Системы координат в фотограмметрии: Глава 1 основные принципы аналитической фотограмметрии

Содержание

Системы координат и элементы ориентирования снимков

1. Системы координат и элементы ориентирования снимков

ЛИТЕРАТУРА
Краснопевцев Б.В. Фотограмметрия. М.: МИИГАиК, 2008.
Запрос в интернете: фотограмметрия краснопевцев.

2. Системы координат, применяемые в фотограмметрии

При фотограмметрической обработке снимков используют следующие
прямоугольные системы координат:
– система координат сканера;
– две системы координат снимка;
– система координат сфотографированного объекта;
– система координат модели объекта.
Т.к. в основе фотограмметрической обработки снимков лежит преобразование
координат из одной системы координат в другую, необходимо обратить особое
внимание на данный раздел.
Запомнив, как задаётся положение каждой из указанных систем координат, и каково их
взаимное положение, легче понять описываемые в дальнейшем процессы перехода из
одной системы координат в другую.
В большинстве случаев используются приведённые в справочниках по математике формулы
преобразования пространственных координат. В фотограмметрии в эти формулы добавляют
масштабный коэффициент, т.к. системы координат находятся в разных масштабах.

3. Система координат фотограмметрического сканера

Система координат сканера c’x’y’ задаётся направляющей y’ и
перемещающейся по ней кареткой x’, расположенной под
углом 900 к направляющей.
y’
На каретке закреплена светочувствительная линейка ПЗС.
ПЗС
c’
Рис. 3.1
x’
С целью учёта инструментальных погрешностей:
разномасштабность, неперпендикулярность и др., сканер
периодически калибруют по контрольной сетке,
представляющей собой стеклянную пластинку с
выгравированными на ней взаимно перпендикулярными
линиями, отстоящими друг от друга на расстоянии 10 или 5
мм.
Точность нанесения линий равна 1 мкм. Инструментальные
погрешности записывают в память сканера и при
сканировании снимков используют для введения поправок в
координаты точек снимков.
В результате сканирования получается цифровой снимок,
координаты точек которого записаны в системе координат
сканера. Их необходимо преобразовать в систему координат
снимка. При этом используют две системы координат.

4. Две системы координат аналогового снимка. Элементы внутреннего ориентирования снимка

y
z
а
3
o’
б
m
y
x
x
z
y
2
1
3
4
Рис. 3.2
2
4
o’
1
x
первая система: Закрепляется на снимке четырьмя координатными метками, которые
могут располагаться посредине каждой стороны снимка (рис. 3.2, а) или в его углах (рис. 3.2,
б)
В первом варианте ось х проходит через координатные метки 1 и 2. Началом системы
координат служит точка о’ пересечения оси х линией, соединяющей метки 3 и 4.
Ось у проходит через точку о’ перпендикулярно к оси х, а ось z – через точку о’
перпендикулярно к плоскости xy.
Во втором варианте началом системы координат о’ служит точка пересечения линий,
соединяющих метки 1, 3 и 2, 4. Ось x проходит через точку о’ параллельно линии,
соединяющей координатные метки 1 и 2. Оси у и z проходят так же, как и в первом варианте.
В результате измерения снимка положения его точек в системе
координат o’xyz будут определяться координатами x, y, z = 0
z
z
y
y-yo
x
S
x-xo
y
z = -f
zS = f
m
o
o’
y
М
yS = yo
xS = xo
x
x
Рис. 3.3
начало второй системы находится в центре проекции S снимка.
Ось z этой системы координат совмещена с главным оптическим лучом So.
Оси x и y параллельны соответствующим осям системы координат о’хуz и имеют такие же
положительные направления.
Переход к системе координат Sxуz заключается только в переносе начала отсчёта
координат из точки o’ в точку S.
Для этого нужно знать координаты xS, yS, zS центра проекции S в системе координат о’хуz. Ими
являются координаты xо, уо главной точки о снимка и фокусное расстояние f
фотокамеры, т.е. xS = xо, yS = уо, zS = f.
Вычитая координаты центра проекции из координат точек снимка, измеренных в системе
координат
о’хуz, получают координаты точек в системе координат Sхуz: x-xS = x-xо, y-уS = y-уо, zzS = -f, т.е. точка m снимка имеет координаты: x-xо, y-уо, z = -f.
Величины xо, уо, f называют элементами внутреннего ориентирования снимка.
Определив с их помощью положение центра проекции относительно снимка,
можно провести проектирующие лучи через центр проекции и точки снимка,
например, луч SmM.
В результате будет восстановлена связка проектирующих лучей,
существовавшая в момент экспонирования изображения.

7. Система координат цифрового снимка

y’
z’
c’
j
xj, x’
i’ j’
i
б
yi
а
Рис. 3.4
используют систему пиксельных
координат c’xjyiz’ (рис. 3.4, а) и
систему метрических
координат c’x’y’z’
У этих систем координат
направления осей совпадают, но
начало отсчёта координат могут
быть разные.
Первый пиксель является нулевым, т.е. у него j = 0 и i = 0. Для
закрашенного на рисунке пикселя j = 5 и i = 3.
Пиксельные координаты центров пикселей рассчитывают по
формулам:
xj = j + 0,5, yi = i + 0,5.
Следовательно, для нулевого пикселя пиксельные координаты xj = 0,5 и
yi = 0,5, а для закрашенного пикселя – xj = 5,5 и yi = 3,5.
Для перехода от пиксельных координат к метрическим координатам,
которые участвуют в дальнейших преобразованиях, используют формулы:
x’ = xj и y’ = -( yi),
где – метрический размер стороны пикселя, заданный при сканировании
снимка или при изготовлении матрицы цифровой фотокамеры.
Например, при = 20 мкм метрические координаты закрашенного пикселя будут x’ = 5,5 20
мкм = 110 мкм и y’ = -(3,5 20) мкм = -70 мкм.
y’
z’
c’
j
xj, x’
i’ j’
i
б
Рис. 3.4
а
Если при выводе снимка на экран монитора пиксель снимка будет совмещаться с пикселем
монитора, то точность наведения марки на точки снимка будет находиться в пределах одного
пикселя.
С целью увеличения размера изображения на экране монитора заменяют пиксель матрицы
подматрицей n n из пикселей меньшего размера (рис. 3.4, б).
Это позволяет увеличить изображение на экране монитора в n раз и выполнить измерения с
точностью 1/n исходного размера пикселя.
На рисунке показана подматрица размером 4х4 закрашенного пикселя исходной матрицы, т.е.
изображение увеличено в 4 раза.
Подматрица имеет свою систему счёта координат: j’ – номер столбца и i’ – номер строки, и
координаты центров пикселей рассчитывают по формулам:
yi
xj j
j’ 0,5
,
n
yi i
i’ 0,5
n
На исходной матрице закрашенный пиксель имеет нумерацию j = 5, i = 3. На подматрице
закрашенный пиксель имеет нумерацию j’ = 2, i’ = 1. Следовательно, пиксельные координаты
центра закрашенного пикселя подматрицы будут
xj = 5+(2+0,5)/4 = 5,625, yi = 3+(1+0,5)/4 = 3,375, а метрические координаты при
= 20 мкм будут x’ = 112,5 мкм, y’ = -67,5 мкм.
В результате измерения
цифрового снимка каждая
точка в системе
метрических координат
с’x’y’z’ получает
координаты x’, y’, z’ = 0.
z
y
S
x
y
z
c’
o
x
о’
Рис. 3.5
В ходе калибровки цифровой фотокамеры определяют элементы внутреннего
ориентирования: xo, yo, f.
При этом начало системы метрических координат смещают в левый нижний угол
(точка о’) матрицы ПЗС (рис. 3.5) путём вычитания из координат y’ расстояния o’c’.
В результате, координаты xо и уо главной точки о снимка будут равны половинам
соответствующих сторон матрицы.
Переход к системе координат Sxyz с началом в центре проекции снимка
осуществляется также, как и у аналоговых снимков, путём вычитания элементов
внутреннего ориентирования из координат, полученных в системе координат o’xyz,
т.е. точки снимка будут иметь координаты: x-xо, y-уо, z = -f.

11. Продольный и поперечный параллаксы



m

o’Л

m’


p
o’П

m
q



Рис. 3.6
При измерении стереопары кроме координат точек используют разности этих
координат на обоих снимках, называемые параллаксами.
продольный: p = xЛ – xП,
поперечный: q = yЛ – yП

12. Система координат объекта. Элементы внешнего ориентирования снимка и пары снимков

В результате фотограмметрической обработки снимков координаты точек объекта
должны быть получены в его системе координат OXYZ.
Если положение системы координат объекта не задано, например, при съёмке фасада
здания, то координаты точек объекта определяют в условной системе координат
O’Х’Y’Z’, ориентацию которой задают с учётом конструкции объекта, или в системе
координат SЛХМYМZМ фотограмметрической модели объекта
Положение пары снимков в координатной системе OXYZ
Z
Sп
Z
Y
B


ZSл
YSл
O
л
л
п
By
X
ZSп
Bx
Y
Bz

X
п
Nп
л
X

yп
п
YSп
xп
XSл
XSп
Рис. 1.7
12 элементов внешнего ориентирования:
шесть элементов внешнего ориентирования левого снимка и
шесть элементов внешнего ориентирования правого снимка:
XSЛ, YSЛ, ZSЛ, wЛ, aЛ, kЛ, ХSП, YSП, ZSП, wП, aП, kП.
X

15. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИСТЕМ КООРДИНАТ

Технологическая схема преобразования систем координат

СИСТЕМЫ КООРДИНАТ ТОЧЕК МЕСТНОСТИ И СНИМКА.

 

Для установления связей между точками объекта и их фотографическими изображениями используются пространственные и плоские системы координат. Если картографируемый участок захватывает больше, чем 1 зону может использоваться геоцентрическая система координат (рис.22). В ней за начало координат принят центр общеземного эллипсоида О’г, а плоскостью X’г Y’г является плоскость экватора. Ось X’г находится в плоскости начального меридиана, а ось Z’г совмещена с полярной осью О’гР. Система координат правая. За фигуру Земли принимается эллипсоид вращения с полуосями

а и b и сжатием е. Любая точка О пространства задаётся геодезическими координатами: широтой В, долготой L и высотой Н. Геоцентрические координаты X’г, Y’г, Z’г точки О находят по их геодезическим координатам, с

 
 

помощью известных формул сфероидической геодезии.

 

Может использоваться и прямоугольная система координат X”гY”гZ”г, представленная на рис.22. Она сохраняет все преимущества геоцентрической системы, но абсолютные значения координат точек в ней меньше. Ось Z”г нормальна к поверхности эллипсоида в начальной точке О картографируемого участка; ось Y”г совпадает с направлением на север. Система координат правая. За начало счёта высот принимается такое значение, при котором аппликаты всех точек положительны. Координаты

X”г, Y”г, Z”г, легко получаются из геоцентрических X’г, Y’г, Z’г путём трёхмерного преобразования, включающего перенос начала координат и их вращение.

 
 

При решении задач на сравнительно небольшом участке местности используется известная левая система прямоугольных координат OгXгYгZг (рис.23) Гаусса.

На практике часто находит применение местная система пространственных прямоугольных координат XгYгZг с началом в некоторой точке А картографируемого участка (рис.23). В этой системе ось Zг нормальна к поверхности квазигеоида в точке А, ось Xг горизонтальна и параллельна осевому меридиану зоны, в которой находится участок съёмки, а ось Yг направлена на восток. Координаты начала задаются в системе ОгXгYгZг.

Системы координат ОгXгYгZг и А XгYгZг в фотограмметрии принято называть геодезическими.

Координаты точек местности, полученные по результатам измерения снимков, определяются, как правило, в так называемой фотограмметрической пространственной прямоугольной системе координат SXYZ (рис.23). Она правая. Ее начало и направление координатных осей выбираются так, чтобы наиболее просто осуществлялся переход от координат точек снимка к координатам точек местности. Обычно начало координат совмещается с точкой фотографирования S или с какой-либо точкой местности, а плоскость XY устанавливается горизонтально или параллельно плоскости одного из снимков.

Поскольку системы координат X Y Z и XгYгZг не совпадают, то при переходе от фотограмметрических координат к геодезическим необходимо выполнять преобразование координат из системы в систему.

На каждом снимке по его периметру имеется ряд координатных меток, которые определяют плоскую прямоугольную систему координат o’ x y. Такая система при наличии на снимке четырёх меток 1, 2, 3, 4 показана на рис. 24. Начало координат находится в точке о’ пересечение отрезков 1-2 и 3-4. Ось x совмещается с прямой 1-2, а ось y с перпендикуляром к оси x в точке о’. Возможны и другие варианты. Например, ось y – это главная вертикаль, а ось x – одна из горизонталей и т. д. Отметим, что на наземных снимках оси обозначают буквами x и z, а координаты в системе координат снимка иногда называют фотокоординатами.


Положение точка на снимке определяется координатами x и y, но это можно сделать и в пространственной фотограмметрической системе X’Y’Z’ (рис.25). Начало координат этой системы всегда совмещено с точкой фотографирования S, а оси X’, Y’, Z’ параллельны осям X, Y, Z фотограмметрической системы координат точек объекта местности или осям геодезической системы координат.

Связи между плоскими и пространственными координатами точек снимка и местности устанавливаются через элементы ориентирования снимка.

 


Учебное пособие для студентов физического факультета кгу, обучающихся по специальности «Астрономогеодезия»

Учебное пособие для студентов физического факультета кгу, обучающихся по специальности – страница №1/4


ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

БЕЗМЕНОВ В.М.

ФОТОГРАММЕТРИЯ

ПОСТРОЕНИЕ И УРАВНИВАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ФОТОТРИАНГУЛЯЦИИ
Учебно-методическое пособие

Казань 2009
Печатается по решению Редакционно-издательского совета физического факультета КГУ.
УДК 528.72

Безменов В.М. – кандидат технических наук, доцент кафедры астрономии и космической геодезии КГУ.
Построение и уравнивание аналитической фототриангуляции. / Учебное пособие для студентов физического факультета КГУ, обучающихся по специальности «Астрономогеодезия». КГУ, Казань, 2009, 87 с.
Учебное пособие составлено в соответствии с программой курса «Фотограмметрия».

В пособии приведены основные сведении из теории построения и уравнивания классической фототрангуляции.

Построение и уравнивание аналитической фототриангуляции по способу связок рассматривается с позиции, позволяющей учитывать информацию от современных измерительных систем (спутниковых навигационных систем и т.п.).

В пособии приведены основные сведения о параметрическом методе наименьших квадратов и помехоустойчивом оценивании.

Рецензент: доцент, к.ф.-м.н В.С. Боровских

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение .……………………………………………………………………….. 5
1. Основные определения и формулы фотограмметрии …………………..13

1.1. Системы координат применяемые в фотограмметрии .………………… 13

1.2. Элементы ориентирования снимка .……………………………………… 16

1.3. Условие коллинеарности векторов. Основные формулы одиночного

cнимка .……………………………………………………………………. 21

1.4. Обратная пространственная фотограмметрическая засечка ……..……..23

1.5. Основные формулы пары снимков. Прямая фотограмметрическая

засечка .…………………………………………………………………….24

1.6.. Элементы взаимного ориентирования ..……………………………….. 27

1.7. Условие компланарности векторов. Уравнение взаимного

ориентирования ………………………………………………………….. 30

1.8. Обратная двойная фотограмметрическая засечка .……………………… 35


2. Основные сведения из теории обработки измерений ………………….36

2.1. Параметрический метод наименьших квадратов .……………………….36

2.2. Сведения о помехоустойчивом анализе ………………………………… 40
3. Теория аналитической фототриангуляции .…………………………….49

3.1. Способ независимых моделей .………………………………………….. 49

3.1.1. Маршрутная фототриангуляция ……………………………………… 49

3.1.2. Блочная фототриангуляция …………………………………………… 57

3.2. Способ частично зависимых моделей .…………………………………..65

3.3. Построение и уравнивание аналитической фототриангуляции

по способу связок ….……………………………………………………… 67

3.3.1. Формирование математической модели аналитической

фототриангуляции .………………………………………………………68

3.3.2. Структура системы нормальных уравнений .…………………………. 73

3.3.3. Учёт не фотограмметрических измерений .…………………………… 77

3.3.4. Решение системы нормальных уравнений .…………………………….81


Литература ……………………………………………………………………..86

Введение

  1. Фотограмметрия как научно-техническая дисциплина, занимается определением формы, размеров, положения и типов объектов в пространстве по их изображениям.


В настоящее время фотограмметрия находит применение в самых различных сферах человеческой деятельности. Спектр приложения этой науки весьма широк: картографирование земной поверхности, геодезия, космические исследования, география, архитектура, градостроительство, экология, кадастр, медицина, криминалистика, военно-инженерное дело, артиллерия, геоинформационные системы (ГИС) и т.д. В частности, для ГИС системы фотограмметрии представляют не только методы и датчики для сбора исходных данных, но и широкий набор алгоритмов, процедур и вспомогательных средств для переработки и анализа, для описания и визуализации объектов, ситуаций и взаимосвязей. Классическая функция фотограмметрических систем в ГИС как модуля сбора данных расширяется и дополняется теперь функцией редактирования, анализа и представления данных. Эта новая функция предполагает, конечно, использование современных фотограмметрических приборов с устройствами отображения цифровой информации. По различным оценкам до 80% информации, которая поступает в ГИС, обеспечивается именно методами фотограмметрии. В развитии фотограмметрии отмечают три этапа, в соответствии с которыми выделяют аналоговую фотограмметрию, аналитическую фотограмметрию и цифровую фотограмметрию. Каждый этап характеризуется, прежде всего, приборами и технологиями, которые применяются для обработки снимков с целью получения указанных характеристик объектов.

