Лекции по фотограмметрии
.pdf
Лекция №6 – Изучение влияния рельефа на геометрические свойства снимка
α=0; h≠0
– смещение точки за рельеф
ri – расстояние от точки О (n) до точки на изображении hi – превышение точки над среднесекущей плоскостью
Частные случаи
hi=0 ri=0
Пример:
f=100 мм H=1000 м m1=10000;
f=1000 мм H=10000 м m2=m1;
будет в 10 раз меньше
Изменение масштаба за влияние рельефа
–при положительном превышении масштаб крупнее
–при отрицательном превышении масштаб мельче
10
Совместное влияние рельефа местности и угла наклона снимка
α≠0; h≠0
На снимке можно выделить три масштаба:
1)Главный масштаб (расчетно-теоретический)
2)Частный масштаб (в зоне) – масштаб какой-либо части снимка
3)Средний масштаб
mчастн – mср = ∆m
Относительная разномасштабность:
( |
) |
|
( |
) |
|
–длина линии
–погрешность в длине линии
При практических работах использовать средний масштаб не всегда корректно, реальная разномасштабность на снимке может привести при определении длин линий по снимку к большим погрешностям и в практических целях лучше использовать частный масштаб
Ввиду того, что влияние рельефа и наклона снимка приводят к изменению масштаба, то площадь на снимке, в которой частный масштаб обеспечивает заданную точность, целесообразно ограничить пределами длин базисов.
11
Лекция №7 – Системы координат, применяемая в фотограмметрии
Геодезическая система координат:
1)Общегосударственная
2)Местная
3)Условная система
Система координат снимка
При фотограмметрической обработке снимков за ось Х принимается линия, соединяющая координатные метки, расположенные вдоль направления маршрута. Построение – проводится линия хх, через её середину строится перпендикуляр уу.
Пространственная система координат снимка
Фотограмметрическая система координат
Может начинаться где угодно, но чаще всего её располагают в центре проекции S.
12
Элементы внутреннего ориентирования снимка
О (х0;у0) – координаты главной точки снимка в системе координат снимка. SO – фокусное расстояние f
х0; у0; f – элементы внутреннего ориентирования снимка (известны и записаны в паспорте АФА).
Элементы внутреннего ориентирования определяют центр проекции относительно снимка, а также определяют связь проектирующих лучей. Эти элементы определяют с помощью фотограмметрической калибровки.
Также с их помощью определяют еще два показателя:
1)Координаты координатных меток:
1.–х; у=0
2.х=0; +у
3.+х; у=0
4.х=0; -у
2)Дисторсия
Сетка точек, в каждой определяется дисторсия (направление и величина смещения).
Строится с шагом 10-20 мм и представляется в виде табличных данных. При измерении координат точек снимка данные по дисторсии позволяют определить исходные координаты точки снимка (обычно это осуществляется программными средствами).
13
Элементы внешнего ориентирования
xs; ys; zs – линейные ЭВО
∟NSK – продольный угол наклона ∟KSO – поперечный угол наклона
Если через главный луч провести плоскость, параллельную оси Y, получаем след сечения у’y’ и угол, образуемый этим сечением и осью yy снимка. Это угол разворота ӕ системы координат снимка относительно геодезической СК.
ЭВО (их 6) определяют положение снимка в пространстве.
В общем случае ЭВО неизвестны, но с помощью GPS аппаратуры определяют линейные ЭВО в полете, угловые ЭВО определяют с недостаточной точностью.
Лекция №8 – Аналитическая связь координат точек снимка и местности
( )
{
( )
Где:
( |
) |
( |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
) |
( |
) |
(1) |
||
( |
) |
( |
) |
|||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
( |
) |
( |
) |
|
|
|
–координаты точек местности
–координаты точек центра проекции и линейных ЭВО
–высотные координаты точек местности
-измеренные координаты точки на снимке
–элементы внутреннего ориентирования
–направляющие косинусы (сложная тригонометрическая функция, в которой скрыты угловые ЭВО).
