Родионов Б.Н.


О мистических началах фотограмметрии - иконометрии

  1. В начале было Слово, и Слово было у Бога, и Слово было Бог.
  2. Оно было в начале у Бога
  3. Все через него начало быть, и без него ничто не начало быть, что начало быть.
  4. В нем была жизнь, и жизнь была свет человеков.
  5. И свет во тьме светит, и тьма не объяла его

    Евангелие от Иоанна.
    Святое Благовествование. Глава 1.
(Господи, прости меня грешного за дальнейшее рационалистическое толкование Священного Писания!)


В современном понимании благовествование святого апостола и евангелиста Иоанна могло бы звучать так: "В начале была Информация, и Информация была у Бога, и Информация была Бог".

При создании людей Господь снабдил их средствами получения и обмена информацией о внешнем мире: слухом, зрением и речью. Речь была первым видом информации, закодированной словами и допускающей обмен при непосредственном контакте. Этот код является словесным и напрямую отражает божественность - мистичность своего содержания. Для опосредованных контактов по Божьему промыслу развились виды кодирования для информационного обмена: письменность и изобразительность. Поскольку они являются производными от Слова, то и они имеют мистическую основу. Изображения: наскальные, на папирусах, пергаментах и т.п. служат прототипом изображений снимков, получаемых техническими средствами сегодняшнего дня, поэтому у снимков, как информации о реальном внешнем мире, имеется мистическое начало.

Человек, рисовавший первобытные картины, отображал на них то, что видел глазами, и старался, чтобы рисунок был похож на оригинал. Зритель, рассматривающий рисунок, узнавал нарисованное. Устанавливалась информационная связь: натура - зрительный аппарат рисовальщика - рисунок - зрительный аппарат зрителя - натура. Условием этой связи был изоморфизм, при котором между точками изображения и точками натуры было взаимно-однозначное соответствие. Оно достигалось, когда рисунок делался по правилам проецирования, то есть был проекцией местности. Господь снабдил человека совершенным инструментом проецирования - глазами. В глазу строится центральная проекция местности, компонентами которой служит пространство предметов - местность, центр проекции - хрусталик глаза, картинная поверхность - сетчатка глазного яблока. Съемочные устройства - камеры построены по тому же принципу: хрусталик глаза заменяет объектив, а сетчатку глаза светочувствительный сенсор - фотопленка или матрица ПЗС.

Божьим благоволением людям даны ключи к рационалистическому познанию окружающего материального мира. Одним из таких ключей служит аппарат гармонических функций, при помощи которых могут быть описаны любые образования, объекты и процессы природы. Великий Шарль Фурье считал, что всеохватность гармонических функций - рядов свидетельствует об их божественном начале и о том, что они служат универсальным инструментом божественного творчества. Другим таким ключом является аппарат проективных преобразований. Его развитие положено великими геометрами и художниками эпохи Возрождения Леонардо да Винчи, Дюрером и др. Они создали теорию линейной перспективы, которая легла в основу теории проективных преобразований, разработанной великими математиками последующих столетий. Исследование по проективной геометрии выполнялись и в России. Большой вклад внесен работами профессора МГУ Василия Яковлевича Цингера, основателя московской геометрической школы. Как пишет один из корифеев отечественной проективной геометрии А.Ф. Четверухин [1]: "В.Я. Цингер не был свободен от идеалистических воззрений и считал, что аксиомы геометрии созданы человеком независимо от окружающего его мира", то есть ниспосланы свыше. Так складывались представления о мистических началах изобразительного искусства и геометрии снимков.

В последние годы обсуждается гипотеза, согласно которой мир информации существует в природе параллельно с её материальным и духовным мирами, что он при создании вселенной явился её безусловным компонентом. Существует всеобщая вселенская информационная среда (ВИС), столь же реальная как материальная и духовная - интеллектуальные среды. Материальный, интеллектуальный и информационный миры вложены один в другой и связаны вместе едиными узами, заложенными творцом вселенной. Эта гипотеза дает толчок для дальнейшего развития предложенной нами тридцать лет назад концепции операционного пространства иконометрии (ОПИ).

