целью помочь пользователям при выборе системы. Начав работать над материалами, автор пришел к мысли дать обобщенное описание возможностей таких систем без ссылок на конкретные продукты. Это обусловлено, во-первых, тем, что число систем обработки данных дистанционного зондирования велико и проблематично их даже перечислить, а во-вторых, автор является разработчиком одной из таких систем, и ему трудно быть объективным при проведении сравнительного анализа. Таким образом, в предлагаемом материале будет сделана попытка дать в определенном порядке описание функций и характеристик систем с тем, чтобы помочь специалистам оценить уровень и возможности современных систем обработки изображений и сделать соответствующий выбор, а начинающим разработчикам составить представление о тенденциях развития таких систем.

«Солидная» цифровая фотограмметрическая система должна иметь программное, информационное, аппаратное и организационное обеспечение. Наличие помимо обязательных программного и информационного обеспечения аппаратных средств (стереовизуализации, управления, вычислительного блока с операционной системой, периферийных устройств) свидетельствует о надежности системы. В организационном плане важны поддержка и обучение пользователей, своевременное обновление версий программ, консультации по вопросам эксплуатации системы. Также имеют значение организация пользовательского интерфейса и возможность его модификации, наличие встроенной описательной информации (Help), подробной эксплуатационной и технологической документации, степень русификации, дублирование на другие языки. Стоимость и распространенность системы в какой-то степени также характеризуют ее возможности, хотя не совсем корректно сравнивать по стоимости отечественные и зарубежные продукты.

Системы могут быть специализированными, т. е. ориентированными на конкретные технологические процессы и задачи (например, фототриангулирование, создание ортофото, обновление контуров и т. д.), и универсальными, в которых интегрируются различные типы исходной информации, а также методы и технологии ее обработки. Универсальные системы могут одновременно поддерживать ряд функций (например, фотограмметрические, картографические, геоинформационные), но, как правило, в полном объеме реализуется только одна из них, а другие представлены фрагментарно.

Информационное обеспечение ЦФС включает классификатор объектов и характеристик, правила цифрового описания объектов, системы условных знаков и контроля цифровой информации, формат представления.

Классификатор топографических объектов содержит составленный в определенном порядке перечень названий и кодов объектов, обязательных и дополнительных характеристик, типов локализации и ряд иных параметров.

Правила цифрового описания определяют порядок конструирования объектов с разным характером локализации (точка, вектор, полилиния, полигон) и точки «привязки» внемасштабных объектов.

Несомненными преимуществами системы являются возможность встраивать в нее нужное пользователю информационное обеспечение, наличие конструктора условных знаков для создания и редактирования библиотек условных знаков топографических карт и планов разных масштабов, а также тематических и специальных карт и планов. Важна возможность настройки базы данных классификатора и функций контроля качества собранной цифровой информации применительно к используемому информационному обеспечению.

Принципиальной характеристикой системы является тип обрабатываемых пространственных данных с точки зрения их представления во внутреннем формате. Оптимальным вариантом являются трехмерные (3D) векторные данные, когда каждая точка объекта в формате системы представляется пространственными координатами X, Y, Z. Некоторые системы поддерживают так называемую 2,5D-информацию, когда высоты объектов вычисляются на основе отдельного векторного слоя рельефа (горизонтали, пикеты), или 2D-информацию без третьей координаты (высоты). Наиболее продвинутые системы поддерживают объемные 3D-модели (фотореалистичные) для создания виртуальных сцен.

Следует отметить, что формат системы может содержать четвертую координату (например, время создания объекта), пятую и шестую (например, точность получения плановых координат и высот).

Исходной информацией для ЦФС являются:
изображения, полученные сенсорами центрального и нецентрального проектирования в видимом и иных диапазонах электромагнитного излучения;
картографические и геодезические данные;
данные бортовых систем (звездной, спутниковой, инерциальной и др.);
текстовые документы, описания, характеристики и т. п.;
мультимедийные данные (снимки, видео- и аудиозаписи).

Информация либо непосредственно формируется в цифровой форме, либо переводится в нее путем оцифровки аналоговых данных.

Обрабатываемые ЦФС изображения можно классифицировать по:
типу съемки: наземные, космические, аэро-, гидро- (подводные);
принципу проектирования (геометрии построения): центральной проекции, нецентральной проекции (щелевые, панорамные, сканерные, тепловые, радиолокационные, лазерные и др.);
цветности: черно-белые (2, 8, 10 12 бит), цветные и спектрозональные (24 и более бит).

