Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
.
Fotogrametria.
Fotogrametria i teledetekcja jest sztukÄ…, naukÄ… i technikÄ… pozyskiwania, na podstawie bezkontaktowego obrazowania i innych
systemów sensorowych, wiarygodnej informacji o Ziemi i jej środowisku, a także o innych obiektach fizycznych i procesach,
przez rejestracjÄ™, pomiar, analizÄ™ i prezentacjÄ™.
(Międzynarodowe Towarzystwo Fotogrametrii i Teledetekcji).
Cechy metod fotogrametrycznych:
" krótki czas pomiaru (zjawiska dynamiczne),
" duża liczba punktów rejestrowanych jednocześnie,
" brak bezpośredniego kontaktu z mierzonym obiektem,
" przeniesienie prac pomiarowych w warunki kameralne,
" archiwalny charakter materiałów - możliwość powtórzenia pomiaru,
" niski koszt jednostkowy (punkt, powierzchnia),
" wysokie koszty poczÄ…tkowe,
" konieczność zatrudnienia wysoko kwalifikowanych specjalistów.
Podstawowe pojęcia:
http://www.ptip.org.pl/auto.php?page=Encyclopedia&enc=1
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Obiekt  obraz.
Podstawowy element opracowania fotogrametrycznego  obraz, powstaje w wyniku przekształcenia rzutowego przestrzeni
obiektu w płaszczyznę.
W wyniku przekształcenia zachowane są:
" współliniowość (prosta pozostaje prostą),
" współpękowość (proste współpękowe pozostają współpękowe),
" dwustosunek czwórki punktów,
" krzywe stożkowe.
Środkiem rzutów jest punkt główny obiektywu kamery.
Kamera fotogrametryczna.
" korpus,
" ramka tłowa,
" obiektyw,
" magazyn materiału światłoczułego lub sensor CCD,
" urzÄ…dzenia pomocnicze.
Ramka tłowa kamery wyznacza płaszczyznę tłową i zawiera szereg elementów rejestrowanych na marginesie obrazu,
przede wszystkim: znaczki tłowe, określające układ odniesienia kamery.
znaczek tłowy
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Elementy orientacji wewnętrznej kamery.
Zbiór parametrów określających geometrię kamery i inne cechy, opisujące sposób realizacji rzutu środkowego, to elementy
orientacji wewnętrznej.
Wyznaczone w procesie laboratoryjnej kalibracji elementy zapisane sÄ… w metryce kamery.
Niektóre elementy można wyznaczać/modyfikować w trakcie opracowania, w drodze autokalibracji.
Układ współrzędnych kamery w płaszczyz
nie XY określają znaczki tłowe, w liczbie 4 lub 8, umieszczone na ramce tłowej 
części kamery, do której przylega/powinien przylegać materiał światłoczuły w momencie ekspozycji.
W kamerach cyfrowych ramka tłowa jest generowana przez układ sterowania kamerą i analizatorem obrazu.
Oś Z kamery przechodzi przez środek układu optycznego obiektywu kamery i jest prostopadła do płaszczyzny ramki.
To oś optyczna kamery, która powinna przebijać płaszczyznę ramki w punkcie przecięcia odcinków łączących przeciwległe
znaczki tłowe.
Znaczki tłowe kamer
Wild RC 10 Zeiss RMK A 30/23
Praktycznie ten punkt leży w pobliżu przecięcia łącznic, a znaczki tłowe wyznaczają układ prostokątny z pewnym
przybliżeniem.
W procesie kalibracji kamery wyznacza się współrzędne znaczków tłowych odniesione do środka ciężkości lub punktu
przecięcia łącznic znaczków i dalsze redukcje współrzędnych określa się w układzie znaczków.
Przeliczenie wyników pomiaru do układu kamery wykonuje się transformacją konforemną lub afiniczną.
Zobacz: pomiar znaczków tłowych w LPS DDPS
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Dystorsja.
Do elementów orientacji wewnętrznej kamery zalicza się błąd układu optycznego kamery: dystorsję.
Dystorsja wynika z różnicy kąta osiowego (pomiędzy promieniem a osią kamery) promienia wchodzącego i wychodzącego
z układu obiektywu kamery i w płaszczyz
nie tłowej rozkłada się na radialną i tangencjalną.
Poprawki do współrzędnych - wielomian dystorsji
"x = x((k1r3 + k2r5 + k3r7 + .....) + ((r2 + 2x2)p1 + 2xyp2 )(1 + p3r2 + ...))/r
składowa tangencjalna
"y = y((k1r3 + k2r5 + k3r7 + ....) + ( 2xyp1 + (r2 + 2y2)p2 )(1 + p3r2 + ...))/r
składowa radialna
x0,y0 k1, k2, k3  dystorsja radialna
p1, p2  dystorsja tangencjalna
Jeśli w procesie kalibracji kamery określono rozkład dystorsji, za punkt główny x0, y0 przyjmuje się punkt symetrii dystorsji.
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Elementy orientacji zewnętrznej pojedynczego zdjęcia.
Położenie kamery w momencie rejestracji obrazu, w odniesieniu do układu obiektu, określa sześć elementów orientacji
zewnętrznej: współrzędne środka rzutów i kąty obrotu układu kamery.
zN
z
y
yN
x
obroty wokół osi:
xN
x - É
p
y - Õ
[X0,Y0,Z0]
z - º
Z
pN = AÉ Õ º * p
P
AÉ Õ º - ortogonalna macierz obrotu
Y
P [XP,YP,ZP]
X
Do określenia elementów orientacji zewnętrznej wykorzystuje się zależności wynikające z żądania współliniowości
odpowiednich wektorów
P × pN = 0 (wektor zerowy)
P = [X-X,Y-Y,Z Z]T
P 0 P 0 P 0
Rozwiązanie można uzyskać, mając w obu układach 3 punkty, nie leżące na jednej prostej.
