16.6. Понятие о распознавании графических образов

Графический образ на карте или снимке — это не мысленная, идеальная конструкция, а именно рисунок, узор, модель. Рас­познавание образов означает опознавание, различение именно графических рисунков, узоров на геоизображениях.

Многолетний опыт использования карт, снимков и других гео­изображений свидетельствует о том, что графические образы — основной источник информации.

По существу, использование карт, дешифрирование снимков, анализ экранных изображений — это всегда распознавание и анализ графических образов, их измерение, преобразование, сопоставление и т.п.

Рис. 16.2. Графические образы городов.

а — Москва; б — Волгоград; в — Бишкек.

На рис. 16.2 весьма скупыми графическими средствами даны изображения трех городов. Изобразительные средства одинаковы,

300

Глава XVI. Геоизображения

Понятие о распознавании графических образов 301

но графические образы различны. Любой, даже малоискушенный, читатель легко отличит радиально-концентрическую планировку Москвы с ярко выраженным старым центром, кольцевыми маги­стралями и обширными новыми окраинами от прямоугольных упорядоченных кварталов нового города — Бишкека, возведенно­го по единому плану, и от характерной узкой и протяженной по­лосы застройки Волгограда, расположенного на берегу крупней­шей реки и всем своим обликом связанного с ней.

Графические образы, пространственные структуры, конфигу­рации городов на приведенном рисунке чрезвычайно информа­тивны. В них отражены географическое положение, рельеф мест­ности и ландшафт, запечатлена история развития городов, их фун­кциональные типы, они содержат скрытую информацию об условиях жизни в городах и особенностях городской среди. Все это опытный исследователь определит, анализируя графические обра­зы и ассоциативно привлекая весь арсенал своих историко-геогра-фических познаний. Сами графические образы наталкивают его на это, они характерны, узнаваемы и именно поэтому высоко ин­формативны.

Специалисты в области наук о Земле часто намеренно схема­тизируют геоизображения, стремясь получить простой и четкий графический образ, обнаруживающий пространственную структу­ру изучаемого объекта, чтобы таким путем лучше понять его гене­зис. Типичным примером такого рода служат исследования геофи­зических полей. Как правило для понимания строения земной коры важны не столько абсолютные значения геофизических аномалий, сколько их характерные конфигурации. Они являются диагности­ческим признаком, указывающим на генезис или этап развития той или иной области на земном шаре. На рис. 16.3 представлены так называемые «скелетные карты» магнитных полей. Видно, на­сколько хорошо различаются расплывчатые пятнистые контуры аномалий в пределах древних щитов и платформ, четко ориенти­рованные структуры океанического ложа или рифтовых зон, обла­сти перехода от материков к океанам.

Приведенные примеры, число которых можно было бы много­кратно умножить, хорошо иллюстрируют тезис о том, что инфор­мация, которую дает всякое геоизображение, есть результат вос­приятия и анализа графических образов. Их распознавание всегда сводится к установлению соответствия между конкретными объек­тами и элементами некоторого признакового пространства, ха­рактеризующего весь класс объектов. В общей теории распознава-

ИИ Положительные аномалии I | Отрицательные аномалии

Рис. 16.3. Графические образы («скелетные карты») магнитных полей.

а — районы щитов и платформ; б — океаническое ложе («зебровая структу­ра»); в — области перехода от материков к океанам; г — зоны рифтов.

ния образов речь идет о системе решающих правил, позволяющих на основе некоторого априорного набора признаков (номиналь­ных, метрических, вероятностных, структурно-топологических и др.) отнести данный графический образ к тому или иному клас­су (эталону), индицирующему некоторое явление или процесс.

Надежное распознавание объектов с помощью формализован­ного набора признаков возможно лишь при условии, что множе­ства признаков в пределах данного признакового пространства не пересекаются. Скажем, такие линейные элементы, как реки, го­ризонтали, дороги, границы и др., визуально легко распознаются вне зависимости от масштаба, проекции и ориентации объектов. Для этого достаточно учесть самые общие топологические свой­ства изображений такие, как наличие или отсутствие замкнутос­ти, сочленений и пересечений (узлов). Принцип распознавания линейных изображений по сочетаниям их топологических свойств иллюстрирует табл. 16.2.

На рис. 16.4 хорошо видно, что признаки класса «изолинии» не пересекаются с признаками класса «гидросеть». Но вот гидросеть и

302 Глава XVI. Геоизображения

Понятие о распознавании графических образов 303

Таблица 16.2 Распознавание линейных картографических изображений

(по Ю. В. Свентэку, 1982)

Свойства	Классы изображений
	Изолинии	Речная сеть	Дорожная сеть	Границы
Наличие разомк­нутых линий
Отсутствие узлов	^:'^;'*„м7''г^:'йг ;„^::;
Наличие 3-луче-вых узлов		:,;'.^
Наличие 4-луче-вых узлов
Наличие более сложных узлов

Примечание. Закрашенные клетки означают наличие признака.

дорожная сеть пересекаются по некоторым общим признакам: и те и другие имеют ветвистые конфигурации и узлы (слияния). Разли­чия между такими графическими образами очень подвижны, раз­мыты, встречается много пограничных конфигураций, переход­ных от одного класса к другому. Не только автоматические рас­познающие системы не всегда способны различить их, но даже весьма опытные исследователи в ходе дешифрирования снимков часто затрудняются отнести конкретный графический образ к тому или иному типу. Опыт показывает, что формализованное распоз­навание графических образов остается чрезвычайно сложной про­блемой, поскольку речь идет о классификации конфигураций, об их аналитическом описании. Вряд ли в ближайшем будущем мож­но надеяться на полную автоматизацию процесса распознавания графических образов. Скорее всего, решение следует искать в ин­терактивных человеко-машинных процедурах, соединяющих дос­тоинства алгоритмического и эвристического подходов, возмож­ности автоматики и образное мышление ученого.

Рис. 16.4. Конфигурации некоторых линейных элементов на картах.

а — границы земельных угодий; б — изолинии; в — административные гра­ницы; г — гидросеть; д — тектонические трещины; е — сеть автодорог.

В картографии и дистанционном зондировании накоплен не­малый опыт распознавания и дешифрирования геоизображений. При этом всегда вначале требуется определить параметры обра­зов, избрать основания для их классификации, а затем выбрать наиболее информативные признаки. Далее необходимо обратить­ся к системам решающих правил, позволяющим отнести каждый исследуемый образ к тому или иному классу. Обычно опытный исследователь более или менее успешно справляется с задачами такого рода.

I

304 Глава XVI. Геоизображения

В перспективе автоматизированное распознавание графичес­ких образов на геоизображениях должно опираться на:

• каталоги (банки) характерных и четко различимых эталонов графических образов природных и социально-экономичес­ких явлений;

• формализованные описания графических образов, их струк­туры и признаков;

• объективные меры сходства-различия графических образов с эталонами и между собой (картометрические, морфо-метрические, фотометрические, вероятностно-статистичес­кие и др.);

• решающие правила интерактивной (человеко-машинной) классификации графических образов.