1. Fotogrametria i Teledetekcja - definicja, podział fotogrametrii na działy, technologie i metody opracowania zdjęć.

Fotogrametria i Teledetekcja - to dziedzina nauk technicznych która zajmuje się pozyskiwaniem wiarygodnych informacji o obiektach fizycznych i ich otoczeniu drogą rejestracji pomiaru i interpretacji obrazów lub ich obrazów cyfrowych uzyskiwanych za pomocą sensorów nie będących w bezpośrednim kontakcie z tymi obiektami

Podziału fotogrametrii:

• Ze względu na zastosowania:

- fotogrametria topograficzna

- fotogrametria nietopograficzna

• Ze względu na miejsce fotografowania

- fotogrametria lotnicza (aerofotogrametria)

- fotogrametria satelitarna

- fotogrametria naziemna (terrofotogrametria)

- UAV - modele, motolotnie, balony, helikoptery

• Ze względu na metody opracowania

- fotogrametria jednoobrazowa - płaska

- fotogrametria dwuobrazowa (stereofotogrametria) - przestrzenna

• Ze względu na formę danych (zdjęć) i wyników opracowania - od metod

- fotogrametria analogowa - gałąź fotogrametrii, która zaczyna się na zdjęciach, a kontynuowana jest na skomputeryzowanych instrumentach

- fotogrametria numeryczna (analityczna) - gałąź fotogrametrii, która zaczyna się na zdjęciach, a kontynuowana jest na optycznych instrumentach

- fotogrametria cyfrowa - gałąź w której obraz nie jest rejestrowany fotogrametrycznie lecz przy pomocy elektroniki w postaci cyfrowej, gdzie techniki komputerowe stymulują wizję i rozpoznanie

2. Promieniowanie elektromagnetyczne wykorzystywane do rejestracji obrazów fotogrametrycznych.

Promieniowanie nadfioletowe jest pierw­szym zakresem promieniowania krótkofalo­wego, którego część przylegająca do widma widzialnego, wykorzystując okno atmosfery­czne, dociera do powierzchni Ziemi. Promieniowanie to, zwane promieniowaniem nadfioletowym, wchodzi w skład widma elektromagnetycznego i zajmuje obszar falowy w granicach 10-400 nm. Chociaż nadfiolet przylega do widma widzialnego i na ten właś­nie zakres promieniowania przypada maksi­mum uczulenia halogenków srebra, stanowią­cych podstawowy składnik światłoczułych ma­teriałów fotograficznych, to jednak jest to jeden z najmniej zbadanych zakresów promie­niowania elektromagnetycznego.

Kolejnym zakresem promieniowania elektromagnetycznego, wykorzystywanym najpowszechniej w teledetekcji powierzchni Ziemi jest widmo widzialne, czyli światło. Metodą, rejestrującą informacje otrzymywane w tym zakresie widma jest fotografia.

Jak wiadomo, istnieje grupa związków chemicznych, w których pod wpływem działania światła następują zmiany w ich budowie. Substancje te są określane jako światłoczułe a reakcje chemiczne wywołane pod wpływem światła nazywa się reakcjami fotochemicznymi. Niektóre z tych substancji znalazły zastosowanie w fotografii. Należą do nich sole srebra, chromiany, związki dwufazowe i sole żelazowe. Najważniejsze, ze względu na znaczne uczulenie na działanie światła, są sole srebra, stąd wchodzą one w skład prawie wszystkich materiałów fotograficznych.

Promieniowanie podczerwone obejmuje znaczną część widma elektromagnetycznego, rozciągającą się od długofalowej granicy świat­ła aż do mikrofal. O ile krótkofalowa granica promieniowania podczerwonego została ściśle określona długością fali równą 760 nm, o tyle granicę długofalową przyjmuje się umownie przy długości fali równej 1000 μm. Granica ta występuje już w zakresie submilimetrowych fal radiowych. Cały ten ogromny obszar pod­czerwieni podzielono umownie na trzy podzakresy. Pierwszy z nich obejmuje promienio­wanie o długości fali 760-1500 μm, zwane podczerwienią bliską lub niekiedy podczer­wienią fotograficzną, gdyż można ją rejest­rować na odpowiednio uczulonym filmie foto­graficznym. Drugi podzakres stanowi podczer­wień środkowa, w granicach 1,5-10,0 μm. Wreszcie trzeci, od 10,0 do 1000 μm, to długofalowe promieniowanie podczerwone, zwane także podczerwienią daleką.

Kolejnym zakresem promieniowania elek­tromagnetycznego wykorzystywanym w zdal­nych badaniach Ziemi są mikrofale. Obej­mują one zakres między długofalowym pro­mieniowaniem podczerwonym a krótkimi fa­lami radiowymi. Współczesna technika wykorzystuje jednakże tylko pewne przedziały tego zakresu promieniowania. W systemie pasywnym jest stosowane tylko promieniowa­nie o długości fali od 3 mm do 30 cm, natomiast w systemie aktywnym od 8,3 mm do 133 cm.