Skutkiem niezbędnej linearyzacji układu równań (sin(K)=K, cos(K)=1) jest konieczność postępowania iteracyjnego.
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Stereogram  elementy orientacji wzajemnej.
Określenie elementów orientacji wzajemnej pary zdjęć umożliwia budowę modelu niezależnego.
Modele można łączyć w bloki w drodze transformacji do jednolitego układu zewnętrznego.
zN
y
yN
z
z'
x
y'
xN
B
x'
bz by
p
p'
warunek komplanarności:
B(p'× pN) = 0
P
P'
pN = AÉ Õ º * p
1 by bz
x' y' z' = 0
xN yN zN
Do rozwiązania wykorzystuje się zależności wynikające z żądania współpłaszczyznowości odpowiednich wektorów.
Przedstawiony ukÅ‚ad elementów É, Õ, º, by,bz można zastÄ…pić innym, kÄ…towym: "É, Õ', Õ , º', º .
Orientacja wzajemna wymaga pomiaru współrzędnych pięciu, korzystnie rozmieszczonych punktów modelu.
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Punkt modelu  wcięcie w przód.
Szczątkowe błędy orientacji i inne, niemożliwe do wyeliminowania, powodują że jednoimienne wektory są skośne.
Za punkt modelu przyjmuje się punkt położony najbliżej wszystkich promieni wcinających.
z4
z3
z1
y4
y3
y1
z2
x4
x3
x1
y2
x2
Punkt wyznaczony przez dwa promienie wcinajÄ…ce:
środek wektora najkrótszej odległości między promieniami.
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Transformacja.
zN
z
obroty wokół osi:
x - &!
y
y - Åš
z - š
yN
x
pN = A&! Åšš* p
xN
A&! Åšš - ortogonalna macierz obrotu
p
P = k * pN + T
Z
T [X0,Y0,Z0]
Y
diagonalna macierz
kX 0 0
współczynników skali
0 kY 0
0 0 kZ
X
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Blok aerotriangulacji.
pokrycie poprzeczne
potrójne pokrycie podłużne
podwójne pokrycie podłużne
fotopunkt
punkt wiążący 2
punkt wiążący 4
punkt wiążący 6
punkt Z
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Wypełnienie macierzy układu równań normalnych ATPA dla bloku zdjęć (górny trójkąt).
3 * liczba punktów wiążących | 6 * liczba zdjęć
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % % % % % % % % %
% % % % % % %
% % % % % %
% % % % %
% % % %
% % %
% % % % % % % %
%
% % % % % %
% % % % %
% % % %
% %
% % % % % % % %
%
%
% % % % % %
% % % % %
% % % %
% % %
% % % % % % % %
%
% % % % % %
% % % % %
% % % %
% % %
% %
%
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Numeryczny model terenu.
Numeryczne odwzorowanie rzez
by powierzchni terenu (powierzchni ciągłej) w sposób dyskretny (punktowy) wraz
z algorytmem interpolacyjnym, umożliwiającym wyznaczenie współrzędnych Z dowolnych punktów, jako funkcji
współrzędnych X i Y tych punktów.
NMT jest reprezentowany przez punkty rozłożone regularnie (GRID) lub nieregularnie (TIN) na powierzchni terenu
i uzupełniony poprzez punkty reprezentujące morfologiczne formy terenu (break lines) takie jak:
" linie szkieletowe (grzbiety, cieki),
" linie nieciągłości (urwiska, skarpy),
" powierzchnie wyłączeń (budynki, cieki),
" pikiety ekstremalne (wierzchołki, dna).
Zbiór punktów tworzących NMT uzyskuje się w drodze pomiaru punktów lub generuje się automatycznie.
Pomiar/generowanie NMT musi być poprzedzony określeniem elementów orientacji opracowywanego bloku.
W wyniku 'ręcznego' pomiaru otrzymuje się chmurę punktów, na której można zbudować siatkę nieregularnych trójkątów
(TIN), do dalszego przetwarzania (interpolacji). NMT generowany automatycznie jest siatkÄ… regularnÄ… (GRID).
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Dokładność numerycznego modelu terenu, to dokładność interpolacyjna.
Empiryczny wzór Ackermann'a
2 2
m = m + (Ä… d)2
NMT H
m - średni błąd wyinterpolowanej wysokości z NMT,
NMT
m - średni błąd pomiaru wysokości,
H
ą - współczynnik opisujący charakter rzez
by terenu,
d - średnia odległość punktów pomiarowych.
przyjmuje się wartość ą :
0.004  0.007 - dla terenów łatwych ( o gładkiej powierzchni),
0.010  0.020 - dla terenów o średniej trudności,
0.022  0.044 - dla terenów trudnych ( o nieregularnych i stromych powierzchniach).
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
wracaj...
wracaj...
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
wracaj...
wracaj...
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
Leica Photogrammetry Suite  orientacja wewnętrzna
Leica Photogrammetry Suite nie wyświetla
parametrów transformacji wyników pomiaru
na układ kamery.
Podaje tylko szczątkowe błędy po transfor-
macji.
wracaj...
start
Politechnika Wrocławska :: Wydział GGG :: Zakład Geodezji i Geoinformatyki ::  Pozyskiwanie danych przestrzennych metodami fotogrametrycznymi .
DDPS  orientacja wewnętrzna
wracaj...
szczątkowe błędy transformacji
parametry transformacji
start