Конспект лекций ДЗЗ. 1. Введение. Дистанционное зондирование Земли. 1 Основы дистанционного зондирования Земли
 Скачать 1.51 Mb.
|
|
3.2 Создание фотопланов по фотографическим и цифровым снимкам. Создание фотопланов (ортофотопланов) по фотографическим и цифровым снимкам. Оценка точности фотоплана (ортофотоплана) Монтаж фотоплана выполняется следующим образом: 1. На снимках пуансоном пробивают отверстия диаметром 1 мм на всех опорных точках. 57 2. Снимки накладывают на планшет так, чтобы точки на планшете располагались в отверстиях ближе к центру. Таким образом ошибки совмещения не будут превышать 0,5 мм. 3. Таким же образом укладывают второй и последующие снимки. Прокалывая иглой, смежные снимки посередине перекрытия, определяют величину расхождения одноименных контуров, оно не должно превышать 1 мм. 4. Разрезают смонтированные снимки посередине продольного и поперечного перекрытия (при этом избегая разреза важных объектов). 5. Разрезанные снимки (полезная часть) смазывают клеем и выполняют монтаж фотоплана. При этом должно быть максимально точное совмещение отверстий с опорными точками. 6. В заключении делается оформление фотоплана (рамка координатной сетки) и оценка точности. Цифровой фотоплан строится в процессе трансформирования исходных изображений. Область, на которую он будет построен, называется областью трансформирования, а линия, её ограничивающая – порезом. Для построения качественного фотоплана линии порезов необходимо проводить, соблюдая следующие правила. 1. Области трансформирования должны находиться как можно ближе к главной точке снимка (вблизи его геометрического центра). В этом случае повышается геометрическая точность совмещения. 2. Порезы не должны пересекать объекты, возвышающиеся над рельефом (мосты, здания, опоры ЛЭП и т.п.). В противном случае возможно «двоение» и «частичное исчезновение» объектов на ортофотоплане. 3. Порезы не должны проходить по границе протяжённых объектов, отличающихся по яркости от основного фона (кромка леса, дорога и т.п.). В противном случае при включённой опции Сглаживание линий совмещения появится эффект «смазывания» границы. Рекомендуется либо пересекать эти объекты под углом близким к прямому, либо вести порез на достаточном 58 отдалении (в пикселах, не менее полутора размеров интерполяционной ячейки) от границы. Оценка точности производится по опорным точкам и контурам. Для этого замеряют величину расхождения Т по точкам и подсчитывают СКО. n m T Т 2 n – число точек. Затем замеряют расхождения по порезам (контурам) К и подсчитывают СКО. к m К К 2 2 к– число измерений. Величины погрешностей в плановом положении опорных и контрольных точек не должны превышать в масштабе создаваемого фотоплана 0,5 мм в равнинных и всхолмленных районах и 0,7 мм - в горных. Несовмещение контуров по линии соединения фрагментов не должно быть более 0,7 мм, а в горных районах - 1,0 мм. 59 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская Государственная Геодезическая Академия» (ФГБОУ ВПО «СГГА») Кафедра фотограмметрии и дистанционного зондирования КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по дисциплине «Дистанционное зондирование и фотограмметрия» для студентов 2 курса направление подготовки 120100 Геодезия и дистанционное зондирование (весенний семестр) Новосибирск СГГА 2013 60 Содержание 4. Теория стереопары снимков 4.1 Идея и сущность построения пространственной геометрической модели объекта. Основные элементы центральной проекции для пары снимков. Идея и сущность построения геометрической модели местности (ГММ) по стереопаре, методы фотограмметрической обработки стереопар снимков. Сущность поперечного параллакса. 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. 4.3 Формулы связи координат точек местности и координат их изображений на паре снимков. Вывод формул прямой фотограмметрической засечки. 4.4 Внешнее ориентирование модели. Элементы внешнегоориентирования ГММ. Определение элементов внешнего ориентирования модели местности. Деформация модели местности. Оценка точности определения координат точек модели по стереопаре снимков. 5. Пространственная фототриангуляция 5.1 Назначение и классификация способов аналитической пространственной фототриангуляции. Маршрутная и блочная пространственная фототриангуляции. Сущность, назначение и классификация пространственной фототриангуляции (ПФТ). 5.2 Методы пространственной фототриангуляции. Маршрутная фототриангуляция методом независимых моделей. Блочная фототриангуляция методом связок, объединения маршрутных и одиночных моделей. Технология аналитической фототриангуляции. 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. 6.2 Цифровое изображение, основные понятия. Цифровое изображение. Способы получения 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. 7. Цифровое ортотрансформирование 7.1 Цифровые модели рельефа Классификация цифровых моделей рельефа по: способу сбора информации о рельефе; структуре первичной информации о рельефе; методу описания рельефа; структуре информации о рельефе, хранящейся на компьютере; способу представления ЦМР. 7.2 Цифровое ортотрансформирование снимков Описание методики цифрового ортотрансформирования снимков. 