3. Współczesne analogowe lotnicze kamery pomiarowe - klasyfikacja, budowa, działanie, wyposażenie dodatkowe

Kamery lotnicze dzielimy na:

-    kamery do wykonywania zdj. pojedynczych (migawkowe obejmujące zasięgiem ramki tłowe, wycinek fotografowanego obszaru)

-    kamery szczelinowe (bez migawki), dostarczające ciągłego pasa terenu na przesuwającym się odpowiednio do prędkości lotu filmie

-    kamery panoramiczne

Według orientacji kamery dzielimy:

-    kamery do wykonywania zdjęć pionowych lub prawie pionowych (w szeregach)

      - kamery do wykonania zdj. perspektywistycznych (o widocznej linii horyzontu)

      - kamery sprzężone - dwie kamery o wspólnym podwieszeniu o ustalonym kącie zbieżności

Podział kamer ze względu na kąt rozwarcia obiektywu

a)  wąskokątne WK   600 mm

b)  normalnokątne NK   300 mm

c) seminormalnokątne NSK 210 mm

d)  szerokokątne SK  150 mm

d)  nadszerokokątne NSK  90 mm

Elementy podstawowe:

• korpus

• stożek kamery

• pompa próżniowa

• zasobnik

• płyta dociskowa

• ramka tłowa

• film

• obiektyw - zespół soczewek

• filtr

• zawieszenie kamery

Etapami cyklu pracy kamery lotniczej są:

• przewinięcie błony fotograficznej,

• naciągnięcie migawki,

• wyrównanie błony fotograficznej w pła­szczyźnie ramki tłowej,

• ekspozycja.

4. Kamery pomiarowe, semimetryczne i niemetryczne przeznaczone do wykonania zdjęć naziemnych

Kamery pomiarowe - fototeodolity (19/1318 = 19 - stała kamery cm, 13x18 - format)

- wyposażona w ramkę tłową, w której wkładano specjalną płytkę szklaną

- umożliwiała wykonywanie zdjęć poziomych (nachylonych nie)

UMK 10/1318

- wyprodukowana przez firmę Zeiss

- uniwersalna kamera pomiarowa

- wykonywanie zdjęć na płytkach szklanych lub filmach

- wyposażona w różne stożki

• nadszerokokątna 65mm

•szerokokątne 100 mm

• normalnokątne 200 mm - do bardzo dokładnych pomiarów inżynierskich

•wąskokątne 300 mm - do bardzo dokładnych pomiarów inżynierskich

- ramka tłowa posiada tylko 4 znaczki tłowe

- obiektywy ognieskowane na różne odległości SNK - 8m NK - 2,4m WSK - 50m

Im krótsza odległość fotografowania tym większa poprawka do stałej kamery

Kamery semimetryczne

- korpus oparty na jednoobiektywowych lustrzankach

- nie gwarantowały stałości elementów orientacji wewnętrznej

- między obiektywem a płaszczyzną negatywu umieszczono siatkę Ressou (ok. 100 punktów ressou na siatce, łatwość korygowania dystorsji)

Kamery niemetryczne - są to kamery dla których nie została przeprowadzona kalibracja kamery

5. Fotogram, stereogram, szereg i blok zdjęć lotniczych - definicje i właściwości.

Fotogram-zdjęcie fotograficzne wykorzystywane do opracowania fotogrametrycznego, wyróżnia się zdjęcia metryczne wykonane kamerą metryczna i niemetryczne(nie są znane elementy orientacji wewnętrznej)

Stereogram-dwa zdjęcia tego samego obiektu wykonane z różnych miejsc w sposób umożliwiający uzyskanie sztucznego efektu stereoskopowego

Szeregi zdjęć-kolejne zdjęcia, wykonane w określonych odstępach czasu w czasie jednego przelotu fotogrametrycznego nad terenem, znajdują zastosowanie, gdy obiekt fotografowany wykracza poza zasięg pojedynczego zdjęcia w określonej skali lub gdy konieczne jest uzyskanie modelu stereoskopowego na podstawie dwóch lub kilku zdjęć pokrywających się częściowo-pokrycie podłużne(stosunek powierzchni dwukrotnie sfotografowanej do powierzchni pojedynczego zdjęcia)

Blok zdjęć-składa się on z kilku lub kilkunastu szeregów równoległych o wzajemnym pokryciu poprzecznym(stosunek długości wzajemnie pokrywających się części zdjęć sąsiednich szeregów do długości pojedynczego zdjęcia)

6. Rodzaje (przypadki) zdjęć lotniczych i naziemnych.

• Zdjęci lotnicze

-zdjęcia pionowe, kiedy kąt nachylenia ν=0^o, są to zdjęcia wykonane przy pionowym położeniu osi optycznej kamery, odznaczają się stałością skali i minimalna liczbą pól martwych, powstających na skutek nakładania na siebie obrazów przedmiotów terenowych.

-zdjęcia prawie pionowe- ν
3^o

-zdjęcia nachylone, ν>3^o, bez widocznego na zdjęciu horyzontu

-zdjęcia ukośne, z widocznym horyzontem

• Zdjęcia naziemne

-normalne -o osiach kamer równoległych, poziomych i prostopadłych do bazy fotografowania

-nachylone

-zwrócone w prawo-o osiach równoległych poziomych i tworzących jednakowe kąty z kierunkiem bazy

-zwrócone w lewo-tjw.