Направляющие косинусы
Оси геодезической СК |
Оси пространственной СК снимка |
|||
x |
y |
z |
||
|
||||
|
a1 |
a2 |
a3 |
|
|
b1 |
b2 |
b3 |
|
|
c1 |
c2 |
c3 |
|
Задача обратной фотограмметрической засечки – определение элементов внешнего ориентирования. Для ее решения используют принцип «от обратного».
14
На снимке выбирают 3 опорные точки (минимум). Опорной точкой является точка, имеющая геодезические координаты и опознаваемая точно на снимке, эти точки должны располагаться не на одной прямой, желательно по углам рабочей площади снимка.
После выбора опорных точек в уравнении вида (1) остаются неизвестными 12 переменных, для их определения необходимо составить систему из 12 уравнений.
Каждая опорная точка позволяет составить пару уравнений вида (1), если взять 3 опорные точки, то получится 6 уравнений вида (1). Девять направляющих косинусов связаны между собой 6 уравнениями:
{
{
После решения 12 уравнений определяют 3 линейных ЭВО и 9 а,b,c.
Прямая фотограмметрическая засечка
Используя полученные неизвестные (из обратной засечки) и измеряя координаты точек на снимке, определяют плановые координаты точек местности.
При решении прямой засечки в уравнении вида (1), после измерения координат точек на снимке, все аргументы известны, кроме za.
za задают используя модель рельефа.
Существует несколько вариантов создания модели:
1) |
Представление местности в виде горизонтальной секущей плоскости, в этом случае |
|
|
величина za задается одинаковой для всех точек местности; |
|
2) |
Представление модели рельефа в виде наклонной плоскости z= f( |
); |
3)Использование топографических планов и карт для создания модели рельефа;
4)Если рельеф довольно сложный, то определяют высоты точек в количестве примерно 20-25 штук и подбирают вид функции, которая описывает высоты этих точек;
5)Создание цифровой модели рельефа (ЦМР) по паре снимков.
ЦМР представляет собой множество точек, имеющих пространственные координаты x, y, z и правило интерполирования высот.
15
Лекция №9 – Обработка пары снимков
Построение ЦМР по паре снимков
Аналитическая основа получения ЦМР
Необходимо получить каким-либо образом элементы внешнего ориентирования. aЛ = уравнение вида (1)
аП = уравнение вида (1)
Используя координаты точки левого снимка, составляется пара уравнений вида (1). В этих уравнениях неизвестными являются координаты точки местности а (х, у, z).
Для точки правого снимка составляется та же пара уравнений вида (1), где неизвестными являются те же (x, y, z) точки а, таким образом можно составить систему уравнений в количестве четырех при трех неизвестных. Эта система решаема при условии, что ЭВО и элементы внутреннего ориентирования снимков известны.
Существует несколько видов ЦМР:
регулярные ЦМР
структурные ЦМР и их производные
Регулярные ЦМР – в этой модели определяются пространственные координаты точек сетки, расположенных в углах сетки квадратов, шаг этой сетки будет зависеть от
сложности рельефа и от требуемой точности ЦМР.
Алгоритм создания регулярной ЦМР:
1)На левом снимке определяют координаты 1 точки (x, y);
2)Используя базис фотографирования, на правом снимке определяют зону расположения первой точки правого снимка;
16
3)Используя программу-коррелятор, определяют положение первой точки на правом снимке (x, y);
4)Составляют системы из 4-х уравнений вида (1) и вычисляют координаты x, y, z первой точки местности;
5)Производится переход на новую точку, и процедура повторяется;
6)После построения ЦМР в автоматическом режиме требуется коррекция модели оператором.
Структурная ЦМР
Для данной модели используется искусство оператора. Оператор, наблюдая объемную стереоскопическую модель, выбирает характерные точки местности. При этом количество точек сокращается на 2-3 порядка, а модель получается точнее.
