CC BY
25
© Л.Р. Базыкина, 2013
УДК 622.1 Л.Р. Базыкина
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ РАСТРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ГОРНО-ГРАФИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
Проведен анализ различных типов преобразования растровых изображений, выявлены отличительные особенности каждого из видов преобразования. В специализированном графическом программном комплексе проведен анализ точности рассматриваемых типов преобразований. Даны выводы об области применения основных типов преобразования растровых изображений.
Ключевые слова: искажения растровых изображений, виды трансформации, матрицы искажений.
В настоящее время недропользователи сталкиваются с проблемой сбора, обработки и хранения больших объемов пространственной информации [1], которая быстро меняется с течением времени.
При работе с пространственными данными горно-графической документации часто возникает задача максимально точного их совмещения между собой и привязки к выбранной системе координат. Типичным случаем является совмещение данных, оцифрованных с бумажных носителей с уже имеющимися слоями плана, находящимися в плановой или географической системе координат. При работе с растровыми моделями данных для решения таких задач, как получение точных величин расстояния и площади, выполнение географического анализа, предполагающее точную локализацию данных, требуется предварительно выполнить трансформирование. Целью трансформации является устранение искажений в растровых изображениях, полученных методом сканирования горно-
графической документации на бумажных носителях. Искажение растра может быть вызвано различными причинами, например, ввиду износа бумажного документа при хранении в архиве. В процессе сканирования возможны деформации основы исходного изображения: сдвиг и поворот изображения (деформации всего растра), растяжение или сжатие отдельных участков растра (локальные деформации), изменение угла между координатными осями, деформации вызванные работой механизма протяжки в процессе сканирования [2, 3].
Задача трансформации решается на основе координатной привязки и полного преобразования всего растра. Для расчета параметров преобразования необходимо задать исходные и преобразованные координаты некоторого количества опорных точек. Опорными точками являются точки координаты которых точно известны. Трансформацию можно выполнить, применяя различные типы преобразования: линейный, аффинный, полиномиальный, линейный и нелинейный «Рези-
Результаты трансформирования с использованием различных типов преобразования
0
1
3
01 Cl
0,4
5 £о,з
<L> У
Q-
ч
0J CL
(_J
□ 22 опорные точки
□ 38 опорных точек
Л
СКПх СКПу СКПх СКПу СКПх СКПу СКПх СКПу СКП* СКПу СКПх СКПу СИП* СКПу СКПх СКПу
линейный аффинный полином 2 полином 3 полином 4 полином Б линейный нелинейный степени степени степени степени "Резиновый "Резиновый
лист" лист"
новый лист» (локально-аффинная трансформация).
Трансформирование растрового изображения можно провести с помощью таких систем, как ArcInfo, ГИС «Карта 2011», ERDAS Imagine, Raster Transformer, MapEdit, Easy Trace, Spotlight Pro, GeoDraw и другие.
B настоящей работе приводятся результаты трансформирования в ГИС «Карта 2011» растрового изображения представляющего собой отсканированное изображение
(план), имеющее деформации произвольного характера. Исходный растр имеет размеры 4771x10765 пикселей, содержит изображение планшета плана масштаба 1:2000, т.е участок местности размером 806x1820 м. Сканирование производилось на широкоформатном сканере Contex SD4430 c разрешением 300 dpi, глубиной цвета 8 бит (256 цветов). На плане можно указать 38 опорных точек. Это точки рамки и пересечения линий километровой сетки.
На первом этапе трансформация производилась по точкам рамки (22 точки). Для всех опорных точек на плане определяются соответствующие точки в выходном растре. Программа вычисляет остаточные расхождения по осям X и У, и среднюю квадратическую погрешность (СКП). На рисунке представлены результаты трансформирования с использованием различных типов преобразования.