-zbieżne

7. Projekt nalotu fotogrametrycznego - warunku techniczne i parametry projektu.

Warunki techniczne

-pułap lotu-wysokość lotu, jaką może osiągnąć samolot przy maksymalnym obciążeniu (5000-8000m)

-stateczność samolotu-właściwość szybkiego powracania do położenia równowagi po niewielkich wychyleniach w czasie lotu oraz zdolność utrzymania stałego kursu

-prędkość wznoszenia-szybkość osiągania przez samolot zamierzonej wysokości lotu

-zasięg samolotu-maksymalna odległość, jaką może pokonać samolot, bez lądowania, z pełnym zapasem paliwa

-udźwig samolotu-ciężar, który może unieść samolot oprócz ciężaru własnego i maksymalnej ilości paliwa

Parametry (na kartce)

8. Parametry fotogrametrycznej oceny jakości szeregu i bloku zdjęć lotniczych.

-pokrycie obiektu zdjęciami

-przebieg osi szeregów

-pokrycie podłużne

-skala zdjęcia

-skręt zdjęć

9. Istota rzutu środkowego - zależność między współrzędnymi tłowymi zdjęcia i współrzędnymi terenowymi.

Rysunek

10. Układy współrzędnych stosowane w fotogrametrii

-układ współrzędnych tłowych zdjęcia

Początkiem układu współrzędnych tłowych może być punkt główny zdjęcia O', środek rzutów S', punkt najlepszej symetrii PPS. (Rysunek)

-układ współrzędnych transformowanych-początek układu znajduje się w środku rzutów zdjęcia, osie układu transformowanego są równoległe do osi układu terenowego X,Y,Z

-układ współrzędnych terenowych-początek układu znajduje się w środku masy Ziemi, oś Z pokrywa się z osią obrotu Ziemi, oś X przechodzi przez południk Greenwich, oś Y leży na 90^o długości wschodniej geograficznej w układzie prawoskrętnym

-układ współrzędnych modelu-najczęściej stosowany jest układ, którego początek znajduje się w środku rzutów lewego zdjęcia, kierunek osi X pokrywa się z kierunkiem bazy zdjęć, kierunek osi Z koincyduje z lewą osią kamery w położeniu pionowym, kierunek osi Y jest równoległy do osi y' zdjęcia w położeniu negatywowym.

Stosuje się też układ, w którym oś X pokrywa się z kierunkiem bazy, kierunek osi Z jest prostopadły do osi X i leży w płaszczyźnie wyznaczonej przez bazę i oś kamery na lewym stanowisku, kierunke osi Y jest prostopadły do płaszczyzny X, Z

-układ współrzędnych fotogrametrycznych-początkiem układu jest przedni punkt główny obiektywu kamery O na lewym stanowisku bazy, pozioma oś Y pokrywa się z osią kamery pomiarowej, oś X jest pozioma i prostopadła do osi Y w punkcie O, oś Z jest pionowa

-układ pikselowy-początkiem układu jest środek pierwszego piksela w lewym narożniku układu lub narożnik pierwszego piksela w lewym narożniku układu

11. Elementy orientacji wewnętrznej

-xo',yo'-współrzędne tłowe punktu głównege zdjęcia O' lub współrzędne punkty najlepszej symetrii(dla zdjęć lotniczych, gdyż poprawki spowodowane dystorsją radialna są najmniejsze)

-f-ogniskowa kamery tj. odległość między punktem głównym obrazowym obiektywu kamery a płaszczyzną obrazu

-współczynnik symetrycznej dystorsji radialnej

-współczynnik asymetrycznej dystorsji tangiecjalnej

-2 współczynniki modelujące zniekształcenia sensora(zdjęcia cyfrowe)

12. Elementy orientacji zewnętrznej

-współrzędne przestrzenne środka rzutów X_o,Y_o,Z_o

-ω kąt nachylenia poprzecznego względem osi X

-ϕ kąt nachylenia podłużnego względem osi Y

-ϗ kąt skręcenia zdjęcia względem osi Z

13. Punkty i linie szczególne zdjęcia

Rysunek

14. Skala zdjęcia fotogrametrycznego- wyznaczanie skali średniej zdjęcia

Skalą zdjęcia nazywamy stosunek długości odcinka na zdjęciu do jego rzeczywistej długości w terenie

• Skala zdjęcia (na podstawie stosunku wielkości ogniskowej kamery i wysokości fotografowania)

Gdzie:

M_z-mianownik skali zdjęcia

P1'P2'-odległość między punktami na zdjęciu

P1P2-odległość między punktami w terenie

f-ogniskowa kamery

H-wysokość fotografowania

Przy stałej wielkości ogniskowej kamery skala zdjęcia jest odwrotnie proporcjonalna do wysokości fotografowania

Przy zachowaniu stałej wysokości fotografowania, skala zdjęcia jest wprost proporcjonalna do wielkości ogniskowej kamery

• Średnia skala zdjęcia ( na podstawie pomiaru odcinka na zdjęciu l, którego długość rzeczywista może być wyznaczona na podstawie współrzędnych punktów lub pomierzona na mapie w znanje skali)

15. Zależność zniekształceń obrazu lotniczego od deniwelacji terenu Δh

Deniwelacje terenu powodują radialne przesunięcia obrazów punktów położonych powyżej lub poniżej płaszczyzny odpowiadającej średniej wysokości terenu. Punkty A i B, których rzut ortogonalny na płaszczyznę T oznaczono odpowiednio A_o,B_o, odwzorowują się na zdjęciu jako punkty A', B'. Należy te położenia skorygować o wartość odpowiednio Δr_A' iΔr_B' doprowadzając do położenia A_o',B_o'. pUnkt A, który leży poniżej płaszczyzny T należy przesunąć od punktu nadirowego, natomiast punkt B, który leży powyżej płaszczyzny T trzeba przesunąć do punktu nadirowego.

