Opis programu DDPS

Program przeznaczony jest do realizacji zagadnień fotogrametrycznych związanych z pomiarem współrzędnych na zdjęciach cyfrowych bez odwoływania się do obserwacji stereoskopowych.

Oprogramowanie umożliwia pomiar współrzędnych pikselowych na zdjęciach cyfrowych i ich przeliczenie na współrzędne tłowe zdjęcia. Funkcja ta umożliwia rozwiązywanie zadań fotogrametrycznych wykorzystujących pomiar współrzędnych tłowych w układzie znaczków tłowych.

Dane projektu

Zdjęcia lotnicze

- stereopara zdjęć fragmentu obszaru M. Olsztyn, w 3 szeregach( na zajęciach wykorzystane były 2 szeregi nr 8, 9) w formacie .BMP(format pliku z grafiką bitmapową. Opracowany pierwotnie dla systemu OS/2, wykorzystywany później także w interfejsach systemów z rodziny Microsoft Windows™, jednak jako wolny od patentów jest dostępny i – mimo dużych rozmiarów – popularny jako format przechowywania danych również na wszystkich pozostałych platformach. Zawiera w sobie prostą kompresję bezstratną RLE (która nie musi być użyta), informację o użytych kolorach. Obsługuje tryby RGB oraz RGBA.

- powstały w wyniku rejestracji kamerą LMK o Ck=305,335mm

- skala zdjęć Mz=8000

- zeskanowane skanerem Ps2002 (PhotoScan 2002) o pikselu P_HV=21 μm

- zeskanowano je jako RBG i zapisano w formacie TIFF(komputerowy format plików graficznych. Służy do zapisywania grafiki rastrowej.

Metryka kalibracji kamery (stała kamery, numery znaczków tłowych i ich współrzędne tłowe, wartości poprawek dystorsji radialnej wyrażone w mm, interwał do 10 mm)

OActrl numery i współrzędne terenowe fotopunktów

Fotopunkt – pkt o znanych współrzędnych jednoznacznie identyfikowany na zdjęciu który jest sygnalizowany w sposób sztuczny lub naturalny (F-punkt – pełny fotopunkt XYZ; P-punkt XY, Z-punkt Z)

Punkt kontrolny – fotopunkt który nie jest traktowany jako punkt dowiązania ale jako pkt nowowyznaczany

Warunek opracowania fotogrametrycznego – min 3 fotopunkty rozmieszczone w trójkacie równobocznym

Optimum 4 w naroznikach obszaru podwójnego pokrycia

Super 5 i piaty w środku obszaru podwójnego pokrycia

Naturalny np. środek studzienki, kratki wywietrznika, narożniki ogrodzenia budynków

Sztuczny

l=3d

Orientacja wewnętrzna zdjęć cyfrowych

Etap ten polega na wyznaczeniu parametrów transformacji afinicznej a₀, a₁, a₂, b₀, b₁, b₂. Współczynniki te wyznaczają zależności między współrzędnymi pikselowymi i współrzędnymi tłowymi.

Wyznaczenie parametrów transformacji afinicznej nastąpiło w oparciu o punkty dostosowania, którymi na etapie orientacji wewnętrznej były znaczki tłowe. Ponieważ znane były współrzędne tłowe tych znaczków (z metryki kalibracji kamery), a także pomierzone zostały na tym etapie ich współrzędne pikselowe, to pary tych obserwacji pozwoliły na utworzenie 16 równań poprawek i wyznaczenie metodą najmniejszych kwadratów współczynników transformacji afinicznej.

Elementy orientacji wewnętrznej pozwalają na odtworzenie wiązki promieni rzucających. Są to elementy liniowe określające położenie środka rzutów S w stosunku do płaszczyzny obrazowej.

Elementami orientacji wewnętrznej zdjęcia są:

- odległość obrazowa kamery fotogrametrycznej oznaczona symbolem f lub Ck ( f = Ck ),

- współrzędne punktu głównego zdjęcia o (x, y) stanowiącego rzut prostokątny środka rzutów S na płaszczyznę obrazową.

.OIparam zawiera współczynniki transformacji afinicznej oddzielnie dla każdego zdjęcia: lewego i prawego.

Dodatkowo zrobione zostały zrzuty ekranowe zawierające współrzędne pikselowe i poprawki do tych współrzędnych (również oddzielnie dla każdego zdjęcia).

