WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I GEODEZJI

Przedmiot: Fotogrametria i teledetekcja

Semestr: III

Rok akad. 2012/13

Wykładowca: mgr inż. Damian Wierzbicki

Laboratorium III

Temat: Orientacja stereogramu „WIELICZKA”

Opracował: Karol Kaliszuk

Grupa szkoleniowa: G1X2N1

Nr albumu: 52070

WARSZAWA, dnia 10.01.2012r.

CEL ĆWICZENIA

Wykonanie orientacji wewnętrznej, wzajemnej i bezwzględnej stereogramu

zdjęć lotniczych.

WSTĘP TEORETYCZNY

Przystępując do wykonania sprawozdania ćwiczenia postaram się wyjaśnić metody wykonania ćwiczenia.

Zagadnienie orientacji modelu jest jednym z istotniejszych w fotogrametrii. Składa się z trzech etapów:

- orientacji wewnętrznej,

- orientacji wzajemnej,

- orientacji bezwzględnej.

Orientacja wewnętrzna – polega na transformacji współrzędnych obrazu z układu pikselowego do układu tłowego. Najczęściej stosowaną metodą jest transformacja afiniczna. Wykorzystuję się też transformacje Helmerta i biliniową.

Podczas orientacji pomiarowi podlegają znaczki tłowe (zwykle cztery lub osiem). Po wykonaniu orientacji wewnętrznej możemy poruszać się już w układzie tłowym zarówno lewego jak i prawego zdjęcia. Jednostką układu tłowego jest mm. Dane do transformacji (współrzędne znaczków tłowych) pobieramy najczęściej z metryki kamery, która powinna być dostarczona razem ze zdjęciami.

Orientacja wzajemna – polega na wprowadzeniu układu modelu, a więc powiązaniu dwóch zdjęć i analitycznym „odtworzeniu wiązek”. Zadaniem orientacji jest doprowadzenia zdjęć do takiej postaci, jaka było w momencie fotografowania.

Pomiarowi podlegają punkty jednoznacznie identyfikowalne na lewym i prawym zdjęciu (rys.1).

Po wykonaniu pomiarów liczone są paralaksy poprzeczne (różnica we współrzędnych tłowych ) na mierzonych punktach. Parametrem mówiącym o dokładności jest średnia paralaksa poprzeczna na modelu.

Orientacja bezwzględna - jest to transformacja przestrzenna z układu modelu do układu terenowego. Podczas orientacji pomiarowi podlegają fotopunkty, a wiec punkty widoczne i pomierzone na zdjęciu o znanych współrzędnych terenowych, (ang. GCP – Ground Control Points). Minimalna liczba punktów potrzebna do transformacji wynosi trzy.

PROGRAM DDPS

DDPS (Didactic and Digital Photogrammetric Software) jest programem przeznaczonym

do celów dydaktycznych, będącym rezultatem współpracy naukowej Surfaces

Laboratory na Wydziale Geomatyki na Uniwersytecie w Liege w Belgii oraz Instytutu

Geodezji i Kartografii (IGiK) w Warszawie. Został napisany w języku C++, posiada menu w języku angielskim.

Pracę z programem rozpoczyna się od założenia projektu, wczytania zdjęć dołączonych

do programu, wczytania pliku z parametrami metryki kamery.

Orientacja wewnętrzna w module Inner Orientation wykonywana jest przez pomiar

znaczków tłowych w ustalonym układzie współrzędnych.

Dostępną transformację z układu pikselowego do układu ramki tłowej jest transformacja

afiniczna, toteż odchyłki na znaczkach pojawiają się po pomiarze trzeciego znaczka. W okienku tekstowym przedstawione są parametry transformacji zdjęcie-kamera jak i transformacji odwrotnej. Obliczone parametry należy zapisać ręcznie w pliku o rozszerzeniu *.Olparam, aby móc przejść do następnego etapu opracowania: orientacji wzajemnej.

Wykonywana jest ona w układzie modelu definiowanego przez bazę zdjęć, po pomiarze

punktów homologicznych w rejonach Grubera (na obrzeżach stereogramu) i uruchomieniu obliczeń pokazują się obserwacje i paralaksy w układzie tłowym, niestety bez obliczonej ich średniej, co utrudnia podjęcie szybkiej decyzji, co do prawidłowości wyników tego etapu.