Аналоговая фотограмметрия и аналитическая фотограмметрия охватывают теорию и практику определения формы, размеров, положения и типов объектов в пространстве по аналоговым полутоновым фотоизображениям. При этом, аналоговая фотограмметрия характеризуется тем, что фотограмметрическая засечка решается оптико-механическим путем, т.е. с использованием оптико-механических приборов. Были сконструированы и построены самые различные аналоговые приборы, предназначенные для решения всего ряда задач по обработке фотоснимков.

Аналитическая фотограмметрия характеризуется тем, что для воспроизведения изображения так же использует оптико-механические устройства, а для построения геометрической модели объекта – вычислительные устройства.

Цифровая фотограмметрия охватывает теорию и практику определения формы, размеров, положения и типов объектов на плоскости и в пространстве по цифровым полутоновым изображениям на фотограмметрических приборах, в которых для воспроизведения изображения и построения геометрической модели объекта используются цифровые вычислительные устройства.

Цифровая фотограмметрия, характеризуется, по крайней мере, двумя признаками:

1. наличием на входе системы изображения в цифровой форме;

2.обработкой цифрового изображения на электронно-вычислительной машине.

Для цифровой фотограмметрии не имеет значения каким образом было получено цифровое изображение — либо сразу в результате съемки цифровой съемочной камерой, либо путем растрового сканирования ранее полученного аналогового изображения.

Цифровое изображение – упорядоченный массив цифровых сигналов на магнитном носителе, представляющий собой полутоновое изображение при визуализации.

Цифровое фотоизображение – упорядоченный массив цифровых сигналов, полученный в процессе сканирования аналоговых фотоснимков фотосчитывающими устройствами и представленный в стандартном формате на магнитном носителе. Под стандартным форматом понимается установленная форма дискретного представления информации об объектах.

В практике цифровой фотограмметрии используется термин “пиксел”, который трактуется как элементарный участок дискретного представления фотоизображения, ограниченный размерами апертуры фотосчитывающей системы и описываемый координатами x, y на плоскости в системе координат прибора и оптической плотностью D. Условно элемент снимка представляется в виде квадрата, длина стороны которого называемая размером пиксела, характеризует степень разрешения при цифровании. Размер пиксела должен соответствовать информативности изображения, которая связана в частности, с разрешающей способностью. Линейная разрешающая способность у современных оригинальных фотоснимков на пленке достигает 100 лин/мм и более. Если это соотнести с размером пиксела то получится, что он должен быть 5 мкм и менее. В цифровом снимке, полученном из фотоснимка форматом 66 см, при линейном размере элемента изображения 10 мкм — размер пиксела, содержится 36106 пикселов.

В настоящее время созданы цифровые фотограмметрические рабочие станции (ЦФРС), под которыми понимают класс цифровых систем, позволяющие решать все фотограмметрические задачи по сбору, хранению, обработке, управлению и выдаче данных. Основное назначение ЦФРС — составление топографических карт, определение координат точек местности, решение различного рода инженерных задач и т.д. ЦФРС позволяют обрабатывать наземные и аэрокосмические моно (одиночные снимки) и стереоизображения и позволяют достигать существенной производительности, и новых условий точности. Цифровая фотограмметрическая рабочая станция включает в себя компьютер с соответствующим программным обеспечением по обработке растровых изображений, диалогу с пользователем, системой автоматизированного проектирования, а так же устройства ввода-вывода изображения и преобразования результатов обработки изображения в графический вид. ЦФРС отличается от классических фотограмметрических приборов по крайней мерее следующим:



  • отсутствием требований высокой точности;

  • наличием системы робастных (помехоустойчивых) измерений свободной от износа;

  • отсутствием необходимости в калибровке и ручной обработке изображений;

  • стабильностью изображений и неподверженностью деформациям;

  • единой системой сбора, обработки, редактирования, хранения и организации данных;

  • возможностью работы в режиме “on-line” и “off-line”.

Справедливости ради необходимо отметить, что развитие цифровой фотограмметрии не всего шло успешно и гладко. Уже в середине 70-хгодов появились достаточно мощные графические станции, которые позволяли моделировать отдельные фотограмметрические процессы. Тем не менее, первые опыты не дали желаемого результата, так как отсутствовали прецизионные сканеры высокого разрешения, преобразующие аналоговые изображения — фотоснимки, в растровый вид. К середине 80-х годов этот сдерживающий барьер был преодолен и зарубежные фирмы (EPSON, LEICA, INTERGRAPH, CARL-ZEISS и др.) наладили серийный выпуск данного оборудования.

С середины 80-х годов началось бурное развитие цифровой фотограмметрии за рубежом. В нашей стране развитие цифровой фотограмметрии сдерживалось отсутствием соответствующей отечественной аппаратуры и недостаточностью импортной аппаратуры. Появление на отечественном рынке относительно дешёвых персональных компьютеров послужило хорошим импульсом в активизации изысканий отечественной науки в данной области.

К развитию методов цифровой фотограмметрии подталкивала разработка и применение новых видов съемочной аппаратуры с цифровой записью изображения, приближающейся по разрешающей способности к фотографической. Применение такой съемочной аппаратуры позволяет существенно упростить технологическую схему обработки изображений, так как при этом отпадает промежуточный процесс преобразования аналоговых снимков в цифровой вид. Более того, в этом случае можно добиться наивысшей оперативности в обработке информации такого рода, так как данная информация может передаваться непосредственно потребителю по радиоканалу, например, с борта самолета в процессе аэросъемки.

В цифровой фотограмметрической системе процесс стереоскопического наблюдения координат точек изображений очень похож на традиционный.

Для стереоскопического наблюдения изображений и их измерений используются различные способы: анаглифический и стробоскопический способы, поляризация изображения, стереоскопические насадки; система измерительных марок и система манипулирования изображением, т.е. все как в традиционной классической фотограмметрии, только в место громоздких и дорогостоящих оптико-механических устройств используются персональные компьютеры (ПК) с соответствующим программным обеспечением.

Таким образом, создание ЦФРС, по существу, сводится к объединению в единое целое серийно выпускаемых технических средств и разработке соответствующего программного обеспечения.

Одним из стандартных элементов современных ЦФРС является построение фототриангуляции.

Фототриангуляция – сгущение исходной опорной геодезической сети по снимкам (аэроснимкам, космическим снимкам, наземным снимкам). Основная цель пространственной фототриангуляции — максимально сократить трудоемкие полевые геодезические работы по обеспечению опорой (опорными точками), заменив их на камеральные работы. Фактически сущность фототриангуляции состоит в построении модели местности, в современном представлении — цифровой модели местности (ЦМР), и ориентировании ее относительно геодезической системы координат.

Фототриангуляция, как метод сгущения опорной геодезической сети по аэроснимкам, возникла в 20-х годах XX века.

Первые способы фототриангуляции – радиальной плановой фототрангуляции, были графическими, основанными на замечательном свойстве планового снимка: центральные углы на снимке практически равны соответствующим углам на местности, если угол мал, а местность равнинная или холмистая. При этом в качестве центральной точки можно выбрать любую точку, расположенную в пределах круга с центром в главной точке снимка и радиусом, равным 1:25 фокусного расстояния съемочной камеры. Графические способы фототриангуляции позволяли строить свободные фотограмметрические сети, ориентировать их относительно геодезической системы координат по опорным точкам и определять только плановое положение новых опорных точек.

В зависимости от технических средств, используемых для построения радиальной фототриангуляции, ее подразделяют на графическую, механическую и аналитическую.

Инструментальной базой в графической фототриангуляции являлись простейшие восковки направлений, изготовленные по снимкам одного или двух маршрутов, а в дальнейшем специальное устройство — надир-триангулятора (Ф.В. Дробышева), оптические редукторы Н.А. Попова, Ф.Н. Дробышева и т.д.

В механической радиальной фототриангуляции применяют щелевые шаблоны.

Аналитическая радиальная фототриангуляция позволяет определять координаты точек местности с большей точностью, чем графическая и механическая. Для измерения центральных углов на снимках служит радиалтриангулятор. Теория аналитической фототриангуляции с применением радиалтриангулятора детально разработана в трудах проф. Н.А. Урмаева.

Радиальную фототриангуляцию, основанную использовании свойств центральных углов на снимках, часто называют плоскостной фототриангуляцией или радиалтриангуляцией.

С целью дальнейшего сокращения полевых геодезических работ стало необходимо определять по снимкам не только плановое положение точек местности, но их высоты. Таким образом, возникла пространственная фототриангуляция, которая начала развиваться в 30-х годах XX века (Н.А. Урмаев, А.С. Скиридов).

В зависимости от применяемых технических средств различают три вида пространственной фототриангуляции: аналоговую, аналогово-аналитическую и аналитическую.

Аналоговая фототриангуляция основана на использовании универсальных стереоприборов, позволяющих строить модель местности в пределах каждого маршрута. В аналоговой фототриангуляции ограничены возможности учета систематических ошибок.

Аналоговоаналитическая фототриангуляция состоит в создании моделей местности на универсальном стереоприборе и ориентировании их при помощи электронно-вычислительно машины.

Аналитическая фототриангуляция строится по измеренным координатам изображений точек снимков. Современная аналитическая фототриангуляция в условиях цифровой фотограмметрии наиболее полно реализует свои возможности, позволяя учитывать все систематические ошибки, влияние которых можно выразить в математической форме: дисторсию объектива съемочной камеры, кривизну Земли, атмосферную рефракцию, равномерную и неравномерную деформацию снимков и т.п. Особенно важным является то, что аналитическая фототриангуляция дает возможность учета различных дополнительных данных, среди которых наиболее значимыми являются GPS/ГЛОНАСС – измерения, а так же интегрированные данные от систем спутникового позиционирования и инерциальных измерительных систем (GPS/INS – систем).

Точность аналитической пространственной фототриангуляции может достигать 3-5 см., что удовлетворяет не только требованиям крупномасштабного картографирования, но и соответствует требованиям ведения кадастра в городских условиях.

Наконец, в зависимости от назначения пространственную фототриангуляцию разделяют на каркасную и заполняющую.

Каркасная фототриангуляция развивается обычно по маршрутам, проложенным перпендикулярно к направлению заполняющих маршрутов с целью обеспечения опорными точками, необходимыми для фототриангуляции по заполняющим маршрутам.

Заполняющая фототриангуляция обеспечивает опорными точками каждую стереопару для обработки ее при составлении топографической карты.

1. Основные определения и формулы фотограмметрии
1.1. Системы координат применяемые в фотограмметрии
В фотограмметрии для определения пространственных координат точек объекта изобразившегося на снимке применяется несколько систем координат: принятая в геодезии прямоугольная геоцентрическая система координат, фотограмметрическая система координат, системы координат, связанные со снимком – плоская система координат снимка и вспомогательная система координат.

Геоцентрическая система координат (), которая является общей для всего земного эллипсоида, используется при решении фотограмметрических задач на большие площади (расстояния).

Рис. 1.1. Геоцентрическая система координат


Геоцентрическая система координат является левой системой координат (Рис. 1.1). Начало этой системы в центре земного эллипсоида, ось совмещена с полярной осью , а ось установлена в плоскости начального меридиана. Координаты Гаусса в этом случае преобразуют в геоцентрические координаты по формулам, известным из курса высшей геодезии.

Вектор, определяющий положение точки объекта в данной системе координат, будет иметь компоненты:


. (1.1)
Фотограмметрическая система координат (правая система координат ) в общем случае может располагаться произвольно, т.е. начало системы координат и направления осей фотограмметрической системы координат может быть любым. В частном случае начало совмещают с какой-либо точкой местности, или с центром проекции снимка, а плоскость устанавливают горизонтально (Рис. 1.2).


Рис. 1.2. Фотограмметрическая система координат
Вектор, определяющий положение точки объекта в данной системе координат, будет иметь компоненты:
. (1.2)

Система координат снимка плоская, правая прямоугольная система координат , служит для определения положения точки на снимке, т.е. для измерения изображения (Рис. 1.3).

Рис. 1.3. Система координат снимка


Начало координат находится в пересечении прямых, соединяющих координатные метки 1, 2, 3, 4. Осью служит прямая 1 – 2 или прямая, параллельная линии 3 – 2. Часто начала координат на снимке совмещают с точкой, координаты которой равны средним значениям координат меток 1, 2, 3, 4.

Вспомогательная система координат — система координат, в которой изображение точки имеет три координаты (Рис. 1.4). Оси и этой системы координат параллельны соответствующим осям плоской системы координат , а ось совпадает с главным лучом (оптической осью). Компонентами вектора, определяющего положение точки снимка – изображения точки объекта, в системе будут: , и , где — фокусное расстояние, т.е .

. (1.3.)

Рис 1.4. Вспомогательная система координат


Данная система координат играет важную роль в установлении зависимостей между плоскими координатами изображения точек объекта и координатами точек объекта в пространстве предметов.

Кроме упомянутых пространственных систем координат в фотограмметрии используется пространственная система координат с началом в центре проекции . Координатные оси этой системы параллельны соответствующим осям фотограмметрической системы или осям системы координат, принятой в геодезии.


1.2. Элементы ориентирования снимка
Положение снимка в момент фотографирования определяют элементы ориентирования. Они разделяются на две группы: элементы внутреннего ориентирования и элементы внешнего ориентирования

Элементы внутреннего ориентирования – фокусное расстояние съемочной камеры и , , координаты главной точки снимка о , определяют положение центра проекции относительно снимка. Эти элементы позволяют восстановить связку лучей, существовавшую в момент фотографирования.

Координаты точки снимка во вспомогательной системе координат с учетом элементов внутреннего ориентирования будут равны: , , а вектор положения точки на снимке


. (1.3.)
следующая страница >>

Методическое пособие, программы и контрольная работа по курсу “фотограмметрия”. М.: МиигаиК, 2012, -74 с

Министерство образования и науки Российской Федерации

_________________________
Московский государственный университет

геодезии и картографии (МИИГАиК)

____________________________________________________
Факультет дистанционных форм обучения

Заочное отделение

методическое пособие,

программы и

контрольная работа

по курсу

Фотограмметрия

Подлежит возврату в

деканат заочного

отделения факультета

дистанционных форм обучения

Для студентов 4 курса специальностей

120101.65 – прикладная геодезия,

120303.65 – городской кадастр

и 3 курса специальности

020501 – картография
Москва 2012

Составители – Краснопевцев Б.В., профессор кафедры фотограмметрии,

Курков В.М., доцент кафедры фотограмметрии.
Методическое пособие, программы и контрольная работа по курсу “фотограмметрия”. –М.: МИИГАиК, 2012, -74 с.

Ил. 27.
Методическое пособие написано в соответствии с утверждёнными программами курса “фотограмметрия” по специальностям “прикладная геодезия”, “городской кадастр” и “картография”, рекомендовано кафедрой фотограмметрии и утверждено к изданию УМО МИИГАиК.

В методическом пособии изложены основные разделы теоретического курса “фотограмметрия” и контрольная работа, даны рекомендации по её выполнению.
Для студентов 4 курса специальностей 120101.65 – прикладная геодезия,

120303.65 – городской кадастр

и 3 курса специальности 020501 – картография.
Рецензенты:

© Московский государственный университет геодезии и картографии

(МИИГАиК)

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………………………………с. 4

Рабочая программа дисциплины “Фотограмметрия”

для специальности “Прикладная геодезия”……………………………………………………………5

Рабочая программа дисциплины “Фотограмметрия и дистанционное зондирование

территории” для специальности “Городской кадастр”……………………………………………….8

Рабочая программа дисциплины “Фотограмметрия”

для специальности “Картография”………………………………………………………………………11

1. Фотограмметрия и области её применения………………………………………………………..13

2. Основные события в истории фотограмметрии………………………………………………….14

3. Цифровые карты (планы)…………………………………………………………………………………..18

4. Цифровая фотограмметрическая система…………………………………………………………..19

5. Стереопара и стереоскопическая модель……………………………………………………………21

6. Условия получения стереопары и способы наблюдения стереомодели……………….23

7. Способы стереоскопического измерения снимков……………………………………………..24

8. Основные элементы центральной перспективной проекции

кадрового фотоснимка………………………………………………………………………………………25

9. Рабочие площади снимка и стереопары……………………………………………………………..27

10. Системы координат, применяемые при фотограмметрической

обработке снимков……………………………………………………………………………………………27

11. Система координат фотограмметрического сканера…………………………………..29

12. Система координат снимка. Элементы внутреннего

ориентирования снимка……………………………………………………………………………………30

13. Особенности измерения координат на цифровом снимке…………………………………..32

14. Система координат объекта. Элементы внешнего ориентирования

снимка……………………………………………………………………………………………………………..33

15. Элементы внешнего ориентирования пары снимков…………………………………………..35

16. Системы координат модели объекта.

Элементы взаимного ориентирования пары снимков…………………………………………36

17. Продольный и поперечный параллаксы……………………………………………………………..37

18. Точность определения координат точек объекта

по измерениям стереопары……………………………………………………………………………….38

19. Технологическая схема стереофотограмметрической съёмки……………………………..40

20. Фототриангуляция…………………………………………………………………………………………….42

21. Фотограмметрическая обработка одиночной стереопары…………………………………..45

22. Фотограмметрическая обработка одиночного снимка………………………………………..47

23. Цифровая модель рельефа местности. Матрица высот……………………………………….48

24. Фототрансформирование снимков…………………………………………………………………….50

25. Принцип цифрового ортофототрансформирования снимков………………………………51

26. Цифровое ортофототрансформирование снимков равнинной местности…………….54

27. Монтирование фотоплана………………………………………………………………………………….55

28. Съёмка рельефа и контуров……………………………………………………………………………….56

29. Наземная стереофотограмметрическая съёмка…………………………………………………..58

30. Кадастровые картографические документы……………………………………………………….68

Литература……………………………………………………………………………………………………………..69

Контрольная работа………………………………………………………………………………………………..70

Введение

Курс “Фотограмметрия” изучается студентами-заочниками с целью освоения теоретических основ и приобретения практических навыков по использованию методов и технических средств фотограмметрии применительно к получению топографической информации о местности и к решению разнообразных не топографических задач.

