Системы координат, применяемые при фотограмметрической обработке снимков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Системы координат, применяемые при фотограмметрической обработке снимков

2. Система координат фотограмметрического сканера

3. Система координат снимка. Элементы внутреннего ориентирования снимка

4. Особенности измерения координат на цифровом снимке

5. Система координат объекта

6. Элементы внешнего ориентирования пары снимков

7. Системы координат модели объекта. Элементы взаимного ориентирования пары снимков

8. Продольный и поперечный параллаксы

9. Точность определения координат точек объекта по измерениям стереопары

Заключение

Литература



Введение

Фотограмметрия позволяет определить по снимкам исследуемого объекта его форму, размеры и пространственное положение в заданной системе координат, а также его площадь, объём, различные сечения на момент съёмки и изменения их величин через заданный интервал времени.

Название дисциплины происходит от греческих слов photos (свет), gram-ma (запись) и metreo (измеряю), что в вольном переводе означает измерение изображений объектов, записанных с помощью света. Если хотят подчеркнуть, что при измерении использовалось объёмное изображение объекта, то на основе греческого слова stereo (пространственный) такие измерения называют стереоскопическими или стереофотограмметрическими.

Фотограмметрическая обработка снимков имеет следующие преимущества:

1) большая производительность труда благодаря тому, что измеряются не сами объекты, а их изображения. По снимкам объекта можно получить цифровую информацию о нём такой густоты, какой практически невозможно достичь при непосредственных промерах;

2) высокая точность измерений, т.к. съёмка объектов выполняется прецизионными фотокамерами, и снимки обрабатываются строгими методами с помощью компьютеров;

3) цифровую и графическую информацию об объекте можно получить, не вступая с ним в контакт, когда объект недоступен для человека или находится в среде, опасной для его жизни;

4) возможность получения в короткий срок информации о состоянии всего объекта и отдельных его частей;

5) возможность изучения не только неподвижных, но и движущихся объектов, а также скоротечных или медленно проходящих процессов;

6) оператор-фотограмметрист находится в благоприятных для человека камеральных условиях.

Фотограмметрия имеет тесные связи с другими дисциплинами - математикой, программированием, геодезией, картографией, электронной техникой, точным приборостроением, авиацией, космонавтикой, физикой, химией.

Фотограмметрию используют в различных областях науки, техники и производства, например:

- для определения деформаций сооружений и их отдельных частей, происходящих в ходе эксплуатации и с течением времени;

- для определения характеристик движущихся объектов;

- при изысканиях железных и автомобильных дорог, трасс трубопроводов, линий электропередач и других линейных объектов;

- при гидротехнических, гляциологических, геологических, географических изысканиях и исследованиях;

- при реставрации памятников архитектуры, скульптурных монументов, уникальных предметов;

- для фиксации и составления плана дорожно-транспортного происшествия или места преступления;

- для определения по снимкам, полученным в электронном микроскопе, характеристик микрорельефа;

- для лечения сетчатки глаз и установки контактных линз, изготовления зубных протезов, изучения внутренних органов человека и его внешней формы;

- при пошиве одежды с учётом индивидуальных особенностей строения тела человека;

- в военно-инженерном деле по снимкам определяют координаты ориентиров и целей, траекторию, скорость и другие параметры полёта снаряда, ракеты и других летящих объектов, составляют цифровые модели местности для обеспечения полёта низко летящих ракет и летательных аппаратов;

- снимки, полученные с искусственных спутников Земли, используют для составления прогнозов погоды, научного прогнозирования месторождений полезных ископаемых, изучения океанов и морей, определения характеристик снегового покрова, анализа сельскохозяйственного производства и охраны природной среды.

- широкое применение фотограмметрия получила при картографировании поверхности Земли, Луны, Венеры, Марса и других небесных тел.



1. Системы координат, применяемые при фотограмметрической обработке снимков

При фотограмметрической обработке снимков используют следующие системы координат.

"Глобальные" (планетарные, пространственные):

- геоцентрическая: эллипсоидальная, геодезическая (B, L, H) или прямоугольная (X, Y, Z), применяются для привязки опознаков при обработке космических снимков и данных спутниковых наблюдений;

- топоцентрическая (X, Y, Z) применяется при обработке обширных блоков снимков с началом системы координат, расположенном на земной поверхности примерно в центре территории, изобразившейся на блоке снимков.

