Uniwersytet Warmińsko‑Mazurski Olsztyn, 21.02.2013 r.

Wydział Geodezji i Gospodarki Przestrzennej

Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji

Sprawozdanie 5

Analityczna orientacja i opracowanie

pary cyfrowych zdjęć lotniczych w programie DDPS

Wykonała:

xxx

1. Opis programu DDPS.

DDPS jest oprogramowaniem umożliwiającym wprowadzenie danych kalibracji kamery fotograficznej i współrzędnych fotopunktów, a także przeprowadzenie orientacji wewnętrznej, zewnętrznej i wzajemnej zdjęć lotniczych, wygenerowanie obrazów epipolarnych, generowanie numerycznego modelu terenu metodą korelacji obrazów, generowanie ortoobrazów cyfrowych oraz wizualizację i generowanie widoków 3D.

1. Dane do projektu.

• zdjęcia lotnicze w postaci cyfrowej

- zeskanowane zdjęcia RGB w formacie BMP, numery 2976 i 2975,

- rozdzielczość: 1210x1210 DPI; 11236x11174 pikseli - 125,55 MPikseli,

• metryka kalibracji kamery - plik LMK 2030_273507_07_09.cc zawierająca faktyczne położenie ośmiu znaczków tłowych i współrzędne tłowe (wymagane dla modułu: orientacja wewnętrzna):

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

Opis: focale – stałą kamery, unit – jednostki,

kolumny: numer znaczka tłowego, współrzędne tłowe znaczków tłowych.

Poniżej – wartości promienia radialnego, poprawki do promienia radialnego.

• współrzędne fotopunktów - plik *.OActrl :

BEGIN_TERRAIN_POINTS

84604 -5959053.879 7466213.389 138.551 ctrl

97602 -5958152.732 7466640.441 165.965 ctrl

9761 -5958329.891 7466154.123 148.283 ctrl

9762 -5958171.595 7467222.162 168.708 ctrl

9763 -5958908.011 7467228.842 180.054 ctrl

97702 -5958884.136 7466674.663 171.111 ctrl

END_TERRAIN_POINTS

Opis kolumn: numer fotopunktu, współrzędne w układzie terenowym: X, Y, Z, ctrl - znacznik, że ten punkt jest fotopunktem.

• opis topograficzny umożliwiający identyfikację fotopunktu na zdjęciu i w terenie (wymagane dla modułu: orientacja zewnętrzna zdjęcia i bezwzględna modelu)

1. Orientacja wewnętrzna zdjęć cyfrowych.

Etap ten polega na pomierzeniu współrzędnych pikselowych ośmiu punktów dostosowania, którymi są znaczki tłowe. Znane były ich współrzędne (zapisane w pliku LMK 2030_273507_07_09.cc). Dzięki temu możliwe było wyznaczenie parametrów transformacji afinicznej, poprzez utworzenie 16 równań poprawek i wyznaczenie metodą najmniejszych kwadratów współczynników transformacji afinicznej.

Etap ten zakończył się wygenerowaniem pliku z rozszerzeniem *.OIparam zawierający współczynniki transformacji afinicznej między układem pikselowym a tłowym oraz między tłowym a pikselowym oddzielnie dla każdego ze zdjęć: lewego i prawego (współczynniki transformacji afinicznej a₀, a₁, a₂, b₀, b₁, b₂ ). Ponadto zostały przeze mnie utworzone dwa zrzuty ekranowe także dla obydwu zdjęć, zawierające poprawki do współrzędnych znaczków tłowych w układzie pikselowym wyrażone w milimetrach oraz współrzędne pikselowe.

x’=a₀+a₁x’_s+a₂y’_s

y’= b₀+b₁x’_s+b₂y’_s

Zdjęcie lewe - plik 76_br.IOparam:

BEGIN_OI_PARAMS

BEGIN_IMG2PHOTO

0.02101154432925338200 0.00002212988029193100 -115.27911735663446000000

0.00002162260655328178 -0.02101038550920018100 116.57369448016470000000

END_IMG2PHOTO

BEGIN_PHOTO2IMG

47.59283269940525000000 0.05012874870964284500 5480.61606756548920000000

0.04897960822446378900 -47.59545765486038200000 5554.02468145921380000000

END_PHOTO2IMG

END_OI_PARAMS

Zdjęcie prawe - plik 75_br.IOparam:

BEGIN_OI_PARAMS

BEGIN_IMG2PHOTO

0.02101122556451534600 0.00001365683847128797 -115.16722277751626000000

0.00001314957772414983 -0.02101023447843777100 116.53988176670468000000

END_IMG2PHOTO

BEGIN_PHOTO2IMG

47.59358699738537300000 0.03093630727268548200 5477.61593676997930000000

0.02978712262417460000 -47.59583200119495000000 5550.24315520548860000000

END_PHOTO2IMG

END_OI_PARAMS

Opis – kolejno: a₀, a₁, a₂, b₀, b₁, b_2.

