Olsztyn dn. 15.02.2013

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Wydział Geodezji i Gospodarki Przestrzennej

Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji

Sprawozdanie nr 5

Temat: Analityczna orientacja i opracowanie pary zdjęć lotniczych w programie DDPS

Wykonał:

Łukasz Pacewicz

GiSzN III grupa 2

Rok 2012/2013

1. 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.

2. Dane do projektu

1. Zdjęcia lotnicze w postaci cyfrowej

- stereopara zdjęć (numery 75 i 74)

- 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

2. Metryka kalibracji kamery (plik *.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

3. Współrzędne fotopunktów (plik *.OActrl)

BEGIN_TERRAIN_POINTS

84708 -5958339.154 7465869.903 139.322 ctrl

84808 -5957558.059 7465903.153 155.932 ctrl

97504 -5957515.166 7467450.567 158.336 ctrl

97604 -5958259.642 7467522.199 156.756 ctrl

9761 -5958329.891 7466154.123 148.283 ctrl

9762 -5958171.595 7467222.162 168.708 ctrl

END_TERRAIN_POINTS

3. 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 dostosowania, którymi na etapie orientacji wewnętrznej były znaczki tłowe. Ponieważ znane były współrzędne 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.

Etap ten zakończył się wygenerowaniem pliku z rozszerzeniem .OIparam zawierającego 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).

Wykaz współrzędnych pikselowych i poprawek V_x' V_y' (zdjęcie lewe)

Wykaz współczynników transformacji (zdjęcie lewe) (plik *.OIparam)

BEGIN_OI_PARAMS

BEGIN_IMG2PHOTO

0.02101172436038229600

0.00001348919140050720

-115.16902537513320000000

0.00001298790595380666

-0.02101056503550545100

116.54457176135232000000

END_IMG2PHOTO

BEGIN_PHOTO2IMG

47.59245763571908600000

0.03055527131980295700

5477.61591786643570000000

0.02941979985255116500

-47.59508363706218900000

5550.33690549032510000000

END_PHOTO2IMG

END_OI_PARAMS

Wykaz współrzędnych pikselowych i poprawek V_x' V_y' (zdjęcie prawe)

Wykaz współczynników transformacji (zdjęcie prawe) (plik *.OIparam)

BEGIN_OI_PARAMS

BEGIN_IMG2PHOTO

0.02101171949314636900

0.00001714772789877675

-115.26551164007940000000

0.00001597666114637724

-0.02101089373374330100

116.57658704223495000000

END_IMG2PHOTO

BEGIN_PHOTO2IMG

47.59245799892296000000

0.03884188923520043300

5481.24097898541820000000

0.03618924051193062000

-47.59432842079441900000

5552.55575752457480000000

END_PHOTO2IMG

END_OI_PARAMS

Wykonano także analizę dokładności. Otrzymano następujące średniokwadratowe wartości poprawek:

Zdjęcie	RMS Vx' [μm]	RMS Vy' [μm]
Lewe	3,9	5,3
Prawe	4,2	4,9

4. Orientacja wzajemna zdjęć

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 strefie 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.

Szkic rozmieszczenia punktów homologicznych

6 punktów w strefach Grubera - kolor czerwony

9 punktów homologicznych - kolor zielony

Protokół pomiaru punktów homologicznych (plik .hmlg)

BEGIN_HOMOLOG_POINTS

10000 5458.75502050442450000000 5593.88353433816880000000 756.71604866135942000000 5185.98765384955000000000

10001 10524.2489964184680000000 5674.34939785108050000000 5822.71604866135930000000 5397.98765384955000000000

10002 5321.38554002133610000000 806.91164492875043000000 749.86419717586580000000 368.01234546033334000000

10003 10569.3574299656900000000 993.23694824655388000000 5984.25925857766200000000 722.95061677843296000000

10004 5626.74698838981480000000 10439.3373496791660000000 864.20987581617328000000 10011.98765384955000000000

10005 10530.2489964184680000000 10587.8433737651230000000 5673.00000000000000000000 10253.00000000000000000000

10006 5177.75502050442450000000 2983.83935770781910000000 522.71604866135942000000 2558.98765384955000000000

10007 10809.7469883898160000000 3267.83534165051470000000 6177.72839435173140000000 3008.49382669473610000000

10008 5370.74297233251040000000 8194.84337376512300000000 647.75308573247628000000 7779.48148100436360000000

10009 10583.7510044471200000000 8368.33734967916640000000 5809.22222150654580000000 8067.97530815917800000000

10010 8703.73895627520690000000 797.34136573647140000000 4123.30864087907410000000 466.93827108806067000000

10011 8538.62650370722990000000 3232.67068124285560000000 3888.91357993735480000000 2906.74074050218180000000

10012 8089.28514093420840000000 5987.32128544994880000000 3414.24691288728990000000 5648.07407368215630000000

10013 8164.24899641846790000000 8450.83132559320980000000 3427.71604866135930000000 8095.96296246880500000000

10014 8005.62248756762800000000 10671.6746973824570000000 3213.64197497920350000000 10287.50617261514700000000

END_HOMOLOG_POINTS

Analityczne wyznaczenie 5. kątowych elementów orientacji wzajemnej (plik .ORparam)

BEGIN_OR_PARAMS

0.010142677924802777 0.03596365269387846 0.01559918140334552 -0.0023436009485256902 -0.016330477297650449

END_OR_PARAMS

Zrzuty ekranowe wyników pomiarów i obliczeń

Wykonano także analizę dokładności. Średniokwadratowa wartość paralaksy poprzecznej RMS Py wyniosła

4,7 μm.