Transformacja afiniczna – jest to nieco zmodyfikowana dwuwymiarowa transformacja konforemna, włączająca dla kierunków x i y różne współczynniki skalowe. Mimo że nie zachowuje ona kształtu, linie równoległe po tej transformacji pozostają równoległe. Oprócz poprawienia skurczu za pomocą współczynników skalowych transformacja afiniczna wprowadza również przesunięcie początku układu współrzędnych z układu współrzędnych komparatora do układu współrzędnych zdjęcia oraz stosuje obrót o kąt skręcenia obydwu układów. Obliczenia w transformacji afinicznej wykonuje się dwuetapowo 1. Określa się współczynniki a i b wykorzystując punkty, które znane są w obu układach

2. przelicza się wszystkie punkty wykorzystując obliczone współczynniki

Transformacja konforemna przez podobieństwo (helmerta) – Realizuje ona jednolitą zmianę skali, obrót układu współrzędnych x_s y_s a także dwa przesunięcia, zachowuje kąty w skali. Musimy mieć znaczki tłowe z pomierzonymi wsp tłowymi z uwzględnieniem kalibracji kamery. Możemy wtedy ułożyć równania obserwacyjne rozwiązać je metodą podstawienia i wyznaczyć niewiadome: a₀, b₀, a, b. Zakładamy tu, że: osie układu są ortogonalne, zniekształcenia skali wzdłuż obu osi są jednakowe. Dwuetapowa

Transformacja rzutowa – to ośmioparametrowe przekształcenie płaszczyzny zdjęcia na powierzchnię terenu. W parametrach transformacji zawarte są elementy orientacji zewnętrznej i wewnętrznej za wyjątkiem dystorsji. Proces transformacji polega na tym iż najpierw definiujemy punkt główny, poprawiamy piksele o współczynniki radialne i obraz skorygowany o dystorsję radialną przekształcamy rzutowo. Po transformacji zmienia się poziom szarości pikseli.

Transformacja bilinearna (pseudoafiniczna)– aby wyznaczyć współczynniki potrzeba co najmniej 4 znaczków tłowych. Transformacja ta nie powinna być stosowana w przypadku kamer z 4 znaczkami tłowymi, ponieważ brak będzie obserwacji nadliczbowych tzn. układ równań będzie słabo określony

Orientacja wzajemna zdjęć (wg Schuta)

Celem jej jest określenie położenia zdjęć, takiego jakie zajmowały w momencie ich wykonania lub inaczej polega na doprowadzeniu zdjęć do takiego położenia aby patrząc przez okulary systemu obserwacyjnego autografu, widać było stereoskopowy model terenu na powierzchni całego stereogramu.

Na etapie tym 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 Grubera 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 w oparciu o te równania stosując metodę najmniejszych kwadratów uzyskano parametry kątowe orientacji wzajemnej.

W zależności od przyjętych warunków wyjściowych można w różny sposób zdefiniować elementy orientacji wzajemnej:

1. Przyjęcie środków rzutów dwóch kolejnych zdjęć za początki układów współrzędnych, przyjęcie że lewe zdjęcie jest pionowe i układ tłowy pierwszego zdjęcia równoległy do układu lokalnego ( Δϕ Δω Δϰ β=ar ctg(bz/bx) – kąt nachylenia bazy b względem przyjętego układu odniesienia, α=ar ctg (by/bx) –kąt zwrotu bazy b w stosunku do przyjętego układu współrzednych dla pierwszego zdjęcia)

2. Oś kamery pierwszego zdjęcia leży w płaszczyźnie pionowej (, ϰ₁ ϰ_2, ϕ₁ ϕ₂ ω₂)

hlmg – współrzędne pikselowe 15 punktów dla zdjęcia lewego i prawego

ORparam – 5 kątowych elementów orientacji wzajemnej kąt skręcenia zdjęcia lewego prawego, ϰ₁ ϰ₂, kąt nachylenia podłużnego zdjęcia ϕ₁ ϕ₂ , kąt nachylenia poprzecznego zdjęcia prawego ω₂ = różnica kątów nachylenia poprzecznego zdjęć Δω