Zrzuty ekranowe:

zdjęcie lewe nr 2976: zdjęcie prawe nr 2975:

Opis kolumn na zrzutach ekranowych - kolejno: numer punktu, współrzędna y w układzie tłowym

(x-ucięta), poprawki x, y do współrzędnych znaczków tłowych wyrażone w milimetrach, współrzędne x, y w układzie pikselowym.

Obliczenie wartości RMS Vx', RMS Vy':

Zdjęcie lewe:

$$\text{RMS\ V}x^{'} = \sqrt{\frac{\sum_{1}^{n}{Vx^{'2}}}{n}} = 0,004\ mm$$

$$\text{RMS\ V}y^{'} = \sqrt{\frac{\sum_{1}^{n}{Vy^{'2}}}{n}} = 0,005\ mm$$

Zdjęcie prawe:

$$\text{RMS\ V}x^{'} = \sqrt{\frac{\sum_{1}^{n}{Vx^{'2}}}{n}} = 0,004\ mm$$

$$\text{RMS\ V}y^{'} = \sqrt{\frac{\sum_{1}^{n}{Vx^{'2}}}{n}} = 0,005\ mm$$

Analiza dokładności poprawek: Wielkości uzyskanych poprawek nie powinny być większe niż 10 μm. Poprawki mieszczą się w dopuszczalnych wartościach. Maksymalna poprawka wynosi 9,98 μm. Natomiast średnie kwadratowe poprawek wynoszą zdjęcie lewe: RMS Vx'=0,004 mm, RMS Vy’= 0,005 mm, zdjęcie prawe: RMS Vx'=0,004 mm, RMS Vy’= 0,005 mm. Otrzymane wyniki świadczą o poprawności wykonywanych pomiarów.

1. Orientacja wzajemna zdjęć.

Stworzony został lokalny układ współrzędnych dla pary zdjęć, gdzie początek tego układu zlokalizowany został w środku rzutów lewego zdjęcia. Pomierzono 15 punktów homologicznych położonych w strefie podwójnego pokrycia i wykonano proces iteracyjny. Sześć pośród nich znajdują się w tzn. strefach Grubera, pozostałe wypełniły przestrzenie między tymi punktami, tak, aby ich rozmieszczenie było jak najbardziej równomierne. Na podstawie znanych współczynników transformacji afinicznej wyznaczono współrzędne tłowe punktów homologicznych. Utworzono układ równań poprawek, rozwiązując go otrzymujemy 5 elementów orientacji wzajemnej zdjęć: κ₁, κ₂, φ₁ , φ₂, Δω₁ = Δω₂, które tworzą wektor niewiadomych x, gdzie:

κ – kąt skręcenia zdjęcia,

φ - kąt nachylenia podłużnego zdjęcia,

ω - kąt nachylenia poprzecznego zdjęcia.

Szkic rozmieszczenia punktów homologicznych :

Protokół pomiarów – plik *.hmlg, który zawiera współrzędne pikselowe na zdjęciu lewym i prawym:

BEGIN_HOMOLOG_POINTS

10000 5054.72690810329280000000 5913.31726939264440000000 1380.86666538483220000000 6475.23030248445050000000

10001 10106.74698838981600000000 5929.83132559320980000000 6476.18181753783480000000 6474.36363608764350000000

10002 5338.75100444712010000000 472.31726939264433000000 1620.14545382787260000000 1123.78787835855630000000

10003 9806.15261104315870000000 450.42168688256186000000 6091.66666599201740000000 1008.38181794262430000000

10004 4652.18875555890010000000 10355.39759053873400000000 1056.04848393464140000000 10948.85454516015300000000

10005 9445.23694824655470000000 10197.35341390838600000000 5907.56363548045830000000 10840.73333279361400000000

10006 5267.75903656172890000000 3443.83534165051470000000 1574.21818124779610000000 4027.73939341194050000000

10007 10032.74297233251100000000 3492.32931756455810000000 6346.11515073623740000000 4021.24848433943090000000

10008 4690.27309276229430000000 8413.32530150725320000000 1074.58181733543960000000 8981.19999939281480000000

10009 9268.22891613194410000000 8251.29317304881810000000 5678.09090826292960000000 8837.24848433943040000000

10010 7580.10441835550500000000 1022.90361462469150000000 3838.10302949958400000000 1615.33939361433540000000

10011 7507.31726939264440000000 3668.27309276229470000000 3811.58787795376660000000 4224.72121155696000000000

10012 7447.74698838981480000000 5942.83534165051420000000 3816.12121135456480000000 6496.24848433943130000000

10013 6800.68273147294260000000 8420.88755039547320000000 3194.61212042707440000000 8998.81212083186440000000

10014 6480.12048258472260000000 10304.71485993137900000000 2894.90302909479400000000 10918.13333259121800000000

END_HOMOLOG_POINTS

Opis kolejnych kolumn w pliku *.hmlg: numer punktu, współrzędne pikselowe x’, y’ na obrazie lewym, współrzędne pikselowe x’’, y’’ na obrazie prawym.

