Geographic information reference model

Để miêu tả ảnh thông tin địa lý một cách thích hợp để hỗ trợ quyết định hiệu quả, hệ thống màu sắc và lược đồ mô tả màu thuộc tính được sử dụng, cũng như cách thức hiển thị những ảnh này, là đều quan trọng. Mỗi một đặc tính đó đều được đề cập ở phần dưới đây.

In order to portray images of geographic information appropriately for effective decision support, the colour system and attribute colour portrayal scheme used, as well as the manner of visibly displaying those images, are all critical. Each of these considerations is addressed below.

Việc miêu tả hoặc hiển thị thông tin địa lý là giải pháp cho việc sử dụng các thông tin địa lý của con người để hỗ trợ các quyết định. Việc miêu tả thông tin địa lý chung được đề cập trong ISO 19117 ⁽⁸⁹⁾. ISO 19117 định nghĩa việc miêu tả như là việc biểu diễn thông tin đối với con người. Những miêu tả ảnh được quy định tại Chỉ tiêu kỹ thuật này là thông tin địa lý trực tiếp phù hợp để hiển thị bằng cách sử dụng bản in hoặc các phương tiện hiển thị ảnh. Các thông tin trong một ảnh mô tả có thể là một biểu diễn không gian-màu của một cảnh ảnh địa lý hoặc các dạng khác của thông tin địa lý.

Ảnh miêu tả sử dụng màu sắc mã hóa để thể hiện các giá trị điểm ảnh. Việc sử dụng các tọa độ màu sắc có thể tạo ra lợi thế đáng kể trong việc giảm số lượng dữ liệu cần được truyền đạt. Nếu chỉ có một vài màu được sử dụng trong một sản phẩm in thì chỉ có số màu đó được yêu cầu trong bản đồ, và khi đó mỗi điểm ảnh trong bản đồ màu đó chỉ cần một vài bit.

Ví dụ Nếu một biểu đồ chỉ sử dụng bảy loại mực để in, và nếu có thể phân biệt bảy màu sắc khác nhau, thì một bản đồ màu sắc có thể được thành lập trong đó quy định cụ thể các màu sắc trong phạm vi các giá trị màu chính xác của chúng. Chỉ cần ba bit cho mỗi điểm ảnh để lập bảng chú dẫn cho bản đồ màu.

The visible display or portrayal of geographic information is key to the use of geographic information by humans for decision support. The portrayal of geographic information in general is addressed in ISO 19117 ^[89] ISO 19117 defines portrayal as the presentation of information to humans. A Picture Portrayal as defined in this Technical Specification is geographic information directly suited to display to humans using hardcopy or visual display means. The information in a Picture Portrayal may be a colour-space rendering of a Geographic Imagery Scene or any other type of geographic information.

Picture Portrayals use colour coding for the representation of pixel values. Use of colour coordinates can produce significant advantages in reducing the amount of data that needs to be communicated. If only a very few colours are used in a printed product, then only that number of colour map entries are required, and subsequently only a few bits are required per pixel to address entries in the colour map.

EXAMPLE If a chart used only seven inks when it was originally printed, and if it is possible to distinguish these as seven distinct colours, then a colour map could be constructed which specifies each of these seven colours in terms of their exact colour values. Only three bits per pixel would be required to be indexed in the colour map.

Mắt người có ba loại tế bào nhạy cảm với các phần khác nhau của quang phổ có thể nhìn thấy, thông thường được xác định là màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương. Một hỗn hợp của ánh sáng từ ba dải đó được quan sát như là một màu duy nhất mà biến thiên như là một hàm về cường độ tương đối của ba màu cơ bản.

Ủy ban quốc tế Internationale de I'Eclairage đã xác định một hệ thống cơ bản (CIE XYZ) ⁽⁵¹⁾ để mô tả màu sắc cụ thể trong các giới hạn của ba giá trị màu trong vùng ánh sáng nhìn thấy (Tri-stimulus values). Các giá trị này đại diện cho số lượng ánh sáng từ mỗi dải có trong hỗn hợp của ba dải có cùng màu sắc và cùng bước sóng trong quang phổ nhìn thấy. Màu sắc cũng có thể được mô tả trong giới hạn của hệ số ba màu, tính bằng cách chia mỗi giá trị của ba màu trên tổng của chúng. Khi tổng của hệ số 3 màu bằng 1, chất lượng của mỗi màu có thể được mô tả bằng 2 hệ số màu còn lại, thường là hệ số màu đỏ và xanh lá cây. Do vậy, phạm vi của những màu nhìn thấy có thể biểu diễn một cách độc lập độ sáng trên một biểu đồ hai chiều. Tất cả các màu, thậm chí màu đó không thể biểu diễn lại trên giấy hoặc trên một CRT, có thể được mô tả bằng cách sử dụng hệ thống CIE. Hệ thống CIE thường được sử dụng cho các màu đặc biệt của mực in và những màu phốt pho của bộ kiểm tra CRT.