Термин иконометрия введен в 1771 г. французским гидрографом Ботан-Бопре. Так он назвал разработанный им способ составления карт побережья о. Тасмания путем развертки в план по законам перспективы зарисовок, сделанных с борта корабля. Этот способ является прототипом всех последующих технологий, носивших названия: метрофотография (Э. Лосседа), фотограмметрия (А. Мейденбауэр), фототопография (Р. Тиле), аэрофототопография (А. Петров), аэрофотогеодезия (В. Дейнеко) и др., а также бытующего ныне термина "геоинформационные технологии". Последний термин, по-видимому, является попыткой найти универсальное название для всех методов и технологических средств съемки и интерпретации изображений земной поверхности. Можно было бы согласиться с этой идеей, но, к сожалению, такое название слишком отвлеченно и не раскрывает корневую, изначальную сущность предмета. Этой сущностью является измерение изображений. Поэтому мы предложили вернуться к забытому термину "иконометрия" от греческих эйкон - образ, картина и метрео - измерение. Приходится только изумляться тому, что более двухсот лет назад замечательный француз понял истинную сущность геоинформационных технологий и нашел столь точный, обобщающий и краткий термин. Прототипом иконометрии является процесс обозрения окружающего пространства глазами зрячего существа и интерпретации увиденного в практических целях. В зрительном аппарате возникают образы, и происходит подсознательное их измерение. Оцениваются яркость и контрастность деталей изображения, их форма, размеры, взаимное расположение и формируются признаки, которые сравниваются с эталонами, хранимыми в памяти. При АКС происходят аналогичные процедуры наблюдения и интерпретации. Они составляют сущность геоинформационных технологий - иконометрии.

Развитие технических средств и методологий на современном этапе привело к созданию аналогов физиологической системы зрения. Цифровые съемочные камеры копируют глаз, компьютерные средства и алгоритмы позволяют реализовать упомянутые процедуры измерений и формирования опознавательных признаков. Решается проблема компьютерной идентификации деталей на перекрывающихся снимках и проблема опознавания их прообразов на местности. Это создало условия, когда весь процесс АКС можно полностью формализовать.

Под операционным пространством иконометрии (ОПИ) понимается абстрактное многомерное пространство, в котором формализованы операции построения изображений и их интерпретации. ОПИ содержит системы вложенных частных подпространств разного уровня. В них объединены по тем или иным признакам совокупности операций, построения изображений и преобразования энергии, а также массивы данных на разных этапах преобразований. Операции представлены в виде моделей - формул, массивы данных в цифровой форме.

ОПИ в целом представляет собой сложную конструкцию, составленную из многих компонентов, функционально связанных в цепочки моделей частных подпространств. Для упорядочения этой конструкции в монографии "Динамическая фотограмметрия" [2] предложена индексация, показывающая их адреса в общей системе и поясняющая иерархию построения. Там же на конкретных примерах показан состав моделей и подпространств на уровне представлений того времени. Принципы ОПИ позволяют сформулировать обоснование мистических начал иконометрии в целом и фотограмметрии в частности. Концепция ОПИ, высказанная до появления гипотезы о Вселенской информационной среде (ВИС), согласуется с этой гипотезой. ОПИ можно рассматривать как микрочастичку ВИС. Об этом говорят свойства ОПИ.

Дискретность

Созданная Творцом вселенная представляет собой дискретную среду. Исходное операционное поле иконометрии - местность также дискретна. Местность является первичным энергетическим полем, генерируемым энергией падающего солнечного облучения и энергией внутренних тепловых процессов. Оно составлено из местных источников энергии: природных образований, искусственных объектов, их деталей и точек. Даже кажущиеся на первый взгляд аморфными, пластичными воды и облака также локализуются в дискретные формы берегами и границами облачных систем. Субъекты местности излучают в пространство потоки энергии, которые улавливаются съемочными устройствами (СУ), как дифференциальные агенты, несущие геоинформацию.

В современных СУ, устройствах обработки и визуализации снимков дифференциальные потоки энергии преобразуются в информационные категории, сохраняющие дискретность первичного энергетического поля. В части свойств дискретности иконометрия и ОПИ вписываются во Вселенскую информационную среду, созданную Творцом при создании мира, как её микрочастица.

Троичность

По определению ОПИ представляет собой многомерное пространство. Но на фундаментальном исходном уровне оно трехмерно: в геометрическом аспекте как декартова система координат, в энергетическом аспекте как троичность цветовых координат RGB. Другие измерения являются вторичными по отношению к первым. Рационалистически это не противоречит главному догмату православия о святой Троице и сонме её небесных сил.

Хронологичность

Состояние ОПИ - его исходного (местность) и промежуточных массивов данных, возникающих в процессе обработки, изменяется во времени, как и все во Вселенской информационной среде. Однако остаются незыблемыми догматы и постулаты христианства, и постулаты иконометрии.

