Файл: Конспект лекций по дисциплине Дистанционное зондирование и фотограмметрия для студентов 2 курса направление подготовки.pdf

63
4.2 Взаимное ориентирование пары снимков.
Элементы ориентирования пары снимков. Системы взаимного ориентирования пары снимков. Основное условие взаимного ориентирования снимков. Уравнение взаимного ориентирования снимков в координатной форме в базисной системе.
Как отмечалось ранее, модель можно создать в произвольной системе координат, но, как правило, предпочитают использовать базисную систему координат.
В этой системе координат за начало принята левая точка фотографирования, ось X совмещена с базисом, а ось Z лежит в левой главной базисной плоскости (проходит через базис и главный луч левого снимка),
0 1
1 1



S
S
S
Z
Y
X
,
0 2
2


S
S
Z
Y
,
B
X
S

1
Так как для построения модели величина базиса не имеет значения, то для того, чтобы построить модель необходимо определить пять элементов взаимного ориентирования снимков:
2 2
2 1
1
,
,
,
,










Сущность поперечного параллакса
Пусть для пары снимков все элементы взаимного ориентирования равны 0, т.е. базис и снимки горизонтальны (идеальный случай).
'
1
Z
'
1
Y
'
,
'
2 1
X
X
'
2
Y
B
2
x
2
y
1
x
1
y
2
S
1
S
1
a
2
a
A
1

1


2


2

2

'
2
Z

64
Тогда базисная плоскость
2 1
2 1
o
o
S
S
отвесна и проходит через оси
1
x и
2
x . Базисная плоскость, походящая через одноименные лучи, пересечет снимки по линии
2 1
a
a
, а
0 0
2 0
1


y
y
. Таким образом, если появится хотя бы один из углов
2 2
2 1
1
,
,
,
,










, точка на снимке сместится и равенство нарушится
q
y
y


0 2
0 1
– поперечный параллакс.
4.3 Формулы связи координат точек местности и координат их
изображений на паре снимков.
Вывод формул прямой фотограмметрической засечки.
А
S
2
S
1
B а
1
r
1
а
2
r
2
R
Z
Y
X
R
2
R
1
'
1
Z
'
1
Y
'
,
'
2 1
X
X
'
2
Y
B
2
S
1
S
1
x
1
y
1
a
2
x
2
y
2
a
A
'
2
Z
0 1
y
0 2
y
1
o
2
o

65
– стандартные зоны, в которых необходимо выбирать точки, используемые для взаимного ориентирования.
Выполнив взаимное ориентирование снимков, то есть определив
, можно вычислить координаты любой точки модели, если измерять координаты этой точки на левом и правом снимках:
,
,
, где
Координаты точек модели определены в фотограмметрической системе координат, которая имеет произвольно заданный масштаб и произвольно ориентирована относительно внешней системы координат.
4.4 Внешнее ориентирование модели.
Элементы внешнего ориентирования ГММ. Определение элементов внешнего ориентирования модели местности. Деформация модели местности. Оценка точности определения координат точек модели по стереопаре снимков.
Переход от фотограмметрической системы координат к геодезической называется внешним или геодезическим ориентированием модели.
Для перехода использую формулы связи координат двух систем.
t
Z
Y
X
A
Z
Y
X
Z
Y
X
Г
Г
Г



0 0
0
Г
Г
Г
Z
Y
X
– координаты точки местности в геодезической системе координат,
1 2
3 4
5 6
зона перекрытия
п
п
п
л
л





,
,
,
,
o
o
x
p
B
X
1

o
o
y
p
B
Y
1

f
p
B
Z
o


o
o
o
x
x
p
2 1


f
c
y
y
c
x
x
c
f
b
y
y
b
x
x
b
f
y
f
c
y
y
c
x
x
c
f
a
y
y
a
x
x
a
f
x
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
3 1
2 1
1 3
1 2
1 1
1 3
1 2
1 1
3 1
2 1
1 1
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(




















Z
Y
X
,
,

66 0
0 0
Z
Y
X
– смещение начала фотограмметрической системы координат относительно геодезической,
XYZ
– координаты точки в фотограмметрической системе координат,

– углы поворота фотограмметрической системы координат относительно геодезической,