Согласно учебному плану студенты-заочники специальностей “прикладная геодезия”, “городской кадастр” и “картография” должны изучить теоретическую часть дисциплины “Фотограмметрия”, выполнить контрольную и курсовую работы.

Контрольную работу студенты выполняют самостоятельно до прибытия в вуз на сессию и присылают её в деканат на проверку. Чтобы выполнить задания контрольной работы, необходимо изучить теоретические разделы данного методического пособия и рекомендации по выполнению этих заданий.

Закрепление теоретического курса и освоение практических навыков фотограмметрической обработки снимков студенты выполняют в вузе во время лабораторно-экзаменационной сессии. В период сессии студенты выполняют и защищают курсовую работу. Положительные результаты защиты курсовой работы оцениваются зачетом.

При положительных оценках контрольной и курсовой работ студенты допускаются к сдаче экзамена.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины «фотограмметрия»

Рекомендуется для направления подготовки дипломированного специалиста 120100 – Геодезия, специальность 120101.65 – Прикладная геодезия
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение теории фотограмметрии, методов и технологий получения и фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков для создания и обновления топографических и кадастровых карт и других документов о местности.

Задачи дисциплины – приобретение студентами знаний и навыков, достаточных для планирования комплекса работ по фотограмметрической обработке снимков, получаемых аэрокосмическими и наземными съёмочными системами.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

Изучившие дисциплину «Фотограмметрия» должны знать:

– теоретические основы фотограмметрии;

– методы и системы, используемые при фотограмметрической обработке снимков;

– технологии создания и обновления топографических карт и планов.

Изучившие дисциплину “Фотограмметрия” должны уметь:

– обосновать варианты технологий создания и обновления топографических и кадастровых карт и планов фотограмметрическими методами;

– выполнять весь комплекс фотограмметрических работ.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Фотограмметрия и области ее применения.

Краткий обзор истории фотограмметрии. Роль российских ученых и инженеров в развитии фотограмметрии.

Геометрические свойства аэрокосмических и наземных снимков,

получаемых кадровыми и сканерными съёмочными системами

Принципы построения изображений снимаемых объектов кадровыми и сканерными съёмочными системами. Геометрические свойства снимков, получаемых кадровыми и сканерными съёмочными системами. Методы получения стереопар кадровых и сканерных снимков.

Теория одиночного кадрового снимка

Системы координат кадрового снимка и объекта съёмки, применяемые в фотограмметрии. Элементы внутреннего и внешнего ориентирования кадрового снимка. Методы и фотограмметрические системы, применяемые для измерения координат точек на аналоговых и цифровых одиночных снимках. Преобразование аналоговых снимков в цифровую форму. Фотограмметрические сканеры. Системы координат цифровых изображений. Внутреннее ориентирование кадровых снимков. Учет систематических погрешностей снимка из-за дисторсии объектива, деформации фотоматериала и рефракции атмосферы при выполнении процесса внутреннего ориентирования. Формулы связи координат соответственных точек снимка и местности. Формулы связи координат соответственных точек на наклонном и горизонтальном снимках, полученных из одной точки фотографирования. Влияние погрешностей высот точек объекта на точность определения их плановых координат по одиночному снимку. Масштабы снимка. Определение элементов ориентирования снимка по опорным точкам.

Теория пары кадровых снимков

Бинокулярное зрение. Методы стереоскопического наблюдения и измерения аналоговых и цифровых снимков. Координаты и параллаксы соответственных точек на стереопаре снимков. Формулы связи координат точек местности и координат их изображений на паре кадровых снимков. Определение координат точек местности по паре снимков методом двойной обратной фотограмметрической засечки. Условие, уравнения и элементы взаимного ориентирования снимков. Определение элементов взаимного ориентирования. Построение фотограмметрической модели. Внешнее ориентирование фотограмметрической модели. Элементы внешнего ориентирования модели. Определение элементов внешнего ориентирования модели и элементов внешнего ориентирования пары снимков по опорным точкам. Точность определения координат точек местности по паре кадровых снимков.

Стереофотограмметрические системы

Назначение и классификация стереофотограмметрических систем.

Цифровые и аналитические стереофотограмметрические системы.

Принципы автоматической идентификации соответственных точек на стереопаре снимков на цифровых стереофотограмметрических системах.

Алгоритмы и методы выполнения процессов внутреннего и взаимного ориентирования кадровых снимков, построения и внешнего ориентирования фотограмметрической модели на цифровых и аналитических стереофотограмметрических системах.

Построение цифровых моделей рельефа и контуров на стереофотограмметрических системах.

Трансформирование кадровых снимков

Назначение и методы трансформирования снимков. Цифровое трансформирование снимков в ортогональную проекцию и в проекцию карты. Создание фотопланов по перекрывающимся снимкам. Оценка точности трансформированных изображений.

Пространственная фототриангуляция

Назначение и классификация методов пространственной фототриангуляции. Теория маршрутной и блочной пространственной фототриангуляции. Методы исключения систематических погрешностей снимка при построении пространственной фототриангуляции. Особенности построения сетей пространственной фототриангуляции с использованием значений линейных и угловых элементов внешнего ориентирования, определенных в полете с помощью инерциальных и GPS систем. Точность пространственной фототриангуляции. Технологии построения сетей пространственной фототриангуляции.

Наземная фотограмметрия

Фотограмметрические и цифровые съёмочные камеры, при меняемые в наземной фотограмметрии. Фотограмметрическая калибровка съёмочных камер.

Основные случаи стереофотограмметрической съёмки. Особенности фотограмметрической обработки одиночных и стереопар наземных снимков. Использование известных значений элементов внешнего ориентирования и других опорных данных при фотограмметрической обработке наземных снимков.

Точность наземной стереофотограмметрической съёмки. Выбор оптимальных параметров наземной стереофотограмметрической съёмки.

Фотограмметрические и стереофотограмметрические методы наземной съёмки статических и динамических объектов.

Трехмерные лазерные сканеры и их применение в наземной фотограмметрии. Принцип формирования дискретной трехмерной модели объекта съёмки трехмерным лазерным сканером. Внешнее ориентирование трехмерной модели по опорным точкам. Объединение и внешнее ориентирование отдельных дискретных моделей в общую модель объекта. Создание цифровых моделей рельефа и цифровых векторных моделей объекта по материалам трехмерного лазерного сканирования. Комбинированная фотограмметрическая обработка материалов трехмерного лазерного сканирования и фотографической съёмки объекта.

Применение методов наземной фотограмметрии в топографии, промышленности, архитектуре и строительстве.

Фотограмметрическая обработка одиночных и стереопар

аэрокосмических сканерных снимков

Классификация аэрокосмических сканерных съёмочных систем.

Системы координат сканерных съёмочных систем: оптико-механических и оптико-электронных сканеров, лазерно-локационных съёмочных систем. Элементы внешнего ориентирования сканерных съёмочных систем. Системы координат сканерных снимков.

Методы фотограмметрической обработки одиночных и стереопар сканерных снимков.

Особенности цифрового трансформирования сканерных снимков.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины «Фотограмметрия и

дистанционное зондирование территории»

Рекомендуется для направления подготовки дипломированного специалиста 120300 – Землеустройство и кадастры,

специальность 120303.65 – Городской кадастр
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение теории фотограмметрии, методов и технологий получения и фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков для создания и обновления топографических и кадастровых карт и других документов о местности.

Задачи дисциплины – приобретение студентами знаний и навыков, достаточных для планирования комплекса работ по фотограмметрической обработке снимков получаемых аэрокосмическими и съёмочными системами.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

Изучившие дисциплину «Фотограмметрия и дистанционное зондирование территорий» должны знать:

– теоретические основы фотограмметрии;

– методы и системы, используемые при фотограмметрической обработке снимков;

– технологии создания и обновления топографических карт и планов;

Изучившие дисциплину “Фотограмметрия” должны уметь:

– обосновать варианты технологий создания и обновления топографических и кадастровых карт и планов фотограмметрическими методами;

– выполнять весь комплекс фотограмметрических работ.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Фотограмметрия и области ее применения.

Краткий обзор истории фотограмметрии. Роль российских ученых и инженеров в развитии фотограмметрии.

Геометрические свойства аэрокосмических и наземных снимков,

получаемых кадровыми и сканерными съёмочными системами

Принципы построения изображений снимаемых объектов кадровыми и сканерными съёмочными системами. Геометрические свойства снимков, получаемых кадровыми и сканерными съёмочными системами. Методы получения стереопар кадровых и сканерных снимков.

Теория одиночного кадрового снимка

Системы координат кадрового снимка и объекта съёмки, применяемые в фотограмметрии. Элементы внутреннего и внешнего ориентирования кадрового снимка. Методы и фотограмметрические системы, применяемые для измерения координат точек на аналоговых и цифровых одиночных снимках. Преобразование аналоговых снимков в цифровую форму. Фотограмметрические сканеры. Системы координат цифровых изображений. Внутреннее ориентирование кадровых снимков. Учет систематических погрешностей снимка из-за дисторсии объектива, деформации фотоматериала и рефракции атмосферы при выполнении процесса внутреннего ориентирования. Формулы связи координат соответственных точек снимка и местности. Формулы связи координат соответственных точек на наклонном и горизонтальном снимках, полученных из одной точки фотографирования. Влияние погрешностей высот точек объекта на точность определения их плановых координат по одиночному снимку. Масштабы снимка. Определение элементов ориентирования снимка по опорным точкам.

Теория пары кадровых снимков

Бинокулярное зрение. Методы стереоскопического наблюдения и измерения аналоговых и цифровых снимков. Координаты и параллаксы соответственных точек на стереопаре снимков. Формулы связи координат точек местности и координат их изображений на паре кадровых снимков. Определение координат точек местности по паре снимков методом двойной обратной фотограмметрической засечки. Условие, уравнения и элементы взаимного ориентирования снимков. Построение фотограмметрической модели. Внешнее ориентирование фотограмметрической модели. Элементы внешнего ориентирования модели. Определение элементов внешнего ориентирования модели и элементов внешнего ориентирования пары снимков по опорным точкам. Точность определения координат точек местности по паре кадровых снимков.

Стереофотограмметрические системы

Назначение и классификация стереофотограмметрических систем.

Цифровые и аналитические стереофотограмметрические системы.

Принципы автоматической идентификации соответственных точек на стереопаре снимков на цифровых стереофотограмметрических системах.

Алгоритмы и методы выполнения процессов внутреннего и взаимного ориентирования кадровых снимков, построения и внешнего ориентирования фотограмметрической модели на цифровых и аналитических стереофотограмметрических системах.

Построение цифровых моделей рельефа и контуров на стереофотограмметрических системах.

Трансформирование кадровых снимков

Назначение и методы трансформирования снимков. Цифровое трансформирование снимков в ортогональную проекцию и в проекцию карты. Создание фотопланов по перекрывающимся снимкам. Оценка точности трансформированных изображений. Цифровое трансформирование снимков застроенных территорий.

Пространственная фототриангуляция

Назначение и классификация методов пространственной фототриангуляции. Теория маршрутной и блочной пространственной фототриангуляции. Методы исключения систематических погрешностей снимка при построении пространственной фототриангуляции. Особенности построения сетей пространственной фототриангуляции с использованием значений линейных и угловых элементов внешнего ориентирования, определенных в полете с помощью инерциальных и GPS систем. Точность пространственной фототриангуляции. Технологии построения сетей пространственной фототриангуляции.

Фотограмметрическая обработка одиночных и стереопар

аэрокосмических сканерных снимков

Классификация аэрокосмических сканерных съёмочных систем. Системы координат сканерных съёмочных систем: оптико-механических и оптико-электронных сканеров, лазерно-локационных съёмочных систем. Элементы внешнего ориентирования сканерных съёмочных систем. Системы координат сканерных снимков.

Методы фотограмметрической обработки одиночных и стереопар сканерных снимков.

Особенности цифрового трансформирования сканерных снимков.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины «фотограмметрия»

Рекомендуется для направления подготовки дипломированного специалиста

по специальности 020501 – картография
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью преподавания дисциплины “Фотограмметрия” студентам картографической специальности является обеспечение их знаниями методов фотограмметрической обработки снимков поверхностей Земли и других планет с целью создания карт разного назначения на эти поверхности.

В связи с тем, что аэрогеодезическое производство перешло на изготовление цифровых карт, которые наиболее оперативно создаются по аэрокосмическим и наземным снимкам, картографы должны знать современные методы цифровой фотограмметрической обработки этих снимков.

Задачи дисциплины – приобретение студентами знаний и навыков в области фотограмметрической обработки снимков на цифровых фотограмметрических системах с целью создания цифровых и графических карт разных масштабов и различного назначения по аэрокосмическим и наземным снимкам.

Для успешного освоения теоретических и практических основ “Фотограмметрии” студентам необходимы знания по дисциплинам: высшая математика, физика (раздел “Оптика”), геодезия, теория ошибок. Изучение дисциплины “Фотограмметрия” будет способствовать лучшему усвоению дисциплин: математическая картография, дешифрирование, геоинформационное картографирование, проектирование и составление карт.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

По окончании изучения курса “Фотограмметрия” студент картографической специальности должен иметь представление о современных технологиях и методиках фотограмметрической обработки наземных, аэро- и космических снимков с целью создания цифровых карт поверхности Земли и планет Солнечной системы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

фотограмметрическая модель (объекта) – это… Что такое фотограмметрическая модель (объекта)?

фотограмметрическая модель (объекта)

53 фотограмметрическая модель (объекта)

Совокупность координат точек объекта фотограмметрической съемки, определенных в результате фотограмметрической обработки фотограмметрических снимков.

Примечание – Фотограмметрическая модель объекта подобна объекту, может иметь произвольный масштаб и быть произвольно расположена и ориентирована относительно системы координат объекта

54 ориентированная фотограмметрическая модель (объекта)

Фотограмметрическая модель объекта, координаты точек которой определены в системе координат объекта фотограмметрической съемки

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

  • Фотограмметрическая засечка
  • Фотограмметрическая обработка

Смотреть что такое “фотограмметрическая модель (объекта)” в других словарях:

  • фотограмметрическая модель (объекта) — Совокупность координат точек объекта фотограмметрической съемки, определенных в результате фотограмметрической обработки фотограмметрических снимков. Примечание Фотограмметрическая модель объекта подобна объекту, может иметь произвольный масштаб… …   Справочник технического переводчика

  • ориентированная фотограмметрическая модель (объекта) — Фотограмметрическая модель объекта, координаты точек которой определены в системе координат объекта фотограмметрической съемки. [ГОСТ Р 51833 2001] Тематики фотограмметрия …   Справочник технического переводчика

  • ГОСТ Р 51833-2001: Фотограмметрия. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 51833 2001: Фотограмметрия. Термины и определения оригинал документа: 3 (фотограмметрическая) съемка Технологический процесс получения фотограмметрического снимка Определения термина из разных документов: (фотограмметрическая) …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ Р 52369-2005: Фототопография. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 52369 2005: Фототопография. Термины и определения оригинал документа: 8 (топографическая) аэрофотосъемка: Топографическая фотосъемка с воздушного летательного аппарата. Определения термина из разных документов:… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КООРДИНАТ

УДК 004.932

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ

ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ

ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КООРДИНАТ

 ,  ,  

Приведено описание трёх тестовых испытаний фотограммет-

рической системы измерения пространственных координат. Ис-

пытания проводились с целью предварительной оценки погреш-

ности измерений фотограмметрической системы. В качестве по-

верочных средств измерений применялись координатно-

измерительная машина и лазерный дальномер. Разработана мето-

дика предварительной оценки погрешности системы при исполь-

зовании указанных поверочных средств.

Ключевые слова: измерение, фотограмметрическая система,

обработка изображений, точность вычислений

Перспективным направлением высокоточных бесконтактных измере-

ний пространственных координат является применение фотограмметриче-

ских систем (ФС) измерения.

При их использовании в назначенных точках измеряемого объекта раз-

мещают световозвращающие круговые мишени. Центры мишеней должны

совпадать с контролируемыми точками, пространственные координаты ко-

торых измеряются. Объект, маркированный круговыми мишенями, фото-

графируется цифровой камерой, настроенной для работы в составе ФС.

Количество и геометрия запланированных положений камеры при съемке

оценивается теоретически и проверяется на опыте на основе анализа, по-

грешностей измерений и возможности наблюдать световозвращающие

мишени, имеющие ограниченное угловое поле отраженного света. Про-

странственные координаты назначенных точек определяются при компью-

терной постобработке снимков, на которых идентифицируются мишени и

измеряются координаты их центров на сенсоре цифровой камеры. Приме-

нение разработанной авторами ФС представлено в [1].

На этапе разработки ФС необходимо выполнить предварительную

оценку её погрешности измерений. Учитывая сложность теоретической

оценки погрешности измерений ФС, предлагается оценить её эксперимен-

тально, используя доступные поверочные средства [2].

Для оценки погрешности измерений проведено три тестовых испыта-

ния. Первое – для оценки погрешности измерений пространственных ко-

ординат объекта ограниченного окружностью диаметром 3000 мм. Второе

и третье – для оценки погрешности измерения линейных размеров объек-

тов с порядком ≈ 10000 мм.