Центральность

Центральность есть изначальный постулат иконометрии и ОПИ. Все отдельные интерпретационные решения происходят в рамках соответствующих частных центральных подсистем. В целом ОПИ образует структуру вложенных центральных систем - проекций, построенных по законам проективных преобразований. Эти преобразования выражаются аналитически дробно-линейными функциями. Геометрической реализацией проективного преобразования служит линейная перспектива. Аппарат проективных преобразований не столь всеохватывающий как гармонические функции. Он нашел широкое применение в области фотограмметрии и в других смежных научных дисциплинах. Так, профессор Н. П. Заказнов успешно применил его при изложении законов прикладной геометрической оптики [3]. В [4] мы использовали проективные преобразования для формализации цифровой табличной функции оптической дисторсии длиннофокусного аэрофотообъектива. При помощи принципов проективного преобразования мы сделали открытие о том, что процесс построения энергетической субстанции изображений: фотографической плотности на снимках и яркости изображения происходит по такому же закону, как и построение геометрических образов. Ниже следуют сжатые изложения этой проблемы.

Закон проективного соответствия геометрических и энергетических параметров прообраза - местности и образа - снимка

Общеизвестны уравнения связи ординат снимка y и местности Y




Они представляют собой аналитическое выражение проективной связи одномерных множеств Y и y и описывают линейную перспективу. Здесь: e - угол наклона снимка относительно вертикали; f - фокусное расстояние объектива съемочной камеры; Zs - высота съемки; d - дисторсия.
Уравнение (1) является упомянутой дробно-линейной функцией, в которой y и Y есть неоднородные проективные координаты на прямых nr и NR, где R,r - точки местности и снимка; N,n - точки надира на местности и снимке.

Нормируем уравнение (1) по второму члену знаменателя, разделив числитель и знаменатель на Zscos e и обозначив:



Получим:



Решив (2) относительно Y, найдем



Уравнения (2) и (3) являются компактной записью дробно-линейных функций, выражающих взаимную проективность множеств Y и y в прямой и обратной задачах. Аналогичные уравнения можно написать для связи координат по осям абсцисс и аппликат.

Аппарат проективных преобразований и его выражение дробно-линейными функциями, был ниспослан людям небесным благоволением. Он обеспечил развитие интерпретации изображений, в том числе фотограмметрических технологий, лежащих в основе производства жизненно-необходимой картографической продукции.

Возник вопрос: почему аппарат проективных преобразований столь продуктивный в фотограмметрии, не нашёл применения в смежной области интерпретации изображений - фотометрии, иконоактинометрии? На наш взгляд мистические начала фотограмметрии и фотометрии должны быть едиными. Мы выполнили ряд исследований, которые показали, что наша догадка ведет нас по верному пути. В монографии "Космическая иконика" [5] опубликован довод, подтверждающий наше предположение. Это побудило провеcти обширные исследования.

Фотограмметрия построена на связи геометрических параметров местности и снимка. В фотометрии используют связь энергетических параметров. Ими являются: спектральная освещенность ERGB и фотографическая плотность D или фототок U. Эта связь в аналоговой форме устанавливается при сенситометрических испытаниях, при которых определяются табличные функции D(E) и U(E). Проблема была в аналитическом выражении указанных функций. Мы задались целью показать, что указанные функциональные зависимости имеют те же мистические начала, что и в фотограмметрии.

Мы исследовали более тысячи характеристических кривых различных сенсоров: фотографических и фотоэлектрических и нашли закон [2], по которому происходит преобразование энергии, излученной местностью в фотографическую физическую субстанциюD и в фотоэлектрические видеосигналы U.



Здесь: H=Et экспозиция (количество освещения), E - освещенность, t - время экспонирования, gD - фотометрическая дисторсия; a,b,c - параметры проективных преобразований; U - фототок, V - световой поток или его функции: освещенность E, gU фотоэлектрическая дисторсия. Уравнения (4) представляют прямую задачу, уравнения (5) - обратную. В [2] детально изложена методика определения параметров проектирования. Она заключается в том, что эти параметры находят по данным сенситометрических испытаний. Физический смысл этих параметров для фотографических сенсоров таков:



D max означает максимальную фотографическую плотность; HQmax - величина экспозиции, соответствующая точке характеристической кривой, где имеется её максимальный градиент Qmax, SQmax светочувствительность, найденная по точке максимального градиента. Параметры проективных преобразований получают из решения системы условных уравнений



Здесь i__- порядковый индекс поля клина. Им нумеруются все поля, имеющие фотографическую плотность от минимальной до максимальной, Pi=1/Hi Di - весовой коэффициент. Система решается по способу наименьших квадратов. Значения qD названы фотометрической дисторсией. Они показывают остаточные рассогласования между измеренными D и вычисленными величинами D , полученными из решения системы уравнений (6), следовательно qDi =Di - Di.
Функция q(D )представляет собой гармоническую зависимость и может быть выражена рядом Фурье. Достаточно двух первых членов ряда.