Wpływ deniwelacji terenu na położenie obrazu punktu jest tym większy, im bardziej jest on oddalony od punktu nadirowego, im większe jest przewyższenie tego punktu od średniej wysokości terenu oraz im mniejsza jest wysokość fotografowania.

16. Zależność zmiany skali zdjęcia lotniczego Mz od kata nachylenia ν

17. Wpływ czynników optycznych, deformacji podłoża i czynników fizycznych na na zniekształcenie obrazu.

Dystorsja powstaje na skutek różnicy kątów promieni chodzących do obiektywu i wychodzących z niego. Zależnie od kierunku odchylenia tych promieni w stosunku do osi optycznej obiektywu występuje zjawisko dystorsji radialnej dodatniej i ujemnej.

21. Zależność przewyższenia Δh od różnicy paralaks podłużnych Δpx dla zdjęć ściśle pionowych.

Czy chodzi o wirtualny znaczek pomiarowy?

22. Obraz cyfrowy - definicja, proces tworzenia (dyskretyzacja i kwantyzacja), modele barw, formaty zapisu obrazu cyfrowego.

Obraz cyfrowy- uporządkowany zbiór odpowiedzi spektralnych pomierzonych na elementarnych polach obiektu zapisany na elektronicznych nośnikach pamięci.

Proces tworzenia:
1. dyskretyzacja- przypisanie danemu pikselowi położenia

2. kwantyzacja- przypisanie danemu pikselowi poziomu jasności

te dwa etapy składaja się na proces digitalizacji.

Modele barw:
- RGB (Red, Green, Blue)- są to barwy podstawowe k=3 24 bity (3*8 bitów)
- CMYK (Cyjan, Magenta, Yellow, Carbon) - są to barwy dopełniajace k=4 32 bity (4*8 bitów)

Formaty zapisu:

- bmp

- JPG

- tiff

- png

23. Cechy geometryczne, radiometryczne i spektralne obrazów cyfrowych.

cechy geometryczne= rozdzielczość przestrzenna- wymiar terenowy piksela: Phv= P'hv*Mz

cechy radiometryczne= rozdzielczość radiometryczna- liczba bitów za pomocą których zapisany jest obraz cyfrowy

cechy spektralne= rozdzielczość spektralna- zakres promieniowania elektromagnetycznego, który jest zapisany odpowiednią liczba bitów obrazu cyfrowego

24. Układ współrzędnych pikselowych i metody transformacji do układu tłowego zdjęcia.

Układ współrzędnych pikselowych:
- jego początek w środku piksela znajdującego się w lewym górnym rogu matrycy

- jest prostokątny

Przejście z układu pikselowego do tłowego:
x= (x'- x'p)*p'h

y= (y'p- y')*p'v

p'h, p'v- wymiar piksela w poziomie i pionie

25. Skanery fotogrametryczne i skanowanie zdjęć fotogrametrycznych.

Wykorzystywane do pośredniej drogi pozyskania obrazów cyfrowych- skanowania obrazów analogowych.

Podział skanerów:
1) ze względu na zakres rejestrowanego promieniowania
- termalne (badanie promieniowania jedynia w rejonie dalekiej podczerwieni)

- wielospektralne (MMS- Multispectral Scanner)

2) ze względu na sposób działania

- optyczno- mechaniczny (każdy piksel jest kolejno rejestrowany, zawiera układ zwierciadeł, skanowany obszar jest zawsze prostopadły do kierunku lotu, co wiąże się z pojęciem FOV, czyli chwilowym polem widzenia, to z kolei stwarza problemy wziązane z odpowiednią geometrycznością lotu

-elektrooptyczne- konstrukcję maja taką jak aparat fotograficzny, rejestrują wszystkie piksele w jednym czasie

Konstrukcja skanerów:
- pojedynczy detektor (bębnowy i powierzchniowo- płaski)
- linijka detektorów (bębnowy)
- kwadratowa matryca detektorów
matryca= sensor
-CCD

-CMOS

Skanery fotogrametryczne używane w Polsce:
- Photo Scan 1

- Photo Scan 2002

- DSW 600 (Leica)

26. Analiza obrazu cyfrowego - histogram obrazu i metody jego zmiany.

Histogram-wykres liczebności pikseli o określonej jasności.

Histogram można zmienić poprzez:
- wyrównanie- histogram sprowadza do stanu gdy dla wszystkich poziomów jest jedna częstotliwość

- normalizację- histogram jest sprowadzany do krzywej Gaussa

27. Podstawowe metody poprawy jakości obrazu cyfrowego.

28. Filtracja obrazu cyfrowego - podstawowe typy filtrów i ich zastosowanie.

Filtr- algorytm do wzmacniania obrazu pochodzącego z rejestracji w danym kanale spektralnym. Polega na przesuwaniu się maski filtru (macierzy filtru) poprzez wszystkie rzędy, piksel po pikselu.

Podział filtrów ze względu na częstotliwość

- dolnoprzepustowe- przepuszczają dolne częstotliwości, osłabiają wysokie

- średnioprzepustowe- do wyodrębnienia okresowych szumów

- górnoprzepustowe- przepuszczają górne częstotliwości, osłabiają dolne

Metody filtracji:

- liniowe

- nieliniowe

- przestrzenne

- analizujące otoczenie punktu

Filtry medianowe- wygładza ostre, wyraziste krawędzie.

Filtry uśredniające- wyostrza obraz rozmyty.

Stosuje się do geometrycznego uwydatnienia wybranych elementów taki jak brzegi, krawędzie, a także eliminuje się szumy.