Лекция №10 – Продольный и поперечный параллакс
Связь превышения точек и продольных параллаксов
ха(л) – ха(п) = Ра – продольный параллакс уа(л) – уа(п) = q – поперечный параллакс
хb(л) – хb(п)=Рb
Ра – Рb = ∆ – разность продольных параллаксов
Где:
–превышение между точками на местности b – базис фотографирования в масштабе съемки
–погрешность определения превышения
–погрешность определения разности продольных параллаксов
0,01 мм для фотографических приборов и |
0,5-1,0 pxl для цифровых |
Точность определения разности продольных параллаксов будет зависеть от точности определения координат точек (абсцисс), что, в свою очередь зависит от точности определения, фотографического качества, точности наведения курсора (линейки) и т.д.
–оптимальная высота
–задается сечением рельефа
Пара снимков используется для получения стереоскопического эффекта. Стереоскоп позволяет получить объемное изображение по паре снимков, на которых изображен один и тот же объект.
17
В результате, из двух плоских изображений создается трехмерная объемная модель (модель виртуальная).
Для получения стереоэффекта необходимо выполнение трех необходимых условий:
1)Получение двух снимков с концов базиса;
2)Просматривание снимков раздельно (каждый глаз смотрит на соответствующий снимок);
3)Условие ориентирования снимка:
Если перекрытие внутрь – прямой стереоэффект (рельеф виден на местности). Если перекрытие наружу – обратный стереоэффект.
Растровое и векторное изображение
Растровое изображение состоит из отдельных пикселей (точек), каждый из которых имеет координаты X;Y и оптическую плотность D (цвет).
Размеры ячейки (пикселя) – 7.5 мкм, 12.5 мкм и 25 мкм
Векторное изображение представление представляет собой набор пар координат начала и конца линии.
Для перехода от растрового изображения к векторному, проводят векторизацию. Она бывает ручная, автоматическая, полуавтоматическая.
Характеристики систем ввода и вывода изображений
Критерии:
1)Разрешающая способность – количество пикселей на 1 дюйм;
2)Позиционная точность системы – определяет меру деформации изображения;
3)Энергетическое разрешение системы – количество тонов, которое может быть определено данной системой.
Лекция №11 – Ортотрансформирование
Ортотрансформирование – преобразование изображения, полученного по закону центральной проекции, в ортогональную проекцию.
По своей сути ортотрансформирование представляет решение прямой фотограмметрической засечки для каждого пикселя цифрового растрового изображения.
Для выполнения трансформирования необходимо:
1)Получение цифрового растрового изображения;
2)Определение ЭВО;
3)ЦМР местности, изображенной на снимке, должна быть известна.
18
В компьютере последовательно выбираются пиксели, для которых последовательно выполняются фотограмметрические вычисления по формулам вида (1). Неизвестные высоты Z выбираются из ЦМР. Полученные после вычислений преобразованные пиксели свободны от влияния рельефа, угла наклона, дисторсии и деформации пленки. Они образуют ортотрансформированный снимок, записываемый в файл. Получается одномасштабное изображение.
Технологическая схема создания ортофотоплана по топографическим аэрофотоснимкам:
ПРОЕКТ
H, m, f, Px, Py, тип АФА, тип пленки (ч/б или цвет),
GPS (Xc;Yc;Zc), район, площадь, время (сезон)
АФС
K – от 5 до 7, |
всегда меньше |
||||
|
; |
|
; |
|
|
|
|
|
|||
СКАНИРОВАНИЕ
В результате привязки получаем опорные точки. Привязка может быть сплошной и разреженной.
ПЛАНОВО-ВЫСОТНАЯ ПРИВЯЗКА
Опорные точки нужны для определения ЭВО, при этом линейные ЭВО определяются в той же СК, в которой определены опорные точки. Схема определения опорных точек:
1) На репродукции накидного монтажа
19