Неметрическая обработка изображений предполагает проведение радиометрической и геометрической коррекции, форматирования, операций импорта и экспорта.

Радиометрическая коррекция включает цветовую и гамма-коррекцию, коррекцию яркости и контраста, автовыравнивание, эквалайзинг, инверсию изображения и др.

Геометрическая коррекция подразумевает изменение размера элемента разрешения, разворот изображения, выделение фрагментов, создание (удаление) пирамид изображений. Некоторые системы позволяют совместить два растровых изображения (например, карту и снимок) путем формирования «прозрачной» растровой подложки одного из них, а также объединить черно-белое изображение высокого разрешения и цветное низкого разрешения с получением результирующего цветного изображения высокого разрешения.

Функции форматирования включают такие основные процедуры, как конвертирование растровых данных при импорте и экспорте в другие форматы, сжатие информации, разделение и объединение изображений по файлам и цветовым составляющим, изменение числа бит на канал, запись элементов ориентирования и иной информации в файл или заголовок файла и др.
При импорте и экспорте изображений используются как широко распространенные, так и системные растровые форматы: TIFF (несжатый или сжатый JPEG или ZIP), JPEG, BMP, RAW, WMF, DIB, MrSID, ERDAS IMG, GIF, GeoTIFF и др.

Методы фотограмметрической обработки изображений с нетрадиционной геометрией базируются, в основном, на использовании: геометрии сенсора; коэффициентов эффективных полиномов (RPC), описывающих связь между пространственными координатами объекта и координатами его изображения на снимке; 3D-аффинных преобразований; универсальных алгоритмов обработки.

Фотограмметрические функции. К основным фотограмметрическим функциям ЦФС следует отнести: фототрингуляцию; построение одиночной модели местности; сбор информации о рельефе в стереорежиме; получение ортотрансформированных изображений; сбор информации о контурах.

Фототрингуляция одна из важнейших функций системы, обеспечивающая исходными данными операции ориентирования снимков (стереопар) блока. От точности и надежности этих данных зависят точность и надежность всех последующих фотограмметрических и картографических процессов, обеспечения геоинформационных технологий.

Построение фототриангуляционной сети может выполняться в режимах:
off-line, когда процесс измерения снимков технологически отделен от уравнивания сети;
on-line, когда процессы измерения, редактирования и уравнивания выполняются интерактивно с учетом происходящих изменений. Этот режим более предпочтителен с точки зрения оперативности и надежности получаемых результатов.

Для создания компьютерного проекта фотограмметрической сети выполняется построение накидного монтажа снимков блока вручную или автоматически с использованием координат центров проектирования снимков, определенных в полете бортовыми спутниковыми системами.

Измерение снимков при фототриангуляции может вестись: вручную по одиночным снимкам или стереопарам, интерактивно с использованием автоматического стереокоррелятора изображений или полностью автоматически.

Очень важна оперативная оценка качества измерений, выполняемая с использованием коэффициентов аффинной деформации снимков, поперечных параллаксов точек стереопары, расхождений координат связующих точек в зонах продольного и поперечного перекрытий и иных критериев, для редактирования результатов измерений отдельных точек.

Для уравнивания сети фототриангуляции используются известные способы: связок, независимых моделей, полиномиальный. Наиболее «строгим» является способ связок, основывающийся на уравнивании измеренных величин, а не их функций, и позволяющий наиболее корректно использовать метод самокалибровки снимков и дополнительные данные о параметрах линейной и угловой ориентации снимков, полученные бортовыми спутниковыми и инерциальными системами.

С точки зрения возможностей программного модуля уравнивания имеют практическое значение поддерживаемые им системы координат, картографические проекции и эллипсоиды, способность обрабатывать сети нестандартной конфигурации (например, с пропусками снимков, пересекающимися (каркасными) маршрутами и др.). Алгоритмические и программные возможности модуля характеризуются и максимально допустимым числом обрабатываемых маршрутов в блоке, снимков в маршруте и точек на снимке.

Модуль фототриангуляции может включать, например, возможность вероятностной оценки точности определения уравненных координат каждой точки сети, объединения и совместного уравнивания смежных блоков, получения фотоабрисов опорных точек и точек сгущения, обработки снимков нецентральных проекций или полученных разными съемочными системами, связи с другими фотограмметрическими системами посредством экспорта измерений в их форматы (PAT-B, ORIMA и др.).

