классе в два объединенных момента времени наблюдения очень большое.

Например, предположим, что сцена состоит из пяти информационных классов {(Ол, п=1, 5} и наблюдения над сценой проводятся в два момента времени {tm, m=l, 2}. Допустим, что каждый из пяти классов в оба момента времени наблюдений состоит из трех спектральных подклассов {сош-, t=l, 2, 3}. Тогда в объединенном множестве данных для двух моментов времени число спектрально различимых классов в {сошт} может быть nX-t" или 5x3 = 45. Т. е. элемент изображения любого данного подкласса в момент времени может стать членом любого из трех подклассов в момент времени /г. Для улучшения характеристики с помошью классификатора для двух моментов времени может, таким образом, потребоваться значительно больше обучающих выборок, так как может возникнуть необходимость оценки до 45 множеств статистик.

Таким образом, хотя многовременная классификация улучшает характеристики, но это улучшение достигается дорогой ценой. Количество дополнительной информации, представленной в многовременных данных, иногда очень большое, но нельзя не учитывать сложности обработки, необходимой для ее извлечения. В .сушности, многовременные наблюдения могут значительно увеличить сушественную размерность данных.

Количественные дополнительные данные

Прежде всего заметим, что система датчиков должна выполнять измерения таким образом, чтобы адекватно представить сцену, или, исходя из основных положений дистанционного зондирования, это означает правильную характеристику спектральных, пространственных и временных изменений сце-.ны. Иногда имеются количественные данные, полученные без использования самой системы датчиков, из которых можно из-злекать информацию о сцене. Например, возможно, есть топографическая карта, полученная при проведенной ранее съемке области. Информационное содержание таких дополнительных данных широко и разнообразно. Известно, например, что в горной местности отдельные виды растительности произрастают на определенных высотах. На сельскохозяйственных землях некоторые сельскохозяйственные культуры и типы почв можно обнаружить только на небольших участках склонов. Совмешение топографической информации с многоспектральным множеством данных может поэтому привести к значительному увеличению информации, получаемой из множества данных.

К таким дополнительным данным относятся: топография (высота, крутизна и экспозиция склона), тип почвы, температура, осадки, аэромагнитные данные, журналы буровых работ и различные демографические данные, такие как границы участков переписи населения, административные границы. Как и в случае с многовременными данными, использование дополни-.374

тельных данных требует их совмещения с данными, собранными датчиком. По существу, присоединение дополнительных данных является еще одной попыткой увеличить существенную размерность данных и, следовательно, информацию, которую можно извлечь.

В этом разделе мы рассмотрели вторую часть информационной системы дистанционного зондирования, т. е. датчик. Его задача - сбор данных, адекватно характеризующих сцену с точки зрения содержащейся в ней информации. На языке дистанционного зондирования это означает адекватную характеристику спектральных, пространственных и временных изменений для гарантии того, что информация, которая собиралась через апертуру датчика (ввод), все еще присутствует в какой-либо форме в данных, которые выдает система (вывод). Таким образом, мы рассматриваем датчик как преобразователь, не из-хменяющий объем имеющейся информации, но лищь изменяющий ее форму. В этой связи мы обращали внимание на разработку и обсуждение основной системы параметров, непосредственно связанных с его проектированием. Список параметров имеет пять элементов, при многовременном использовании датчика к ним прибавляется шестой. Был рассмотрен также седьмой параметр - использование количественных, географически распределенных дополнительных данных.

Задачи

VII.5. Одна из характеристик системы датчиков, представляющая интерес для пользователя, - это пространственное разрешение. Казалось бы, что чем лучше пространственное разрешение, тем совершеннее система датчиков. Это не всегда так. Рассмотрим такую задачу. Исследуем Вашу руку с помощью-системы дистанционного зондирования. Как Вы считаете, какое пространственное разрешение лучше использовать, если:

а) цель измерения - выявление наличия или отсутствия Вашей руки.

1м. . . 10 см . . . 1 см . . .

1 мм . . .0,1 мм ... 1 мкм . . .

б) цель измерения - сосчитать число комариных укусов на Вашей руке..

1м. . . 10 см . . . 1 см . . . 1 мм . . .0,1 мм ... 1 мкм . . .

в) цель измерения - помочь Вашему доктору принять решение о необхо--димости дополнительных анализов для определения того, есть ли у Вас рак кожи?

1м. . . 10 см . . . 1 см . . .

1 мм . . . 0,1 м.м . . .1 мк.м . . . VII.6. Представьте, что Вам необходимо подготовить доклад, который бы убедил Ваше «руководство» (работодателя, вице-президента Вашей ком-панип, Вашего профессора) в том, что имеющиеся в распоряжении в данное время многоспектральные сканерные системы не пригодны для того применения, в котором запнтересована Ваша организация, и что необходима новая система датчиков.

а) Во введении опишите цель и функции датчика в системе дистанционного зондирования и его отношение к исследуемой сцене, системе обработки

,и потребностям Вашей организации.

б) Затем подготовьте список основных параметров датчика. Перечислите несколько описаний проекта, которые не удовлетворяют требованиям существующей системы датчиков для необходимого Вам применения. Затем прпве--

дпте убедительный аргумент, иллюстрирующий тэт факт, что параметры про-•сктирозанпя не независимы и необходимо согласование проекта.

в) Включите в рассмотрение вопроса параметры, не относящиеся к электромеханическим характеристикам датчика, но играющие роль при планировании полетов с целью сбора данных и объединении дополнительных данных.

VII.?. Рассмотрите аппроксимацию характеристик спектральной отражательной способности зеленой растительности с помощью множества прямоугольных базисных функций, как показано на рис. VII.14. Нарисуйте аппроксимацию, получаемую при использовании восьми базисных функций, каждая в половину ширины спектральных каналов Ландсат 1 и Ландсат 2. Определите множество прямоугольных базисных функций (дайте ширину и местоположение каждой), которые дадут «действительно хорошую» кривую.

Цели изучения.

После изучения разд. УП.4 читатель должен уметь:

1. Описать основную функцию системы обработки.

2. Перечислить факторы, влияющие при проектировании системы на выбор: а) алгоритма, б) типа реализации алгоритмов на ЭВМ, в) степени участия человека, г) типа интерфейса с пользователем.

VII.4. Система обработки

В этой главе мы разделили всю информационную систему дистанционного зондирования на три части и рассмотрели первые две. Сцена была представлена как очень сложная физическая система для наблюдения, а задача системы датчиков определялась как сбор данных для адекватного представления спектральных, пространствеБных и временных факторов изменчивости сцены, важных свойств необходимой информации.

Третья часть системы - система обработки - должна быть предназначена для успешного извлечения из данных необходимой информации и «передачи» ее пользователю. Поскольку система обработки - это промежуточное звено между датчиком и пользователем, ее характеристики во многом зависят и от данных, и от потребностей пользователя. Они также зависят от оператора системы (аналитика данных), потому что, как мы отмечали выше, это единственная часть системы, которой аналитик может управлять.

Для наших целей рассмотрение системы обработки будет разделено на четыре части: алгоритмы обработки, их реализа-дия на ЭВМ, участие человека в обработке и интерфейс с пользователем.

Алгоритмы обработки

Обычно первым этапом при проектировании системы обработки является выбор или характеристика алгоритмов, которые -будут использоваться. Отметим, в частности, что мы различаем алгоритмы и их реализацию. Например, проводится грань между уравнениями, описывающими операции анализа, и оборудо-:ванием или математическим обеспечением, через которое про-376