Również na tym etapie przeprowadzono analizę dokładności otrzymanych wyników – wielkości paralaks poprzecznych na poszczególnych punktach homologicznych. Ich wartość nie powinna przekraczać wartości połowy piksela czyli 10 μm. Zrzuty ekranowe otrzymanych paralaks:

Protokół obliczeń - plik *.ORparam – zawiera wyrażone w radianach kątowe elementy orientacji wzajemnej zdjęć: κ₁, κ₂, φ₁ , φ₂, ω.

BEGIN_OR_PARAMS

-0.00069768138118937923 -0.0049257879433544033 -0.02510418910600086 0.022709370917775959 0.037848176585590677

END_OR_PARAMS

Obliczenie wartości RMS p_Y

$$\text{RMS\ }p_{Y} = \sqrt{\frac{\sum_{1}^{n}p_{Y}^{2}}{n}} = 0,003\ mm$$

Analiza dokładności - Wartość paralaksy poprzecznej nie powinna przekraczać 10 µm. Na podstawie pomiaru 15 punktów homologicznych znajdujących się w obszarze podwójnego pokrycia dwóch zdjęć fotogrametrycznych otrzymano RMS p_Y­ równe RMS p_Y­ =0,003 mm, wartość maksymalna paralaksy wynosi p=-0,006 mm. Otrzymane wyniki świadczą o poprawności wykonywanych pomiarów.

1. Orientacja bezwzględna modelu.

Orientację bezwzględną wykonano w module Absolute Orientation, wykorzystując pliki z: elementami orientacji wzajemnej, współrzędnymi terenowymi fotopunktów.

Następnie został wykonany proces iteracyjny i uzyskano odchyłki w układzie terenowym w metrach.

Szkic rozmieszczenia fotopunktów: /napisać przy kropkach nr-y fotopunktów, brakuje 3 kropek/

Protokół pomiarów – plik *.OAhmlg:

BEGIN_HOMOLOG_POINTS

84604 5083.31940379334900000000 8144.16417950329740000000 1473.92638170104440000000 8711.49693336499330000000

97602 10386.75223969400800000000 5483.63283625693840000000 6748.45398903962270000000 6021.24539941219700000000

9761 9357.75223969400760000000 8371.65074668342820000000 5772.45398903962270000000 8960.26380430458270000000

9762 10228.75000000000000000000 1988.75000000000000000000 6523.94478659342990000000 2521.24539941219700000000

9763 5807.54328412448380000000 2023.81194052184630000000 2092.76687221017530000000 2626.64417250407680000000

97702 6032.24776208738510000000 5394.13731386356080000000 2347.94478659342990000000 5952.26380430458270000000

END_HOMOLOG_POINTS

Opis kolejnych kolumn: numer fotopunktu, współrzędne pikselowe x’, y’ na obrazie lewym, współrzędne pikselowe x’’, y’’ na obrazie prawym.

Protokół obliczeń z analitycznego wyznaczenia siedmiu parametrów orientacji bezwzględnej modelu – plik *.OAparam.

base 90.00000000000000000000

BEGIN_OA_PARAMS

om -0.03238968127104070700

fi -0.00017337363515571014

ka -0.02686915433568112100

k 8.09380275810980090000

Xo -5959037.23823969900000000000

Yo 7466730.22016723450000000000

Zo 2580.81518077163040000000

END_OA_PARAMS

Plik ten zawiera: base 90- podłużna baza fotografowania wyrażona w skali zdjęcia, kątowe elementy orientacji modelu: om –Ω (kąt nachylenia poprzecznego), fi – Φ (kąt nachylenia podłużnego), ka – Κ (kąt skręcenia układu), k – współczynnik zmiany skali, współrzędne początku układu modelu X₀, Y₀, Z_0, tożsame ze środkiem lewego zdjęcia.