В последние годы особое значение приобрели проблемы оперативного геопозиционирования или определения элементов внешнего ориентирования (ЭВО) изображений одной из основных задач фотограмметрии. Методы фототриангуляции для определения ЭВО изображений в течение последних десятилетий были существенно развиты и улучшены. Конкуренцию им составляет метод прямого позиционирования, который позволяет оперативно определять положение носителя в местной или глобальной системе координат и использовать эти данные при обработке изображений. В качестве технического обеспечения метода выступают бортовые и наземные приемники спутникового позиционирования (ГЛОНАСС/GPS) и инерциальная система (IMU) с высокоточными датчиками углов и ускорения. Таким образом, можно выделить два подхода к определению ЭВО изображений и координат объектов местности в режиме послеполетной обработки (косвенный метод) и в режиме реального времени (прямой метод).

До сих пор косвенный метод был общепринятым для ориентирования традиционных кадровых изображений (например, полученных аэрофотокамерами). При этом ЭВО снимка считаются неизвестными и определяются в процессе уравнивания фотограмметрической сети, например по способу связок. Этот способ позволяет определить ориентацию (углы наклона и разворота) и положение камеры (координаты центра проектирования съемочной системы), если во время съемки дополнительные датчики ориентации не используются. Шесть неизвестных параметров для каждого снимка определяются по координатам опорных наземных точек и их изображений на снимках. При блочной фототриангуляции измерение координат соответственных точек многократно перекрывающихся снимков позволяет существенно сократить число опорных точек для определения ЭВО. Стандартная модель центральной проекции основывается на уравнении коллинеарности, математически описывающем физический процесс формирования изображения. Модель связывает снимок с системой координат объекта, а геометрия камеры задается параметрами внутреннего ориентирования (координаты главной точки и фокусное расстояние объектива).

Обычно элементы внутреннего ориентирования определяются в процессе лабораторной калибровки и принимаются как исходные для уравнивания связок. Для достижения более высокого уровня точности вводятся дополнительные параметры самокалибровки, которые описывают остаточные систематические погрешности изображения.

Уравнивание блока по способу связок разумный подход к определению координат объектов. Хотя принимаемые элементы внутреннего ориентирования могут содержать погрешности, а параметры калибровки быть не самыми оптимальными, вычисленные координаты объекта являются относительно достоверными. При уравнивании остаточные погрешности минимизируются, а связки проектирующих лучей оптимально адаптируются к опорным точкам. При этом неучтенные систематические погрешности полностью входят в вычисленные параметры внешнего ориентирования. Для традиционного косвенного метода это не так важно, так как интерес представляет точность вычисленных координат объектов местности. Рассчитанные параметры ориентирования не обязательно согласуются с физическим положением и ориентацией камеры в момент съемки. Это лишь оптимальные оценки для фотограмметрического процесса уравнивания.

При прямом методе определения ЭВО ситуация совершенно иная, здесь принципиально важно знать истинное физическое положение камеры и ее ориентацию в момент съемки. С внедрением в практику объединенных спутниковых и инерциальных систем стало возможным прямое определение ЭВО любого датчика во время съемки. Использование спутниковых и инерциальных компонент, обработка их данных с оптимальной фильтрацией позволяет определять параметры ориентации с высокой точностью. Это значительно упрощает процесс ориентирования изображения даже при триангуляции, которая в последние годы доведена до совершенства путем автоматизации стереоотождествления измеряемых точек снимков и применения данных систем спутникового позиционирования, что позволяет сократить число опорных точек. Последнее, кстати, не всегда во благо, так как процесс триангуляции в этом случае сопровождается большим объемом операций интерактивного редактирования и контроля, а также вычислений, необходимых для автоматического измерения связующих точек и последующего обнаружения грубых ошибок.

В связи с этим больший интерес спутниковые/инерциальные системы представляют применительно к нетрадиционным съемочным системам, в частности, бортовым сканерам лазерным и видимого диапазона на ПЗС-линейках, для которых они обеспечивают экономичные получение и обработку данных. Так как параметры внешнего ориентирования для подобных систем требуется определять для каждой линии сканирования, косвенная ориентация датчика затруднена из-за большого числа необходимых опорных точек.

