Формализация картографического изображения

Автоматизированная обработка данных требует их формализации, т. е. описания объектов (или знаков) с помощью формального языка, все значения которого четко определены и не допускают каких-либо двусмысленностей.

Формализовать картографическую информацию можно путем построения картографического изображения на основе его иерархического описания из конечного набора элементарных символов, что, кроме того, обеспечивает логику построения изображения. Такое изображение может храниться в автоматизированных банках картографических данных и может быть подвергнуто содержательному анализу и поиску, поскольку строится на принципах унификации и стандартизации условных обозначений, а также однозначного соответствия графического изображения смысловому содержанию отображаемого объекта.

Картографическое изображение можно представить в виде набора простейших геометрических символов (конструктивных элементов) с различными параметрами (рисунком, размером, цветом, текстурой). Из конструктивных элементов формируется словарь на основе их топологии и структуры с отображением иерархии изобразительных средств (рис. 3).

Рис. 3. Пример формирования словаря конструктивных элементов

Отработка классификационных признаков и категорий картографируемых объектов представляется в виде понятийно-содержательной модели с отображением их иерархии на основе направленного графа-дерева. На рис. 4 приведен пример построения классификационной модели лесной растительности.

Рис. 4. Пример построения классификационной модели

лесной растительности

На основе словаря конструктивных элементов и понятийно-содержательной классификационной модели объектов можно разработать систему условных обозначений для любого элемента содержания карты, отвечающую требованиям автоматизированной обработки изображения, его долговременного хранения и многократного оперативного использования при составлении карт разных масштабов, территориального охвата и тематики. На рис. 5 приведен вариант построения системы картографических условных знаков лесной растительности.

В данном случае можно говорить о формализованном (машинно-ориентированном) картографическом языке, позволяющем формировать картографическое изображение с помощью классификационной содержательной модели объектов и словаря конструктивных элементов.

Рис. 5. Построение системы формализованных картографических

условных знаков на примере лесной растительности

Цветовые модели

В компьютерной картографии, так же как и в компьютерной графике, при создании, редактировании и выводе изображений одной из самых важных задач является работа с цветом. Для его точного количественного описания в компьютерных системах используют стандартизированные цифровые выражения – особые универсальные «языки» цвета, которые называют цветовыми моделями или системами цветовых координат. В настоящее время не существует такой модели, которая могла бы передать все цвета и оттенки, различимые человеческим глазом. Разные технические устройства по-разному воспроизводят цветные изображения, поскольку используют различные системы кодирования цвета. Одно и то же изображение карты может по-разному выглядеть в виде тиражного оттиска, при выводе на принтере и на экране компьютера.

Существует множество цветовых моделей и их модификаций, отличающихся по принципам описания цветового пространства. Но все они принадлежат к одному из трех типов: перцепционные (по восприятию), аддитивные (слагательные – основанные на сложении) и субтрактивные (вычитательные – основанные на вычитании). Устройство всех моделей основано на использовании определенных базовых компонентов, слагающих конкретный цвет, например цветового тона, насыщенности (чистоты), яркости, освещенности (светлоты), цветности и др.

Перцепционные модели описывают весь диапазон цветов, воспринимаемых человеческим глазом, что является основой для дизайнеров, художников, фотографов. В настоящее время эти модели получили наибольшее распространение, поскольку их диапазон цветопередачи намного больше, чем может воспроизвести сканер, монитор, принтер или фотоэкспонирующее устройство вывода на пленку. Кроме того, они, как и визуальное восприятие, являются аппаратно независимыми.

Наиболее известны перцепционные модели YCC, LAB, HLS, HSB, HSV. Из этого перечня следует выделить цветовую модель LAB, положенную в основу программного пакета Adobe Photoshop, для работы с цветными изображениями. Любой цвет в LAB определяется яркостью и контрастностью (ими управляет канал L), а также двумя компонентами цветов (диапазонами), которыми управляют каналы A (от зеленого до пурпурного) и B (от синего до желтого). Эта модель включает цветовое пространство всех других цветовых моделей, используемых в компьютерных системах.

Компьютерная обработка изображений производится с использованием технических устройств, поэтому существуют цветовые модели, наиболее адаптированные к каждому классу таких устройств.

Так, для сканеров, мониторов и других электронных устройств, в которых воспроизведение цвета основано на пропускании или поглощении цвета, а не на его отражении, используются аддитивные цветовые модели. В них цвета генерируются сложением составляющих световых потоков.

Естественным «языком» указанных устройств служит цветовая модель RGB, основанная на смешении красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) цветов (рис. 6).

Рис. 6. Цветовая модель RGB

Сумма этих цветов максимальной интенсивности дает белый цвет. Сумма равных значений красного, зеленого и синего дает нейтральные оттенки серого цвета, причем, чем больше яркость основных цветов, тем более светлые серые тона получаются. Хотя цветовая гамма RGB намного ýже видимого спектра, она дает более шестнадцати миллионов цветов. Это позволяет создавать достаточно реалистичные изображения на экране компьютера, но эта же модель совсем не подходит для устройств печати, где передача цвета построена на отраженном свете. Модель RGB зависит от устройства: цвета, полученные в одном устройстве, могут отличаться от цветов, которые воспроизводит другое устройство RGB.

При печати изображения на принтерах и в полиграфии используются субтрактивные цветовые модели, основанные на вычитании части спектра из общего падающего луча света. К ним относятся модели CMY и CMYK. Если из белого цвета вычесть один из основных цветов RGB, то получится дополнительный цвет. Если вычесть красный, то оставшиеся зеленый и синий цвета дадут голубой (Cyan), если вычесть зеленый, то красный и синий дадут пурпурный цвет (Magenta), а если вычесть синий, то красный и зеленый дадут желтый цвет (Yellow): получается модель CMY (рис. 7).

Рис. 7. Цветовая модель CMY

Смесь голубого, пурпурного и желтого цветов в равных количествах должна давать нейтральные серые тона; при максимальной яркости цветов должен получаться черный цвет (дополнительный к белому в модели RGB). Однако при печати получается грязно-коричневый цвет, что обусловлено наличием примесей в красящих пигментах красок. Поэтому для образования более четких и глубоких тонов модель CMY дополняется черным цветом (blacK). Такая модель называется CMYK, и именно она является основой полиграфии.

Цветовые модели CMYK и RGB дополняют друг друга, однако однозначного соответствия между ними не существует, поскольку нет точного совпадения их цветового пространства. Поэтому, работая в модели RGB на экране монитора, необходимо просмотреть изображение в CMYK, если предполагается его распечатывать или воспроизводить полиграфическим способом. При необходимости цвета CMYK полученного изображения следует откорректировать, учитывая, что цветовое пространство CMYK является зависимым от конкретного устройства.

Цветовые модели способны воспроизвести миллионы оттенков. Но в графических программах, используемых для создания и редактирования изображений, имеются ограниченные наборы готовых цветов, которые называются цветовыми палитрами. Электронная цветовая палитра состоит из ячеек, каждая из которых представляет отдельный стандартный цвет. Палитра облегчает работу с цветовой гаммой, предоставляя возможность выбора цвета из готового набора.