Zrzut ekranowy wyników pomiarów i obliczeń:

Opis kolumn: numer fotopunktu, współrzędne pikselowe x, y na zdjęciu lewym, współrzędne pikselowe x, y na zdjęciu prawym, współrzędne x, y geodezyjne, błędy wpasowanie modelu na fotopunktach dx, dy, dz.

$$RMS\ dx = \sqrt{\frac{\sum_{1}^{n}{dx^{2}}}{n}} = 0,10\ m$$

$$RMS\ dy = \sqrt{\frac{\sum_{1}^{n}{dy^{2}}}{n}} = 0,09\ m$$

$$RMS\ dz = \sqrt{\frac{\sum_{1}^{n}{dz^{2}}}{n}} = 0,08\ m$$

Analiza dokładności – błędy wpasowania modelu na fotopunktach nie powinny przekraczać 20 µm. Najwyższa wartość dX=0,198. Średnie kwadratowe poprawek wynoszą: RMS dx=0,10 m, RMS dy=0,09m, RMS dz=0,08m. Otrzymane wyniki świadczą o poprawności wykonanych pomiarów,

1. Transformacja 3D.

Wyznaczenie współrzędnych przestrzennych punktów modelu w układzie terenowym – protokół obliczeń - plik *.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 5054.72690810329280000000 5913.31726939264440000000 1380.86666538483220000000 6475.23030248445050000000 -5959048.53926767690000000000 7466592.83515750150000000000 171.30374296142099000000

10001 resti default default 10106.74698838981600000000 5929.83132559320980000000 6476.18181753783480000000 6474.36363608764350000000 -5958199.99050836540000000000 7466566.44679119160000000000 162.20243008484204000000

10002 resti default default 5338.75100444712010000000 472.31726939264433000000 1620.14545382787260000000 1123.78787835855630000000 -5958978.49697031360000000000 7467480.90103984620000000000 183.90681639608420000000

10003 resti default default 9806.15261104315870000000 450.42168688256186000000 6091.66666599201740000000 1008.38181794262430000000 -5958235.24561959690000000000 7467479.35948153680000000000 158.73928395910752000000

10004 resti default default 4652.18875555890010000000 10355.39759053873400000000 1056.04848393464140000000 10948.85454516015300000000 -5959137.23190303990000000000 7465836.79379013550000000000 134.85677314145460000000

10005 resti default default 9445.23694824655470000000 10197.35341390838600000000 5907.56363548045830000000 10840.73333279361400000000 -5958317.02961795590000000000 7465836.36757346890000000000 138.05456169290528000000

10006 resti default default 5267.75903656172890000000 3443.83534165051470000000 1574.21818124779610000000 4027.73939341194050000000 -5959002.59704155100000000000 7466999.37108867240000000000 176.38899068957608000000

10007 resti default default 10032.74297233251100000000 3492.32931756455810000000 6346.11515073623740000000 4021.24848433943090000000 -5958209.13015913680000000000 7466973.89502129520000000000 170.63211020805284000000

10008 resti default default 4690.27309276229430000000 8413.32530150725320000000 1074.58181733543960000000 8981.19999939281480000000 -5959121.33700728320000000000 7466170.90669289420000000000 143.83110904036357000000

10009 resti default default 9268.22891613194410000000 8251.29317304881810000000 5678.09090826292960000000 8837.24848433943040000000 -5958344.89032629040000000000 7466175.16907026620000000000 148.96194686426179000000

10010 resti default default 7580.10441835550500000000 1022.90361462469150000000 3838.10302949958400000000 1615.33939361433540000000 -5958612.33427117670000000000 7467386.42510114890000000000 179.31721589450081000000

10011 resti default default 7507.31726939264440000000 3668.27309276229470000000 3811.58787795376660000000 4224.72121155696000000000 -5958631.49455104020000000000 7466954.79308672160000000000 167.39515618803716000000

10012 resti default default 7447.74698838981480000000 5942.83534165051420000000 3816.12121135456480000000 6496.24848433943130000000 -5958645.57814744580000000000 7466575.29432587330000000000 143.14401324819028000000

10013 resti default default 6800.68273147294260000000 8420.88755039547320000000 3194.61212042707440000000 8998.81212083186440000000 -5958763.95645274690000000000 7466157.00791197830000000000 138.25988314585857000000

10014 resti default default 6480.12048258472260000000 10304.71485993137900000000 2894.90302909479400000000 10918.13333259121800000000 -5958825.52766512330000000000 7465833.64674868990000000000 132.49447418050431000000

END_OA_APPLY

Opis kolumn: numery punktów, type- typ punktu, layer- warstwa, code- kod, Xleft, Yleft, Xright, Yright- współrzędne pikselowe na zdjęciu lewym i na zdjęciu prawym, Xterr, Yterr, Zterr- współrzędne terenowe punktów.