The human eye has three kinds of receptor cells sensitive to different parts of the visible spectrum, conventionally identified as red, green, and blue. A mixture of light from these three bands is perceived as a single colour which varies as a function of the relative intensity of the three primary colours.

The Commission Internationale de I'Eclairage has defined a basic system (CIE XYZ) ^[51] for describing specific colours in terms of three tristimulus values. The tristimulus values represent the quantity of light from each band contained in a mixture of the three that is perceived as having the same colour as a particular wavelength in the visible spectrum. Colours may also be described in terms of three trichromatic coefficients, computed by dividing each of the three tristimulus values by their sum. Since the sum of the trichromatic coefficients Is one, the quality (chromaticity) of any colour may be described by two of its trichromatic coefficients, usually the red and green coefficients. As a result, the range of visible colours may be represented independently of brightness on a two-dimensional graph. All colours, even those that cannot be represented on paper or on a CRT, can be described using the CIE System. The CIE System is commonly used to specify colours of printing inks and the phosphorous colours of CRT monitors.

a) RGB (đỏ, xanh lá cây, xanh dương);

b) CMYK (lục lam, vàng, đỏ tươi, chìa khóa);

c) HSV (màu sắc, độ bão hòa, giá trị);

d) Độ chói / chrominance.

RGB - Hệ thống RGB là dựa vào đặc điểm sinh lý của mắt. Màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương là màu cảm nhận chính; hỗn hợp thích hợp của ba màu sắc này có thể tạo ra được bất kỳ màu khác có thể cảm nhận. Một sự kết hợp tỷ lệ ba màu bằng nhau sẽ tạo ra màu trắng, trong khi sự vắng mặt của cả ba sẽ cho màu đen. Màu sắc được ghi lại trong hệ thống RGB là tổng cường độ chiếu sáng của mỗi dải.

Hệ thống RGB được sử dụng rộng rãi để xử lý ảnh kỹ thuật số, lưu trữ và trao đổi ^{(27, 52, 67, 70, 71)}. Các thiết bị viễn thám đa phổ thường hoạt động trong ba dải chính. RGB là hệ thống phổ biến nhất được sử dụng cho màn hình máy tính.

a) RGB (red, green, blue);

b) CMYK (cyan, yellow, magenta, key);

c) HSV (hue, saturation, value);

d) Luminance/Chrominance.

RGB - The RGB system is based on the physiological characteristics of the eye. Red, green, and blue are the additive primary colours; appropriate mixtures of light of these three colours can produce any other perceptible colour. A combination of equal amounts of all three colours produces white, while the absence of all three results in black. Colours are recorded in. the RGB system as the total intensity of illumination in each of the bands.

The RGB system is widely used for digital image storage, manipulation and interchange ^{[27,52,61,70,71]} Multispectral remote sensing devices typically operate in the three primary bands. RGB is also the most common system used for computer monitors.

HSV là một sự biến đổi phi tuyến tính của RGB mà tỷ lệ màu sắc trong một cách tương tự như phản ứng của mắt người. Nó thường được dùng trong các ứng dụng mà yêu cầu người dùng lựa chọn một màu sắc được áp dụng cho một số phần tử của việc hiển thị (8.5.3.1.4) vì nó hỗ trợ quá trình cảm nhận màu sắc tuyến tính khác nhau. Nó được sử dụng để phân biệt các ký hiệu bản đồ (8.5.3.1.4) cho cùng một lý do.

Lưu ý Các tế bào cảm thụ của mắt tương ứng theo hàm mũ với cường độ ánh sáng.