W celu obliczenia orientacji bezwzględnej należy wprowadzić nazwy plików ze

współrzędnymi modelu oraz współrzędnymi fotopunktów.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

Po uruchomieniu programu DDPS przeszedłem do założenia nowego projektu. W powyższym oknie, w miejscu Left img wybrałem lewe zdjęcie przez określenie jego lokalizacji, nasze lewe zdjęcie to „803” analogicznie zrobiłem ze zdjęciem prawym, które jest zapisane pod nazwą „801”. Następnie w miejscach CC wczytałem plik z kalibracją kamery „kalibracja.cc” dla lewego i prawego zdjęcia.

Kolejny etap polegał na ułożeniu znaczków tłowych dla prawego i lewego zdjęcia (Left IO, Right IO) Po wskazaniu już trzech znaczków tłowych pojawiają się współczynniki transformacji afinicznej dla danego zdjęcia. Jednak my musieliśmy wskazać 4 znaki, tabela poniżej przedstawię parametry Image to Camera i Camera to Image dla obu zdjęć.

	Orientacja wewnętrzna zdjęcie lewe (803.bmp)	Orientacja wewnętrzna zdjęcie prawe (801.bmp)
	Image to Camera	Image to Camera
a0	0.02246	0.02246
a1	0.0000008315	-0.0000000610
a2	-115.0	-115.0
b0	-0.0000001915	0.0000004035
b1	-0.02246	-0.02246
b2	115.0	115.0
	Camera to Image	Camera to Image
a0	44.52	44.51
a1	0.001648	0.0001208
a2	5120	5120
b0	-0.0003796	0.0007996
b1	-44.52	-44.52
b2	5121	5120

Następnie w menu Inner orientation wybrałem opcję Radial Distorsion (w formularzy mamy: Distance- odległość i odpowiadająca mu wartość dystorsji), wybrałem stopień wielomianu na 2 a następnie w celu wykonania obliczeń użyłem funkcji Computer Polynome.

WYKONANIE ORIENTACJI WZAJEMNEJ

W miejscu Inner Orientation – Left Params wczytałem wyniki przeprowadzonej przeze mnie orientacji wewnętrznej. Analogicznie postąpiłem w miejscu Inner Orientation – Right Params. Następnie rozmieściłem piętnaście punktów wiążących tak, aby były one ułożone równomiernie na całym pasie wspólnego pokrycia się zdjęć lotniczych i były dobrze widoczne i identyfikowalne.

Po zaznaczeniu wszystkich punktów użyłem funkcji Reset a następnie przynajmniej 10 razy Interate w celu wyznaczenia wartości paralaks oraz elementów orientacji wzajemnej.

Warunek:

Nr punktu	Paralaksa poprzeczna  [m]
10000	0,000847
10001	-0,000228
10002	0,000078
10003	-0,000876
10004	-0,000711
10005	-0,000072
10006	0,001127
10007	0,001065
10008	-0,000688
10009	0,001420
10010	0,001495
10011	0,000383
10012	0,000395
10013	0,000947
10014	-0,001056

Tabela przedstawia wartości paralaks szczątkowych

Wartość średnia paralaks szczątkowych = 0,00023194[m]

Oraz współczynniki kątowe transformacji wzajemnej:

Element	[rad]	° ' ''
κ1	0,08065338229	4°37'16''
κ2	0,07913277084	4°32'3''
φ1	-0,02036576792	-1°10'1''
φ2	-0,03347598620	-1°55'5''
ω2	-0,02826898775	-1°37'11''

Screen z rozmieszczenia punktów homologicznych

Na tym etapie utworzyłem dwa pliki, plik z współrzędnymi obrazowymi fotopunktów wiążących (pkt_homologiczne.hmlg) oraz plik z elementami orientacji wzajemnej ( wzajemna.ORparam ).

WYKONANIE ORIENTACJI BEZWZGLĘDNEJ

W orientacji tej wykorzystuje pliki powstałe po przeprowadzeniu orientacji wzajemnej. W miejscu RO Params wczytuje plik o nazwie or_wzajemna.ORparam, reszta miejsc pozostaje pusta. Kolejny etap polegał na zaznaczeniu na zdjęciach fotopunktów i punktów kontrolnych zgodnie ze schematem. W poniższym oknie wpisałem ID punktów, ich współrzędne, na podstawie opisów topograficznych fotopunktów oraz określiłem ich klasę.