Paralaksa – widoczne przemieszczenie położenia ciała w stosunku do punktu lub układu odniesienia, spowodowane przesunięciem punktu obserwacji

Orientacja bezwzględna modelu

Orientacja bezwzględna modelu doprowadza model przestrzenny do właściwego położenia w przyjętym układzie współrzędnych terenowych. Orientacja bezwzględna obejmuje czynności, które modelowi optycznemu nadają skalę oraz poziomują go, a także przyporządkowują mu prostokątny układ współrzędnych terenowych

W tym etapie należało pomierzyć współrzędne pikselowe fotopunktów, które mają znane współrzędne w układzie terenowym. Na podstawie znanych współczynników transformacji afinicznej przetransformowano te punkty do układu tłowego, a następnie do układu modelu znając kątowe parametry orientacji wzajemnej. Ponadto mając współrzędne terenowe fotopunktów oraz ich współrzędne w układzie modelu ułożono równania poprawek Vx, Vy, Vz i metodą najmniejszych kwadratów wyznaczono siedem parametrów orientacji bezwzględnej modelu (konforemna przestrzenna transformacja przez podobieństwo).

. Skalę modelu określa się przez porównanie tych samych odcinków pomierzonych na obiekcie i na modelu. Żądaną skalę można nadać modelowi przez zmianę długości bazy, to jest odległości pomiędzy środkami rzutów rozpatrywanych wiązek promieni. Do przeprowadzenia orientacji bezwzględnej modelu potrzebna jest znajomość współrzędnych terenowych kilku punktów a mia­nowicie — co najmniej dwóch punktów sytuacyjnych oraz trzech punktów wyso­kościowych (nie leżących na jednej prostej).

orientacja bezwzględna składa się z dwu podstawowych czynności:

- skalowania modelu terenu, - Skalowanie modelu stereoskopowego polega na doprowadzeniu do równości odpowiadających sobie odcinków na modelu i w terenie z uwzględnieniem skali.

• poziomowania modelu terenu. - na obróceniu modelu o takie kąty, aby współrzędnych przestrzennych modelu odpowiadały osiom współrzędnych w układzie terenowym- geodezyjnym.

OAhlmg – współrzędne pikselowe fotopunktów

OAparam – 7. Parametrów orientacji bezwzględnej modelu

Ω – kąt nachylenia podłużnego modelu

Φ – kąt nachylenia poprzecznego modelu

Κ – kąt skręcenia modelu

K –współczynnik zmiany skali

XoYoZo – współrzędne środka rzutu lewego zdjęcia = początek układu współrzędnych modelu

Transformacja 3D

Na tym etapie wyznaczono współrzędne terenowe punktów homologicznych pomierzonych w etapie orientacji wzajemnej, które zostały wtedy pomierzone. Współrzędne terenowe wyznaczono na podstawie parametrów konforemnej przestrzennej transformacji przez podobieństwo.

Plik OAApply – współrzędne pikselowe zdjęcie lewe prawe i współrzędne terenowe pkt homologicznych

Warunek komplanarności

Dwa środki rzutów O₁ i O₂, pkt przedmiotu A oraz dwa obrazy tego punktu a’ i a’’ na zdjęciach stereogramu leżą na wspólnej płaszczyźnie – jest to podstawowy warunek orientacji wzajemnej i fotogrametrycznego wcięcia w przód. Warunek ten określa funkcja F_i, która jest iloczynem mieszanym trzech wektorów F_i = B R_1i x R_2i = 0

Jedno równanie określające komplemarność trzech wektorów B, R1, R2 można zapisać dla każdego punktu przedmiotu.

Warunek kolinarności

Wektor r’ – wektor obrazowy wychodzący ze stanowiska naświetlenia zdjęcia 0 do pkt obrazu P’

Wektor λRr’ – wektor przedmiotowy wychodzący ze stanowiska środka rzutów O do pkt przedmiotu λR

Wektory te są kolinearne tzn jeden jest skalarną wielokrotnością drugiego, zatem r’ = λRr’ i punkt przedmiotu P, środek rzutów O i pkt obrazu P’ leżą na jednej prostej. Warunek ten może być zakłócony, gdyż zniekształcenie obrazu spowodowane dystorsją obiektywu, refrakcją atm itp mogą spowodować odchylenie promienia od kolinearności – można je wyeliminować za pomocą poprawek