Картографические (плоские, прямоугольные):

- Гаусса-Крюгера,

- UTM (Универсальная проекция Меркатора),

- и др.

При создании топографических карт используют следующие системы координат:

местные (региональные) - производные от "картографических" или произвольно заданные, применяются при создании картодокументов о местности регионального значения;

системы координат объекта - пространственные, прямоугольные, связанные с объектом, применяются при решении прикладных задач.

Фотограмметрические (пространственные, прямоугольные):

- система координат снимка (аналогового и цифрового), применяется для изменений координат точек на снимке,

- система координат фотограмметрической модели (для пары снимков или для блока снимков), применяется для построения свободной фотограмметрической модели, подобной снимаемому объекту.

Т.к. фотограмметрическая обработка снимков заключается в преобразовании 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.

На рис. 8 приведена технологическая схема преобразований координат при обработке стереопары и одиночного снимка.

Координаты точек стереопары вначале переводят из системы координат c'x'y'z' сканера в системы координат левого o'ЛxЛyЛzЛ и правого o'ПxПyПzП снимков, а затем в системы координат SЛxЛyЛzЛ и SПxПyПzП с началами в центрах проекции SЛ и SП, соответственно.

Для снимка преобразование выполняется аналогично: сначала из системы координат c'x'y'z' сканера в систему координат o'xyz снимка, а затем во вторую систему координат Sxyz с началом в центре проекции S.

Если снимок получен с помощью цифровой фотокамеры, то сразу выполняется переход из системы координат c'x'y'z' матрицы ПЗС в системы координат SЛxЛyЛzЛ и SПxПyПzП для пары снимков и в систему координат Sxyz для одиночного снимка (указано пунктирной линией).

Координаты точек стереопары и снимка можно преобразовать сразу в систему координат OXYZ объекта, если известны с достаточной точностью элементы внешнего ориентирования снимков, определяющие их положения в пространстве координат объекта (преобразование обозначено цифрой 0).



Рис. 1

Если элементы внешнего ориентирования одиночного снимка неизвестны или известны с недостаточной точностью, то с помощью опорных точек, координаты которых известны в системе координат объекта, вычисляют элементы внешнего ориентирования снимка, а затем осуществляют переход в систему координат OXYZ объекта (этот вариант обозначен цифрой 1).

2. Система координат фотограмметрического сканера

Для того чтобы аналоговый снимок можно было обработать с помощью компьютера, его нужно преобразовать на фотограмметрическом сканере в цифровую форму.

Система координат сканера c'x'y' задаётся направляющей (y') и перемещающейся по ней кареткой x', расположенной под углом 900 к направляющей.

На каретке закреплена светочувствительная линейка ПЗС (прибор с зарядовой связью). ПЗС состоит из квадратов-пикселей, содержащих информацию об оптической плотности и цвете (три основных цвета: красный, зелёный, синий) данного участка изображения. Изменение оптической плотности от белого до чёрного цвета задаётся цифрами от 0 до 256, 512 или 1024. Также задаются три основных цвета.

Чтобы устранить геометрические искажения, вносимые фотограмметрическим сканером, его тщательно калибруют и юстируют перед выполнением сканирования фотофильма.

Для фотограмметрического сканера точность позиционирования каждого пикселя изображения должна быть не больше 2-3 мкм, а минимальный размер пикселя оптического разрешения равен 5-8 мкм.

Для сравнения скажем, что точность позиционирования пикселя для обычного планшетного полиграфического сканера в десятки раз хуже.

Калибровку сканера периодически выполняют 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 (разномасштабность, неперпендикулярность и др.) записываются в память сканера и при сканировании снимков их используют для введения в координаты точек снимков.

При сканировании аналогового изображения следует правильно вы-брать размер пикселя сканирования, и он должен соответствовать разрешающей способности снимка.

Если интегральная разрешающая способность фотоснимка (плёнка + объектив) R = 50 лин/мм, размер пикселя должен быть

? = 1/2R = 0,01 мм.