При линейном типе СКП по осям ХиУ различаются примерно в 2 раза, значит масштаб отсканированного изображения по оси X отличается от масштаба по оси У. При аффинном типе преобразования СКП существенно уменьшилась. Это объясняется тем, что в преобразовании аффинного типа, в отличие от линейного, коэффициенты преобразования для пересчета в выходную систему координат вычисляются отдельно по осям ХиУ, то есть происходит "скос" осей (вводятся дополнительные параметры разворота и масштаба между осями коор-
динат). Таким образом, применение аффинного типа преобразования устраняет искажения изображения, связанные с неравномерным растяжением (сжатием) бумаги. СКП уменьшается в большей степени при полиномиальном типе преобразования. Увеличение степени полинома сводит к минимуму расхождения в исходных и преобразованных координатах опорных точек. Это связано с тем, что поверхность искажения становится все более сложной формы, однако при этом происходят значительные искажения поверхности вне области расположения опорных точек. Для анализа значений искажений вне области расположения опорных точек в программе имеется функция построения матриц нелинейных поправок. В матрице значения элементов записываются как разность между координатами (в системе координат растра), вычисленными по формулам полиномиального и аффинного типов преобразования [3, 4]. По результатам анализа матриц установлено, что с увеличением степени полинома СКП уменьшается (см. рисунок), но в центре растра, ввиду отсутствия опорных точек, образуются значительные искажения.
На втором этапе для анализа точности трансформирования по рамке и пересечениям линий километровой сетки измерялись последовательно точки рамки плана и пересечения линий километровой сетки (38 точек), и также строились матрицы искажений. Анализ матриц искажений с оценкой максимальных суммарных поправок показал, что при увеличении степени полинома внутри рамки нет больших искажений. Поэтому для
трансформации по рамке листа и пересечениям линий километровой сетки, когда измеренные точки равномерно расположены по всей области трансформирования, допустимо использовать полином максимальной степени.
В данной работе также рассматривались такие виды преобразования как линейный и нелинейный «Резиновый лист». В отличие от предыдущих видов преобразований, в данных методах трансформируемое изображение абсолютно точно совмещается в местах расположения измеренных точек. Такие преобразования обеспечивают нулевые расхождения на опорных точках, поэтому СКП всегда равно нулю. По матрицам искажений, построенным с использованием линейного и нелинейного «резинового листа», установлено, что поверхность более детализирована, чем при преобразованиях полиномиального типа, а значения поправок незначительны. Таким образом, применение «Резинового листа» является наиболее предпочтительным методом устранения нелинейных искажений растрового изображения.
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
1. Несмотря на большую трудоемкость по сравнению с трансформированием по рамке, трансформирование с учетом пересечений линий километровой сетки более точное, поскольку устраняется нелинейная деформация исходного растрового изображения.
2. Применение типа преобразования линейный и нелинейный «Резиновый лист» обеспечивает абсолютно точное совмещение трансформированного изображения в
местах расположения измеренных точек.
3. Если опорных точек недостаточно для равномерного описания поверхности искажения с помощью полинома, для достижения лучшего результата следует применить преобразование аффинного типа.
1. Смирнов С.П., Жуков Г.П., Касаткин И.Б. О технологическом регламенте по производству маркшейдерских работ // Маркшейдерский вестник. - 2007. - №2. - С. 22-24.
2. Демиденко А. Г. Карась С.И., Григорьев О.В. Методика повышения точности трансформирования растров // Информационный бюллетень, ГИС-Ассоциация. -2002. - №1(33).
4. Полиномиальное трансформирование по рамке листа может привести к неудовлетворительным результатам при использовании высокой степени полинома, поскольку на значения поправок оказывает большое влияние то, насколько равномерно расположены точки.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Борзов А.Ю. Сравнительная оценка различных методов трансформирования растрового изображения // Гепрофи.-2010. - № 5
4. Weatherill., N.P. Delaunay Triangulation in Computational Fluid Dynamics. Computers and Mathematics with Applications. -1992. -P. 129 -150. K2E
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Базыкина Людмила Радиковна — аспирант, [email protected], Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
ГОРНАЯ КНИГА -
Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород
Ю.О. Кузьмин, B.C. Жуков 2012 год 264 с.
ISBN: 978-5-98672-327-3
UDK: 551.24: 551.243:550.342: 553:.98:622.1:622.83
Обосновано существование нового класса современных геодинамических процессов в зонах разломов — параметрически индуцированных суперинтенсивных деформаций (СД) земной поверхности. Показано, что наличие СД-процессов в платформенных, асейсмичных регионах диктует необходимость перехода от понятия «активный разлом» к понятию «опасный разлом» и радикальной коррекции нормативов, регламентирующих эколого-промышленную безопасность. Впервые проведено лабораторное моделирование деформационных процессов в условиях искусственно созданного «геодинамического полигона» на образцах горных пород. Получена уникальная информация о динамике физических свойств горных пород в условиях длительно действующих (порядка 1 года) квазистатических нагрузок. Осуществлены эксперименты, имитирующие процесс разработки месторождений нефти или газа.