Кроме того, при привязке ортоизображений, когда высокая точность не нужна, прямое внешнее ориентирование съемочной системы значительно экономичнее уравнивания блока по наземным опорным точкам.

Одним из критических моментов в применении метода прямого позиционирования на основе объединенной GPS/IMU системы является точность и надежность измеренных параметров ориентации, которые зависят от ряда факторов, например, расстояния до базовой станции, перекрытия снимков и др.

Построение одиночной модели местности (одиночный снимок, стереопара), как правило, обязательный модуль ЦФС. Следует выделить два принципиально отличных способа обработки снимков:
последовательный (наиболее простой, но не столь эффективный): исходные снимки ориентирование эпиполярные снимки сбор информации о рельефе трансформирование для получения ортоизображения сбор или обновление контуров;
прямой (более сложный, но более эффективный): исходные снимки ориентирование сбор информации о рельефе и контурах по исходным снимкам. При этом векторная информация для фрагментов стереоизображений, видимых на экране, трансформируется в проекцию исходных снимков, т. е. на экране отображаются оригинальные снимки, пиксели которых не искажены.

В обоих способах построение одиночной модели местности выполняется по классической схеме: внутреннее ориентирование (для кадровых фотоснимков), взаимное ориентирование снимков, внешнее ориентирование фотограмметрической модели. Все сводится к определению пяти элементов взаимного и семи элементов внешнего ориентирования. Кроме этапов классической схемы в ряде случаев (конвергентная космическая съемка или наземная съемка карьеров, зданий, сооружений), особенно при обработке узкоугольных съемочных систем, выполняется совместное внешнее ориентирование двух одиночных снимков с определением для каждого из них шести элементов внешнего ориентирования.

При обработке наземных наклонных снимков их трансформируют на некоторую заданную плоскость, что обеспечивает удобство при стереопросмотре и сборе информации.

При построении стереоскопической модели успешно автоматизируются процессы стереоотождествления координатных меток и точек снимков стереопары.

Сбор информации о рельефе может выполняться вручную, автоматически, интерактивно (автоматически с ручным контролем) и комбинированно.

Ручной вариант используется при конструировании горизонталей в стереорежиме путем удерживания курсора на заданной отметке. В помощь оператору может подключаться автоматический коррелятор при сборе характерных точек и линий он обеспечивает автоматическое удерживание курсора на поверхности.

Автоматический вариант предполагает построение регулярной (с заданным шагом) или нерегулярной (например, TIN) сетки цифровой модели рельефа (ЦМР) с автоматическим определением высот ее узлов. Корректность автоматической стереокорреляции зависит от характеристик изображения, характера рельефа и иных факторов, что требует соответствующих настроек системы (размер шага, зоны и т. п.). Могут использоваться адаптивное сглаживание матрицы или отдельных участков и автоматическое построение горизонталей по ЦМР.

Интерактивный вариант отличается от автоматического визуальным контролем узлов ЦМР по стереоскопической модели и их редактированием, а также дополнением ЦМР характерными точками и линиями. Для редактирования ЦМР могут использоваться различные интеллектуальные фильтры, однако их эффективность зависит от ряда факторов (плотность точек, характер рельефа и др.).

Комбинированный вариант предполагает сочетание автоматизированного сбора информации на открытых участках местности и ручного на закрытых и для сбора характерных точек и линий.

При создании ЦМР реализуются различные методы интерполяции пространственных данных, а для контроля кроме контрольных точек используются различные условия и автоматические процедуры, например, монотонность изменения по высоте, сверка отметок горизонталей с отметками пикетов и контуров, равенство отметок уровня водной поверхности и др.

Для импорта/экспорта ЦМР используются текстовые форматы и такие, как DTM, XYZ, RAW.

Ортотрансформированные изображения находят широкие применение в качестве самостоятельного вида продукции, растровой подложки ГИС или основы для векторизации контуров.

Помимо традиционного последовательного метода трансформирования, заключающегося в обработке отдельных фрагментов и формировании из них единого ортофотоплана, используется и более эффективный пакетный режим для снимков блока. При этом границы и линии сшивки задаются автоматически или вручную.

В качестве информации о рельефе при ортотрансформировании изображений используются: регулярная матрица высот, нерегулярная сеть треугольников (TIN), горизонтали, характерные точки и линии, отметки векторизованных объектов и их сочетания.

Выравнивание цветовой палитры и плотности результирующего ортоизображения, как правило, выполняется в интерактивном режиме.

