Принцип цифрового ортофототрансформирования

Снимков

Цифровое ортофототрансформирование снимков является одной из основных операций обработки цифровых снимков на ЦФС. Исходное цифровое изображение состоит из элементарных участков-пикселей, которые трансформируют каждый в отдельности с использованием значений элементов ориентирования снимка и данных матрицы высот.

На рис. 21 приведена укрупнённая технологическая схема цифрового ортофототрансформирования снимков.

Для выполнения цифрового ортофототрансформирования снимка необходимо ввести в компьютер: 1) снимок в цифровой форме, 2) данные фотокамеры, 3) каталог опорных точек или элементы внешнего ориентирования снимка, 4) матрицу высот.

Если после фототриангуляции для трансформируемых снимков были получены элементы ориентирования, то сразу приступают к цифровому ортофототрансформированию снимков. Если же элементы ориентирования снимков не известны, то сначала выполняют внутреннее и внешнее ориентирования снимков, а затем переходят к их цифровому ортофототрансформированию.

Далее поясняется смысл основных процессов при формировании трансформированного изображения в цифровой форме (рис. 22).

1. Вначале создают пустую матрицу трансформированного изображения.

1.1. На снимке задают границы участка изображения, подлежащего трансформированию. Обычно этот участок немного больше рабочей площади снимка, чтобы существовало перекрытие с трансформированными участками соседних снимков. Граница задаётся в виде прямоугольника.

1.2. Компьютер, используя координаты x и y углов участка в системе координат снимка, рассчитывает координаты X и Y этих углов на местности по формулам (4). Т.к. высоты Z на местности не известны, при расчёте используется средняя высота, определённая по высотам опорных точек.

1.3. Задаётся размер D пикселя матрицы трансформированного изображения на местности. Чтобы трансформированное изображение сохранило точность снимка, размер пикселя рассчитывают по формуле D = D_С m, где D_С - размер пикселя на снимке, а m - знаменатель масштаба снимка. Если трансформированное изображение будет использоваться для изготовления фотоплана в виде твёрдой копии масштаба 1:М, то размер пикселя рассчитывают по формуле D = 0,07 M/1000 (м), где 0,07 мм - разрешение графического изображения.

1.4. Используя размер D пикселя на местности и координаты X и Y углов участка, компьютер создаёт пустую матрицу трансформированного изображения, представляющую собой сетку квадратов. С этой целью координаты левого верхнего угла матрицы компьютер изменяет так, чтобы они стали кратны размеру D пикселя, и прибавляет к ним последовательно заданный размер пикселя, тем самым строя построчно слева направо и сверху вниз пустую матрицу трансформированного изображения. В результате каждый пиксель матрицы получает координаты X_I и Y_I на местности.

2. Далее матрица заполняется изображением поверхности местности.

2.1. По координатам X_I, Y_I каждого пикселя матрицы трансформированного изображения компьютер находит на МВ соответствующую ему точку и определяет её высоту Z_I. МВ (рис. 22) представляет собой многогранную поверхность, состоящую из четырёхугольников, которые в ортогональной проекции на плоскость представляют собой квадраты. Это позволяет путём билинейного интерполирования между ближайшими точками МВ с известными высотами Z₁, Z₂, Z₃, Z₄ вычислить высоту Z_I. По высотам Z₁ и Z₂ компьютер рассчитывает высоту Z_K, а по высотам Z₃ и Z₄ - высоту Z_N, используя формулы

Z_K = , Z_N =

Используя эти высоты, компьютер рассчитывает высоту Z_I по формуле

.

Расчёт расстояний D_XI, D_YI и D выполняется по разностям плановых координат соответствующих точек, используя формулу D = .

2.2. По координатам Х_I, Y_I, Z_I, компьютер вычисляет координаты x_i и y_i в системе координат снимка по формулам

2.3. По вычисленным координатам x_i, y_i компьютер находит на снимке пиксель, соответствующий пикселю матрицы трансформированного изображения, и определяет числовое значение оптической плотности (ОП). Если трансформируется цветное изображение, то дополнительно определяется показатель цветности.

2.4. Полученное значение ОП (и показатель цветности) придают пикселю в матрице трансформированного изображения.

2.5. Перемещаясь последовательно по матрице вдоль строк от пикселя к пикселю, компьютер выполняет операции, указанные в пунктах 2.1-2.4, и, таким образом, формирует трансформированное изображение в цифровой форме и выводит его на экран дисплея.

При подключении к выходу компьютера фотопечатающего устройства или принтера с высоким разрешением трансформированное изображение можно распечатать в виде фото- или растрового изображения.