29. Metody interpolacji w procesie powtórnego próbkowania (Resampling) obrazu cyfrowego - najbliższego sąsiada, bilinearna, bikubiczna, Lagrange.

	najblizszego sąsiada	bilinearna	bikubiczna	Lagrange'a
otoczenie	1 x 1	2 x 2	4 x 4	4 x 4
l. operacji	1	8	110	80
błąd [%]	15,7	3,7	0,3	0,3
Czas obliczeń	nieznaczny	średni	długi	długi

są to algorytmy zmieniające poziom szarości danego piksela na poziom odpowiedni dla jego otoczenia

30. Piramida obrazów cyfrowych, obrazy piramidalne - definicja, metody tworzenia, zastosowanie.

Piramida obrazów- stopniowo zmniejsza się rozdzielczość obrazu pierwotnego.

Metody tworzenia:

- eliminacja co 2 wiersza i kolumny

- uśrednienie wartości g sąsiednich pikseli

- zastosowanie interpolacji wyższego rzędu

- zastosowanie operatorów wygładzania

Stosuje się, by uzyskać szybkość wyświetlania obrazów.

41. Numeryczna orientacja bezwzględna modelu metodą konforemnej (7. parametrowa) i afinicznej (9. parametrowa) przestrzennej transformacji przez podobieństwo.

Konforemna przestrzenna transformacja przez podobieństwo - 7 parametrów

k, Ώ, Φ, K, X₀, Y_o, Z₀

k - współczynnik zmiany skali

Ώ - kąt nachylenia poprzecznego modelu

Φ - kąt nachylenia podłużnego modelu

K - kąt skręcenia modelu

X₀, Y_o, Z₀ - współrzędne początku układu

Rozwiązanie jest możliwe, gdy mamy znane współrzędne w układzie modelu

Afiniczna transformacja przez podobieństwo - następuje zmiana skali wzdłuż osi układu współrzędnych k_X, k_Y, k_Z

42. Analityczna, etapowa orientacja pary zdjęć cyfrowych (na przykładzie orientacji pary zdjęć w programie DDPS i autografie VSD).

1. Orientacja wewnętrzna

2. Orientacja wzajemna

3. Orientacja bezwzględna

4. 3 D transformacja

5. Generowanie obrazów epipolarnych

6. Matching - dopasowanie

7. Korekcja położenia punktów homologicznych

8. Transformacja 3D

9. Interpolacja DTM

10. Ortoobraz < - ortorektyfikacja

43. Teoretyczne podstawy metody wiązek - model deterministyczny, warunki wyrównania, właściwości metody.

Cechy metody wiązek:

1. Oparta na warunku kolinearności, który reprezentuje w nieliniowy sposób zależność pomiędzy wektorem w przestrzeni podmiotowej i obrazowej

2. Równania poprawek układane są do wielkości bezpośrednio obserowanych (współrzędne tłowe)

3. Umożliwiają dołączenie obserwacji geodezyjnych, fikcyjnych oraz dodatkowych parametrów modelujących systematyczne błędy zobrazowania

4. Pozwala na łączne wyznaczenie współrzędnych XYZ, ale nie umożliwia niezależnego opracowania sytuacyjnego i wysokościowego

5. Pozwala na rozwiązanie i wyrównanie skomplikowanej konfiguracji zdjęc (ważne przy rozwiązaniu sieci terratriangulacji)

6. Dostarcza elementów orientacji zewnętrznej oraz współrzędnych XYZ punktów nowowyznaczonych.

7. Pozwala na swobodne tworzenie modelu stochastycznego wyrównania obserwacji

8. Najdokładniejsza metoda równoczesnego rozwiązania wielu zdjęć

44. Budowa pojedynczego modelu metodą wiązek (metoda Schmid'a).

Metoda Schmida

Divi = G_iΔ_il_i

gdzie

D- macierz współczynników przy poprawkach do współrzędnych fotopunktów (współczynniki d₁₁…d₂₃ w macierzy D i w macierzy G będą miały inne wartości liczbowe, ale obliczane są z takich samych wzorów)

v'_x v'_y = v v_x

v_y

v_z

v'_x, v'_y - poprawki do współrzędnych zdjęcia;

v_x, v_y, v_z - poprawki do współrzędnych fotopunktów

l - macierz dwuelementowa w której wyrazy wolne, czyli różnice pomiędzy pomierzonymi współrzędnymi na zdjęciu x', y' a współrzędnymi, jakie otrzymuje się dla tych punktów, gdy elementy orientacji zewnętrznej są równe zeru lub są określone z urządzeń pokładowych samolotu

G- macierz współczynników przy elementach orientacji zewnętrznej i wewnętrznej oraz przy współrzędnych wyznaczanych punktów;

Δ^T = [ΔX₀ ΔY₀ ΔZ₀ Δφ Δω Δk ΔX ΔY ΔZ Δf Δx₀ Δy₀ ]

Δ - macierz kolumnowa zawierająca niewiadome elementy orientacji i współrzędne wyznaczane.

Dla fotopunktów w macierzy D współczynniki d₁₁ …d₂₃ są różne od zera, a współczynniki przy niewiadomych ΔX ΔY ΔZ w macierzy G są zerami. Dla punktów wyznaczanych jest odwrotnie. Ponadto dla fotopunktów istnieje potrzeba przeskalowania poprawek v_x, v_y, v_z w taki sposób, ażeby odpowiadały wymiarom w skali zdjęć. Dobór wag wpływa na jakość wyznaczanych niewiadomych.

