Введение к работе
Актуальность проблеми. Сложившаяся в настоящее время тяжелая экологическая ситуация на планете требует ускорения внедрения в практику самых новейших научно-технических достижений в области охраны природа, контроля состояния окружающей среды и рационального природопользования.
Сложность решения проблемы экологического мониторинга приводит к необходимости использования' сложных информационно-управляпцих систем. Эффективность эксплуатации космических средств дистанционного зондирования Земли обусловлена большой обзорностью,многоспектральностью и периодичностью информации с возможностью получения данных в труднодоступных районах Земного шара. Но обработка огромных объемов космической информации об окружащей среде требует использования автоматизированных систем накопления, хранения, оценки характеристик объектов контроля, прогноза их изменений и быстрой выдачи информации потребителям в требуемых формах и представлениях, т.е. банков данных. В настоящее время практически вся информация в ультрафиолетовом, .инфракрасном, радио— и видимом диапазонах и других зонах спектра представляется в виде изображений. Таким образом, возникает необходимость разработки автоматизированных систем, которые получили название банков видеоданных.
Создание банков видеоданных/является относительно молодым направлением. Только в конце семидесятых годов нашего^столетия исследователи, решающие задачи обработки больших массивов видеоинформации, начали искать новыа более сложные нетрадиционные подхода к организации таких банкоз. Они требуют решения многих специфических задач, связанных с разработнов методов создания: методов представления изображений, методов сжатия изображений, способов организации и манипулирования информацией.Проектирование более гибких банков видеоданных о сравнению с универсальными, в основном, определяется их узкой предметной ориентацией на решение поставленных задач. Следовательно, при разработке этих методов для автоматизированных систем, обеспечивающих космический экологический мониторинг, должны учитываться особенное-' ти изображений экологических объектов (структура,изображения, динамика развития, пространственная структура организации,пространственные размеры, большая информационная избыточность и
т.д.) и основные задачи космического экологического мониторинга анализ, контроль и прогноз . В настоящее время существует дао-го работ,посвященных исследованию объектов экологического мониторинга. Однако, использование знаний, накопленных в' данном направлении, ведется не в полной мере и не систематизированно, что приводит к значительным трудовым и временным затратам, не позволяющим получать оперативную информацию, например, карты, схемы о сложившейся экологической ситуации. Качественные и количественные закономерности влияния особенностей космического экологического мониторинга на организацию таких банков достаточно сложны и не полностью изучены, что сдерживает их развитие. Поэтому диссертационная работа, посвященная разработке методов создания банков видеоданных для космического экологического мониторинга, представляется актуальной.
Целью настоящей работы является разработка методов и алгоритмов представления изображений объектов контроля, сжатия и способов организации информации и манипулирования ею в банках видеоданных для космического экологического мониторинга, обеспечивающих высокую эффективность,' оперативность и производительность работы пользователя. Для достижения этой цели необходимо г
выбрать характерные объекты космического' экологического мониторинга;-
провести исследования специфики объектов- контроля, проанализировать статистические особенности пространственных характеристик изображений экологических объектов и возможностей технических средств космических систем дистанционного зондирования Земли;
оценить информационную ёмкость хранимых изображений,, полученных в результате космического экологического мониторинга; .
классифицировать пришаки космических изображений экологических объектов;
исследовать пути адекватного описания и хранения видеоданных;
разработать требования к методам создания банков видеоданных;.
разработать концептуальную модель банка видеоданных;
- разработать принципы технологии функционирования банков
видеоданных.
Методы исследования, применяемые в настоящей работе,основаны на использовании методов математической статистики, теории распознавания образов, методов аналитического трансформирования изображений, методов синтеза изображений, теории информации, законов зрительного восприятия и других видов информации.
Научная новизна работы. В диссертационной работе подучены следующие новые научные результаты:
на основании анализа статистических данных о пространственных характеристиках объектов контроля ( зон острых экологических ситуаций, территорий заповедников и заказников) , а также информационных характеристик космических изображений, разработаны требования к методам создания банков видеоданных для космического экологического мониторинга;
предложен реляционный алгоритм реализации каталога банка видеоданных, основанный на модели сопутствующей информации, использующей классификацию признаков космических изображений экологических объектов, представленных реализацией случайного процесса;
разработан многоуровневый гибридный позиционный метод представления изображений экологических объектов, основанный на интеграции преимуществ позиционных и параметрических представлений, заключающийся в представлении изображений усеченной пирамидой с четырьмя уровнями иерархии, учитывающей специфику экологического мониторинга;
предложен цифровой метод сжатия-восстановления черно-белых полутоновых изображений с постоянной длиной кодового слова с сокращением информационной избыточности, описывающий космическое, изображение возможно минимальной кодовой комбинацией двоичных цифр на блок;
разработан цифровой гибридный адаптивный метод сжатия-восстановления черно-белых полутоновых изображений с переменной длиной кодового слова с сокращение і информационной избыточности, который в отличие от метода с постоянной длиной'кодового слова, учитывает характер изображения и позволяет перекодировать кодовые слова в слова меньшей размерности без .потерь;
предложена концептуальная модель банка видеоданных для космического экологического мониторинга,' заключающаяся в тесной взаимосвязи модели гибридного позиционного представления
- є -
и модели сопутствующей информации и на ее основе разработана информационная технология банка видеоданных.
Практическая ценность. Разработан пакет программ для компьютеров типа IBM PC AT, реализующий алгоритмы гибридного позиционного метода представления изображений экологических объектов, цифрового метода сжатия-сосстановления с постоянной длиной кодового слова, цифрового гибридного адаптивного метода сжатия-восстановления с переменной длиной кодового слова и каталога банка видеоданных.
Результаты, полученные в диссертационной работе,использовались:
при создании банков видеоданных в ЦНИИ "Комета" по темам "Сияние-Г", "Система ДЗЗ-2005", "Комета-ДЗЗ", а также в работах по договору № 380/1390 от 8.05.90 г.;
при разработке учебных программ в МГУ ГиК по темам № 105 г/б и № ИЗ г/б.
Апробация работы.
Основные результаты работы обсуждались:
на Международной конференции "Проблемы графической технологии", г.Севастополь, 1991 г.;
Всесоюзной конференции "Контроль, надежность и качество изделий электронной техники (ИЭТ) ", г.Севастополь, 1991 г.;
Всесоюзной конференции "Автоматизация картографирования? г.Киев, 1991 г.;
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК, г.Москва, 1991 г.;
Всесоюзной конференции "Приборы и информационные технологии контроля и диагностики экологического состояния окружающей среды", г.Севастополь, 1992 г.;
Международной конференции "Высокие технологии в машино-и приборостроении", г.Саратов, Г993 г.
Публикации. Основное удержание диссертационной работы опубликовано в 5 печатных работах и 5 научно-технических отчетах. "
Структура и объем диссертационной работы.
Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложения. Диссертация изложена на 148 страницах основного текста, содержит 22. рисунка и 22 таблиц.Библиография включает 142 наименования на 14 страницах.Общий объем работы 217 страниц.