Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Wydział Geodezji i Gospodarki Przestrzennej

Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji

Sprawozdanie nr 5

Analityczna orientacja pary zdjęć za pomocą programu DDPS

Wykonała:

1. DDPS – opis programu (przeznaczenie, funkcjonalność).

DDPS (Didactic and Digital Photogrammetric Software) jest programem przeznaczonym do celów dydaktycznych. Został napisany w języku C++. Program wykorzystuje 8-bitowe obrazy skanowanych zdjęć lotniczych w formacie BMP. Operator może pracować na zdjęciach dołączonych do programu lub własnych, po kolei wykonując: orientację wewnętrzną, wzajemną, bezwzględną, pomiar danych do NMT, aż do sporządzenia ortofoto. Pracę z programem rozpoczyna się od założenia projektu, wczytania zdjęć dołączonych do programu lub własnych, wczytania pliku z parametrami metryki kamery, który można przeglądać i modyfikować w module New Calibration Certificate. Orientacja wewnętrzna w module Inner Orientation wykonywana jest przez pomiar znaczków tłowych w ustalonym układzie współrzędnych, z dokładnością podpikselową. Dostępną transformację z układu pikselowego do układu ramki tłowej jest transformacja afiniczna, toteż odchyłki na znaczkach pojawiają się po pomiarze trzeciego znaczka. Na ekranie poniżej okna obrazu pojawiają się obserwacje i współrzędne wzorcowe. 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 i uruchomieniu obliczeń pokazują się obserwacje i paralaksy w układzie tłowym. W celu obliczenia orientacji bezwzględnej należy wprowadzić nazwy plików ze współrzędnymi modelu oraz współrzędnymi fotopunktów, w którym można zadeklarować, które punkty mają być wyłączone z wyrównania. Współrzędne fotopunktów i odchyłki na nich pojawiają się po wykonaniu orientacji, dostępne są też parametry transformacji i elementy orientacji zewnętrznej zdjęć.

2. Dane do projektu.

Dane wejściowe:

a) zdjęcia zapisane w formacie .bmp. Numery zdjęć: 46 i 47, szereg 8

Zdjęcia w postaci cyfrowej, wykonane w 2005 roku na zlecenie Miasta Olsztyn przez firmę MGGP Aero Sp. z o. o., powstały w wyniku rejestracji kamerą LMK o c_k= 305,335 mm. Zdjęcia wykonano w skali M_z= 8000 i zostały poddane procesowi skanowaniu. Format zdjęć 23x23 cm.

b) metryka kalibracji kamery umieszczona w pliku LMK 2030_273507.cc

Struktura pliku LMK 2030_273507.cc:

BEGIN_CC

FOCALE 305.335

UNIT 0.001 meters

BEGIN_FIDUCIAL_COORD

1 112.0290000000 0.0030000000

2 -111.9910000000 0.0090000000

3 0.0160000000 -112.0030000000

4 0.0090000000 112.0210000000

5 110.0170000000 -110.0040000000

6 -109.9920000000 110.0160000000

7 -109.9920000000 -109.9890000000

8 110.0180000000 110.0060000000

END_FIDUCIAL_COORD

distance distortion

BEGIN_RADIAL_DISTORTION

0.0000000000 0.0000000000

10.0000000000 0.0000000000

20.0000000000 0.0000000000

30.0000000000 -0.0010000000

40.0000000000 -0.0010000000

50.0000000000 -0.0020000000

60.0000000000 -0.0010000000

70.0000000000 -0.0020000000

80.0000000000 -0.0010000000

90.0000000000 0.0000000000

100.0000000000 -0.0010000000

110.0000000000 -0.0010000000

120.0000000000 -0.0010000000

130.0000000000 -0.0010000000

140.0000000000 0.0010000000

150.0000000000 0.0050000000

END_RADIAL_DISTORTION

ETA_0 0.0000000000

NU_0 0.0000000000

END_CC

c) współrzędne terenowe fotopunktów (X, Y, Z) zapisane w pliku z rozszerzeniem .OActrl

Struktura pliku 46_47_KS.OActrl:

BEGIN_TERRAIN_POINTS

71308 -5959105.422 7464509.060 134.777 ctrl

71408 -5959899.227 7464514.483 140.237 ctrl

84504 -5959817.439 7466161.296 157.679 ctrl

8452 -5959828.943 7465139.012 134.828 ctrl

84604 -5959053.879 7466213.389 138.551 ctrl

8461 -5959329.015 7464710.360 137.861 ctrl

END_TERRAIN_POINTS

3. Orientacja wewnętrzna zdjęć lotniczych – pomiar znaczków tłowych, wyznaczenie współczynników transformacji afinicznej.