Metoda ta jest kłopotliwa w obliczeniach, gdyż dla każdego zdjęcia należy określić sześć elementów orientacji zewnętrznej oraz trzy niewiadome dla każdego wyznaczanego punktu. Czyli średnio dla każdego zdjęcia wypada 15 niewiadomych. Powoduje to, że nawet dla niedużych bloków zdjęć trzeba używać szybkich i o dużej, ewentualnie średniej pamięci komputerów. W metodzie tej, odtwarzającej dla każdego zdjęcia wiązki rzutu środkowego, wszystkie elementy orientacji zewnętrznej i współrzędne wyznaczanych punktów określane są na drodze ścisłego wyrównania. Dla każdego i promienia wiązki, czyli dla każdego punktu układa się równanie . Jest to najbardziej ogólne podejście do aerotriangulacji. Schmid wprowadza tu jedno uproszczenie, a mianowicie stałość elementów orientacji wewnętrznej. Tak współrzędne punktów dostosowania (fotopunktów) jak i współ­rzędne punktów wyznaczanych (w tym wiążących) podlegają wyrównaniu. Wagi fotopunktów powinny być różne. Poprawki v do współrzędnych są zmiennymi za­leżnymi, a funkcje ich vv podlegają minimalizacji. Dlatego przy rozwiązaniu równań należy zastosować metodę korelat, która umożliwia rozwiązanie zadania warunkowego.

Obliczenia realizuje się iteracyjnie, dlatego niezbędne są wartości przybliżone wszystkich niewiadomych. Na średniej wielkości komputerze można rozwiązac aerotriangulację bloku składającego się z około 100 zdjęć.

45. Aerotriangulacja przestrzenna metodą wiązek z dodatkowymi parametrami, obserwacjami geodezyjnymi oraz GPS/INS.

Aerotriangulacja analityczna związana jest z wykorzystaniem pomiarów fotogrametrycznych na zdjęciach w postaci analitycznej lub cyfrowej, kiedy pomiar wykonywany jest manualnie .

Aerotriangulacja cyfrowa ma miejsce kiedy pomiar punktów wykonywany jest w trybie półautomatycznym lub automatycznym:

- tryb automatyczny

• określona grupa pikseli z określonym poziomem jasności

• ta grupa pikseli jest wyszukiwana na następnym obrazie

• miarą dopasowania jest współczynnik korelacji

- tryb półautomatyczny

• operator wskazuje punkt, który jest wyszukiwany na następnym zdjęciu

Manualnie zawsze mierzymy fotopunkty i punkty kontrolne.

46. Technologiczne aspekty wyrównania aerotriangulacji bloku zdjęć - wielkość i kształt bloku, rozmieszczenie fotopunktów, punktów wiążących, punktów kontrolnych i punktów wyznaczanych, dokładność wyznaczenia współrzędnych.

Metoda Schmida - odpowiada matematycznej realizacji rzutu środkowego. Fotopunkty na obszarze bloku, (jeżeli para zdjęć to 3 fotop. tworzą trójkąt równoboczny).

Dokładność dla metody wiązek (gdy punkty obserwowane są punktami osnowy sygnalizowanej w terenie przed nalotem):

błąd wyanaczenia współrzędnych płaskich:

σ'_x,y =6um

σ_z' = 0,06 %o W-wysokość lotu (SK, WK)

σ_z' = 0,08 %o W (NSK)

zdjęcia w skali 1:5000

σ_x,y = 5000x6um

W = M_zxC_{K 300 mm}

Wielkość sygnalizowania zależy od

- kąta rozwarcia kamery fotogrametrycznej

• skali zdjęć
  
  

Dokładność dla punktów sygnalizowanych naturalnie:

- najdokładniejsze są pokrywy kanałów studzienki /4-6 cm(x,y), 1-3 cm(z)/,

- mniej dokładne są narożniki budynku, płoty /x,y - 7-12 cm, z - 8-15 cm/,

- tereny rolne- narożniki pól /x,y- 20-100 cm, z- 10-20 cm/,

- pojedyncze krzaki, drzewa / x,y- 20-100 cm, z- 20-100 cm/

Błąd długości odcinka w fotogrametrii nie zależu od długości odcinka:

Metoda niezależnych modeli

- modele są przesunięte, odwrócone i zniekształcone,

- modelem matematycznym rozwiązania jest przestrzenna trassformacja,

- dokładności gorsze niż w metodzie wiązek (plus: jest to metoda etapowa /sekwencyjna/ - 1. orientacja wzajemna, 2. budowa pojedynczego modelu, 3. orientacja bezwzględna; umożliwia rozłączenie wyrównania sieci płaskiej i wysokościowej; minus: występuje problem dołączenia kolejnych modeli).

.

Technika samokalibracji w wyrównaniu bloku zdjęć.

Stosowanie samokalibracji do zdjęć lotniczych pozwala poprawić dokładność opracowania. Potrzeba tu sieci fotopunktów o dużej gęstości i dokładności. Fotopunkty muszą występować na krawędziach bloku, jak i w środku, preferowane jest duże pokrycie poprzeczne, przez co zwiększa się liczba obserwacji nadliczbowych. Jeśli wprowadzimy wielomiany n-tego rzędu ze zbyt dużą liczbą parametrów, to możemy prze parametryzować układ i wówczas spadnie dokładność. Dla każdego fotopunktu możemy otrzymać dodatkowe równanie, mierząc odległości między punktami, kąty, azymuty, obserwacje GPS.