Сканирование с меньшим разрешением нерационально, поскольку это никак не повышает точность измерений, а лишь только увеличивает размер снимка и приводит к расходу ресурсов памяти и времени на обработку.

В результате сканирования получается цифровой снимок, координаты точек которого записаны в системе координат сканера.

При дальнейшей обработке их преобразуют в систему координат снимка.

3. Система координат снимка. Элементы внутреннего ориентирования снимка

Началом пространственной прямоугольной системы координат кадрового снимка является центр проекции S. Измерения координат точек объекта на кадровом снимке выполняются в системе координат снимка, которая задается либо координатными метками на аналоговом снимке, либо системой координат матрицы цифровой фотокамеры.

Рис. 2

На аналоговом снимке (рис. 2, а) четыре координатные метки располагаются либо посредине каждой стороны снимка, либо в его углах. Координатные метки имеют вид креста или крестообразных штрихов с точкой посредине. Ось x снимка проходит через метки 1 и 2 и направлена вдоль полета носителя. 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. Положительное направление оси х задают от метки 1 к метке 2, оси у - от метки 4 к метке 3, а оси z - вверх от плоскости xy.

Для цифрового изображения метки не нужны, поскольку положение каждого пикселя определено в ортогональной системе координат матрицы o'xyz (рис. 2, б).

Две системы координат снимка Sxyz и o'xyz параллельны и имеют параметры смещения относительно друг друга: x0, у0, f, где x0 и у0 координаты главной точки о в системе координат o'xyz, а f - фокусное расстояние фотокамеры. Параметры x0, у0, f называют элементами внутреннего ориентирования снимка.

Элементы внутреннего ориентирования определяют в процессе калибровки фотокамеры. Также в процессе калибровки определяют параметры дисторсии фотокамеры, которая характеризует нарушение ортоскопии при построении изображения. Дисторсия может быть задана в виде поправок или коэффициентов полинома.

Поскольку элементы внутреннего ориентирования определяют в системе координат снимка o'xyz положение центра проекции S, т.е. положение точки через которую проходят все проектирующие лучи, то говорят, что элементы внутреннего ориентирования позволяют восстановить связку проектирующих лучей. Поскольку дисторсия описывает свойства проектирующих лучей, то и её также относят к элементам внутреннего ориентирования фотокамеры.

4. Особенности измерения координат на цифровом снимке

Цифровое изображение представляет собой прямоугольную матрицу, каждый элемент которой - пиксель - имеет свое определенное положение, заданное номером столбца j и строки i, которые в силу своей прямоугольной структуры и задают систему координат цифрового изображения (рис. 3, а).

Эта система координат - левая. Начало координат находится в левом верхнем углу (точка с'), где расположен нулевой пиксель. Ось xj направлена вправо и вдоль неё идёт счёт столбцов j. Ось yi направлена вниз и вдоль неё идёт счёт строк i.

Координаты центра любого пикселя определяются так:

фотограмметрический снимок сканер координата

xj = j + 0,5, yi = i + 0,5,

где j и i - номера столбца и строки матрицы цифрового изображения. Для закрашенного пикселя (j = 5, i = 3) координаты будут xj = 5,5 и yi = 3,5.

Рис. 3

Для перехода от пиксельных координат к метрическим координатам нужно умножить пиксельные координаты на метрический размер пикселя , заданный при сканировании снимка или при изготовлении матрицы цифровой фотокамеры, т.е.

x' = xj и y' = yi.

Если = 10 мкм, то метрические координаты закрашенного пикселя будут x' = 5,510 = 55 мкм и y' = 3,510 = 35 мкм.

В ЦФС часто систему координат исходной матрицы цифрового изображения пересчитывают из левой системы в правую, перенося начало системы координат из левого верхнего в левый нижний угол. В результате оси метрических координат будут иметь направления: ось xj - вправо, а ось yi - вверх.

В ЦФС измерения цифрового изображения выполняются на экране монитора путём позиционирования измерительной марки на точку изображения. При выводе на экран цифрового изображения в масштабе 1:1 (такой вывод еще называется истинный размер) пиксель исходного изображения совпадает с пикселем экрана монитора. В этом случае, если размер пикселя исходного изображения, например, равен 12 мкм, а размер пикселя экрана монитора - 240 мкм, то отображение изображения на экране монитора соответствует оптическому увеличению 20 крат. При таком увеличении дискретность перемещения измерительной марки равна пикселю и, соответственно, измеренные координаты будут зафиксированы до одного пикселя.