Геометрические основы фотограмметрии ЛЕКЦИЯ Основные вопросы лекции

Геометрические основы фотограмметрии ЛЕКЦИЯ

Основные вопросы лекции Основные сведения о проекциях. Элементы центральной проекции. Системы координат применяемые в фотограмметрии. Системы координат снимка. Системы координат местности.

Основные сведения о проекциях Построение изображения предмета на избранной поверхности по определенному закону называется проектированием, а его результат – проекцией. Проектирующим лучом называется прямая, проходящая от точки через центр проекции, к поверхности, на которой выполняется проектирование. Центром проекции называется точка, через которую проходят все проектирующие лучи. Плоскость, на которой строится изображение объектов, называется картиной. Совокупность проектирующих лучей, с помощью которых получено изображение в фокальной плоскости, называется связкой или пучком.

Свойства центральной проекции Всякая точка, расположенная в пространстве объектов, в картинной плоскости изображается также точкой. Всякая прямая, если она не проходит через центр проекции, изображается в картинной плоскости также прямой. Точки пространства, расположенные в одной проектирующей плоскости и не лежащие на одной прямой, изображаются в картиной картинной плоскости расположенными на одной прямой.

Элементы центральной проекции hi E’ S I h hi W o P hc α c h n hc V O α C E T N T v V

Изображения точек и прямых при центральном проектировании 1. Прямые, лежащие в плоскости основания параллельно линии направления съёмки, изображаются на фотоснимке в виде пучка прямых, сходящихся в главной точке схода. 4. Прямые, перпендикулярные к плоскости основания, изображаются на фотоснимке в виде пучка прямых, сходящихся в точке надира. 2. Параллельные прямые плоскости основания, проведенные под произвольным углом к линии направления съёмки, изображаются в плоскости фотоснимка в виде пучка прямых, сходящихся на линии истинного горизонта (в боковой точке схода). 3. Параллельны прямые, проведенные в плоскости основания перпендикулярно к линии направления съёмки, изображаются на фотоснимке в виде горизонталей. S P d, e a b E D A c B Рис. 2 C T

Теорема Шаля. Если при одновременном вращении плоскости действенного горизонте E’ вокруг линии действенного горизонта hihi и предметной плоскости Е вокруг основания картины ТТ сохраняется их взаимная параллельность, то проектирующий луч SА всегда проходит через ту же пару сопряженных точек предметной и картинной плоскости.

Системы координат применяемые в фотограмметрии Фотограмметрическая обработка фотоснимков предполагает определение положения объекта по измерениям на фотоснимках. Иными словами, речь идёт об определении координат точек объекта по его фотографическому или другому изображению. Чтобы определять координаты любых объектов необходимо установить системы координат (СК), относительно которых будут выполняться измерения и определения. Поэтому важно знать о системах координат, которые используются в фотограмметрии как для определения положения объекта на местности, так и его положения на изображениях. Условно системы координат применяемые в фотограмметрии разделяют на две группы, различающиеся областью применения, выбором начала координат и направлениями координатных осей.

Системы координат местности Геоцентрическая СК –используется для решения фотограмметрических задач на большие расстояния, при выполнении космических исследований и т. п. Начало координат совпадает с центром земного эллипсоида, ось Z направлена вдоль оси вращения, ось Y – в плоскости экватора, ось X – в плоскости начального меридиана. Zгц Oгц Yгц Xгц

Системы координат местности Система координат Гаусса – используется для определения положения пунктов опорной геодезической сети и представления результатов фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки. x Осевой меридиан y Экватор Рис. 1. Плоская СК зоны в проекции Гаусса Zг Хг Yг Ог Zг Хг Рис. 2. Геодезическая СК Yг

Системы координат местности Начало фотограмметрической СК находится обычно в центре проекции S. Оси фотограмметрической СК в общем случае могут быть направлены произвольно. Условия, которые при этом должны соблюдаться: оси СК должны быть взаимно перпендикулярны и составлять правую СК. Направление осей фотограмметрической СК при решении конкретной задачи задают так, чтобы было удобно решать эту задачу. . Y Z Х Y X Z S а А (Хг, Yг, Zг) (Х, Y, Z) Р Zг Xг Zг Yг Ог Хг Yг

Системы координат снимка Координатные системы снимка предназначены для определения положения точек снимка и делятся на внутренние и внешние Внутренние системы – плоские, с началом в точке пересечения линий, соединяющие координатные метки снимка.

Системы координат снимка Z Y y z S x′ a′ y′ a′′ Xa Y a X x Za z SXYZ у пространственная система координат Фотоснимка Р o’ P x′ a y′ х Для определения пространственного положения точек фотоснимка используется фотограмметрическая СК SXYZ (рис. 9). В отличие от плоских координат точек фотоснимков, их пространственные координаты не могут быть измерены непосредственно. Переход от плоских к пространственным координатам точек фотоснимков осуществляется через вспомогательную СК. Начало вспомогательной СК находится в точке S, а оси х и у параллельны соответствующим осям х и у плоской СК фотоснимка, а ось z является продолжением главного луча и дополняет систему координат до правой Sхуz.

Определения системы координат изображения и углов поворота

Презентация на тему: ” Определения системы координат изображения и углов поворота.” — Транскрипт:

ins[data-ad-slot=”4502451947″]{display:none !важно;}} @media(max-width:800px){#place_14>ins:not([data-ad-slot=”4502451947″]){display:none !important;}} @media(max-width:800px){#place_14 {ширина: 250px;}} @media(max-width:500px) {#place_14 {ширина: 120px;}} ]]>

1 Определения системы координат изображения и углов поворота

2 Определения системы координат изображения и углов поворота
Параметры внешней ориентации определяют положение и ориентацию камеры, снявшей изображение.К позиционным элементам внешнего ориентирования относятся Хо, Йо и Зо. Они определяют положение центра перспективы (O) относительно наземной системы координат (X, Y и Z). Угловые или вращательные элементы внешней ориентации описывают взаимосвязь между системой координат наземного пространства (X, Y и Z) и системой координат пространства изображения (x, y и z).

3 система координат пространства изображения (x, y и z)
взаимосвязь между системой координат наземного пространства (X, Y и Z) и системой координат пространства изображения (x, y и z)

4 Определения системы координат изображения и углов поворота
Три угла поворота обычно используются для определения угловой ориентации.Это каппа (κ), омега (ω) и фи (ϕ). Три угла поворота каппа (κ), омега (ω) и фи (ϕ)

5 Определения системы координат изображения и углов поворота
Используя три угла поворота, можно определить взаимосвязь между системой координат изображения (B) и системой координат наземного пространства (E). Связь между двумя системами определяется матрицей 3 × 3, которая называется матрицей ориентации или вращения (CEB).матрица вращения получается путем применения последовательного первичного вращения каппа вокруг оси z, за которым следует вторичное вращение омега вокруг оси x и третичное вращение фи вокруг оси y. Этот порядок для этих углов поворота выбран, чтобы иметь матрицу поворота, подобную Leica LPS и программному обеспечению ORIMA.

6 Определения системы координат изображения и углов поворота
Порядок трех углов поворота для создания матрицы поворота (CEB)

7 Определения системы координат изображения и углов поворота
Рассмотрим точку P(x,y) в системе координат x-y, повернутую на угол α относительно системы координат X-Y.Нам нужны координаты X и Y точки P в этой второй системе:

8

9 Определения системы координат изображения и углов поворота

10

11 Определения системы координат изображения и углов поворота
Комбинируя три поворота, можно определить взаимосвязь между системой координат объекта (E) и системой координат изображения (B):

12

13

14 Математическая связь между изображением и наземными координатами

15 Определения системы координат изображения и углов поворота

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29 Уравнения условия коллинеарности
Пусть: Координаты станции экспонирования XL, YL, ZL относительно системы координат объекта (земли) XYZ Координаты точки объекта A равны XA, YA, ZA относительно наземной системы координат XYZ Координаты точки изображения a точки объекта A be xa, ya, za относительно xy фотосистемы координат (в которой главная точка o является началом координат; корректирующая компенсация для нее применяется позже) Координаты точки изображения a be xa’, ya’, za’ в повернутой плоскости изображения x’y’z’, который параллелен системе координат объекта. Преобразование (xa’, ya’, za’) в (xa, ya, za) выполняется с помощью уравнений вращения, которые мы выводим далее.Приложение D 26.06.2019 аабу

30 Уравнения вращения Омега поворот вокруг оси x’:
Новые координаты (x1,y1,z1) точки (x’,y’,z’) после поворота исходной системы координат вокруг оси x на угол ω равны определяется как: x1 = x’ y1 = y’ cos ω + z’ sin ω z1 = -y’sin ω + z’ cos ω Аналогично получаем уравнения для поворота фи вокруг оси y: x2 = -z1sin Ф + x1 cos Ф y2 = y1 z2 = z1 cos Ф + x1 sin Ф И уравнения для вращения каппы вокруг оси z: x = x2 cos қ + y2 sin қ y = -x2 sin қ + y2 cos қ z = z2 Приложение В 6/26/ 2019 аабу

31 Окончательные уравнения вращения
Подставим уравнения на каждом этапе, чтобы получить следующее: x = m11 x’ + m12 y’ + m13 z’ y = m21 x’ + m22 y’ + m23 z’ z = m31 x’ + m32 y’ + m33 z’ Где m – функция углов поворота ω,Ф и қ В матричной форме: X = M X’ где Не вращаем ли мы x,y,z до простых чисел x,y и z? Свойства матрицы вращения M: Сумма квадратов трех направлений косинусов (элементов M) в любой строке или столбце равна единице.M является ортогональным, т.е. M-1 = MT Приложение C 26.06.2019 aabu

32 Возвращаясь к условию коллинеарности…
26.06.2019 aabu

33 Уравнения коллинеарности
Используя свойство подобных треугольников: Подставьте это в формулу вращения: Теперь вычтите za’/(ZA-ZL), разделите xa, ya на za, добавьте поправки на смещение главной точки (xo,yo) и приравняйте za=-f, чтобы получить: Приложение D 26.06.2019 Virtual Environment Lab, UTA

34 Обзор уравнений коллинеарности
являются нелинейными и включают 9 неизвестных: омега, фи, каппа, присущие m Координаты объекта (XA, YA, ZA ) Координаты станции экспозиции (XL, YL, ZL ) Где, xa, ya — фото координаты точки изображения a XA, YA, ZA — пространственные координаты объекта/точки земли A XL, YL, ZL — координаты места расположения экспозиционной станции в пространстве объекта f — фокусное расстояние камеры, xo, yo — смещения координат главной точки m являются функциями углов поворота омега, фи, каппа (как выведено ранее) гл.11 и Приложение D 26.06.2019 Лаборатория виртуальной среды, ЮТА

35 Virtual Environment Lab, UTA
Теперь, когда мы знаем об условии коллинеарности, давайте посмотрим, где нам нужно его применить. Во-первых, нам нужно знать, что нам нужно найти… 26.06.2019 Лаборатория виртуальной среды, UTA

36 Элементы внешнего ориентирования
Как уже упоминалось, условия коллинеарности включают 9 неизвестных: положение станции экспозиции (омега, фи, каппа), координаты станции экспозиции (XL, YL, ZL) и координаты точки объекта (XA, YA, ZA). ).Из них нам сначала нужно вычислить положение и ориентацию станции экспонирования, также известные как элементы внешней ориентации. Таким образом, 6 элементов внешней ориентации: пространственное положение (XL, YL, ZL) камеры и угловая ориентация (омега, фи, каппа) камеры. Все методы определения элементов внешней ориентации одной наклонной фотографии требуют: фотографические изображения не менее трех контрольных точек с известными наземными координатами X, Y и Z и калиброванным фокусным расстоянием камеры.Глава 10 26.06.2019 Лаборатория виртуальной среды, ЮТА

37 Элементы внутренней ориентации
В дополнение к предыдущему обсуждению: Элементы внутренней ориентации Элементы внутренней ориентации, которые можно определить с помощью калибровки камеры, следующие: Калиброванное фокусное расстояние (CFL), фокусное расстояние, которое дает общее среднее распределение дисторсии объектива. Лучше называть калиброванным главным расстоянием, поскольку оно представляет собой расстояние от задней узловой точки объектива до главной точки фотографии, которое установлено как можно ближе к оптическому фокусному расстоянию объектива.Местоположение главной точки, заданное координатами главной точки, заданными относительно координат x и y реперных меток. Координаты реперных меток: координаты x и y реперных меток, которые обеспечивают двухмерную позиционную привязку для основной точки, а также изображения на фотографии. Симметричная радиальная дисторсия линзы, симметричная составляющая дисторсии, возникающая вдоль радиальных линий от главной точки. Хотя незначительно, теоретически всегда присутствует. Децентрирующая дисторсия линзы, дисторсия, которая остается после компенсации симметричной радиальной дисторсии линзы.Компоненты: асимметричная радиальная и тангенциальная дисторсия линзы. Глава 3 26.06.2019 Лаборатория виртуальной среды, ЮТА

38 Математическая модель и условие коллинеарности
Связь между измерениями точек изображения и соответствующими координатами наземных точек описывается основным уравнением наблюдения:

39 Следующие два нелинейных уравнения наблюдения, которые называются уравнениями коллинеарности, являются результатом умножения уравнения. Являются элементами трехмерной матрицы вращения, которые образуют три вращения.

40

41

42 Внешняя ориентация Пространственное положение (x, y, z) Угловая ориентация
Обрезка пространства по коллинеарности обычно используется для определения шести элементов.216

43 Уравнения условия коллинеарности
Станция экспонирования, точка объекта и его фотоизображение лежат на прямой линии. Они, пожалуй, самые полезные из всех уравнений для фотограмметриста.

44 м являются функциями трех углов поворота, –омега, фи и каппа.

45 Вращение с точки зрения омеги, фи и каппы
Измерение xyz и повернутое x’y’z’ системы координат изображения.

46 Система координат изображения повернута

47 Формулы вращения (1)

48 Получение уравнений условия коллинеарности
(2)

49 Получение уравнений условия коллинеарности
(3-1) (3-2) (3-3) -f (3-1) разделить на (3-3) (3-2) разделить на (3-3)

50

51 Настройка блока с добавленными параметрами (Самокалибровка)

52 Настройка блока с добавленными параметрами (Самокалибровка)

53 Модель без калибровочной модели Название камеры/GCP/CP
Наземные контрольные точки СКО (м) невязок Наземные контрольные точки СКО (м) невязок Координаты изображения СКО (мкм) невязок σo мкм XYZ xy Vexcel Imaging UltraCamX/9/99 0 .052 0.061 0.146 0.075 0.083 0.163 0,79 0.083 0.163 0.79 0.85 1.00 z / i Визуализация DMC / 9/95 0.031 0.040 0.178 0,045 0,078 0,184 1.45 1.28 1.90 Z / I Визуализация RMK Top 15 Film / 14/82 0.093 0.130 0.112 0.116 0.154 4.75 4.29 5.90

54 Модель самокалибровки
Название камеры/GCP/CP Наземные контрольные точки СКО (м) невязок Наземные контрольные точки СКО (м) невязок Координаты изображения СКО (мкм) невязок σo мкм XYZ xy Vexcel Imaging UltraCamX/9/99 0.054 0,059 0,033 0,075 0,059 0,033 0,075 0,082 0,074 0,78 0.082 0,074 0,78 0,82 1,00 z / i Imaging DMC / 9/95 0,029 0,031 0,042 0,056 0,071 1,042 0,056 0,071 1.32 1.14 1.60 Z / I Визуализация RMK Top 15 Film / 14/82 0.114 0.125 0.080 4.86 4.49 5.20

55 Пример уравнения коллинеарности

56 Пример уравнения коллинеарности

57

58 Пример уравнения коллинеарности

59 Аэротриангуляция Аэротриангуляция может быть определена как установление горизонтальных и вертикальных контрольных точек с помощью фотограмметрических методов, основанных только на нескольких наземных контрольных точках.Традиционно его также можно использовать для расчета параметров ориентации фотографий. Этими параметрами ориентации являются координаты станции экспонирования (X0, Y0 и Y0) и три поворота (,  и ). Основное преимущество аэротриангуляции состоит в том, что даже в пределах больших фотоблоков она использует лишь относительно небольшой набор съемочных наземных точек.

60 Набор данных Цифровая камера UltraCam D Традиционный план полета
60% перекрытие вперед 20% боковое перекрытие 18 изображений в полном блоке Высота полета 1500 м

61 Набор данных Цифровая камера UltraCam D Традиционный план полета
60% перекрытие вперед 20% боковое перекрытие 60 изображений в полном блоке Высота полета 880 м

62 Блочная триангуляция По экономическим причинам и для обеспечения эффективного способа обработки нескольких изображений была разработана блочная триангуляция.Без триангуляции требуется дорогостоящая наземная съемка, поскольку для каждой стереомодели потребуются две горизонтальные и три вертикальные наземные опорные точки. Таким образом, блочную триангуляцию можно определить как процесс установления математической связи между блоком изображений и землей.

63 Блочная триангуляция Для выполнения блочной триангуляции было разработано несколько методов, таких как блочное уравнивание.В настоящее время большая часть блочной триангуляции выполняется с использованием группового уравнивания. Кроме того, настройка пакета позволяет интегрировать дополнительную геометрическую или навигационную информацию, такую ​​как измерения GPS и IMU. Процесс регулировки пучка назван так из-за множества световых лучей, проходящих через каждое положение линзы.