8. Технологии создания карт 8.1. Комбинированный метод создания карт Технологические варианты комбинированного метода создания карт. 8.2. Стереотопографический метод создания карт Технологические варианты стереотопографического метода создания карт. 61 4. Теория стереопары снимков 4.1 Идея и сущность построения пространственной геометрической модели объекта. Основные элементы центральной проекции для пары снимков. Идея и сущность построения геометрической модели местности (ГММ) по стереопаре, методы фотограмметрической обработки стереопар снимков. Сущность поперечного параллакса. В основе фотограмметрических методов лежит построение геометрической модели фотографических объектов. Идея основана на обратимости фотографического процесса. Сущность фотограмметрического метода заключается в следующем: лучи идут от объекта, поступают в объектив, который строит на фотоматериале в плоскости прикладной рамки изображение. Из рис. видно, что для построения модели объект должен быть сфотографирован с двух точек пространства. Если теперь взять 2 камеры, подобные той, которая выполняла фотографирование, заложить пару снимков и осветить, задать положение камерам которое было во время съемки, то лучи пойдут в обратном направлении и пересекутся. Множество точек пересечения образуют поверхность подобную сфотографированному объекту. Что является главной задачей. В связи с тем, что трехмерная модель строится всегда по паре снимков, введем понятия, относящиеся к паре снимков. B S S 2 1 – базис фотографирования a и a , b и b , c и c … – одноименные или соответственные точки A aS 1 и A S a 2 , B bS 1 и B S b 2 , C cS 1 и C S c 2 … – одноименные или соответственные лучи. Соответственные лучи – лучи идущие от одной и той же точки в левый и правый объективы. Соответственные точки – это точки на левом и правом снимке одной и той же точки местности. Множество точек пересечения проектирующих лучей образуют поверхность подобную сфотографированному объекту. Геометрическая модель невидна. Для визуализации модели используют стереомодель. Стереомодель получают путем раздельного рассматривания левого и правого снимков, т.е. обеспечивается условие, при котором левым глазом видно только левое изображение, а правым – правое. Это условие обеспечивается с помощью различных способов: анаглифов, поляроидов, миганий. Способ стереоскопа На экран дисплея выводятся левое и правое изображение, перед экраном устанавливается зеркально-линзовая насадка (стереоскоп). Стереоскоп позволяет обеспечивать условие для стереонаблюдения. Достоинством данного способа является Источник света A B D C S 2 S 1 P 2 P 1 a b c a’ b’ c’ 62 хорошее качество стереоэффекта. Недостатком – неудобство наблюдения, ограниченное поле зрения. Анаглифический способ В данном способе на экран выводятся изображения левого и правого снимков, раскрашенные в разные цвета, например, левое раскрашено в синий цвет, а правое – в красный. Оператор рассматривает их через анаглифические очки, у которых левая часть синего цвета, а правая красного. Таким образом, каждый глаз будет видеть одно изображение. Недостатком данного способа является то, что качество изображения будет плохим. Способ миганий На экран поочередно выводятся левое и правое изображения с частотой 120 Гц. Оператор рассматривает экран через специальные жидкокристаллические очки с фильтрами. Компьютер синхронизирует очки с экраном таким образом, чтобы наблюдатель видел левым глазом левый снимок, а правым – правый. Недостатком данного способа является то, что постоянное мигание вызывает утомляемость глаз. Способ поляроидов Здесь используются специальные пассивные поляризационные очки: левая часть поляризована в одном направлении, а правая – в другом. Перед экраном устанавливается поляризационная пластина, которая поочередно меняет поляризацию изображения на экране, на экран с определенной частотой выводят левое и правое изображения, с такой же частотой изменяется поляризация пластины, таким образом, будет обеспечиваться стереоэффект. При данном способе получения стереоэффекта, качество стереомодели будет высоким, кроме того утомляемость глаз оператора будет минимальной. В камеральных условиях построить модель в натуральную величину невозможно. Если изменить расстояние 2 1 S S , при восстановлении связок, оставив неизменным внешнее ориентирование камер, то одноименные лучи пересекутся, но модель будет меньше во столько раз во сколько изменится расстояние 2 1 S S . Т.о. масштаб модели будет равен модели n M B b 1 , где n b – базис проектирования. Таким образом, чтобы построить модель необходимо восстановить связку проектирующих лучей и задать камерам положение, которое они имели во время съемки, т.е. выполнить внешнее ориентирование снимков. Для того, чтобы выполнить внешнее ориентирование снимков необходимо знать элементы внешнего ориентирования снимков – S S S Z Y X . Такой способ построения модели называется – построение модели по установочным элементам. На практике часто элементы внешнего ориентирования снимков неизвестны, поэтому существует другой способ построения модели – по условию компланарности. Для того, чтобы построить модель достаточно задать камерам взаимное положение, которое было в момент съемки, однако, в данном случае модель будет расположена произвольно в пространстве, т.е. измерения, выполненные по данной модели, будут в произвольной системе координат. Как правило, картографическая продукция должна быть в геодезической системе координат. Поэтому модель в свободной системе координат необходимо ориентировать в геодезической системе координат. Этот процесс называется внешним ориентированием модели. Для построения модели по условию компланарности необходимо выполнить следующие процессы: 1. внутреннее ориентирование снимков – восстановление связок проектирующих лучей; 2. взаимное ориентирование снимков – проектирующим камерам задается положение, которое было в момент съемки. 3. внешнее ориентирование модели – пересчет модели в произвольной системе координат в геодезическую систему координат. 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. |