Для обработки снимков застроенных территорий ряд систем позволяет создавать так называемое «истинное» ортоизображение, в котором «мертвые» зоны заполняются участками снимков, близкими по геометрии к условиям ортогонального проектирования.

Обычно размер цифровых ортоизображений ограничивается возможностями операционной системы и не превышает 4 Гб, но некоторые ЦФС позволяют формировать изображения значительно большего размера. Существуют системы, в которых можно «раскрасить» черно-белое изображение и получить цветное ортоизображение.

На базе ортоизображений создаются ортофотокарты путем добавления векторных слоев горизонталей или «отмывки» рельефа, условных знаков, координатной сетки и зарамочного оформления.

В качестве растровых форматов ортоизображений используются TIFF, GeoTIFF, JPEG, BMP, GIF и др.

Сбор информации о контурах выполняется в моно- (по одиночному снимку или ортофотоплану) или стереоскопическом (полноэкранном ручном или автоматизированном с контрольным окном) режимах. Для ряда систем могут задаваться правила сбора, определяющие порядок векторизации объектов в зависимости от их вида и характера локализации.

Сбор цифровой векторной информации о контурах предполагает использование некоторого информационного обеспечения. Для автоматизации процесса сбора используются так называемые шаблоны, устанавливающие:
вид геометрических фигур (квадрат, прямоугольник, ортогональный многоугольник, круг, овал и т. п.), примыкание под прямым углом и др.;
тип полилинии (сглаженная или несглаженная, двойная, тройная и т. п.);
тип площадных объектов (заливка, штриховка, оформление заполняющими условными знаками и др.).

С целью автоматизации сбора к объекту также «привязываются» оформительские атрибуты (толщина, тип, цвет и прерывистость линии, условные знаки, подписи).

Процесс векторизации сопровождается конструированием сложных линейных и площадных объектов из собранных элементов с топологической сборкой полигонов и проверкой выполнения топологических условий; присоединением к ранее собранному объекту с контролем примыкания только в плане или в плане и по высоте и другими процедурами.

Для нанесения невидимых на снимках точек используются процедуры сбора с помощью засечек, промеров, перпендикуляров и т. п., ввод точек с известными координатами.

При сборе используются функции редактирования векторной информации такие, как разбивка и объединение объектов, удаление и добавление точек, замена отдельного участка объекта, добавление и изменение семантических характеристик объектов и др.

При сборе контуров выполняют дешифрирование изображений для идентификации векторизуемых объектов и сбора их характеристик. В связи с этим интерес представляет автоматизация дешифрирования изображений, которая является чрезвычайно сложной задачей. В настоящее время доступны автоматизированная сегментация изображений (выделение сегментов по изменению плотности), которая, как правило, требует дальнейшей интерактивной обработки, а также более или менее надежное выделение объектов правильной геометрической формы (например, прямоугольные здания и сооружения, круглые топливохранилища, линейные участки дорог и т. п.). Что касается тематического, а тем более топографического дешифрирования, есть некоторые успехи в отождествлении площадных объектов с использованием эталонов дешифрирования. В целом же следует констатировать, что это направление и теоретически и практически проработано слабее других.

Картографические функции системы. К ним следует отнести: редактирование, автоматическую генерализацию, импорт/экспорт векторной информации и функции издательской системы.

Редактирование векторной информации помимо стандартных функций, используемых при сборе контуров и рельефа, предполагает и специальные процедуры. К таковым следует отнести: просмотр объектов по слоям, перенос объектов из слоя в слой, копирование и удаление (точка, линия, объект, участок, стереопара, планшет), перемещение точек и объектов, обрезку цифровой информации по заданным границам, автоматическую стыковку объектов с разных стереопар или снимков, сводку по рамкам планшетов, совмещение обновляемой и обновленной цифровой информации с выделением оригинала изменений и оригинала сохранившихся контуров, вставку разрывов в объект, сглаживание линий, изменение атрибутов объектов и другие сервисные функции. Качество редактирования оценивается с использованием процедур контроля, настраиваемых в соответствии с информационным обеспечением.

На стадии редактирования формируется зарамочное оформление номенклатурных листов карт и планов, выполняются размещение, копирование и перенос подписей, генерализация цифровой информации для представления ее в более мелком масштабе, подготовка информации к выдаче на печать или преобразованию в другие векторные или растровые форматы, выделение информации для произвольного объекта из информационной системы и иные вспомогательные процедуры.