64 Уравнивание связки После того, как блочная триангуляция была решена, в решении уравнивания связки могут быть получены следующие данные: координаты X, Y, Z в объектном пространстве всех точек объекта.параметры внешнего ориентирования; координаты станции экспонирования и три поворота (, , , X0, Y0 и Z0) всех фотографий. Дополнительные параметры или параметры внутренней ориентации, описывающие геометрию камеры. Статистические отчеты за точность и достоверность данных.

65 Данные наблюдений в групповом уравнивании
Измерения (наблюдаемые величины), связанные с групповым уравниванием: Координаты изображения: Система координат, используемая для определения этих точек, представляет собой реперную систему координат.Эта система определяется так называемыми реперными метками на фотографии, координаты которых указаны в сертификате калибровки камеры. Наземные наблюдения. Они делятся на две группы: связующие точки и контрольные точки. Непосредственные наблюдения за параметрами внешнего ориентирования (, , , X0, Y0 и Z0) фотографий.

66 Данные наблюдений в связке уравнивания
Координаты фотографии — это основные фотограмметрические измерения, выполненные с помощью цифровой фотограмметрической рабочей станции.При корректировке пакетов эти наблюдения должны быть взвешены в соответствии с точностью, с которой они были измерены. Наземные контрольные точки определяются путем полевой съемки. Хотя наземные опорные координаты являются косвенно определяемыми величинами, они могут быть включены в качестве наблюдений при условии, что им присвоены надлежащие веса. Окончательный набор наблюдений, параметры внешней ориентации, в последнее время стал важным при комплексных корректировках с использованием бортового управления GPS, а также блока инерциальных измерений (IMU).

67 Математическая модель и условие коллинеарности
Связь между измерениями точек изображения и соответствующими координатами наземных точек описывается основным уравнением наблюдения:

68 Следующие два нелинейных уравнения наблюдения, которые называются уравнениями коллинеарности, являются результатом умножения уравнения. Являются элементами трехмерной матрицы вращения, которые образуют три вращения.

69 Уравнения наблюдения методом наименьших квадратов формируются из уравнений коллинеарности и должны быть линеаризованы с использованием теории Тейлора.

70 Анализ качества результатов
Результаты должны быть оценены, чтобы убедиться, что они соответствуют спецификациям и требованиям проекта и что результаты не содержат неверных измерений или допущений. Методы статистического анализа используются для определения качества уравнивания и выявления неправильных наблюдений. Эта операция применяет различные статистические методы и обеспечивает индикацию внутренней и внешней геометрии блока.Внутренняя геометрия включает среднеквадратичную ошибку (RMSE) для наземных опорных точек, связующих точек и остатков изображения. Кроме того, значение RMSE контрольных точек (CP) представляет собой внешнюю геометрию блока. Значение Sigma0 указывает на достоверность весов, используемых для расчета воздушной триангуляции, на основе стандартного отклонения данных наблюдений при уравнивании пакетов.


РЕШЕНИЯ ДЛЯ ВНЕШНЕГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ В ФОТОГРАММЕТРИИ ОБЗОР P

ТЕНДЕРНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ НА РЕШЕНИЯ ДЛЯ ОТКРЫТИЯ ДВЕРЕЙ HIGHPERFORMANCE DOOR ASSA
SOLUTIONS ДЛЯ ПРИНЦИПОВ СОВРЕМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 5E (ПУБЛИКАЦИЯ
SONOSITE® WORKFLOW SOLUTIONS SOFTWARE SONOSITE INC ЛИЦЕНЗИОННОЕ СОГЛАШЕНИЕ С КОНЕЧНЫМ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ

ПРОЕКТОРЫ ДЛЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ ДОСОК И СОПУТСТВУЮЩЕЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (INWPAS) ASI SOLUTIONS
СУЩЕСТВЕННЫЙ ФАКТ О КОНКРЕТНЫХ РЕШЕНИЯХ, ПРИНЯТЫХ ЭМИТЕНТАМИ

Наружная ориентация

Решения для экстерьера направление в фотограмметрии, Обзор

С.Груссенмейер ([email protected])

О. Аль-Халил ([email protected])

ENSAIS, Фотограмметрия и Geomatics Group, Страсбург, Франция

Аннотация

Определение отношение, положение и внутренние геометрические характеристики камера известна как фундаментальная фотограмметрическая проблема. Это можно резюмировать в определении интерьера камеры и параметры внешнего ориентирования, а также определение 3D координаты точек объекта.Термин «внешняя ориентация». изображения относится к его положению и ориентации относительно внешняя система координат. Можно применить несколько методов определить параметры направленности одного, двух и более фотографии. Ориентацию можно обрабатывать поэтапно (как относительную, так и абсолютная ориентация), а одновременные методы (как связка корректировки) теперь доступны в большинстве программных пакетов. Также было разработано несколько методов ориентации одиночные изображения. Они основаны в основном на геометрических и топологических характеристики изображаемых объектов.

В этой статье мы представляем обзор классических и современных методов определения параметры экстерьера в фотограмметрии, доступные для некоторых из них как программные пакеты с практическими примерами в Интернете. То Представленные методы классифицируются по трем основным группам. в во-первых, набор приближенных методов для приложений, которые не требуют большой точности. Они также привыкли вычислить значения, необходимые для итерационных методов.Во второй группе, стандартные точечные методы, основанные на коллинеарности, компланарности или условия соугольности вкратце рассмотрены с распространением на линейные подходы. Третья группа представляет методы ориентации на основе ограничений и концепций проективной геометрии, которые более и многое другое представляет интерес для фотограмметриста. В последнем разделе, В статье дается краткое изложение существующих стратегий автоматического экстерьера. ориентирование в аэрофотограмметрии.

Ключевые слова: внешнее ориентирование, приближенные решения, фотограмметрические условия, проективная геометрия.

Общая презентация Фотограмметрическая задача

Фундаментальная фотограмметрическая проблема сводится к определению параметры внутренней и внешней ориентации камеры и координаты точек пространства объекта, измеренные на фотографиях (M c Glone, 1989). Для внутренней ориентации необходимо два набора параметров. считать. Первый содержит геометрические параметры камера: главное расстояние и координаты главного точка.Второй набор включает параметры, описывающие систематические ошибки (в виде искажений или деформации пленки). Внешний вид ориентация предназначена для определения положения и поворота камеры в момент воздействия.

Несколько методы могут быть применены для определения параметров ориентации из одной, двух и более фотографий. Ориентацию можно обрабатывать поэтапно (относительная и абсолютная ориентация), а одновременные методы (как настройки пакета) теперь доступны в большинстве программ пакеты.Для систем, основанных на стереоскопических измерениях, Стереомодель вытекает из относительной ориентации, т. эквивалентно очистке вертикального параллакса на стереоплоттере. На этом шаге определяются координаты точек в произвольном система координат стереомодели. Определение точек в система координат объекта создается на втором этапе, известном как абсолютная ориентация, применяя трехмерное подобие трансформация.

Если мы рассматриваем ориентацию одиночного изображения, топологическую и геометрические характеристики изображаемой сцены используются с измерения на изображении для определения параметров ориентации.Эти характеристики считаются ограничениями сцены (например, перпендикулярность, параллельность, симметрия или копланарность). То связь между пространством камеры и предметным пространством задается перспективная проекционная модель камеры (также известная как пинхол модель). В самом деле, если используются однородные координаты, это зависимость является линейной. Точки в бесконечности (или исчезающие точек) играют очень важную роль в вычислении проекции матрица. В этом случае также можно использовать некалиброванные изображения.

В фотограмметрии, три основных условия часто используются для вычислить параметры внешнего ориентирования. Эти условия известны как условия коллинеарности, копланарности и коангулярности. Все решения, основанные на условиях, упомянутых до сих пор, используют точку координаты в качестве входных данных (это справедливо даже для линейных решений на основе фотограмметрического выделения линий). Но во многих случаях, доступная управляющая информация имеет другую форму, заданную как сцена и/или ограничения камеры.Использование этого типа управляющей информации характеризует в целом применение нетопографических фотограмметрия, где геометрические ограничения камеры, объектное пространство геометрические и топологические ограничения используются в качестве входных данных. Большинство новые предлагаемые решения используют ограничения для вычисления параметры внешнего ориентирования, из которых робастные алгоритмы для выводятся одиночные изображения, парные и блочные изображения. S часть эти алгоритмы обсуждаются в этой статье.

задача определения параметров внешнего ориентирования в компьютерном зрении известна как проблема оценки позы.Исследования в эта область нацелена на прямое решение проблемы оценки позы используя минимальное количество информации об объекте. Прямой линейный решения для оценки позы, основанные на понятиях алгебраической в основном используется проективная геометрия. Однако с помощью проективного геометрия не нова и однородна координата, одна из ее самых важные понятия, используются для получения параметров камеры как эквивалентны уравнениям прямого линейного преобразования.

GPS Методы также могут быть использованы в качестве возможного решения проблема внешней ориентации, но только в аэрофотограмметрии.Использование GPS позволяет напрямую преобразовывать точки в карту система координат. Основным преимуществом этого метода является ограничение итерационных вычислений, традиционно используемых для определить параметры внешнего ориентирования. В результате приблизительно значения параметров внешнего ориентирования не нужны и количество контрольных точек, необходимых для вычисления этих значений, равно значительно снижен.

Мы рассмотреть в этой статье как приближенные, так и строгие методы определение параметров внешнего ориентирования в воздушной и наземной фотограмметрия.В качестве приближенных решений мы включили прямые Линейное преобразование (часто используется в фотограмметрии и дистанционной зондирование), метод Черча пространственной резекции ( используется для резекция одного изображения ), упрощенная абсолютная ориентация (используется при отсутствии контрольных точек), метод трехмерной конформной преобразование (где специальная параметризация вращения матрица) и приблизительный решение пространственного преобразования (подходит при использовании неполные контрольные точки).В качестве строгих методов настройки три фундаментальные условия фотограмметрии (коллинеарность, компланарность и соугольность) резюмируются. В этом же разделе базовая точка обсуждаются методы и линейные. Другие решения на основе ограничения и концепции алгебраической проективной геометрии также занялся. В последнем разделе мы даем общий вид существующих стратегии, используемые для автоматического внешнего ориентирования в аэрофотограмметрия.

Различные подходы не являются независимыми.Отношения между ними, а также обзор различных решений, представленных в этой статье, приведен на рис. 1. Большой набор ссылок на документы и веб-страницы перечислены в конце статьи, чтобы помочь читателю к проблеме внешнего ориентирования в фотограмметрии.

Инжир. 1. Соотношения между различными решениями для внешнего ориентирования в фотограмметрии

Приблизительные решения

Приблизительно решения эффективны в приложениях, не требующих строгого проектирование и оценка данных, как работа с неметрическими камерами для пример.Все эти решения представляют собой линейную обработку исходного нелинейная проблема (например, связь между изображением и координаты объекта считаются линейными). Ни калиброванный камеры, ни начальных приближений для параметров не требуется. Такие решения часто используются для вычисления приближенных значений параметры внешнего ориентирования, необходимые для дальнейшего строгого корректировки. В качестве примеров таких решений мы обсудим следующие методы:

  1. Прямое линейное преобразование (DLT), которое часто используется в фотограмметрии и дистанционном зондировании,

  2. Метод Черча, предложенный в качестве решения для резекции одного изображения (Слама, 1980),

  3. А упрощенный метод абсолютной ориентации, основанный на расстояниях до объектов и вертикальные линии, используемые при отсутствии контрольных точек.Этот широко применяется в археологии и архитектуре нефотограмметристы из-за своей простоты,

  4. А метод трехмерных конформных преобразований координат (Dewitt, 1996) где специальная формулировка матрицы вращения как функции предложен азимут и наклон,

  5. Ан приближенное решение пространственного преобразования (Краус, 1997) что особенно подходит, когда неполные контрольные точки использовал.

Прямая линейная Трансформация

Первоначально предложенный Абдель-Азизом и Карарой (1971), прямой линейный Преобразование (DLT) может быть решено без предоставления начального приближения для параметров преобразования, и очень подходит для проектов, основанных на неметрических камерах.математический модель DLT, полученная из уравнения коллинеарности (см. коллинеарность сечение), представляет собой прямую линейную зависимость между координаты компаратора и координаты объекта. Эта модель основана на два следующих уравнения коллинеарности:

(1)

Где x’ и y’ — координаты изображения, а ( X , Y , Z ) произвольная система координат в объект. и – систематические ошибки (в основном искажения объектива) в изображении система координат.Эти уравнения можно рассматривать как наблюдение уравнения с 11 неизвестными параметрами. Их можно решить с помощью итерационный метод, если имеется более шести некомпланарных контрольных точек. доступный.

Метод Черча пространства резекция

Это метод (Slama, 1980) является одним из нескольких производных подходов одно фото резекции и требует трех контрольных точек. То решение предполагает отсутствие геометрического искажения в трех соответствующие точки изображения. Первоначально эта модель была выведена из фундаментальных геометрических свойств аэрофотосъемки, но это также может использоваться в приложениях ближнего действия.В этой модели угол между двумя заданными точками, видимыми из центра перспективы в пространство предметов равно углу между изображениями этих точек, определяемых из центра перспективы на фотографии. В На рис. 2 это условие коугольности утверждает, что:

(2)

параметры внутренней ориентации предполагаются известными. То геометрия пирамиды определяется тремя точками на изображении или объект и перспективный центр.Решение Черча требует начальных значений параметров внешнего ориентирования и следует последовательной итерационной процедуре до тех пор, пока две пирамиды совпадут, т.е. до тех пор, пока не будут выполнены уравнения (2).



Инжир. 2. Пространственная резекция

алгоритм Черча может учитывать искажения изображения, но в в этом случае необходимо четыре или более контрольных точек, чтобы применить наименьший метод квадратов.

Упрощенный абсолютный ориентация

Когда применяем неодновременный метод, шаг взаимного ориентирования составляет требуется сначала, а стереомодель генерируется в произвольном система координат.Упрощенная абсолютная ориентация не требовать, чтобы любая контрольная точка преобразовывала систему координат модели в объект один. Алгоритм заключается в проведении поворотов и масштабирование стереомодели. На самом деле, два оборота должны быть применяется для ориентации стереомодели вертикальной линией в предметное пространство. Чтобы масштабировать стереомодель, поворот и заданное расстояние на фото и пространство объекта обязательны. Этот метод доступен в программном пакете TIPHON, разработанном в Страсбурге, можно бесплатно загрузить с http://photogeo.u-strasbg.fr/tiphon и в веб-пакете программного обеспечения ARPENTEUR, доступном по адресу www.arpenteur.net.

3D конформный трансформация

абсолютная ориентация стереомодели задается трехмерной конформной преобразование точек после относительной ориентации. Семь неизвестными параметрами этого преобразования являются масштабный фактор, три пространственных вращения, представленные матрицей вращения фотограмметрическую модель в систему координат объекта и перевод системы координат модели в координату объекта система.

уравнения трехмерного конформного преобразования не являются линейными, и необходимо применить итеративное решение методом наименьших квадратов. Затем мы требуем начальные значения неизвестных параметров.

расчет производится в три шага (Дьюитт, 1996):

  1. масштабный коэффициент оценивается непосредственно из отношения расстояний:

(3)

  1. Вращение углы определяются в семь шагов. Основная идея заключается в формулировка матрицы вращения как функции азимута, наклоняться и качаться.Для этого требуется определенная конфигурация распределение используемых контрольных точек, чтобы избежать использования трех коллинеарные точки. Ориентация плоскости (XY) оценивается в сначала от азимута и наклона обеих систем координат. То разность азимутов этих систем используется для нахождения качать. Окончательная матрица вращения определяется путем объединения наклонов, азимуты и качание в результате последнего шага.

  2. переводов вычисляются из общих точек между обеими системами координат.

Примечание: Компьютерная программа, основанная на этом методе и предоставленная Вольфом и Девиттом. (2000) доступен по следующему адресу: http://www.surv.ufl.edu/wolfdewitt/download.html.

Примерное решение для пространственное преобразование

Если не менее четырех точек гомологов как в координатах изображения, так и в координатах объекта системы доступны, 12 параметров пространственного преобразование (девять зависимых элементов матрицы вращения и три параметра перевода), который отображает точки изображения в объектные, могут быть вычислены с помощью следующих линейных преобразование, данное Краусом (1997):

(4)

От это соотношение, мы можем заметить, что четыре некомпланарных точки необходимо определить неизвестные параметры.

матрица представляет собой матрицу вращения, умноженную на масштабный коэффициент. Этот коэффициент можно вычислить с помощью следующего уравнения:

(5)

Примечание: Версию этого метода для JAVA TM можно загрузить по адресу http://photogeo.u-strasbg.fr/фотограмметрия. В этой программе декартовы и однородные координаты используются для вычислить 12 неизвестных параметров преобразования.

Фундаментальный фотограмметрический условия

Коллинеарность

условие коллинеарности выражает основное отношение, в котором точка предмета и ее изображение лежит на прямой, проходящей через перспективный центр:

или (6)

  • и – вектор из центра перспективы в точку, выраженную в система координат предметного пространства,

  • Х, Y, Z – координаты объекта-точки и X C , Y C , Z C являются координаты перспективного центра,

  • – соответствующий вектор, выраженный в пространственной координате камеры система ( c – главное расстояние камеры, а также – координаты главной точки),

  • Р — матрица вращения, а k — коэффициент масштабирования.

Это уравнение коллинеарности содержит координаты точки объекта а также внешнее ориентирование и внутреннее ориентирование параметры. Координаты изображения каждой точки рассматриваются как наблюдения. Все неизвестные параметры проекта можно сгруппировать в одновременное решение (с заданной или неизвестной внутренней ориентацией элементы).

функциональная модель стандартных регулировок антенного блока является типовой применение уравнения коллинеарности.