Độ sáng / màu sắc – Nhiều hệ thống mô tả màu sắc theo hai cấu phần là độ sáng và màu sắc. Màu sắc của các hệ thống này là sự chuyển đổi từ RGB và được phát triển để phục vụ truyền tín hiệu vô tuyến màu và thu âm vì giá trị độ sáng của nó hỗ trợ màn hình đơn sắc. Độ sáng (Y) là độ sáng tổng thể của một điểm ảnh, nó được tính toán bằng tổng của ba giá trị RGB. Nó bằng với giá trị của hệ thống HSV. Crom được tính từ sự khác biệt giữa màu và màu trắng tham chiếu ở cùng một độ sáng. Bởi vì mắt ít nhạy cảm với sự khác biệt về Crom hơn là độ sáng cho nên dữ liệu crom có thể được nén đến một mức độ lớn hơn mà không làm mất nhiều chất lượng ảnh thu nhận. Ba biến thể của hệ thống độ sáng / crom được sử dụng trong ba tiêu chuẩn của video tương tự ⁽⁵³⁾. YCrCb là hệ thống màu tiêu chuẩn cho tất cả các video kỹ thuật số ⁽⁵⁴⁾. Y là tổng độ sáng trên tất cả các ba dải màu. Cr là crom đỏ, số đo sự khác biệt giữa cường độ của dải đỏ và toàn bộ độ sáng. Toàn bộ Cb là crom xanh, số đo sự khác biệt giữa cường độ của dải xanh và toàn bộ độ sáng.

HSV is a non-linear transformation of RGB that scales colours in a way similar to the response of the human eye. It is often used in applications that require a user to select a colour to be applied to some element of a display (8.5.3.1.4) because it supports a linear progression of perceived colour differences. It is used for differentiating cartographic area symbols (8.5.3.1.4) for the same reason.

NOTE The receptor cells of the eye respond logarithmically to the intensity of light.

Luminance/chrominance - Several related systems describe colours in terms of one luminance and two chrominance components. All of these are transformations from RGB. All were developed for colour video broadcasting and recording because the luminance value by itself supports monochrome displays. Luminance (Y) is the overall brightness of a pixel, computed as a weighted sum of the three RGB values. It is equivalent to the value of the HSV system. Chrominance is calculated as the difference between a colour and a reference white at the same luminance. Because the eye is less sensitive to differences in chrominance than to differences in luminance, the chrominance data can be compressed to a greater degree with less loss of perceived image quality. Three variants of the luminance/chrominance system are used in the three regional standards for analogue video^[53] YCrCb is the standard colour system for all digital video ^[54]. Y is the total luminance across all three colour bands. Cr is the red chrominance, a measure of the difference between the red band intensity and total luminance. Whole Cb is the blue chrominance, a measure of the difference between the blue band intensity and total luminance.

Ví dụ 1 R = 0, G = 255, B = 0.

trong khi đối tượng cầu có thể được xác định bằng màu khác.

Ví dụ 2 R = 123, G = 55, B = 234.

Điều này tương tự như phương pháp bảng màu ngoại trừ những màu sắc đã được xác định cho các yếu tố cụ thể và không có phạm vi hoặc giá trị thuộc tính. Một số thuộc tính có thể được sử dụng để xác định một đối tượng nhất định do đó có thể nói màu được xác định gián tiếp dựa trên nhiều thuộc tính.

Như vậy, dữ liệu có thể được miêu tả bằng cách sử dụng các phương pháp này hoặc cũng có thể được sử dụng bằng cách kết hợp các phương pháp.

Ví dụ 3 dữ liệu độ sâu có thể được tô màu bằng cách sử dụng tầng màu quang phổ xanh, trong khi đối tượng tảng đá được xác định đối tượng màu và được miêu tả là màu vàng (R = 0, G = 255, B = 255).

EXAMPLE 1 R=0, G=255, B=0.

while bridge features could be assigned some other colour.

EXAMPLE 2 R=123, G=55, B=234.

This is similar to the Colour Table approach except that colours are assigned to individual features and not an attribute value or range. Several attributes can be used to define a given feature and thus colouring is based indirectly on multiple attributes.

Within a given visualization, data can be portrayed using any of these approaches. Combinations can be used as well.

EXAMPLE 3 Bathymetric depth data could be coloured using a Colour Ramp of the blue spectrum, while boulder features are assigned a feature colour and portrayed as yellow (R=0, G=255, B=255).