Orientacja wewnętrzna polega na transformacji współrzędnych obrazu z układu pikselowego do układu tłowego. Etap ten polega na wyznaczeniu parametrów transformacji afinicznej: a0, a1, a2, b0, b1, b2. Współczynniki te wyznaczają zależności między współrzędnymi pikselowymi i

współrzędnymi tłowymi.

Model transformacji afinicznej wykorzystany w oprogramowaniu DDPS:

x'_tÅ‚ = a₀ + a₁*x'_pxl + a₂*y'_pxl

y'_tÅ‚ = b₀ + b₁*x'_pxl + b₂*y'_pxl

gdzie:

x'_pxl, y'_pxl - współrzędne pixelowe zdjęcia;

x'_tł, y'_tł - współrzędne tłowe zdjęcia;

parametry transformacji afinicznej:

a₀-przesuniÄ™cie wzglÄ™dem osi x b₀-przesuniÄ™cie wzglÄ™dem osi y

a₁-obrót wzglÄ™dem osi x b₁-obrót wzglÄ™dem osi y

a₂-zmiana skali wzglÄ™dem osi x b₂-zmiana skali wzglÄ™dem osi y

Wyznaczenie parametrów transformacji afinicznej nastąpiło w oparciu o 8 punktów dostosowania, którymi na etapie orientacji wewnętrznej były znaczki tłowe. Dane do transformacji (współrzędne znaczków tłowych) pobrane zostały z metryki kalibracji kamery LMK2030_273507.cc)

- Liczba równań poprawek: n=8*2=16

-Liczba niewiadomych (parametrów): u=6

-Liczba obserwacji nadliczbowych: r=16-6=10

Szkic rozmieszczenia znaczków tłowych:

Etap ten zakończył się wygenerowaniem do pliku z rozszerzeniem .OIparam parametrów

orientacji wewnętrznej oddzielnie dla każdego ze zdjęć: lewego i prawego. Ponadto zostały

stworzone dwa pliki tekstowe zawierające współrzędne pikselowe oraz poprawki

do tych współrzędnych również oddzielnie dla każdego ze zdjęć.

Współrzędne pikselowe i wartości poprawek dla zdjęcia 46:

Współrzędne pikselowe i wartości poprawek dla zdjęcia 47:

Wartości średniokwadratowe RMS V_x' i RMS V_y':

Zdjęcie lewe 46	Zdjęcie prawe 47
Vxmax=-0,005 mm RMS Vx'=0,003 mm Vymax=-0,007 mm RMS Vy'=0,004 mm	Vxmax=0,009 mm RMS Vx'=0,006 mm Vymax=0,001 mm RMS Vy'=0,005 mm

Analiza dokładności:

Do analizy dokładności otrzymanych wartości poprawek dla obu zdjęć przyjęto, że maksymalna wartość poprawki Vx_max oraz Vy_max będzie wynosiła ok 10µm. Przekroczenie tej wartości powodowało konieczność ponownego wyznaczenia parametrów transformacji. Średnia kwadratowa RMS z tych wartości nie powinna przekraczać kilku µm.

Wnioski:

Zawartość pliku 46_KS.OIparam:

BEGIN_OI_PARAMS

BEGIN_IMG2PHOTO

0.02101205097976489900 0.00001781164409747149 -121.09512451184392000000

0.00001764075873085134 -0.02101072365921001100 118.23949013809478000000

END_IMG2PHOTO

BEGIN_PHOTO2IMG

47.59170288939334600000 0.04034541471177632800 5758.35277068639430000000

0.03995835057253938100 -47.59470936614130200000 5632.41294157507950000000

END_PHOTO2IMG

END_OI_PARAMS

Zawartość pliku 47_KS.OIparam:

BEGIN_OI_PARAMS

BEGIN_IMG2PHOTO

0.02101157095202946900 -0.00000230319401025789 -120.78406576222177000000

-0.00000231485246468023 -0.02101023959249290200 118.28404063916500000000

END_IMG2PHOTO

BEGIN_PHOTO2IMG

47.59282334065149900000 -0.00521717021720391470 5749.07184074402720000000

-0.00524372287689123250 -47.59583919279229000000 5629.19484403709880000000

END_PHOTO2IMG

END_OI_PARAMS

4. Orientacja wzajemna zdjęć – pomiar 6. punktów w strefach Gruber’a i 9. dodatkowych punktów homologicznych.

Na tym etapie stworzony został lokalny układ współrzędnych dla pary zdjęć, gdzie początek

tego układu zlokalizowany został w środku lewego zdjęcia, a oś odciętych pokrywa się z poziomą bazą fotografowania. Następnie pomierzono 15 punktów homologicznych zlokalizowanych w strefie podwójnego pokrycia. Sześć spośród tych punktów zlokalizowano w strefach Gruber'a, a pozostałe wypełniły przestrzenie między tymi punktami, tak, aby rozmieszczenie wszystkich było jak najbardziej równomierne. Na podstawie znanych współczynników transformacji afinicznej wyznaczono współrzędne tłowe punktów homologicznych. Następnie ułożono równania poprawek do paralaks poprzecznych i stosując metodę najmniejszych kwadratów uzyskano parametry kątowe orientacji wzajemnej:

- κ', κ'' - kąt skręcenia zdjęcia odpowiednio: lewego i prawego

- ϕ', ϕ'' – kąt nachylenia podłużnego zdjęcia odpowiednio: lewego i prawego

- ∆ω = ω'' – kat nachylenia poprzecznego prawego zdjęcia

-Liczba równań poprawek: n=15*1=15

-Liczba niewiadomych (parametrów): u=5

-Liczba obserwacji nadliczbowych: r=15-5=10

Szkic rozmieszczenia punktów:

Pierwszym plikiem, który został uzyskany podczas pomiaru 6. punktów w strefach Gruber’a i 9. dodatkowych punktów homologicznych jest plik z rozszerzeniem .hmlg, który zawiera współrzędne pikselowe zdjęcia lewego i prawego.

Struktura pliku 46_47_KS.hmlg:

BEGIN_HOMOLOG_POINTS

10000 5589.00000000000000000000 5930.50000000000000000000 1358.50000000000000000000 6253.50000000000000000000

10001 10204.00000000000000000000 6113.50000000000000000000 5938.50000000000000000000 6362.50000000000000000000

10002 5628.50000000000000000000 1293.50000000000000000000 1338.00000000000000000000 1672.50000000000000000000

10003 10254.50000000000000000000 855.50000000000000000000 5895.50000000000000000000 1154.00000000000000000000

10004 5727.00000000000000000000 10617.00000000000000000000 1538.50000000000000000000 10932.0000000000000000000

10005 10643.50000000000000000000 10105.00000000000000000000 6436.00000000000000000000 10354.0000000000000000000

10006 5208.50000000000000000000 3815.00000000000000000000 980.00000000000000000000 4164.00000000000000000000

10007 10318.50000000000000000000 3747.00000000000000000000 6015.00000000000000000000 4009.0000000000000000000

10008 5827.00000000000000000000 8701.50000000000000000000 1620.50000000000000000000 9011.50000000000000000000

10009 10222.00000000000000000000 8157.00000000000000000000 5982.50000000000000000000 8403.5000000000000000000

10010 7840.00000000000000000000 869.50000000000000000000 3512.50000000000000000000 1213.50000000000000000000

10011 7986.00000000000000000000 3160.00000000000000000000 3697.50000000000000000000 3468.5000000000000000000

10012 8170.50000000000000000000 6475.00000000000000000000 3931.00000000000000000000 6754.0000000000000000000

10013 8122.50000000000000000000 8037.50000000000000000000 3896.50000000000000000000 8314.50000000000000000000

10014 8534.50000000000000000000 10230.00000000000000000000 4324.50000000000000000000 10507.5000000000000000000

END_HOMOLOG_POINTS

Parametry kątowe orientacji wzajemnej zostały wygenerowane do pliku 46_47_KS.ORparam.