Копланарность

В В большинстве фотограмметрических задач точки объекта записываются на двух или больше фотографий.Для двух фотографий два сопряженных луча, определенные на каждая точка объекта должна быть компланарной. Соответствующий математический условие, известное как уравнение компланарности, подразумевает, что два камеры, две точки изображения и точка объекта находятся в той же эпиполярной плоскости. Координаты точки объекта не появляются в уравнении, поэтому никакие приближения для координат не нужный.

Инжир. 3. Копланарность

От На рис. 3 уравнения записаны как функция базового вектора (вектор b между двумя перспективными центрами) и каждый вектор точек изображения ( a 1 и a 2 ).Эти компланарные векторы задаются в фотокоординате система левого изображения, центр проекции которого O 1 :

(7а)

(7б)

где Р матрица вращения. а также являются скаляры больше нуля, значения которых влияют на вектор параллакса (Купер и Робсон, 1996).

Объем параллелепипед, образованный этими тремя векторами, должен быть равен ноль:

(8)

Эти уравнения содержат 12 неизвестных: три координаты и три углы ориентации для каждой из фотографий.Уравнение компланарности полезно для определения элементов внешней ориентации камеры относительно системы координат фотографии другого. Посмотрим позже, когда большинство линейных методов построены на условие компланарности.

Коугольность

Мы увидели в методе Черча применение коугольности состояние, подходящее для применения с одним изображением. Ан простой, быстрый и строгий алгоритм нахождения и вычисления существенные независимые условные уравнения, связывающие объект и пространство изображений было разработано в (Wang, 1992).Функциональная модель коугольности можно получить из рис. 4:

(9)

где является угол между центром проекции и двумя точками объекта A и Б . является соответствующий угол в пространстве изображения между центром проекции и две соответствующие точки изображения и и б .

Рис. 4. Коугольность

В его подход, условие коугольности в сочетании с метод преобразования условных уравнений в наблюдение уравнения.Применение этого метода к уравниванию блока позволяет блок высокого качества (по сравнению с другими условиями в фотограмметрии) и быстрое определение координат наземных точки. Поскольку повороты не используются в качестве параметров в функционале модель, их приблизительные значения не нужны. Однако преобразование условных уравнений в наблюдения непросто, и может возникнуть проблема неоднозначности значений углов потому что автор использует функции косинуса для построения основных корректировка функциональной модели.

Линейные методы

Внутри контексте автоматизации в цифровой фотограмметрии легче извлекать линейные объекты, чем применять точечные методы. Линейный особенности – это объекты, наиболее распространенные в рукотворных окружающая обстановка. Особые условия, такие как параллелизм, компланарность, ортогональность, горизонтальные или вертикальные ситуации делают их пригодными для использования в качестве управляющая информация для расчета параметров внешнего ориентация. В этом случае точечное соответствие не требуется.Большинство линейных методов косвенно основаны на компланарности условие.

  1. Прямой линейное представление в фотограмметрии

Теоретически прямая имеет шесть степеней свободы в трехмерном евклидовом пространстве: координаты произвольной точки, лежащей на этой прямой, и компоненты его вектора ориентации. На самом деле это представление страдает от чрезмерной параметризации. По этой причине два накладываются уравнения связи: часто выбирается произвольная точка как ближайшую точку к началу координат в пространстве объекта система.Вектор ориентации линии ограничивается единичным вектором. Позволять быть произвольной точкой и быть вектор ориентации, то уравнения связи задаются как:

(10)

Однако, недостатком этого представления является то, что знак вектор ориентации не определен. В пространственной координате камеры системы, координаты изображения ее конечных точек и главного расстояние камеры определяет прямую линию. Другая представление было предложено в (Van Den Heuvel, 1997) где координаты изображения конечных точек заменены нормалью вектор к плоскости интерпретации линии.

  1. Экстерьер параметры ориентации в линейных методах

В В этом разделе представлены два различных линейных подхода. То первый основан на извлечении линейных признаков с ограничениями, а второй использует доступные предположение о геометрии объекта для определения параметры внешнего ориентирования.

А новый алгоритм был предложен Ченом и Шибасаки (1998). определить параметры внешнего ориентирования камеры внутренняя ориентация и параметры искажения которых известны.Их математическая модель основана на условии компланарности и геометрические ограничения и вычисляет параметры экстерьера ориентирование в два этапа. После определения отношения камеры, ее положение определяется с помощью не менее трех контрольных линии (термин «контрольные линии» используется для линий ограничивается горизонтальными или вертикальными линиями). Основа предлагаемой функциональной модели является условием компланарности, где центр перспективы, линия в пространстве объекта и соответствующее ему изображение образуют плоскость.То нормали к этой плоскости как в пространстве объекта, так и в пространстве изображения, с условие компланарности, используются для построения математической модели. Затем нормаль ограничивается и записывается как функция параметры внешнего ориентирования. Дополнительные геометрические ограничения, такие как горизонтальность и вертикальность линий, накладываются на контрольные линии для вычисления интересующих параметров. Однако два при применении этой модели требуются контрольные точки на линию. Этот является принципиальным недостатком метода, так как большое количество такие точки необходимы для повышения точности.Фактически, Основная цель этой модели — показать эффективность цифрового фотограмметрия с автоматическим выделением линейных признаков.

А метод, основанный на выделении двух наборов параллельных линий в объектное пространство было предложено в Van Den Heuvel (1997). Линии лежат в одной плоскости и образуют параллелограмм. Определение параметры внешнего ориентирования выполняются в двух раздельных шаги. Алгоритм, разработанный Абиди и Чандрой (1995) в проект, целью которого является «новое эффективное и прямое решение для оценка позы с использованием четырехугольных целей» является основой предложена функциональная модель этого метода.Как и в неодновременном метод, шаг относительной ориентации, основанный на объемном подходе, требуется. На самом деле, этот метод подходит для приложений, где преобладают многогранные объекты с параллельными ребрами. Прежде всего, в шаг относительной ориентации, отношения расстояний от центр перспективы к углам параллелограмма вычисляются. Этот расчет основан на объемном подходе, поскольку он требует вычисления объемов тетраэдров, образованных три угла параллелограмма и центр проекции.Этот шаг позволяет создать модель в произвольной координате. система. На втором этапе (аналогично абсолютной ориентации в неодновременный метод) мы вычисляем положение и ориентацию изображения в предметном пространстве путем применения трехмерного преобразование подобия. Следует отметить, что интерьер предполагается, что ориентация и калибровка камеры известны. Этот подход может быть использован в качестве решения для 3D-реконструкции объекта из одиночных изображений.

Инжир.5. Объемный подход

Концепции проективной геометрии как решение задачи внешнего ориентирования

Принимая во внимание перспективная проекция изображения, геометрия изображаемых объектов искаженное и перспективное преобразование геометрических фигур не могут быть описаны с использованием традиционных евклидовых геометрических аспектов. К применение проективной геометрии, все важные явления этой трансформацию можно принимать во внимание (Mundy and Zisserman, 1992). Некоторые основанные на проективной геометрии решения ориентации одно, два и три изображения приведены в Förstner (2000).То следующий раздел посвящен понятиям алгебраических проективных геометрия.

Однородные координаты

В евклидова плоскость, точка ( ) представлен своими декартовыми координатами . Эта же точка изображается на проективной плоскости следующая тройка координат называется однородные координаты . Они обеспечивают удобный способ заменить нелинейную формулировку конической проекции. Отношения между двумя типами координаты можно записать так:

(11)

Как эквивалент решения DLT , однородные координаты использовались для получения параметров камеры и калибровки неметрических камеры (Strat , 1984).В качестве другого примера, прямая модель для определить параметры ориентации неметрической камеры предложено в работе Abdel-Latif and Elsonbaty (1996). Эта модель использует однородные координаты четырех компланарных точек и приводит к простому прямое решение задачи ориентации.

Проекционная матрица

А перспективная проекционная камера (или камера-обскура, которая представляет центральная проекция) представляется в однородных координатах a (3 х 4) матрица. Эта матрица описывает перспективную проекцию от евклидово трехмерное пространство к изображению.Преобразование между изображения и системы координат объекта представлены с помощью (3 x 4) проекционная матрица P :

(12)

где P (3 x 4) — матрица проекции, C (3 x 3) — калибровочная матрица камеры (верхняя треугольная матрица), R (3 x 3) — матрица поворота, описывающая ориентацию камеры, а T (3 x 1) представляет собой вектор перемещения.

матрица P имеет 11 степеней свободы и состоит из:

  1. ориентация и параметры положения камеры относительно объекта система координат (шесть параметров внешнего ориентирования: три Евклидовы координаты центра проекции, определяемые T и три угла поворота, представленные матрицей поворота R ), и

  2. матрица калибровки камеры C (уравнение 13), которая содержит пять параметров внутренней ориентации (главное расстояние f , координаты главной точки , отношение r между коэффициентами масштабирования по вертикали и горизонтали которые описывают разницу в масштабе x’ и y’ координаты, а k параметр перекоса изображения.

(13)

Планарная гомография

Описание план-плановая проекция (также известная как план-проективная преобразование) является частным случаем общего центрального проекция, особенно интересная, когда плоские поверхности изображение. Матрица гомографии (3×3) может быть вычислена с использованием четырех точек на объектной плоскости вместе с их сопоставленными точками на изображении.

Потому что невозможно извлечь трехмерные проективные величины из одного изображение, если изображаемая сцена не является плоской (по крайней мере, локально), гомография играет очень важную роль в извлечении 3D геометрические данные в этом случае.

Точка схода и исчезающая линия: определение и обнаружение

Автор рассматривая перспективную проекцию, параллельные прямые в пространства сходятся к точке плоскости изображения, называемой исчезающей точка. Точки схода используются для определения направление соответствующего набора параллельных линий, функция корреспонденцию и вычислить матрицу проекций. Объединение точек схода определяет линию горизонта, называемую исчезающая линия (рис. 6).

Исчезновение точка и линия схода являются важными аспектами, когда один изображение используется для восстановления 3D-модели отображаемой сцены.

Инжир. 6. Точка схода и линия схода

Большинство алгоритмов обнаружения точек схода основаны на гауссовой сфера. Эта сфера является единичной сферой, центром которой является проекция центр (модель камеры-обскуры). Проекция точки схода на эту сферу определяет вектор, который имеет то же направление, что и параллельные линии в пространстве.Эти алгоритмы могут быть применены к изображениям с сильными эффектами перспективы и небольшим шумом текстуры, но они могут выйти из строя в противоположных случаях.

А метод, использующий информацию о геометрическом объекте для обнаружения исчезновения точка была предложена в Van Den Heuvel (1998). Этот метод преодолевает недостатки метода, основанного на преобразовании Хафа. методы. Допущение перпендикулярности между тремя направлениями в объектное пространство, которое соответствует трем точкам схода, является Ключевая идея этого метода.Однако эта техника более вычислительно дорого по сравнению с существующими.

В Леунг и Маклин (1996), метод, который дифференцирует взаимное пересечение множества линий на изображении (углы здание, например) из истинных точек схода. То дискриминация основана на выявлении инвариантных свойств точек схода на нескольких изображениях сцены. Расслабление маркировка используется для сопоставления точек схода двух изображений одного место действия.

Использование точек схода для восстановить калибровку камеры и проекционную матрицу

Мы считать, что изображения получены перспективной проекцией, а в Кроме того, три точки схода связаны с тремя взаимно Перпендикулярные направления в предметном пространстве могут быть определены из изображения.Что касается калибровочной матрицы камеры, то перекос параметр считается равным нулю, а соотношение сторон считается равным известный. При этих предположениях 11 степеней свободы проекционная матрица уменьшена до восьми.

Это показано в Cipolla et al. (1999) и у Бауэра и Восса (1999). это:

  1. три точки схода, соответствующие трем перпендикулярам направления в пространстве объекта могут быть использованы для вычисления камеры калибровочная матрица.В самом деле, ортоцентр треугольника образован этими точками схода представляет собой главную точку (т. пересечение высот этого треугольника).

  2. использование этой главной точки (pp на рис. 7) с двумя точками схода позволяет вычислить фокусное расстояние.

Инжир. 7. Исчезающий автополярный треугольник.

отношение между точкой объекта X и соответствующей ей точкой в плоскости изображения x описывается с помощью проекции матрица ( P ):

(14а)

(14б)

где является масштабным фактором.

Если мы предполагаем, что являются точки схода осей (X, Y, Z), мы можем заметить, что три первых столбца P представляют эти точки схода (Criminisi и др. , 1999). Коэффициенты четвертого столбца P зависит от положения в мировой системе координат относительно системы координат камеры (она представляет проекция начала мировой системы координат).

В Criminisi (1999), описанный выше подход используется для извлечения трехмерных геометрических данные из отдельных представлений.Для применения предлагаемого подхода плоскость должен быть доминирующим геометрическим объектом в сцене: плоскость проективное преобразование (гомография) и точки схода и линии являются базовыми элементами. Дано новое определение предметного пространства. как совокупность трех самолетов в трех разные направления. Это описание позволяет получить полное 3D построение изображаемой сцены. Матрица проекции записывается как функция трех точек схода, связанных с тремя осями локальной системе координат и с тремя масштабными коэффициентами:

(15)

ар точки схода и являются масштабные факторы.

или представляет начало системы координат изображения. Эта точка должна не лежать ни на одной из исчезающих линий, определяемых исчезающим точки . Удобно выбирать:

(16)

вычисление масштабных коэффициентов является делается с использованием пяти опорных точек, четыре из которых лежат в базовой плоскости, а одна лежит вне этой плоскости (базовая высота тоже можно использовать). Важно отметить, что первое, второе а четвертые столбцы проекционной матрицы определяют гомографию который опирается на опорную плоскость в пространстве изображения и объекта.Когда опорных точек нет, это разложение проекции Матрица полезна для вычисления двух первых коэффициентов масштабирования с помощью квадратная форма в объекте с известным размером.

Автоматический экстерьер ориентация

В аэрофотограмметрии сочетание аэрофотоснимков с существующей информацией из кадастровые базы данных или базы данных ГИС все чаще используются для автоматизации внешнее ориентирование этих фотографий (рис. 8).

В «Смит и Парк» (2000) метод, основанный на извлечении и автоматическом сопоставлении линейных признаков предлагается определять абсолютные и внешние параметры ориентации аэрофотоснимков.Эта техника интересно, потому что линейные объекты являются доминирующими элементами в воздушном пространстве. фотографии (например, дороги), и их можно извлечь автоматически из цифровых фотографий. Линейные объекты, представленные в 3D геометрическая система отсчета заменяет традиционные контрольные точки. Сопоставление гомологичного линейного признака выполняется автоматически. путем применения грубого преобразования с последующим итеративным настройка, целью которой является получение наилучшего соответствия. Параметры абсолютной ориентации затем рассчитываются с помощью 3D трансформация.Расчет внешнего ориентирования параметры основаны на перспективном преобразовании.

Автоматическое внешнее ориентирование может быть выполнен путем сочетания аэрофотоснимков и существующих топографические базы данных (Höhle and Potuckova, 2001). Данные управления являются точками пересечения дорог. Координаты (X, Y) этих точек автоматически извлекаются из топографической карты. В отношении к координаты (Z), они извлекаются из информации о высоте занесены в топографическую базу данных.Проходит предыдущий этап путем автоматического извлечения и сопоставления точек обоих ортоизображений и аэрофотоснимки. Последний шаг состоит в применении пространственного резекция, целью которой является вычисление параметров внешнего ориентирования используя совпадающие точки.

Сопоставление изображения между антенной изображения и соответствующие ортоизображения, записанные в базу данных ГИС является основной идеей подхода, предложенного в (Shan, 2000). Информация о высоте извлекается из цифровой модели местности.К применяя надежную корректировку пакетов, совпадающие точки используются для вычислить параметры внешнего ориентирования.

В (Drewniok and Rohr, 1996), крышки люков открываются автоматически. из изображений и используется для автоматического внешнего Ориентация аэрофотоснимков. Координаты 3D-объектов ориентиров автоматически извлекаются из кадастровой базы данных. Крышки люков представляют собой круглые ориентиры, которые можно найти в изобилии в городских среда, и их можно извлечь и точно сопоставить с воздуха. фотографии.

В (Läbe and Ellenbeck, 1996), контрольные точки, используемые для автоматическое внешнее ориентирование — это 3D-ребра 3D-каркасных моделей здания или группы зданий. Каждое трехмерное ребро описывается с помощью трехмерных точек, записанных в базу данных. Предлагаемый алгоритм состоит в автоматическом выделении контрольных точек на изображении следует этапом сопоставления и пространственной резекцией, целью которого является вычисление экстерьер параметры ориентации.

Базовый данные

Автоматический внешнее ориентирование

Антенна фотографии

и

Кадастровый или базы данных ГИС:

Сцена 1

Автоматический выделение пятен на аэрофотоснимках

Автоматический извлечение заплаток в ортоизображениях

исправлений:

  • 3Д каркасные модели краев зданий

  • перекресток

  • линейный или криволинейные элементы

  • люк охватывает

Сцена 2

а) Соответствие патчей  Координаты изображения

б) Настройка 3D-координат совпавших патчей:

или

в) Координаты изображения  Координаты объекта

Сцена 3

Связка регулировка  Параметры внешнего ориентирования

Инжир.8. Обзор подходов к автоматическому внешнему ориентированию.

Заключение

В в данной статье классические и современные методы, применяемые для определения камеры параметры внешнего ориентирования были представлены и классифицированы в три основные группы. Критерии классификации зависят от контроля типы геометрических объектов и на математической основе, используемой для описания отношения между изображением и предметом. Приблизительные решения были решены. Эти решения могут стоять отдельно, в частности случаях (когда не требуется большой точности), но они обычно предпочтительнее в качестве введения в строгие подходы.