Увеличение точности измерения координат можно достичь за счет увеличения исходного изображения в n раз. В этом случае один пиксель исходного изображения отображается в нескольких пикселях экрана монитора, например, при увеличении 2:1 на 4 пикселях монитора, 3:1 на 9 пикселях и т.д. Пропорционально увеличению увеличивается дискретность перемещения измерительной марки, а значит и точность фиксирования координат. Координаты увеличенного изображения определяются по формулам:

.

На рис. 11, б показано, как при увеличении в 4 раза пиксель исходного изображения отображается на 16 пикселях монитора.

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+ = 5,625, yi = 3+ = 3,375,

а метрические координаты при = 10 мкм будут x' = 56,25 мкм, y' = 33,75 мкм.

Однако за счет увеличения изображения увеличивать точность измерений до бесконечности нельзя. Максимально разумные увеличения 2-3 крата. Дальнейшее увеличение приводит к потере измеряемых объектов (точек), т.к. на экране появляются изображения пикселей, а изображение объекта размывается. Однако оператору необходимо измерять не пиксели, а объект (некий образ), который складывается из множества пикселей.

Достижение подпиксельной точности возможно не только за счет увеличения изображения. В настоящее время существуют алгоритмы, позволяющие выполнять виртуальный пересчет матрицы исходного изображения относительно положения измерительной марки, и таким образом увеличивать точность измерений.

5. Система координат объекта

Элементы внешнего ориентирования снимка.

Рис. 4

Положение снимка в пространстве в момент фотографирования определяют элементы внешнего ориентирования. Под понятием снимок надо подразумевать связку проектирующих лучей, восстановленную на этапе внутреннего ориентирования, когда были заданы элементы внутреннего ориентирования снимка x0, y0, f и определено положение центра проекции S относительно системы координат снимка P. Если рассмотреть связку проектирующих лучей как "твердое тело", то положение твердого тела в пространстве в декартовой системе координат определяют 6 параметров. Поскольку связка построена в системе координат снимка, то эти параметры, суть параметры связи двух пространственных прямоугольных систем координат. Таким образом, для ориентирования системы координат снимка относительно системы координат объекта необходимо знать шесть элементов внешнего ориентирования снимка.

На рис. 4 показана система координат объекта OXYZ, система координат снимка oxyz. Вектор Rs определяет положение центра проекции S в системе координат объекта. Вектор Rm определяет положение точки объекта М в системе координат объекта. Вектор R определяет положение точки объекта M относительно системы координат снимка. Вектор r определяет в системе координат снимка положение на снимке изображения m точки объекта М.

Элементами внешнего ориентирования снимка являются координаты Xs, Ys, Zs центра проекции S в системе координат объекта OXYZ и углы поворота ?, ?, ? системы координат снимка oxyz относительно системы координат объекта OXYZ. Угол поворота ? называется поперечным (тангаж для самолета) и определяет вращение вокруг оси ox, угол поворота ? называется продольным (крен) и определяет вращение вокруг оси oy, угол ? называется разворотом (снос) и определяет вращение вокруг оси oz.

Координаты точек объекта и их изображений на снимке связаны векторным уравнением, которое называется уравнением коллинеарности:

= + . (1)



или в координатной форме:

, (2)

где: X, Y, Z - координаты точки М в системе координат объекта;

XS, YS, ZS - координаты центра проекции S в системе координат объекта;

X', Y', Z' - координаты вектора r в системе координат объекта, которые определяются по формуле:

, (3)

где А - матрица преобразования координат (матрица направляющих косинусов), элементы сij которой определяются по значениям угловых элементов внешнего ориентирования снимка , , ?.

С учетом последнего выражения уравнение коллинеарности примет вид:

(4)

Если известны элементы внешнего ориентирования снимка Xs, Ys, Zs, ?, ?, ? и высоты точек Z, то по формуле (4) можно определить координаты точек объекта.