Struktura pliku 46_47_KS.ORparam:

BEGIN_OR_PARAMS

-0.0038773155344077907 -0.019142067590853407 0.016004515069238681 0.026164640379714076 0.016846253042416454

END_OR_PARAMS

Zrzut ekranowy wartości paralaks poprzecznych:

P_max= -0,009 mm

RMS P_y= 0,006 mm

Analiza dokładności:

Również na tym etapie przeprowadzono analizę dokładności otrzymanych wyników, a dokładnie wielkości otrzymanych paralaks poprzecznych na poszczególnych punktach homologicznych. Podobnie jak w poprzednim etapie, tak i tutaj maksymalna wartość nie powinna przekraczać wartości połowy piksela, tj. ok 10µm, natomiast średnia wartość powinna wynosić kilka µm.

Wnioski:

5. Orientacja bezwzględna modelu – pomiar fotopunktów.

5. Orientacja bezwzględna modelu

W tym etapie należało pomierzyć współrzędne pikselowe fotopunktów, które mają znane

współrzędne w układzie terenowym (dane o nich zawarto w pliku 46_47_KS.OActrl), a następnie na podstawie znanych współczynników transformacji afinicznej przetransformować te punkty do układu tłowego zdjęć, potem do układu modelu (znając kątowe parametry orientacji wzajemnej). Mając współrzędne terenowe fotopunktów oraz ich współrzędne w układzie modelu ułożono równania poprawek Vx, Vy, Vz i metodą najmniejszych kwadratów wyznaczono siedem parametrów konforemnej przestrzennej transformacji przez podobieństwo: - k - współczynnik zmiany skali,

- Ω - kąt pochylenia poprzecznego modelu,

- Φ - kąt pochylenia podłużnego modelu,

- K - kąt skręcenia modelu,

- parametry translacji Xo, Yo, Zo.

-Liczba równań poprawek: n= 6 fotopunktów * 3 współrzędne =18

-Liczba niewiadomych (parametrów): u=7

-Liczba obserwacji nadliczbowych: r=18-7=11

Parametry transformacji bezwzględnej zostały wygenerowane do pliku z rozszerzeniem

.OAparam. Wartości pomierzonych współrzędnych pikselowych fotopunktów na obu zdjęciach wygenerowano do pliku z rozszerzeniem .OAhmlg, oraz utworzono plik .jpg z wartościami dx, dy, dz – stanowiącymi różnice między współrzędnymi terenowymi fotopunktów a współrzędnymi wyznaczonymi fotogrametrycznie.

Szkic rozmieszczenia fotopunktów:

Struktura pliku 46_47_KS.OAparam:

base 90.00000000000000000000

BEGIN_OA_PARAMS

om 0.00305621610342008240

fi -0.00066446398975532155

ka -0.01998290022290987900

k 8.22570400315522040000

Xo -5959853.19914947920000000000

Yo 7465352.84362105000000000000

Zo 2582.20937324813670000000

END_OA_PARAMS

Struktura pliku 46_47_KS.OAhmlg:

BEGIN_HOMOLOG_POINTS

71308 10565.00000000000000000000 10615.00000000000000000000 6367.00000000000000000000 10868.5000000000000000000

71408 5822.00000000000000000000 10675.5000000000000000000 1643.50000000000000000000 10989.5000000000000000000

84504 6084.50000000000000000000 831.50000000000000000000 1773.00000000000000000000 1210.00000000000000000000

8452 6156.00000000000000000000 6941.50000000000000000000 1945.50000000000000000000 7250.00000000000000000000

84604 10634.5000000000000000000 430.50000000000000000000 6271.50000000000000000000 728.00000000000000000000

8461 9201.00000000000000000000 9440.50000000000000000000 4986.00000000000000000000 9706.00000000000000000000

END_HOMOLOG_POINTS

Różnice współrzędnych:

RMS dX=0,146 m

RMS dY=0,205 m

RMS dZ=0,089 m

Analiza dokładności:

Analizą dokładności otrzymanych wyników na etapie orientacji bezwzględnej było

przeanalizowanie wartości dx, dy i dz. Dla celów zadania nie mogły one przekraczać 30 cm.

Wnioski:

wyznaczone wartości różnic współrzędnych geodezyjnych i fotogrametrycznych dla pomierzonych fotopunktów (dx, dy, dz) nie przekraczają 30 cm, a maksymalne wyniki wynoszą odpowiednio: dx=18 cm, dy=28 cm, dz=12 cm. Wartości średniokwadratowe różnic współrzędnych geodezyjnych i fotogrametrycznych fotopunktów (RMS dz, RMS dy, RMS dz) mieszczą się w wielkościach założonych w sprawozdaniu i są równe: RMS dx=0,146 m;

RMS dy=0,205 m; RMS dz=0,089 m.

