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' сканерав системы координат левого o'_Лx_Лy_Лz_Л и правого o'_Пx_Пy_Пz_П снимков, а затем в системы координат S_Лx_Лy_Лz_Л и S_Пx_Пy_Пz_П с началами в центрах проекции S_Л и S_П, 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 S_Лx_Лy_Лz_Л и S_Пx_Пy_Пz_П для пары снимков и в систему координатSxyz 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).

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).

Для стереопары при таких же условиях координаты точек пересчитывают из систем координат S_Лx_Лy_Лz_Л и S_Пx_Пy_Пz_П в систему координат S_ЛX_МY_МZ_М модели объекта. Затем, используя опорные точки, вычисляют элементы внешнего ориентирования модели и пересчитывают координаты из системы координат S_ЛX_МY_МZ_М модели в систему координат OXYZ объекта(этот вариант обозначен цифрой 1).

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' (рис. 9) 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.

Рис. 9

y'

x'

ПЗС

c'

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 выбрать 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 Δ = 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.