Việc mô tả một ảnh địa lý là một nhiệm vụ mở. Người ta không thể biết trước được những mô hình gì sẽ xuất hiện trong một ảnh. Xác định các yếu tố từ một ảnh là nhiệm vụ, nó phụ thuộc vào ngữ cảnh. Công việc người đọc ảnh là tạo ra mối liên hệ giữa ảnh và các đối tượng. Với khối lượng ngày càng tăng của ảnh địa lý, cần tập trung vào việc phát hiện các đối tượng một cách tự động. Tuy nhiên, kỹ thuật xử lý ảnh tự động và nhận biết mô hình không đáp ứng được một số ứng dụng. Đối với nhiều ứng dụng, sự can thiệp của con người là cần thiết.

Kiến thức, kỹ năng và kinh nghiệm của người xử lý ảnh là rất quan trọng trong việc miêu tả các ảnh địa lý. Thông tin tham khảo cho vấn đề này có thể tìm trong ISO / TR 19122 ⁽⁹¹⁾.

Interpreting a geographic image is an open-ended task. It is not known in advance what pattern is going to appear in an image. Determining features from an image is a context-dependent task. The job of a human interpreter is to make this link between the image and the features. With the increasing volumes of geographic imagery, emphasis has been on automated feature detection. However, pattern recognition and automatic image processing techniques remain inadequate for some applications. For many applications, a "human-in-the-loop" is required.

The interpreter's knowledge, skill and experience is critical in the interpretation of geographic imagery. Reference information for this topic can be found in ISO/TR 19122 ^[91].

Ảnh rất hữu ích cho các ứng dụng cụ thể trong một bối cảnh cụ thể nếu các giá trị hình học và thuộc tính phù hợp với bối cảnh. Ví dụ, độ phân giải không gian cần phải phù hợp với tỷ lệ bản đồ ứng dụng (xem hình 16). Đáp ứng yêu cầu thu nhận của người sử dụng có nghĩa là trình bày một ảnh/bản đồ tại một tỷ lệ thích hợp với người sử dụng ở một quy mô tương ứng với một quy mô hoạt động của quá trình hình thành các đối tượng mà người dùng quan tâm ⁽³⁸⁾ Bảng 12 liệt kê các độ phân giải không gian phù hợp với tỷ lệ bản đồ trong các ứng dụng đô thị. Xem ISO 19115 và 19115-2⁽⁸⁷⁾ về thông tin liên quan với siêu dữ liệu phù hợp để sử dụng.

Một ví dụ về tình huống dùng ảnh như một bản đồ cơ bản là trường hợp ảnh là một tập hợp các màu sắc tự nhiên và có phép đo phóng xạ thống nhất, một người sử dụng không qua đào tạo cũng có thể đọc nó một cách trực tiếp.

Để được sử dụng như là một nguồn thông tin phù hợp, ảnh vệ tinh sẽ cần phải có những đặc tính sau:

- Tính sẵn sàng của sản phẩm và được cập nhật ít nhất hàng năm, tính sẵn sàng của sản phẩm còn có nghĩa là “có sẵn trên tay", giới hạn rất linh hoạt và chi phí hợp lý, và

- Bao phủ các vùng lãnh thổ lớn để bố trí phép đo phóng xạ hợp lý nhất do đó có thể giải quyết được vấn đề gặp phải trong ảnh trực giao.

Lưu ý Xem hình 16 và bảng 12

Imagery is useful to a specific application context if the geometric and attribute values are appropriate to the context. For example, the spatial resolution needs to be appropriate to the mapping scale in the application (see Figure 16). Meeting a user's cognitive requirements means presenting to that user an image/map at a scale that corresponds to an operational scale of process shaping the features of a user's interest^[38] Table 12 lists the spatial resolutions appropriate to the mapping scale in urban applications. See ISO 19115 and 19115-2 ^[87] for information concerning metadata appropriate to determine fitness for use.

An example of a sound application context for imagery for use as a base map is the case in which the imagery has a set of natural colours, is directly interpretable by untrained users, and has uniform radiometry.

For appropriate use as an information source, a satellite image would need to

• 
  Be available as a value added product allowing an update at least annually, and be available "on hand" according to a very flexible limit and at reasonable cost, and
  

• 
  Cover large territories in order to lay out the most uniform possible radiometry and thus overcome one of the problems encountered in orthoimages.