основные фотограмметрические условия (коллинеарность, копланарность и коангулярность) были пересмотрены. Более свежие решения, такие как методы на основе линий и проективной геометрии завершили обзор путем детализации аспектов в виде однородных координат, исчезающих точки, проекционная матрица и т. д.

Мы можно заметить фактическую тенденцию в фотограмметрии к одиночному изображению моделирование. Учитывая, что определение внутренней и внешние параметры составляют первый шаг моделирования процедуры, решения, основанные на аспектах проективной геометрии, могут быть очень полезно в этом контексте.

Другое решения, использующие функции наземного управления из существующих баз данных в качестве ортоизображения, операции интерпретации ЦМР или трехмерные каркасные модели здания могут быть исследованы, чтобы автоматизировать определение параметры внешнего ориентирования.

ССЫЛКИ

Абдель Азиз Ю.И. и Карара, H.M., 1971. Прямое линейное преобразование из координаты компаратора в координаты объектного пространства. Ближний бой фотограмметрия . Американское общество фотограмметрии, Фолс-Черч, Вирджиния, 433 страницы: 1–18.

Абдель-Латиф, М. Э. и Эльсонбэти, А., 1996. Использование однородных координат для решения задач определение параметров ориентации неметрических камер и реконструкция космических моделей. Международный архив Фотограмметрия и дистанционное зондирование , 31(3): 1-7.

Абиди, М. А. и Чандра, Т., 1995. Новое эффективное и прямое решение для оценки позы. с использованием четырехугольных мишеней: алгоритм и оценка. http://www.computer.org/tpami/tp1995/i0534abs.ХТМ [Доступ: 10 сентября 2001 г.].

Брауэр, К. и Восс, К., 1999. Цифровой группа обработки изображений. Публикации: http://ipc08.inf.uni-jena.de/pframe.phtml/e/public.html [Доступ: 10 сентября 2001 г.].

Чен, Т. и Шибасаки Р. С., 1998. Определение параметров ориентации камеры. на основе особенностей линии. Международный архив фотограмметрии и Remote Sensing , 32(5): 23-28.

Чиполла, Р., Робертсин Д., Бойер, Э. 1999. Роберто Чиполла, публикации. http://svr-www.eng.cam.ac.uk/~cipolla/publicats.html [Доступ: 10 сентября 2001 г.]

Купер, М. А. Р., Робсон, С., 1996. Теория ближней фотограмметрии. Глава 2 в Закрыть дальномерная фотограмметрия и машинное зрение (под ред. К.Б. Аткинсона). Университетский колледж Лондона. Издательство Уиттлз. 371 страница: 9-51.

Криминиси, А., 1999. Группа визуальной геометрии. Публикации. http://imogen.robots.ox.ac.uk:20000/~geoff/papers.cgi [Доступ: 10 сент.2001]

Криминиси, А., Рид И., Зиссерман, А., 1999. Visual Geometry Group, публикации. http://imogen.robots.ox.ac.uk 20000/~geoff/papers.cgi [Дата обращения: 10 сентября 2001 г.]

Девитт, Б.А., 1996. Начальные приближения для трехмерной конформное преобразование координат. Фотограмметрическая инженерия и Дистанционное зондирование , 62(1): 79-83.

Древнеок, К., Рор К., 1996. Автоматическое внешнее ориентирование аэрофотоснимков в городских условиях среды. Международный архив

Фотограмметрия и дистанционное зондирование, 31(3): 146-152.

Фёрстнер, В., 2000. Новые процедуры ориентации. Международный Архив фотограмметрии и дистанционного зондирования, 33(B3): 297-304.

Ван ден хьювель, Ф.А., 1997. Внешний вид ориентация одного изображения на основе линейных измерений прямоугольник. http://www.geo.tudelft.nl/frs/architec/rectangle [Доступ: 10 сентября 2001 г.]

Ван Ден Хевель, Ф.А., 1998. Исчезающий обнаружение точек для архитектурной фотограмметрии. Международный Архивы фотограмметрии и дистанционного зондирования , 32(5): 652-659.

Хёле, Ю., Потукова, М., 2001. К полностью автоматическому производству ортоизображений. Фотограмметрия, Fernerkundung, Geoiformation , 6: 397-404.

Краус, К., 1997. Методика точечных измерений на малых площадях. Фотограмметрия. Том 2. Расширенные методы и приложения 90 276 . Четвертое издание.Dümmler Verlag, Бонн. 466 страниц: 43-112.

Лабе, Т., Элленбек, К. Х., 1996. 3D-каркасные модели как наземные опорные точки для автоматическое внешнее ориентирование. http://www.ipb.uni-bonn.de/ipb/lit/abstracts96/laebe96.database_for_amor.html [Доступ: 14 января 2002 г.]

Леунг, Дж., Маклин Г., 1996. Соответствие точки схода. http://persweb.direct.ca/jleung/icip96/icip96.html [Доступ: 10 сентября 2001 г.]

M c глоун, Дж. К., 1989.Аналитические схемы обработки данных в нетопографических фотограмметрия. Глава 4 в Нетопографическая фотограмметрия (Под редакцией Американского общества фотограмметрии и дистанционного зондирования). Водопады Черч, Вирджиния. 445 страниц: 37-55.

Манди, Дж. и Зиссерман А., 1992. Заметки о курсе. http://www.cs.cmu.edu/~ph/869/www/notes/notes.html [Доступ: 10 сентября 2001 г.]

шань, J., 2000. Автоматическая ориентация изображения с использованием данных ГИС. Международный архив фотограмметрии и дистанционного зондирования, 33(3): 831-836.

Слама, CC (ред.), 1980. Руководство по фотограмметрии, 4 -е издание . Американское общество фотограмметрии и дистанционного зондирования, Фолс Черч, Вирджиния. 1056 страниц.

Смит, М. Дж. и Парк, Д. У. Г., 2000. Абсолютное и внешнее ориентирование по линейным признакам. Международный архив фотограмметрии и дистанционного зондирования, 33(В3): 850-857.

Страт, Т. М., 1984. Восстановление параметров камеры из Матрица трансформации. Семинары по пониманию изображений , 84: 264-271.

Ван, Y., 1992. Строгий алгоритм фотограмметрической корректировки, основанный на условие соугольности. Международный архив фотограмметрии и дистанционное зондирование , 29(B5): 195-202.

Волк, П. Р. и Девитт Б. А., 2000. Элементы фотограмметрии с приложениями в ГИС . Макгроу-Хилл, Нью-Йорк. 608 страниц.

Резюме

Ла определение позиции, позиции и т. д. внутренние характеристики комнаты фотографическая составляющая фундаментальной проблемы фотограмметрия.Il se резюме а-ля решимость параметры ориентации комнаты приза de vue (параметры внешней и внутренней ориентации), ainsi что определяет координаты 3D des points de l’objet. Внешняя ориентация на rapporte à определение позиции и ориентации d’une chambre par rapport à un système externe de координаты. Différentes méthodes peuvent être использование калькулятора элементов d’ориентация externe d’une photo, d’un couple ou de plusieurs фотографии.Le calcul de l’ориентация peut être realisé par étapes (на примере ориентаций относительный и абсолютный) mais les méthodes simultanées (la компенсация par faisceaux par example) sont actuellement proposées dans la plupart des logiciels. Методы Plusieurs на австралийском языке été développees pour l’Orientation d’images isolees. Elles sont basees en général sur les caractéristiques geométriques et топологии объектов фотографии.

Дэнс cet article nous présentons un ансамбль методов Классические и современные методы определения параметров Внешняя ориентация, определенная часть дальнего зарубежья téléchargeables sous la form d’applications sur л’Интернет.Представленные методы classées en trois groupes principaux. Первая группа содержит приблизительный выбор методов utilisées d’habitude с высокой точностью n’est pas exigée, ou encore pour calculer des valeurs approchées des paramètres extrinsèques requises для строгих итерационных методов. Дэнс ле deuxième groupe, nous rappelons brièvement les фонды методов, основанные на условиях основные фотограмметрии (la colinearité, la coplanéité et la coangularité).Танцы groupe, les méthodes basees sur l’extraction des Points ou des lignes, sont également abordées. ле Тройная группа по методам ориентации основы противоречий и концепций геометрии проективный, de plus en plus utilisées par les photogrammètres. Le dernier parae se rapporte aux méthodes destinées автоматизировать расчет внешней ориентации воздушная фотограмметрия..

Груссенмейер, П. и Эл Халил, О. Решения для внешней ориентации в фотограмметрии, а рассмотрение.

фотограмметрическая запись, международный журнал фотограмметрии . Принято к публикации, май 2002 г.

ЗАДАЧА ПО ФИЗИКЕ 7 РЕШЕНИЯ ПРЕЖДЕ ВСЕГО ДАВАЙТЕ
НАЗВАНИЯ РЕШЕНИЯ CHEM 1B ВЕСНА 2007 3-Я СРЕДНЕСРОЧНАЯ 1) (35
РЕШЕНИЯ ТЕКСТОВЫХ ЗАДАЧ, ГЛАВА 6 БЫСТРЫЕ ВИКТОРИНЫ 1

Теги: экстерьер, для экстерьера, экстерьер, обзор, фотограмметрия, решения, ориентирование



Точная калибровка ротационной фотограмметрической системы

1.Введение

Калибровка параметров системы камеры является необходимым шагом для извлечения 3D-информации из 2D-изображений ( 1 ). Как одна из широко используемых систем 3D-зрения в области фотограмметрии ближнего действия и компьютерного зрения, фотограмметрическая система вращения состоит из цифровой камеры, закрепленной на платформе горизонтального и вертикального вращения. Вертикальный и горизонтальный углы поворота камеры автоматически записываются системой. Путем высокоточной калибровки можно установить взаимосвязь между углами и параметрами внешнего ориентирования изображений.Поэтому необходимо изучить метод калибровки системы камер.

Калибровка камеры в контексте трехмерного машинного зрения – процесс определения внутренних геометрических и оптических характеристик камеры (внутренние параметры) и/или трехмерного положения и ориентации кадра камеры относительно определенной мировой системы координат (внешние параметры) ( 2 ). Обычно используемые методы калибровки делятся на традиционные методы калибровки и методы самокалибровки.В традиционных подходах используется шаблон калибровки с точно известной структурой. Параметры модели камеры определяются сопряженными точками в пространстве изображения и пространстве объектов ( 3 5 ). В методе самокалибровки используются соответствия между небольшим количеством точек в двух или более изображениях движущейся камеры ( 6 ). Исследование проводилось, исходя из предположения, что рассматриваются только вращательные движения камеры, а центром вращения является ее оптический центр ( 7 , 8 ).Поскольку местоположение оптического центра трудно определить точно, поступательное смещение учитывалось при самокалибровке ( 9 ). Однако этот метод требует строгого ограничения движений камеры.

Основной задачей предлагаемого в данной работе метода калибровки является определение фиксированной матрицы поворота и матрицы отклонения в системе координат объекта в пространстве. Это похоже на калибровку роботизированной камеры руками и глазами ( 10 12 ), ориентацию и положение объекта по отношению к камере необходимо преобразовать в ориентацию по отношению к платформе, а уравнение однородной матрицы вида AX = XB необходимо решить.

Базовая структура системы проиллюстрирована, а модели вращения и отклонения системы представлены в Разделе 1. В Разделе 2 выводятся методы решения матрицы вращения и матрицы отклонения путем общей корректировки, а в Разделе 3 вычисляются параметры внешнего ориентирования. изображений для 3D реконструкции. Эксперименты проводятся в разделе 4 для измерения производительности предлагаемого метода. Наконец, обсуждаются выводы и дальнейшая работа.

2 Базовая структура и математические модели

2.1 Базовая структура системы

Ротационная фотограмметрическая система в основном состоит из цифровой камеры и платформы горизонтального и вертикального вращения. Как показано на рисунке 1, камера закреплена на верхней части платформы, ось объектива перпендикулярна цилиндру. В системе координат вращения , является центральной точкой пересечения цилиндра горизонтального вращения и цилиндра вертикального вращения , -ось и -ось лежат на центральных линиях и , соответственно, а -ось параллельна оси линзы .и – отклонения главной точки изображения относительно -оси, -оси и -оси соответственно. это фокусное расстояние.

Рисунок 1 Базовая структура системы.

При вращении платформы вокруг вращающихся цилиндров параметры внешнего ориентирования изображения, снятого камерой, меняются. Геометрическая взаимосвязь соответствующих систем координат показана на рисунке 2. Это система координат стандартного положения, в которой камера направлена ​​прямо на цель, ось – указывает на зенит, ось – перпендикулярна цели, а ось – перпендикулярна. к бывшим двум.Если камера вращается вокруг и под углами, то , будет совпадать с . система координат объектного пространства.

Рис. 2. Геометрическая взаимосвязь соответствующих систем координат.

3 Метод калибровки

3.1 Калибровка матрицы поворота

Если изображения получены первой съемочной станцией, параметры внешнего ориентирования изображений записываются как , вертикальный угол поворота и горизонтальный угол поворота записываются как и соответственно ; где нижний индекс 1 и идентифицирует номер станции и номер изображения.

Согласно уравнению (2), матрица поворота параметров внешнего ориентирования построена угловыми элементами . Координатная матрица параметров внешнего ориентирования построена элементами лайнера

Начальное значение и (т.е. матрица поворота между системой координат пространства объекта и стандартной системой координат положения первого пункта съемки) может быть рассчитана путем поворота модели (см. Уравнение (1)) первых трех изображений Если исключить из трех уравнений, например, эти уравнения можно записать как: (7)

Установка параметра в правом нижнем углу матрицы, чтобы 1, остальные восемь должны быть неизвестными, уравнение (7) расширяется до восемнадцати уравнений относительно восьми неизвестных.Поскольку нет необходимости точно рассчитывать начальное значение, корреляции девяти параметров на этом шаге не рассматриваются. Нормальные уравнения строятся и рассчитываются на основе уравнивания по методу наименьших квадратов ( 14 ).(8)

Где неизвестная матрица, матрица коэффициентов и матрица констант.

Начальное значение построено и нормализовано неизвестными, и начальное значение может быть рассчитано на основе модели вращения (см. уравнение (1)).и могут быть разложены на углы поворота и , соответственно ( 13 ).

Затем модели вращения (см. уравнение (1)) всех изображений, полученных первой съемочной станцией, преобразуются в уравнения ошибок и линеаризуются с использованием разложения в ряд Тейлора следующим образом: (9) Где – поправочные члены наблюдений, а – поправочные члены и , – частные производные первого порядка по неизвестным, – постоянная матрица, вычисляемая по приближенным значениям неизвестных.

Матрицы в уравнении (9) состоят из трех столбцов и строк. Поэтому соответствующие элементы всех матриц извлекаются для составления девяти уравнений ошибок для удобства вычислений. Принимая начальные значения и повторяющиеся начальные значения неизвестных, строят нормальные уравнения и рассчитывают путем общей корректировки как уравнение (8). Точное значение и строятся по окончательным повторным результатам.

5 Эксперименты и результаты

Для проверки эффективности метода калибровки, предложенного в этом исследовании, для экспериментов были использованы данные съемки стены Вумен Запретного города.Цифровая камера Cannon с фокусным расстоянием 50 мм установлена ​​на платформе ротационной фотограмметрической системы. Вдоль стены на расстоянии около 25 м было установлено восемь точек съемки. На каждой съемочной станции системой фиксировалось от четырех до восьми изображений с разных направлений. Горизонтальный и вертикальный углы поворота каждого изображения автоматически записывались. Физический размер пикселя камеры составляет 0,0064 мм; таким образом, расстояние до шлифованного образца составляет около 3,2 мм. Параметры внешнего ориентирования изображений точно рассчитываются блочной уравниванием.Среднеквадратичная (RMS) ошибка уравнивания пучка по весу единицы составляет 0,0018 мм (равно 0,28 пикселя).

Для калибровки использовались четыре изображения первой станции съемки. Горизонтальный и вертикальный углы поворота и параметры внешнего ориентирования первой станции принимаются известными при калибровке. Решения для и были 0,056692, -0,027153 и 0,000622  рад соответственно. Среднеквадратическая ошибка составила 0,000123 рад, а их теоретическая точность – около 0,000349 рад. Решения и были 0.002695, 0,070068 и -0,050236  м соответственно. Среднеквадратическая ошибка составляет 0,002848 м, а теоретическая точность около 0,003696 м.

После точной калибровки параметры внешнего ориентирования первых изображений определенных точек съемки принимаются как известные для прогнозирования параметров внешнего ориентирования остальных изображений. На основе метода калибровки, предложенного в данном исследовании, фактические точности параметров внешнего ориентирования других изображений каждой станции были рассчитаны по калиброванным параметрам и представлены в таблице 1.

Точная калибровка ротационной фотограмметрической системыhttps://doi.org/10.1080/10095020.2013.772806

Опубликовано онлайн:
15 июля 2013 г.

Таблица 1. Фактические параметры точности внешнего ориентирования каждой станции.

Фактическая точность угловых элементов и достигает нескольких десятитысячных радиана, при этом максимальная и минимальная погрешности составляют 0,0011 и 0,000054 рад, 0,000936 и 0,000072 рад, 0,000258 и 0.000035 рад соответственно. Фактическая точность линейных элементов и находится на уровне миллиметра, при этом максимальная и минимальная погрешности составляют 0,008292 и 0,000075 м, 0,008982 и 0,000082 м, 0,005932 и 0,000203 м соответственно. Параметры внешнего ориентирования остальных изображений рассчитываются именно на основе метода калибровки, предложенного в данном исследовании. Следовательно, этот метод имеет практическое значение для высокоточной 3D-реконструкции.