Элементы внешнего ориентирования могут быть определены в результате фотограмметрической обработки снимков по опорным точкам или получены во время съёмки по данным обработки бортовых спутниковых кинематических измерений и измерений инерциальной системы.

6. Элементы внешнего ориентирования пары снимков

Рис. 5

Положение пары снимков в координатной системе OXYZ (рис. 5) объекта определяется 12 элементами внешнего ориентирования: шестью элементами внешнего ориентирования левого снимка и шестью элементами внешнего ориентирования правого снимка:

XSЛ, YSЛ, ZSЛ, wЛ, aЛ, kЛ, ХSП, YSП, ZSП, wП, aП, kП. (5)

Координаты правого центра проекции можно вычислить через координаты левого центра проекции и проекции базиса фотографирования В на координатные оси:

ХSп = XSл + BX, YSп = YSл + BY, ZSп = ZSл + BZ.

Вычисление базисных составляющих BX, BY, BZ производится по формулам:



. (6)

На основе (6) значения углов n и t можно вычислить по формулам

n =arcsin = arctg, t = arctg.

С учётом элементов ориентирования базиса фотографирования 12 элементов внешнего ориентирования (5) пары снимков в координатной системе ОХУZ можно записать в виде:

XSЛ, YSЛ, ZSЛ, wЛ, aЛ, kЛ, B, n, t, wП, aП, kП. (7)

В системе координат SЛXУZ, параллельной координатной системе ОХУZ, начало отсчёта координат расположено в центре проекции левого снимка, поэтому

XSл = YSл = ZSл = 0.

В результате для пары снимков в координатной системе SЛXУZ из 12 элементов внешнего ориентирования (7) не равными нулю будут девять:

wЛ, aЛ, kЛ, B, n, t, wП, aП, kП. (8)



Рис. 6

7. Системы координат модели объекта. Элементы взаимного ориентирования пары снимков

При построении модели объекта используется система координат SЛXМYМZМ, у которой начало отсчёта координат расположено в центре проекции левого снимка, т.е.

XМSл = YМSл = ZМSл = 0.

Следовательно, в системе координат модели объекта из 12 элементов ориентирования пары снимков не равными нулю будут девять аналогично (8). Чтобы отличать их от элементов внешнего ориентирования этих снимков в системе координат объекта, введём индекс "штрих", а базис обозначим буквой b, т.к. его длина задаётся в масштабе модели, и он называется базисом проектирования.

wЛ', aЛ', kЛ', b, n', t', wП', aП', kП'. (9)

Для облегчения построения модели, расположение пары снимков в системе координат модели задают так, чтобы часть элементов ориентирования (9) стали также равными нулю. С этой целью используют две системы координат модели: базисную и левого снимка.

1. Базисная система координат SЛXМYМZМ (рис. 6, а) названа так потому, что ось ХМ совмещена с базисом проектирования SЛSП, а ось ZМ расположена в главной базисной плоскости VЛ левого снимка, проведённой через базис b и главный оптический луч SЛoЛ. Ось YМ дополняет систему до правой.

В базисной системе координат из элементов ориентирования (9) пары снимков равны нулю три угловых элемента ориентирования:

wЛ' = n' = t' = 0.

В результате в базисной системе координат для пары снимков число элементов ориентирования, не равных нулю, сокращается до шести:

aЛ', kЛ', b, wП', aП', kП' (10)

2. Система координат левого снимка SЛXМYМZМ (рис. 14, б) названа так, потому что она параллельна системе координат SЛxЛyЛzЛ левого снимка. У неё ось ZM совмещена с осью zЛ, а оси XМ и YМ параллельны осям xЛ и yЛ, соответственно.

В системе координат левого снимка равны нулю все шесть элементов ориентирования левого снимка:

XМSл = YМSл = ZМSл = wЛ' = aЛ' = kЛ' = 0.

Следовательно, в этой системе координат из элементов ориентирования (9) не равными нулю будет также шесть:

b, n', t', wП', aП', kП' (11)

Как видно, в обеих системах координат модели объекта элементы ориентирования (10) и (11) пары снимков, не равные нулю, состоят из линейного элемента (базиса проектирования b) и пяти угловых элементов. Угловые элементы называют элементами взаимного ориентирования пары снимков.