Integracja danych GPS/INS.

Przeszkodą pomiarowego wykorzystania lotniczych obrazów skaner jest trudność dokładnej rejestracji trajektorii lotu i kątów nachylenia skanera. Rozwiązaniem jest zintegrowanie dwóch systemów: GPS (ang. Global Positioning System) i INS (ang. Inertial Navigation System). System GPS pozwala rejestrować trajektorię lotu (X, Y, Z) z dokładnością nie gorszą niż 10cm. Inercjalny system nawigacyjny INS mierzy przyśpieszenia wzdłuż trzech osi oraz zmiany kątowych pochyleń kamery. Ciągłe integrowanie (sumowanie tych pomiarów w czasie pozwala wyznaczyć bardzo dokładnie trajektorię samolotu (z błędem rzędu 2 cm) i kąty pochylenia. Wadą systemów INS jest dryft, powodujący spadek dokładności pomiaru pozycji i kątów nachylenia z upływem czasu. Ten błąd systematyczny może być korygowany z danych GPS, zachowujących wysoką i stabilną w czasie dokładność. Z kolei dane INS są wykorzystywane do interpolacji pozycji podczas możliwych, krótkich przerw w łączności z satelitami GPS (np. „przesłonięcie" satelity skrzydłem samolotu podczas manewru nawrotu).

Podczas nalotu stosuje się GPS/INS

GPS - dokładność kilkunastu cm

INS - system inercjalny, który pozwala wyznaczyć elementy orientacji zewnętrznej (ωφk).Dokładność kilku minut. Rejestruje wartości pochyleń

47. Przebieg budowy pojedynczego modelu metodą wiązek na przykładzie wyrównania programem AeroSys.

1. Build Photocoordinate File - tworzy plik ze współrzędnymi tłowymi znaczków tłowych, punktów homologicznych i fotopunktów

*.PHC

2. Photocoordinate Refinement - moduł transformacji afinicznej

*.000 - współrzędne tłowe znaczków tłowych na obu zdjęciach + poprawki

*.REF - współrzędne tłowe punktów homologicznych, fotopunktów na lewymi prawym zdjęciu

3. Combine Mulitiple Photo Data - łączenie danych do pliku *.REF

4. Relative Orientation - orientacja wzajemna zdjęć

*.001 - wyrównane współrzędne modelu + odchylenie standardowe

*.REL - współrzędne w układzie modelu (przybliżone)

5. Strip Model Formation - tworzy szereg zdjęć

*.002 - współrzędne w układzie modelu dla szeregu zdjeć

*.STP - współrzędne w układzie modelu dla szeregu zdjęć

6. Block Model Formation - tworzy blok zdjęć

*.003 - współrzędne w układzie modelu dla bloku zdjęć

*.BLK - współrzędne w układzie modelu dla bloku zdjęć

7. Estimate Ground Coorinates - transformacja przestrzenna 3D

*.004 - współczynniki transformacji 3D

*.EST - przybliżone współrzędne terenowe punktów homologicznych i fotopunktów

8. Photo Resection - wcięcie wstecz

*.005 -

*.CAM -

9. Point Intersection - wsięcei w przód

*.006

*.EST

10. Merge Data Files - wyrównanie metodą wiązek

*.AER

48. Autografy cyfrowe - budowa, zasada działania, oprogramowanie narzędziowe i aplikacyjne.

KONSTRUKCJA I DZIAŁANIE AUTOGRAFÓW CYFROWYCH

Instrument: autograf cyfrowy to moduł, który umożliwia pomiary w 3D w celu digitalizacji szczegółów terenowych

Projekcja: numeryczna

Fotogrametryczne cyfrowe przetwarzanie obrazów,

Hardware: stacja robocza ze stereodispleyem.

System obserwacji stereoskopowej, 3D-mysz, tarcza nożna

Software: Managment, Orientacja, przetwarzanie obrazów, opracowanie

Wyniki opracowania: Cyfrowe ortophoto, DTM, Aerotriangulacja on-line, cyfrowe kartowanie i GIS (System Informacji Geograficznej)

W VSD:

W lewej części lewe zdjęcie, w prawej części prawe zdjęcie.Pracujemy przy efekcie stereoskopowym. Lustra przenoszą nam fragmenty obrazu. Zaletą tego jest to, że obraz jest statyczny( nie drga). Obserwacje są prowadzone na zdjęciach barwnych albo czarno-białych.

Metoda polaryzacji- raz wyświetla obraz składający się z lini pionowych a raz z pionowych

Plusy autografów analitycznych i cyfrowych:

- duża wszechstronność instrumentów bo nie ma ograniczenia co do stałej kamery

- mogą być wykonywane opracowania pochodzące z różnych źródeł

- nie ma dużych ograniczeń co do konfiguracji zdjęć,

- nie ma żadnych ograniczeń co do przekładni zdjęć

- wyższa precyzja : możliwość eliminacji błędów systematycznych obrazu i instrumentu

-znaczny zakres automatyzacji pomiarów( odnosi się to do pomiaru punktów i możliwości kreślenia wektora)

- poprzez automatyzacje wzrasta szybkość pomiaru oraz tryb dodatkowych funkcji wspomagających pomiar

49. Ekranowy autograf cyfrowy Video Stereo Digitizer AGH - budowa, zasada działania, zastosowanie.

Jest analitycznym autografem cyfrowym przeznaczonym do opracowywania czarno białych lub kolorowych par cyfrowych obrazów fotogrametrycznych (stereogramów lub stereoortofotogramów).