6 Выводы и будущая работа

Согласно подробному анализу структуры фотограмметрической системы вращения, это исследование продвигает новый метод калибровки с использованием параметров внешней ориентации, горизонтальных и вертикальных углов поворота изображений, полученных одной съемочной станцией.Высокоточная ориентация и позиционирование системы реализуются за счет общей настройки с несколькими изображениями. Предполагая, что параметры внешнего ориентирования первого снимка определенного пункта съемки известны, параметры внешнего ориентирования других изображений могут быть автоматически рассчитаны с использованием результата калибровки.

Эксперименты с реальными данными стены Вумен Запретного города подтверждают превосходную эффективность предложенного метода. Исследование имеет смысл для высокоточной калибровки и трехмерной реконструкции с помощью ротационной фотограмметрической системы.Кроме того, относительная ориентация и положение между съемочными станциями могут быть измерены во время компоновки съемочной сети. Параметры внешнего ориентирования первого снимка других точек съемки больше не нужны, что делает работу по 3D-реконструкции более практичной и удобной. Таким образом, в будущем необходимо дополнительно изучить модифицированный метод калибровки и регулирование распространения ошибок.

Заметки о соавторах

Юнджун Чжан — профессор и специалист по цифровой фотограмметрии и дистанционному зондированию.

Кун Ху учится в аспирантуре и занимается фотограмметрией и дистанционным зондированием.

Zuxun Zhang — профессор и специалист в области цифровой фотограмметрии и дистанционного зондирования.

Тао Ке — адъюнкт-профессор, специалист по цифровой фотограмметрии и дистанционному зондированию.

Шан Хуан учится в аспирантуре и специализируется на цифровой фотограмметрии.

Системы координат для WingtraOne PPK

Рекомендуемая система координат

Точность геолокации аэроданных после обработки WingtraOne PPK зависит в основном от расстояния до базовой станции, точности определения местоположения базовой станции и реализации системы координат.

Крайне важно знать местоположение базы в основанной на ITRF глобальной системе координат, ориентированной на Землю и привязанной к Земле (ECEF). Координаты могут быть представлены в декартовых координатах (X, Y, Z) или геодезических координатах (широта, долгота, h). В последнем случае важно, чтобы высоты были эллипсоидальными.

Мы рекомендуем использовать WGS84, но другие системы координат, такие как ETRFXX/ETRSXX, NAD83 (эллипсоидальная) или другие системы, основанные на ITRF, также работают. Важно, чтобы реализация системы координат основывалась на современной (не старше 2000 года) системе отсчета.Для эталона высоты обычными эллипсоидами являются WGS84 или GRS80. Следующие системы координат поддерживаются и могут быть выбраны непосредственно в WingtraHub:

  • WGS84 (EPSG: 4326) с эллипсоидальной высотой
  • NAD83 (EPSG: 6318) с эллипсоидальной высотой
  • ETRF (EPSG: 9059) с эллипсоидальной высотой
  • CHTRF95 (EPSG: 4151) с эллипсоидальной высотой
  • Другое на основе ITRF, изготовленное по индивидуальному заказу, с эллипсоидальной высотой

В зависимости от вашего региона и наличия инструментов преобразования может быть лучше использовать локальные системы отсчета, чтобы избежать ненужных преобразований координат в программном обеспечении для фотограмметрии.

Последствия выбранной системы координат

Система координат базовой станции определяет систему координат снимков полета после обработки PPK. Как вы видите на рисунке ниже, система координат изображения всегда совпадает с системой координат базовой станции.


Рабочий процесс глобальной системы координат ECEF

Для обработки по умолчанию система координат изображения (которая всегда является системой координат базовой станции) должна быть выбрана в качестве входной системы координат при постобработке изображений полета в любом стороннем программном обеспечении.Пошаговые инструкции по обработке изображений с геотегами в Pix4Dmapper в WGS84 можно найти в разделе Обработка изображений WingtraOne с помощью Pix4D.

Рабочий процесс в локальной проекционной системе координат

Большинство популярных пакетов программного обеспечения для фотограмметрии могут выполнять преобразование из WGS84 в национальные проекционные системы координат. Однако локальные спроектированные системы обычно не включаются в рабочий процесс этих программных пакетов по умолчанию. Кроме того, список моделей геоидов может быть неполным. В этих случаях мы рекомендуем преобразовать геотеги изображения в .csv в вашу локальную систему координат перед импортом данных в желаемое программное обеспечение для фотограмметрии (необязательный маршрут на рисунке выше).

Обычно существуют веб-сервисы или программы, предоставляемые государственными учреждениями, которые позволяют с высокой точностью преобразовывать глобальные координаты ECEF в проекционные координаты.

Пожалуйста, ознакомьтесь со всеми статьями в разделе WingtraOne PPK, чтобы узнать, предоставляем ли мы уже инструкции для конкретной страны.Если вы не можете найти инструмент для преобразования геотегов в требуемую систему координат, мы будем рады сообщить вам, когда вы отправите новый запрос в службу поддержки.

Зачем нужны GCP в фотограмметрии?

Зачем нужны GCP в фотограмметрии?

Наземные опорные точки (GCP) — это точки на земле с известными координатами в пространственной системе координат (т. е. как координаты, определяющие горизонтальное положение, так и координата высоты). Их координаты получают традиционными методами съемки в полевых условиях (тахиметрия, GNSS-измерения) или из других доступных источников.

Опорная точка в природе определяет положение своего аэрофотоснимка в системе координат. Для расчета координат каждой точки аэрофотосъемки используются координаты нескольких наземных опорных точек и выполняются фотограмметрические процедуры.

Опорные точки

необходимы для ориентирования и размещения аэрофотоснимков в пространственной системе координат, что является обязательным условием для производства геопривязанных метрических и 3D моделей земной поверхности (облако точек, ЦММ, ЦМР, ортофотоплан).А именно, компьютерная обработка и анализ требуют пространственных координационных моделей – от облака точек до ортофотомозаики. На практике – даже для больших площадей поля – достаточно использовать от 5 до 10 наземных опорных точек. Использование большего количества точек существенно не способствует повышению точности. Чем разнообразнее рельеф местности, тем большее количество наземных контрольных точек необходимо для достижения желаемой точности.

В полевых условиях наземные контрольные точки отмечаются таким образом, чтобы их можно было позже увидеть на аэрофотоснимках.Затем их располагают по краям рассматриваемых областей. На практике все, кроме одного, размещаются в характерных точках многоугольника местности; покоящийся размещается ровно посередине многоугольника. Каждая наземная контрольная точка должна быть видна как минимум на двух аэрофотоснимках, а лучше всего на пяти для получения оптимальных результатов. Поэтому точки лучше не располагать прямо на краю области; если это так, они будут видны только на нескольких аэрофотоснимках.

Что такое внутренняя ориентация в фотограмметрии? – 1200художников

внутренняя ориентация Определяет внутреннюю геометрию камеры или датчика, существующую на момент сбора данных .• Он определяет координаты пространства изображения в терминах пикселей и координат изображения и параметров камеры (например, f и модель искажения объектива). – Мастер-точка и реперные метки. – Фокусное расстояние и дисторсия объектива.

Что такое интроверсия и экстраверсия в фотограмметрии?

Для внутренних направлений необходимо учитывать два набора параметров. Первый содержит геометрические параметры камеры: главное расстояние и координаты главной точки. … Экстраверсия предназначена для определения положения и ориентации камеры в момент экспозиции .

Каковы параметры интроверсии?

В частности, параметр внутренней ориентации равен Пиксельные координаты центра изображения или главной точки (xo , yo ), фокусное расстояние f и любые параметры, используемые для имитации искажения объектива dx .

Что такое относительное направление?

Противоположное направление Восстановить положение и ориентацию одной системы визуализации относительно другой по соответствию между пятью или более парами лучей .Это одна из четырех основных проблем фотограмметрии, имеющая центральное значение для бинокулярного стереозрения и зрения вдаль при движении.

Что такое относительные и абсолютные направления?

Противоположное направление Определить относительное положение и ориентацию между камерами . Внешняя и абсолютная ориентация. Внешняя ориентация соответствует правильному положению и ориентации камеры относительно системы координат «мир».

Фотограмметрия – внутренняя ориентация, часть 1

28 связанных вопросов найдено

Что такое элементы относительной ориентации?

Противоположное направление Ориентация базовой линии b и поворот относительно левой и правой систем координат .Направления света должны быть известны как минимум для пяти точек сцены в обеих системах координат камеры.

Что вы подразумеваете под направлением?

сущ. ориентированный или направленный акт или процесс Статус ориентации . местоположение или местоположение Относится к точкам компаса или другим конкретным направлениям. Приспособление или выравнивание себя или своих мыслей с окружающей средой или ситуацией.

Что такое абсолютное направление?

Абсолютное позиционирование — важный метод в области фотограмметрии.Технология Используется для преобразования точек между локальной системой отсчета координат и глобальной (геодезической) системой отсчета . Классический метод преобразования использует набор аналогичных параметров преобразования.

Какие элементы внутренней ориентации можно определить при калибровке камеры?

Элементы внутренней ориентации, которые можно определить при калибровке камеры: Эквивалентное фокусное расстояние . Эффективное фокусное расстояние близко к центру объектива камеры.Откалибруйте фокусное расстояние (часто называемое «ограничениями камеры»).

Каковы применения фотограмметрии?

Фотограмметрия используется, например, в топографическом картировании, архитектуре, инженерии, производстве, контроле качества, полицейских расследованиях, культурном наследии и геологии .

Что из перечисленного описывает главное?

Главная точка — это точка на плоскости изображения, на которую проецируется центр перспективы . Это также точка, в которой измеряется фокусное расстояние объектива.… это определяется как положение изображения, в котором оптическая ось пересекает плоскость изображения.

Что такое аэротриангуляция?

Триангуляция Метод определения относительного положения двух или более точек . Аэротриангуляция (АТ) — это метод создания карт путем наложения аэрофотоснимков.

Сколько параметров нам нужно, чтобы определить положение и ориентацию каждого изображения в пространстве?

Параметры внешней ориентации для каждого изображения: шесть параметров Он представляет положение или ориентацию камеры, представленную тремя углами поворота омега, фи и каппа, а положение камеры представлено тремя координатами Востока, Севера и Возвышения на время экспонирования изображения.

Какой из следующих методов измерения является более точным?

Какой из следующих методов измерения является более точным? Примечание. В то время как наземная фотограмметрия является точной в полученных значениях, воздушная фотограмметрия Способен давать точные выходные данные по сравнению с другими методами.

Что такое калибровка камеры и внутренняя ориентация камеры?

Калибровка камеры процесс . определяет внутренний параметр азимута .камера. К этим параметрам относится корпус. точка, фокусное расстояние объектива и дисторсия объектива.

Что такое реперные отметки в географии?

реперные маркеры Набор маркеров в центре угла или края , или того и другого, аэрофотоснимков. Эти метки экспонируются в камере на необработанной пленке и используются для определения системы отсчета для пространственных измерений аэрофотоснимков.

Какова цель абсолютной ориентации?

Абсолютная ориентация — фундаментальная и важная задача фотограмметрии и робототехники.он нацелен на Найти лучшие параметры преобразования, связанные с координатами стереомодели и геодезическими координатами .

Что такое диорама в фотограмметрии?

Стереофотограмметрия включает Оценка трехмерных координат точки на объекте с использованием измерений, сделанных на двух или более фотографических изображениях, сделанных из разных мест. Изображение вычисляется из набора точек, полученных в системе координат x, y и z.

Какие примеры направлений?

Направление — это то, как кто-то знает, где он находится, направление, в котором кто-то смотрит, или путь, которым кто-то стремится идти.Пример направления: Люди, посещающие курсы обучения новых сотрудников . Примером ориентации является лицо лицом на запад. Примером ориентации является парень, который любит встречаться с парнями.

Означает ли ориентация, что вы получите работу?

Ориентация не означает, что вы получили работу . Это означает, что вы можете случайным образом выбрать работу. Если вы не получили никакого уведомления о том, что вас приняли на работу, лучше всего позвонить в отдел кадров, чтобы проверить статус вашего заявления.

Каково значение направления?

Предоставлять новому сотруднику краткую и точную информацию, чтобы ему/ей было удобнее работать ; поощряет доверие сотрудников и помогает новым сотрудникам быстрее освоиться на работе; помогает повысить эффективность работы и производительность; улучшает удержание сотрудников; а также.

Как вы показываете направление?

Таким образом, любое направление может быть выражено как вектор вращения (также известный как вектор Эйлера), полученный из системы отсчета.При использовании для представления ориентации вектор вращения часто называют вектором ориентации или вектором положения.

Что такое координаты Эйлера и как они представляют ориентацию?

Углы Эйлера — это три угла, введенные Леонардом Эйлером для описания ориентации твердого тела относительно фиксированной системы координат. Они также могут представлять Направление перемещения системы отсчета в физике Или направление общей основы в Трехмерная линейная алгебра.

Что такое копланарное уравнение?

Соответствующее математическое условие, называемое копланарным уравнением, означает, что Две камеры, две точки изображения и точки объекта на одной ядерной плоскости . . . Эти уравнения содержат 12 неизвестных: три координаты и три угла ориентации для каждой фотографии.

В чем преимущества ортофотокарт?

Ортофото — это точное изображение земной поверхности. Ортофотосъемка имеет следующие преимущества: Высокая детализация, своевременный охват Сочетание сильных сторон карт, включая единый масштаб и правильную геометрию.

PIX4Dmatic 1.15: Произвольные системы координат и многое другое!

Мы на полпути к 2021 году, и наши разработчики программного обеспечения усердно работают над регулярным обновлением наших продуктов. На этой неделе был выпущен PIX4Dmatic 1.15 с несколькими новыми интересными функциями. Вот последние изменения и обновления PIX4Dmatic.

Конничива!

PIX4Dmatic доступен для пользователей, говорящих по-японски. Весь пользовательский интерфейс и все команды были переведены, поэтому пользователи, предпочитающие работать на японском языке, могут использовать программное обеспечение на своем родном языке.Следите за обновлениями языка.

Новые языки расширяют возможности PIX4Dmatic

Поддержка произвольных систем координат

PIX4Dmatic теперь поддерживает произвольные системы координат. Пользователи могут иметь систему координат, характерную для их сайта, поскольку теперь они могут работать с любой системой координат и ссылаться на проекты с опорными точками (GCP).

Произвольные системы координат предлагают пользователям больше возможностей для фотограмметрии.

Идеально подходит для крупных строительных и горнодобывающих площадок, где исследуется большая площадь, но нет известной системы координат.Пользователи могут обеспечить точность и достоверность, основываясь на своих измерениях на опорных точках.

AutoGCP приходят в PIX4Dmatic

Если вы когда-либо использовали PIX4Dcloud Advanced, у вас есть представление об AutoGCP. Алгоритм AutoGCP теперь включен в PIX4Dmatic, предоставляя пользователям отличную новую функцию для оптимизации рабочих процессов.

Алгоритм AutoGCP автоматически находит цели на изображениях и определяет их центры с точностью до пикселя. Это сокращает время, затрачиваемое на маркировку связующих точек.AutoGCP доступны только в нескольких продуктах Pix4D: PIX4Dcloud Advanced, PIX4Dengine, а теперь и PIX4Dmatic.

Устранение фантомных изображений: редактирование движущихся объектов

Когда вы наносите на карту область, есть вероятность, что вокруг будут перемещаться объекты на уровне земли, которые вам не нужны в окончательной ортофотоплане. Движущиеся объекты, такие как автомобили и люди, могут вызывать искажения.

Это изменилось! В PIX4Dmatic 1.15 пользователи теперь могут удалять движущиеся объекты, поскольку они на самом деле не представляют то, что вы наносите на карту.Программа сделает это автоматически, удалив этот объект из ортофотоплана.

Возможности подавления ореолов улучшают конечный ортофотоплан

Ускоренное уплотнение HW

Следуя принципу ускорения и плавности рабочего процесса, PIX4Dmatic теперь имеет улучшенную скорость уплотнения. Аппаратное ускорение является настройкой по умолчанию для уплотнения в PIX4Dmatic и теперь работает на 52 % быстрее, чем стандартная опция, а в некоторых проектах дает немного больше очков. Это сокращает общее необходимое время обработки, хотя на это может повлиять и графический процессор аппаратного обеспечения.

Наконец, отчет о качестве в формате .pdf и новая камера

Наконец, отчеты о качестве PIX4Dmatic теперь можно экспортировать в виде файла .pdf на компьютеры Windows — мы работаем над тем, чтобы распространить эту возможность и на устройства macOS. Отчет о качестве включает сводную информацию о вашем проекте, включая опорные точки, оборудование, с помощью которого обрабатывались данные, настройки, использованные для обработки, и системы координат. Возможность поделиться им в формате .pdf позволяет пользователям кратко сообщать о своей работе и результатах клиентам вместе с моделями или ортомозаиками, которые они создают.

В дополнение к этому, PIX4Dmatic теперь поддерживает камеру DJI Zenmuse P1. Эта современная камера обладает мощной производительностью, способной снимать изображения с разрешением 45 мегапикселей. Он идеально подходит для крупномасштабных картографических проектов, где процветает PIX4Dmatic. Поддержка этой камеры PIX4Dmatic — это новая возможность расширить границы съемок.

Это обновления, которые у нас есть на данный момент! Если вы еще не пробовали PIX4Dmatic, начните бесплатную пробную версию прямо сейчас, чтобы получить специализированное программное обеспечение для крупномасштабного картографирования и картирования коридоров.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.