8. Продольный и поперечный параллаксы

При измерении стереопары кроме координат точек используют разности этих координат на обоих снимках, называемые параллаксами (рис. 15). При стереосъёмке точки объекта изображаются в разных частях левого и правого снимков. Например, на левом снимке точка объекта изобразилась в точке m. В системе координат o'ЛxЛyЛ этого снимка она будет иметь координаты xЛ, yЛ. На правом снимке та же точка объекта изобразилась в точке m', и в системе координат o'ПxПyП она имеет координаты xП, yП.

Рис. 7

По координатам xЛ, yЛ нанесём на правом снимке положение точки m. Смещения точки m' относительно точки m вдоль координатных осей х и у являются, соответственно, продольным (буква р) и поперечным (буква q) параллаксами. Их величины рассчитывают по формулам:

p = xЛ - xП, q = yЛ - yП.

Продольный параллакс р является базисом фотографирования b в масштабе съёмки данной точки. Это видно из формулы



, (12)

где В - базис фотографирования, Н - высота фотографирования, f - фокусное расстояние фотокамеры, m - знаменатель масштаба съёмки.

Из (12) следует, что продольный параллакс р имеет переменную величину по площади снимка из-за изменений высоты фотографирования Н в зависимости от рельефа местности. Следовательно, измерив на стереопаре снимков продольные параллаксы, можно рассчитать высоты на местности.

Что касается поперечного параллакса q, то он возникает из-за различия в величинах элементов внешнего ориентирования левого и правого снимков.

BX = XSп - XSл

не изменяет координат уП по сравнению с координатами уЛ и, следовательно, не вызывает появления поперечного параллакса.

BY = YSп - YSл

изменяет ординаты на правом снимке на величину .

BZ = ZSп - ZSл

изменяет масштаб правого снимка относительно левого. Разность углов wЛ и wП, aЛ и aП, kЛ и kП вызывают изменения координат на снимках относительно друг друга.



9. Точность определения координат точек объекта по измерениям стереопары

Чтобы получить формулы, по которым можно рассчитать точность определения координат точек сфотографированного объекта по измерениям стереопары, воспользуемся формулами идеального случая аэросъёмки. Идеальный случай аэросъёмки подразумевает следующие условия.

1. Базис фотографирования B параллелен координатной оси Х, поэтому его проекции на координатные оси

BX = B, BY = BZ = 0.

2. Снимки расположены горизонтально, т.е. углы wЛ = aЛ = kЛ = wП = aП = kП = 0, и системы координат левого SЛx0Лy0Лz0Л и правого SПx0Пy0Пz0П снимков параллельны системе координат ОХУZ объекта.

Формулы получим в системе координат SЛXYZ, т.е.

XSл = YSл = ZSл = 0.

В формулах общего случая аэросъёмки приравняем нулю указанные выше элементы внешнего ориентирования и получим следующие формулы.

X = , Y = , Z = . (13)

Видно, что точность вычисления плановых координат Х и Y зависит от точности измерения на стереопаре координат x, y и продольного параллакса p, а точность вычисления высоты Z - только от точности измерения продольного параллакса p.

С учётом этого, продифференцировав формулы (10), получим

dX = , dY = , dZ = .

Перейдем к средним квадратическим погрешностям, учитывая следующие замены:

, = р = b и p2 = .

В результате получим

, , ,

где mX, mY, mZ - средние квадратические погрешности вычисления координат точек объекта, mx, my, mp - средние квадратические погрешности измерения координат и продольного параллакса на стереопаре,

b - базис фотографирования в масштабе снимков.

Если принять, что погрешности измерений mx, my, mp примерно равны, то

.

Вторые члены подкоренных выражений будут иметь максимальные величины при максимальных значениях координат х и у, т.е. погрешности mX и mY будут иметь максимальные величины на точках, расположенных в углах стереопары. В этом случае



х = у = b, и .

В результате формулы расчёта точности определения координат точек сфотографированного объекта по измерениям стереопары принимают вид:

(14)

где mXY = и mxy = - средние квадратические погрешности планового положения точек на объекте и на стереопаре.