Автоматическая генерализация векторной информации предполагает создание по исходной картографической основе производных карт более мелких масштабов. Например, получение номенклатурного листа карты масштаба 1:25 000 из четырех смежных листов цифровой карты масштаба 1:10 000. В процессе автоматической генерализации выполняются операции (удаление, обобщение, объединение, утрирование, свертка и т. д.) над объектами карты, их характеристиками и элементами оформления в соответствии с разрабатываемыми цензами. В результате значительная часть элементов содержания топографических карт и планов может быть автоматически преобразована. Однако говорить о полной автоматизации процесса картографической генерализации еще рано.

Под термином «генерализация» может подразумеваться экранная генерализация, когда при изменении оператором масштаба изображения на экране векторные объекты и их элементы появляются и исчезают не в строгой зависимости от этого изменения, а с учетом некоторых закономерностей, например, сохранение «читаемости» толщин линий, размеров подписей, условных знаков и т. д.

Функции издательских систем. Под ними понимаются дополнительные возможности картографического редактирования цифровой векторной информации для подготовки ее к изданию. Целью редактирования является обеспечение полного соответствия графического оформления векторной информации действующим нормативным документам в части условных знаков, толщин и типов линий, типов и размеров шрифтов подписей и др. Выполняется также автоматическое создание номенклатурных рамок, координатной сетки и зарамочного оформления, так называемые «прочистки» при наложении элементов содержания друг на друга и т. д.

Другой важный момент разделение векторной информации по издательским слоям, т. е. по тем цветам, с помощью которых будет выполняться печать. Слои необходимы для получения диапозитивов.

Результатом всех операций являются разделенные по цветам файлы в форматах, воспринимаемых издательскими системами.

Импорт/экспорт цифровой векторной информации. Как правило, при этих операциях корректно передается лишь координатное описание объектов (в том случае, если передающая и принимающая системы одинаково описывают объекты). Что касается содержимого баз данных, оформительских элементов, то они передаются либо с искажениями, либо не передаются вообще. Это связано с тем, что для корректного импорта/экспорта всей информации требуется согласование информационного обеспечения систем в части используемых классификаторов (списки объектов, характеристик), правил цифрового описания объектов, систем условных знаков и систем контроля.

Форматами представления данных могут служить такие, как: DXF, DGN, DWG, MIF/MID, (3D) Shape Files, Generic ASCII, WinGIS, CADdy, VRML, 3D Studio Max, 3D MapInfo TAB и др.

Для графического отображения цифровой информации предполагается «нарезка» ее на планшеты установленного размера и формы, а также калибровка плоттера (принтера) для учета погрешностей протяжного механизма.

Функции ГИС. Одновременно с фотограмметрическими развивались географические информационные системы. Зародившись в середине 1960-х годов, к 1980-м они уже имели четкую коммерческую направленность. В историческом аспекте можно выделить три этапа в развитии методов обработки данных дистанционного зондирования и ГИС.

Первый этап системы обработки изображений и ГИС развиваются независимо. Интеграция систем слабая и основывается только на обмене данными. Векторная информация получается путем оцифровки изображений и передается в ГИС. В свою очередь пользователи данных ГИС обращаются к геопривязанным изображениям.

На втором этапе уже предполагается растрово-векторная обработка информации. ГИС и системы обработки изображений размещаются на одном компьютере, одновременный доступ к функциям обеих систем осуществляется через общий интерфейс. Тем не менее, системы остаются разделенными, и сохраняется необходимость обмена данными между ними. Проблемы преобразования форматов растровых и векторных данных решаются с использованием программных процедур.

Третий этап обеспечивает наиболее полную интеграцию за счет использования единой системы, которая позволяет обрабатывать данные ДЗЗ и векторные данные одновременно, реализуя все функциональные возможности ГИС и обработки изображений без необходимости преобразования данных, циркулирующих между системами. Хотя такой подход был предложен десятилетие назад, но при всем прогрессе вычислительной техники, технологий обработки изображений и ГИС достичь полной интеграции не удалось из-за разрозненности производителей программного обеспечения.

Основные коммерческие ГИС и программные пакеты обработки изображений в настоящее время поддерживают только первые два уровня интеграции. При полной интеграции для пространственного анализа должна быть реализована возможность совместного использования векторной базы данных и данных дистанционного зондирования.