У большинства фотопленок, применяемых в АКС, влиянием фотометрической дисторсии можно пренебречь.

Для практических целей параметры a,b,c можно найти упрощенным способом, решая систему трёх уравнений (6) по трем полям сенситометрического клина в начале, середине и конце характеристической кривой.

Наши исследования показали, что с учётом дисторсии уравнения (4) и (5) дают возможность аппроксимировать фактические функции D(H) и U(V) с точностью 1-2%. Совопоставляя (4), (5) с (2), (3), видим их полное структурное сходство. Это доказывает, что геометрическая и энергетическая интерпретация изображений основана на общих мистических началах.

Закономерности (4), (5) справедливы для всего панхроматического диапазона и для отдельных спектральных зон. Это вытекает из закона квантовой эквивалентности, из которого следует, что суммарный фотохимический (фотоэлектрический) эффект определяется числом поглощенных квантов энергии, а не её спектральным составом. Параметры проективного преобразования инвариантны по отношению к спектральным диапазонам.

Изложенное позволяет предложить концепцию единой модели изображения, основанную на фундаментальных мистических началах иконометрии, выраженных центральностью процессов создания и интерпретации изображений и их проективностью. [2]



где А0,А совокупность исходных и конечных массивов информации, представляющих местность и снимок вместе со всеми необходимыми параметрами для преобразования А0 в А, Q - общий оператор-совокупность формул, переводящих А0 в А и обратно.
В его составе содержится оператор проективного преобразования р(Р), который присутствует в моделях всех иерархических уровней. Традиционная фотограмметрия прежних эпох оперирует с препарированным проективным пространством, в котором отсечено третье измерение в пространстве изображений. Это усечение происходит вследствие того, что в съемочных устройствах изображение строится на поверхностях, имеющих двумерные системы геометрических координат: плоские в топографических, шторно-щелевых, щелевых камерах, цилиндрические и сферические в панорамных и сканерных камерах [2]. У одиночных снимков, получаемых такими камерами, проективное соответствие гомоморфно, то есть не взаимно-однозначно. Изоморфизм восстанавливается при использовании стереопар. Здесь также выступает мистичность иконометрии. Творец создал простой зрительный аппарат, состоящий из двух глаз, и открыл его пользователям - людям принципы стереоскопической интерпретации. В голографических картинах пространство изображений трехмерно. Следовало бы исследовать возможности использования голограмм для топографических целей!

Для пользования уравнениями проективных связей местности и снимка необходимо располагать априорными знаниями параметров, называемых элементами внутреннего и внешнего ориентирования. В части связи геометрических координат эта проблема хорошо разработана и мы ее касаться не будем. Выше был указан физический смысл параметров a,b,c. Входящие в них величины служат элементами ориентирования при проективных преобразованиях. Эти данные находят при сенситометрических исследованиях.

Заключение

Мы рассмотрели первую фразу из Святого благовествования всехвального святого апостола и евангелиста Иоанна в части обоснования мистических начал иконометрии. Последующие 2-5 фразы дают дополнительные важные толкования о мистичности иконометрии и изобразительной информации вообще. Но оставим эти толкования современным и будущим поколениям исследователей.


Литература:

1. Четверухин Н.Ф. Проективная геометрия. Просвещение 1969
2. Родионов Б.Н. Динамическая фотограмметрия. М., "Недра". 1983
3. Заказнов Н.П. Прикладная геометрическая оптика. М. "Машиностроение". 1994
4. Родионов Б.Н. О фотограмметрических свойствах длиннофокусных аэрофотоаппаратов. Геодезия и картография, №12. 1997
5. Родионов Б.Н. Иконика и иконология. Космическая иконика. "Наука". М. 1973

 



* * *



Яндекс.Метрика
HitMeter - счетчик посетителей сайта, бесплатная статистика

Версия сайта 2.37 от 2 января 2018