Если предположить, что:

1) снимки получены в идеальной центральной проекции,

2) построение модели объекта выполнено без погрешностей,

3) измерительный прибор не вносил своих погрешностей,

то mx, my и mp будут погрешностями наведения измерительной марки на точки стереопары, значения которых mx my mp 5 мкм. Однако из-за влияния различных источников, действия которых проявляются при съёмке и при обработке снимков, реальная точность измерения снимков колеблется от 7 до 20 мкм.

Так, аналоговые снимки, зафиксированные в фотокамере на фотоплёнку, проходят сначала фотохимическую обработку, а затем сканируются на специальном фотограмметрическом сканере. В ходе выполнения этих процессов исходная геометрия построения снимков подвергается искажению. Основными источниками искажения является деформация фотоматериала, вызванная "мокрым" фотохимическим процессом и старением фотоплёнки, если она перед сканированием хранилась какое-то время, а также инструментальные погрешности в работе сканера.

Общая суммарная систематическая деформация может быть устранена по измерениям калиброванных координатных меток, которые впечатываются с прикладной рамки фотокамеры на каждый снимок, или сетки крестов, которые впечатываются с прижимного стекла, расположенного в плоскости прикладной рамки фотокамеры. Остаточные локальные деформации по полю снимка таким путём не устраняются, и они снижают точность фотограмметрических измерений.

Геометрия построения цифрового снимка, полученного в цифровой фотокамере, зависит от качества изготовления расположенной в фотокамере светочувствительной матрицы, в частности, её плоскостности и точности установки в фотокамере.

В настоящее время точности изготовления матриц и их установки в фотокамерах достаточно высоки и отвечают требованиям точности фотограмметрических измерений. Размер пикселей матриц цифровых фотокамер, используемых в аэросъёмке, находится в пределах от 6 до 12 мкм.

На точность измерения снимков также влияет качество фотографического изображения. Из источников, ухудшающих качество, можно выделить два основных: неоптимальная экспозиция и смаз изображения из-за вибрации фотокамеры и её поступательного движения относительно объекта.

Современные камеры, как правило, снабжены автоматическими устройствами выбора оптимальной экспозиции и компенсации смаза изображения.

Однако остаточное влияние этих источников ухудшает точность измерения цифрового изображения.

Практический опыт показывает, что средние погрешности измерения координат цифрового изображения должны быть не хуже 0,5 пикселя. В противном случае нужно искать причину нарушения геометрии построения цифрового изображения.



Заключение

В данном реферате на тему: "Системы координат, применяемые в фотограмметрии" рассмотрены виды систем координат при фотограмметрии. При фотограмметрической обработке снимков используют следующие системы координат: глобальные и картографические.

Фотограмметрия позволяет определить по снимкам исследуемого объекта его форму, размеры и пространственное положение в заданной системе координат, а также его площадь, объём, различные сечения на момент съёмки и изменения их величин через заданный интервал времени.



Литература

1. Михайлов А.П., Чибуничев А.Г. Конспект лекций по курсу фотограмметрия (в электронном виде). МИИГАиК, 2005.

2. Краснопевцев Б.В. Фотограмметрия. - М.: МИИГАиК, 2008. - 160 с. (в библиотеке МИИГАиК).

3. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. - М.: ЦНИИГАиК, 2002. - 100 с.

4. ГОСТ 21667-76. Картография. Термины и определения.

5. ГОСТ 22268-76. Геодезия. Термины и определения.

6. ГОСТ 28441-99. Картография цифровая. Термины и определения.

7. ГОСТ 51833-2001. Фотограмметрия. Термины и определения.

8. ГОСТ 51605-2000. Карты цифровые топографические. Общие требования.

9. ГОСТ 51606-2000. Карты цифровые топографические. Система классификации и кодирования цифровой картографической информации.

10. ГОСТ 51607-2000. Карты цифровые топографические. Правила цифрового описания картографической информации. Общие требования.

11. ГОСТ 51608-2000. Карты цифровые топографические. Требования к качеству цифровых топографических карт.

12. Инструкция по топографической съёмке в масштабах 1:5000, 1:2000,1:1000 и 1:500. ГКИIШ-02-033-82. - М.: Недра, 1985. - 151 с.

13. Условные знаки для топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000,1:1000 и 1:500. - М.: Недра, 1984

Размещено на Allbest.ru

...