Таким образом, актуальной проблемой является создание интегрированной многофункциональной системы, объединяющей возможности цифровой фотограмметрической обработки изображений, картографической системы и ГИС.

В настоящее время в цифровых системах реализуются такие функции ГИС, как:
поиск и отображение объектов по их пространственному положению, идентификаторам и характеристикам;
решение специальных задач (построение профилей, сечений, вычисление расстояний, площадей и объемов, определение секторов видимости, зон затопления), в том числе заданных пользователем;
трехмерное представление информации;
вставка в векторную карту растровых изображений, таблиц, формирование экспликаций и отчетов для ГИС и кадастра;
«привязка» к объекту мультимедийных файлов (аудио, видео);
интеграция со спутниковыми системами для оперативного позиционирования векторной или растровой информации;
преобразование векторной информации в заданные системы координат;
настройка панели инструментов для создания кнопок выполнения комплексных команд и др.

Аппаратное обеспечение является необходимым элементом системы и призвано повысить удобство, качество и производительность обработки информации.

Первые ЦФС были ориентированы на использование для обработки цифровой информации специальных дорогостоящих вычислителей и операционных систем. Массовое внедрение персональных компьютеров и поддерживающих их операционных систем кардинально изменили ситуацию.

В ЦФС стереоскопические наблюдения реализуются одним из следующих способов:
1. Оптико-механическим с помощью стереоскопической насадки на классический или жидкокристаллический монитор. Способ наиболее комфортен с точки зрения утомляемости глаз оператора, но не обеспечивает многопользовательский режим стереонаблюдений. Кроме этого, стереоскопическая насадка довольно громоздка, что создает некоторые неудобства в процессе работы.
2. Электронным с помощью светозатворных очков для классического монитора. Способ экономичнее оптико-механического, но менее комфортен вследствие большей утомляемости глаз оператора. Имеет два режима стереоизмерений: чересстрочный (interlaced) и полноэкранный (page flipping). Второй режим предполагает использование монитора с частотой более 120 Гц.
3. Электронным с помощью специального стереоэкрана и поляризационных очков. Способ наиболее дорогой, но обеспечивает многопользовательский комфортный режим стереонаблюдений.
4. Анаглифическим с помощью анаглифических очков для классического или жидкокристаллического мониторов. Из-за низкого качества стереоизображения способ мало пригоден для профессионального использования, но малая стоимость обусловливает его применение для обучения и проведения презентаций.

Для управления снимками на экране монитора программно обеспечиваются режимы:
плавного движения снимков относительно неподвижных измерительных марок;
движения измерительных марок относительно неподвижных снимков в пределах некоторой зоны, при выходе за ее пределы происходит центрирование новых рабочих зон снимков.

В качестве аппаратной реализации управления снимками следует указать следующие способы.
1. Классический на базе ручных штурвалов, ножного диска и ножных педалей. В комплект должны входить интерфейсная плата со специальным драйвером, обеспечивающая связь органов управления с программным обеспечением системы. Этот способ наиболее дорогой, но и наиболее удобный и производительный, позволяет эффективно реализовать ряд функций, например трассирование горизонталей.
2. На основе специального многокнопочного манипулятора. Способ удобен при сборе контуров с одновременным кодированием собираемых объектов.
3. На основе обычного манипулятора «мышь» или манипулятора с диском, выполняющим роль ножного диска. Это наиболее дешевый, но наименее производительный способ.

Во всех способах дополнительно используется клавиатура традиционная, специальная или на основе сенсорного экрана.

В заключение следует сказать, что средства получения данных дистанционного зондирования непрерывно совершенствуются, что ведет к повышению измерительных и изобразительных характеристик изображений, возможности использования бортовых данных для определения элементов внешнего ориентирования съемочных платформ спутниковыми, инерциальными и иными системами. Все это должно учитываться при разработке методов обработки изображений и технологий получения цифровой информации о местности.

Можно выделить следующие тенденции развития цифровых систем:
1) Прямое определение элементов внешнего ориентирования изображений и оперативное картографирование на их основе (пока нетопографическое).
2) Расширение круга решаемых задач и используемых исходных данных путем интеграции фотограмметрических, картографических функций и ГИС.
3) Создание и использование трехмерных фотореалистичных сцен.
4) Автоматизация дешифрирования изображений, особенно топографических объектов.