VSD akceptuje skanowane obrazy lotnicze, naziemne jak i satelitarne, obrazy skanerowe, obrazy pochodzące z kamer CC D.

VSD może być używany do tworzenia lub aktualizacji numerycznych map topograficznych, tematycznych itp. jak również do sporządzania wektorowej dokumentacji architektonicznej, konserwatorskiej lub archeologicznej.

Pary obrazów cyfrowych wyświetlonych na ekranie SVGA komputera typu PC obserwowane są przy pomocy stereoskopu zwierciadlanego. Szczegóły wybierane są przez operatora przy użyciu pary kursorów (znaczków pomiarowych) animowanych myszą. Wskazywane homologiczne punkty obu obrazów mogą być łączone linią łamaną. Nieregularne krzywe są wykreślane przez rejestrowanie trajektorii kursora. Linie łamane i trajektorie nakładane są na półtonalne obrazy cyfrowe na ekranie PC w wybranym kolorze. Każdy kolor linii lub trajektorii stanowi oddzielną warstwę w kodzie DXF lub kodzie binarnym programu VSD. Obserwowane pojedyncze punkty mogą być również zapisywane w plikach tekstowych lub w kodzie DXF dla potrzeb np. DTM lub tworzonej mapy numerycznej.

Z wykorzystaniem VSD możliwe jest opracowywanie wektorowe pojedynczych fotogramów cyfrowych obiektów płaskich (przetwarzanie analityczne).

VSD pracuje również w trybie mono lub stereokomparatora wykonując pomiar obrazów cyfrowych z dokładnością odpowiadającą ułamkom piksela zależną od skali powiększenia obrazu cyfrowego.

W miarę potrzeb VSD może być zatem: autografem, przetwornikiem analitycznym zwektoryzowanych obrazów, monokomparatorem lub stereokomparatorem.

50. Stereofotogrametryczna metoda pomiaru sytuacji i rzeźby terenu - sposoby pomiaru, dokładności

Grupy obiektów na etapie opracowania mapy stereofotogrametrycznej:

1. Pomiar punktów

2. Pomiar linii przestrzennych, gdzie w sposób dynamiczny będą się zmieniać współrzędne X,Y,Z np.droga

3. Pomiar linii wysokości (warstwic) - zmienia się X i Y, a Z musi być utrzymywana przez operatora na tej samej wysokości z=const.

4. Dynamiczny sposób pomiaru profilami - będziemy mieć X i Y stałe albo będzie profil dowolnie zorientowany (Δx i Δy) Δx≠Δy z-będzie się zmieniało np.wykonanie pomiaru profilami wzdłuż krzywych (pomiar granicy zbiornika wodnego)

Pomiar punktowy:

1. Metodą punktów rozproszonych - gdy wymaga tego sytuacja np. pastwiska

2. Metoda siatki kwadratów - narzucona jest siatka kwadratów przez software. Stosowana jest jako alternatywa pomiaru warstwicami przy pomiarze rzeźby terenu (pomiary związane z DTM-em)

Pomiar profilami:

1. interwał czasowy - zapis wysokości w określonym czasie

2. interwał liniowy - co określony moduł przyrostu długości będzie wykonywany pomiar

Dokładność opracowania stereofotogrametrycznego zależy od:

1. stała kamery

2. skala zdjęcia i wysokość fotografowania

3. stosunek bazowy v=B/W

4. jakość fotograficzna i radiometryczna (dla autografów cyfrowych)

5. korekcja błędów systematycznych (zmiana jasności i kontrastów)

6. dokładność osnowy fotogrametrycznej

7. dokładność instrumentu pomiarowego

8. metoda pomiaru

9. dokładność identyfikacji punktów pomiarowych

- błąd położenia punktu na zdjęciu σ_X'Y' = ±6μm

- błąd położenia wysokościowego σ_Z = 0,006‰ ÷0,08‰w w- wysokość lotu

- błąd identyfikacji punktów pomiarowych

* włazy do studzienek σ_X'Y' = 4-6cm σ_Z =1-3cm

* narożniki domów, ogrodzeń trwałych σ_X'Y' =7-12cm σ_Z =8-15cm

* narożniki użytków rolnych σ_X'Y' =20-100cm σ_Z =10-20cm

* pojedyncze drzewa, krzaki σ_X'Y' =20-100cm σ_Z =20-100cm

Prawo przenoszenia się błędów :

N-naturalnie, S-sytuacyjnie, I- identyfikacja

Tak można opracować błąd opracowania punktów dyskretnych dla pomiarów statycznych tj. dla pomiarów punktowych

Liniowe sytuacyjne obiekty jesteśmy w stanie opracować z dokł. ±45μm w skali zdjęcia σ_L =±45μm

Statyczny pomiar rastrami lub statycznie profilami to: σ_(Z)(S)=0,1÷0,15‰w

W przypadku warstwic gdy wykonujemy pomiar ciągły, dynamicznie po powierzchni terenu to:

σ_Z(D)=0,25‰w D- dynamicznie

Wniosek: Chcąc otrzymać dobrą dokładność należy tam gdzie się da wykonać pomiar sytuacyjny, statyczny. W przypadku VSD pomiar dynamiczny jest możliwy przy określaniu trajektorii ruchu.

---