6. Transformacja 3D – wyznaczenie współrzędnych przestrzennych punktów modelu w układzie terenowym.

Na etapie transformacji 3D wyznaczono współrzędne terenowe punktów homologicznych pomierzonych w etapie orientacji wzajemnej. Współrzędne terenowe wyznaczono na podstawie parametrów konforemnej przestrzennej transformacji przez podobieństwo zapisanych w pliku z rozszerzeniem OAparam. Etap ten zakończono wygenerowaniem pliku z rozszerzeniem OAApply

Struktura pliku 46_47_KS.OAApply:

ID type layer code X left Y left X right Y right X terr Y terr Z terr

BEGIN_OA_APPLY

10000 resti default default 5589.00000000000000000000 5930.50000000000000000000 1358.50000000000000000000 6253.50000000000000000000 -5959920.1308645206000000 7465311.78777976610000000 145.040960895301850000000

10001 resti default default 10204.00000000000000000000 6113.50000000000000000000 5938.50000000000000000000 6362.50000000000000000000 -5959147.52334028850000000 7465263.4036935586000000 135.08497397616520000000

10002 resti default default 5628.50000000000000000000 1293.50000000000000000000 1338.00000000000000000000 1672.50000000000000000000 -5959895.5021652207000000 7466087.31429040530000000 153.544818808161840000000

10003 resti default default 10254.50000000000000000000 855.50000000000000000000 5895.50000000000000000000 1154.00000000000000000000 -5959120.42340978240000000 7466142.3647765843000000 143.122080845800160000000

10004 resti default default 5727.00000000000000000000 10617.00000000000000000000 1538.50000000000000000000 10932.00000000000000000000 -5959914.9812840736000000 7464526.69859265260000000 145.99908776840493000000

10005 resti default default 10643.50000000000000000000 10105.00000000000000000000 6436.00000000000000000000 10354.00000000000000000000 -5959090.36185122280000000 7464594.02445695270000000 135.36798038982306000000

10006 resti default default 5208.50000000000000000000 3815.00000000000000000000 980.00000000000000000000 4164.00000000000000000000 -5959976.31687215810000000 7465669.35935859100000000 136.34029806429862000000

10007 resti default default 10318.50000000000000000000 3747.00000000000000000000 6015.0000000000000000000 4009.00000000000000000000 -5959119.15407242720000000 7465659.43591037490000000 135.81415709208068000000

10008 resti default default 5827.00000000000000000000 8701.50000000000000000000 1620.50000000000000000000 9011.50000000000000000000 -5959890.88464015160000000 7464846.61033630000000000 144.92040478677200000000

10009 resti default default 10222.00000000000000000000 8157.00000000000000000000 5982.50000000000000000000 8403.50000000000000000000 -5959153.43207142040000000 7464921.64005757030000000 137.63339237999799000000

10010 resti default default 7840.00000000000000000000 869.50000000000000000000 3512.50000000000000000000 1213.50000000000000000000 -5959523.92891728510000000 7466149.8324463330000000 147.84372863821000000000

10011 resti default default 7986.00000000000000000000 3160.00000000000000000000 3697.50000000000000000000 3468.50000000000000000000 -5959507.4705102919000000 7465767.12008716170000000 140.24962946572487000000

10012 resti default default 8170.50000000000000000000 6475.00000000000000000000 3931.00000000000000000000 6754.00000000000000000000 -5959488.8038685229000000 7465210.37424106340000000 134.56421204369917000000

10013 resti default default 8122.50000000000000000000 8037.50000000000000000000 3896.50000000000000000000 8314.50000000000000000000 -5959503.5373946428000000 7464948.88366740290000000 138.302842179491110000000

10014 resti default default 8534.50000000000000000000 10230.0000000000000000000 4324.50000000000000000000 10507.50000000000000000000 -5959444.1431038342000000 7464582.0307676606000000 143.32342605406120000000

END_OA_APPLY

koljeno: nr pkt homologiczneg, typ punktu, warstwa, kod punktu, współrzędne pikselowe punktów homologicznych na zdjęciu lewym, prawym, współ pkt homologicznych w ukłądzie terenowym