A
– матрица направляющих косинусов, вычисленная по углам

,
t – масштабный коэффициент.
t
Z
Y
X
,
,
,
,
,
,
0 0
0



– элементы внешнего ориентирования модели.
Таким образом, для перехода от фотограмметрической системы координат к геодезической необходимо знать элементы внешнего ориентирования модели, которые, как правило, неизвестны. Для их определения используют опорные точки, которые обязательно включают в обработку и после взаимного ориентирования у них будут известны и фотограмметрические и геодезические координаты. Одна опорная точка дает три уравнения с семью неизвестными. Для решения уравнений необходимо минимум три точки, тогда будут составлены девять уравнений с семью неизвестными. То есть их можно решить, а значит, будут найдены семь элементов внешнего ориентирования. Далее в уравнение связи двух систем координат подставляют элементы внешнего ориентирования модели и координаты точек в фотограмметрической системе координат и вычисляют геодезические координаты всех запроектированных точек. То есть перевычисляют модель из фотограмметрической системы координат в геодезическую.

67
- одномаршрутная, которая строится по снимкам, принадлежащим одному маршруту;
- многомаршрутная, или блочная, которая строится по снимкам, принадлежащим двум и более маршрутам;
2) по технологии построения сети фототриангуляции:
- аналоговая, основанная на использование универсальных приборов;
- аналитическая, основанная на применении высокоточных автоматизированных стереокомпараторов и ЭВМ;
- цифровая, при которой используются цифровые изображения.
Различают 3 способа построения ПФТ:
1) метод независимых моделей;
2) метод частично зависимых моделей;
3) метод связок.
Достоинства цифровой фототриангуляции
Цифровая фототриангуляция имеет следующие достоинства:
1) высокая степень автоматизации;
2) высокая точность благодаря:
- возможности учёта геометрических искажений в координатах точек снимков;
- возможности обработки избыточных измерений;
- использованию мощных компьютеров;
- использованию строгих алгоритмов обработки снимков;
3) возможность обработки снимков различного формата с различными элементами внутреннего и внешнего ориентирования снимков, снимков, полученных различными съемочными системами;
4) широкие функциональные возможности;
5) решена проблема старения материала;
6) возможность улучшения изобразительного качества снимков;
7) высокая производительность труда и культура производства;
8) нет необходимости в сложном обслуживании.
5.2 Методы пространственной фототриангуляции.
Маршрутная фототриангуляция методом независимых моделей. Блочная фототриангуляция методом связок, объединения маршрутных и одиночных моделей.
Технология аналитической фототриангуляции.
Построение блочных сетей фототриангуляции методом связок
Наиболее строгим методом построения блочных сетей пространственной фототриангуляции аналитическим и цифровым способами по сравнению с методом независимых моделей является метод связок. В основе метода связок лежат уравнения коллинеарности проектирующих лучей:
*
*
0
Z
X
f
x
x



*
*
0
Z
Y
f
y
y





























)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
3 3
3 2
2 2
1 1
1
S
S
S
S
S
S
S
S
S
Z
Z
c
Y
Y
b
X
X
a
Z
Z
Z
c
Y
Y
b
X
X
a
Y
Z
Z
c
Y
Y
b
X
X
a
X
В уравнении будут известны f, x0, y0, x, y. Неизвестны элементы внешнего ориентирования снимков

S
S
S
Z
Y
X
, а также X, Y, Z – координаты точек сети ПФТ.
Достоинством метода связок является то, что сеть строится и уравнивается одновременно для всех точек, входящих в блок, а также поправки находятся

68 непосредственно к измеренным величинам, что обеспечивает более высокую точность построения сети. Недостатками этого метода являются: сложность задания приближённых значений неизвестных (для решения этой проблемы можно предварительно уровнять сеть менее строгим методом, а её результаты использовать в качестве приближённых значений), должны отсутствовать грубые ошибки, должны быть исключены систематические ошибки (или сведены к минимуму).
6. Универсальные стереофотограмметрические системы
6.1 Назначение и классификация универсальных
стереофотограмметрических приборов: аналоговые и аналитические
универсальные приборы (УП) и цифровые станции.
Идея и сущность универсального метода построения модели.
Фотограмметрия занимается изучением размеров, формы, пространственного положения объектов по их моделям, которые строят по изображениям объектов.
В основе построения ГММ по паре снимков лежит геометрический принцип обратимости фотографического процесса.
ГММ может быть построена разными способами.
При аналитическом способе построения ГММ определяются только координаты отдельных точек модели, с помощью которых решают поставленную задачу, но аналитический способ построения ГММ не позволяет работать непосредственно с моделью местности.
ГММ можно построить универсальным методом, который реализуется на универсальных стереофотограмметрических приборах (УП).
В основе построения ГММ на УП лежит тот же геометрический принцип обратимости съемочного процесса.
Главным отличием УП от других приборов является возможность работы непосредственно с моделью, то есть на УП можно измерять координаты точек модели, определять по модели расстояния, уклоны, превышения, выполнять рисовку контуров и горизонталей, строить сети фототриангуляции.
Существует много типов УП. Главное их различие заключается в способе проектирования, то есть в способе восстановления связок проектирующих лучей. По этому принципу УП делятся на:

УП оптического типа (проектирование выполняется с помощью оптических камер);

УП механического типа (роль проектирующих лучей выполняют металлические стержни);

аналитические УП (АУП). В них восстановление лучей осуществляется по формулам и уравнениям аналитической геометрии , то есть все операции выполняются аналитически;

цифровые фотограмметрические станции (цифровые стереоплоттеры). Они аналогичны АУП, только на них ведется обработка цифровых изображений.
В настоящее время цифровые стереоплоттеры вытеснили все другие УП.
6.2 Цифровое изображение, основные понятия.
Цифровое изображение. Способы получения цифрового изображения.
Цифровые снимки получают, либо цифровой камерой, либо сканируют снимки, полученные аналоговым способом.
Цифровая камера имеет конструкцию аналогичную фотокамере, только в плоскости прикладной рамки находится матрица ПЗС. Эта матрица состоит из микроэлементов принимающих световую энергию. Далее световая энергия преобразуется в цифровой код. Цифровое изображение – это матрица чисел, каждый элемент которой соответствует значению яркости объекта на местности.

69
Чтобы преобразовать аналоговое изображение в цифровое нужно выполнить его сканирование.
Принципиальная схема планшетного сканера
Суть сканирования заключается в следующем: световой луч ограниченного размера, отражается от изображения и это отраженное излучение фиксируется как яркость изображения в цифровой форме. Движение лампы осуществляется по двум осям xy. Чем меньше размер светового луча, тем меньше размер пиксела, а соответственно их больше, но и объем информации увеличится.
На цифровых изображениях координаты измеряются в пикселах, а значит точность измерений будет зависеть от размера пиксела. Размер пиксела – разрешающая способность цифрового изображения.
6.3 Цифровые стереофотограмметрические системы (стереоплоттеры)
Понятие цифровых стереоплоттеров и их основные системы. Способы получения стереомодели на цифровом стереоплоттере. Управление цифровым стереоплоттером.
Технология обработки снимков на цифровых стереофотограмметрических системах.
Цифровой стереоплоттер – это специализированное программное обеспечение, позволяющее выполнять все процессы по построению геометрической модели местности, измерению координат точек, сбору информации для построения ЦМР и ЦММ, трансформирование и ортотрансформирование снимков, фототриангуляцию, построение стереомодели.
Построение модели на цифровом стереоплоттере может выполняться двумя способами:
1. по установочным элементам;
2. по условию компланарности.
Построение модели на стереоплоттере по условию компланарности
1. Ввод исходных данных: цифровые изображения (отсканированные снимки или снимки полученные с цифровой камеры), элементы внутреннего ориентирования снимков, координаты координатных меток (из паспорта АФА), либо расстояния между координатными метками, данные о дисторсии (из паспорта АФА), геодезические координаты опорных точек.
2. Внутреннее ориентирование снимков. На данном этапе выполняется измерение координат координатных меток для каждого снимка. Затем для левого и правого изображения для каждой координатной метки составляются уравнения аффинного преобразования:










цi
цi
i
цi
цi
i
y
b
x
b
b
y
y
a
x
a
a
x
2 1
0 2
1 0
, где
2 0
,
,
b
a 
– коэффициенты аффинного преобразования,
i
i
y
x ,
– плоские координаты координатных меток (из паспорта АФА),
цi
цi
y
x ,
– измеренные координаты координатных меток на цифровом изображении.
Таким образом, зная координаты координатных меток, взятые из паспорта АФА и измеренные по цифровым изображениям, можно вычислить коэффициенты аффинного преобразования. После этого вычисляются плоские координаты координатных меток.