Po zaznaczeniu wszystkich punktów w okienku AO Determination
użyłem funkcji Reset a następnie przynajmniej 3 razy na Iterate
uzyskując wartości orientacji bezwzględnej:

Element	radiany	stopnie
ω	-0,008059248	0°26'30''
φ	-0,011695722	0°44'10''
κ	-0,004973164	0°22'44''
k	52,6	skala
x0	-90446,94	Współrzędne modelu
y0	22619,56
z0	1159,36

Analiza dokładności rozmieszczenia punktów

Nr Punktu	dX [m]	dY [m]	dZ [m]	Odległość
Fotopunkty
52	0,3022	0,0407	-0,3521	0,3049
55	0,0759	-0,3203	-0,3472	0,3292
28012	0,0647	0,3280	-0,0061	0,3343
1260	0,2893	-0,0243	-0,0288	0,2903
1338	-0,0883	-0,6482	-0,0484	0,6542
1350	-0,2061	0,2048	0,0437	0,2906
28035	-0,0738	-0,1470	-0,1068	0,1644
28033	0,1473	-0,4701	-0,0591	0,4926
Wartości Maksymalne	dX	dY	dZ	[m]
	0,3022	0,3280	0,0437
Punkty kontrolne
57	0,132	-0,302	-0,0434	0,3293
105	-0,306	0,230	0,1258	0,3828
56	0,132	-0,302	-0,0434	0,3293
108	-0,124	0,207	-0,1897	0,2413
1347	0,235	0,227	0,0921	0,3269
Wartości Maksymalne	dX	dY	dZ	[m]
	0,235	0,230	0,126

Obliczam błędy średnie położenia fotopunktów i punktów kontrolnych

Po obliczeniu elementów orientacji zewnętrznej przeszedłem do modułu application i dokonałem pomiaru współrzędnych fotopunktów i punktów kontrolnych, tzw. „resti points”. Oraz ustalenie ostatecznego błędu położenia tych punktów:

Nr punktu	Współrzędne teoretyczne [m]	Współrzędne pomierzone [m]	Odchyłki [m]
	Xteo	Yteo	Zteo
52	-90339,75	23113,58	281,26
55	-90074,46	23072,92	285,50
56	-90177,17	22470,62	297,83
57	-90151,22	22865,94	303,22
105	-89957,19	22904,82	295,85
108	-90222,90	22107,12	304,65
1260	-89880,30	22615,17	286,27
1338	-89788,11	22196,25	314,67
1347	-89814,56	22095,34	322,35
1350	-89990,92	21998,05	307,28
28012	-89852,85	22846,50	295,82
28033	-90436,79	22606,75	297,79
28035	-90389,75	22046,93	313,68

Obliczam błędy średnie położenia punktów Resti Point

Wnioski

Cel ćwiczenia został osiągnięty. Z każdym kolejnym etapem przeprowadzonych przeze mnie orientacji uzyskałem odpowiednie dla nich parametry.

Na podstawie analizy mogę stwierdzić, że Dokładność orientacji wewnętrznej zależy od dokładności pomiaru znaczków tłowych na zdjęciu lewym i na zdjęciu prawym. Do tej orientacji potrzebujemy minimum 3 punktów.

Dokładność orientacji wzajemnej zależy od doboru punktów homologicznych. Potrzebujemy minimum 5 punktów, ale im większa ich liczba tym dokładność orientacji wzrasta. Punkty powinny być rozłożone równomiernie na powierzchni stereogramu.

Dokładność orientacji bezwzględnej zależy od dokładności wyboru fotopunktów na zdjęciu lewym i na zdjęciu prawym. Do tej orientacji potrzebujemy minimum 3 punktów (fotopunktów). Do oceny dokładności posługujemy się punktami kontrolnymi. Fotopunkty powinny się znajdować na obrzeżach stereogramu, natomiast punkty kontrolne – wewnątrz.

Między współrzędnymi fotopunktów i resti points wystąpiły różnice. Powodem takiej sytuacji jest niedokładne wskazywanie resti points.