5. Orientacja bezwzględna modelu

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 konforemnej przestrzennej transformacji przez podobieństwo.

Szkic rozmieszczenia fotopunktów

Pomiar fotopunktów - protokół (plik *.OAhmlg)

BEGIN_HOMOLOG_POINTS

84708 5771.25702751439350000000 10648.61044138909700000000 1004.50000000000000000000 10221.50000000000000000000

84808 10487.2851399546230000000 10365.61044138909700000000 5640.50000000000000000000 10032.50000000000000000000

97504 10432.2570275143930000000 1020.61044138909660000000 5845.50000000000000000000 746.50000000000000000000

97604 5934.77108373450850000000 765.6104413890966500000000 1366.00000000000000000000 346.00000000000000000000

9761 5773.85542105519930000000 8960.89959808736970000000 1029.50000000000000000000 8549.50000000000000000000

9762 6522.25702751439350000000 2521.58232894886620000000 1890.50000000000000000000 2134.50000000000000000000

END_HOMOLOG_POINTS

Analityczne wyznaczenie 7. parametrów orientacji bezwzględnej modelu - protokół (plik *.OAparam)

base 90.00000000000000000000

BEGIN_OA_PARAMS

om 0.00695269920222420150

fi 0.00477733970828490580

ka -0.04249434511637537700

k 8.21905021685756940000

Xo -5958311.78499471210000000000

Yo 7466706.88850979320000000000

Zo 2581.29806734990010000000

END_OA_PARAMS

Zrzut ekranowy wyników pomiarów i obliczeń

Obliczenie średniokwadratowych wartości poprawek RMS dX, RMS dY, RMS dZ

Otrzymano następujące średniokwadratowe wartości poprawek RMS dX [m] = 0,10

RMS dY [m] = 0,05 RMS dZ [m] = 0,07

6. 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.

Wyznaczenie współrzędnych przestrzennych punktów modelu w układzie terenowym - protokół (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 5458.75502050442450000000 5593.88353433816880000000 756.71604866135942000000 5185.98765384955000000000 -5958364.2987905648000000 7466718.09957336730000000 167.73482749691584000000

10001 resti default default 10524.2489964184680000000 5674.34939785108050000000 5822.71604866135930000000 5397.98765384955000000000 -5957523.0919148857000000 7466678.10329777370000000 148.29607169616202000000

10002 resti default default 5321.38554002133610000000 806.91164492875043000000 749.86419717586580000000 368.01234546033334000000 -5958362.2590589859000000 7467519.44099897430000000 156.10276486463636000000

10003 resti default default 10569.3574299656900000000 993.23694824655388000000 5984.25925857766200000000 722.95061677843296000000 -5957492.2022537813000000 7467454.53345302860000000 157.22384273080343000000

10004 resti default default 5626.74698838981480000000 10439.3373496791660000000 864.20987581617328000000 10011.9876538495500000000 -5958362.3754260745000000 7465905.65587487820000000 140.04469551256852000000

10005 resti default default 10530.2489964184680000000 10587.8433737651230000000 5673.00000000000000000000 10253.0000000000000000000 -5957552.7341638189000000 7465866.89910081310000000 157.85325082783356000000

10006 resti default default 5177.75502050442450000000 2983.83935770781910000000 522.71604866135942000000 2558.98765384955000000000 -5958397.1180182239000000 7467152.42651062270000000 174.12224059242681000000

10007 resti default default 10809.7469883898160000000 3267.83534165051470000000 6177.72839435173140000000 3008.49382669473610000000 -5957461.5344234481000000 7467077.11358865440000000 145.93338311067237000000

10008 resti default default 5370.74297233251040000000 8194.84337376512300000000 647.75308573247628000000 7779.48148100436360000000 -5958393.2144177947000000 7466283.60033272770000000 146.96440473315988000000

10009 resti default default 10583.7510044471200000000 8368.33734967916640000000 5809.22222150654580000000 8067.97530815917800000000 -5957527.7554311370000000 7466230.39367198660000000 146.13636197412097000000

10010 resti default default 8703.73895627520690000000 797.34136573647140000000 4123.30864087907410000000 466.93827108806067000000 -5957800.5549871055000000 7467496.96574187280000000 163.23732645966629000000

10011 resti default default 8538.62650370722990000000 3232.67068124285560000000 3888.91357993735480000000 2906.74074050218180000000 -5957841.7848961828000000 7467092.93009584120000000 166.26131879322884000000

10012 resti default default 8089.28514093420840000000 5987.32128544994880000000 3414.24691288728990000000 5648.07407368215630000000 -5957927.1559294956000000 7466638.49611537070000000 142.47954747081621000000

10013 resti default default 8164.24899641846790000000 8450.83132559320980000000 3427.71604866135930000000 8095.96296246880500000000 -5957927.9667762462000000 7466226.85994805770000000 141.21227864554248000000

10014 resti default default 8005.62248756762800000000 10671.6746973824570000000 3213.64197497920350000000 10287.50617261514700000000 -5957966.5482071461000000 7465857.63645527140000000 141.55742183211714000000

END_OA_APPLY

---