Реферати українською » Геология » Цифрова Фототріангуляція для створення топографічних карт


Реферат Цифрова Фототріангуляція для створення топографічних карт

майданного зіставлення (>ABM), засновані на порівнянні двовимірні функцій зображень;

- алгоритми, що базуються на зіставленні структурних описів (>FBM);

- алгоритми, основу яких лежить розкладання функції зображення деякому базису.

Розглянемо докладніше першу групу. Тут у ролі примітивів (елементів описів), що беруть участь і при співставленні двох зображень служать пікселі. Точність цих алгоритмів становить від 0,1 до 0,2 розмірупикселя. Вони чутливі зміну радіометричних і геометричних властивостей зображення, вимагають великих обчислювальних витрат і характеризуються із високою імовірністю грубої помилки у областях розташування висотних об'єктів і поганих чи повторюваних структур. Прикладами майданних алгоритмів є алгоритм взаємної кореляції і метод найменших квадратів. Критерієм подоби тих алгоритмів відповідно служать коефіцієнт взаємної кореляції з сумою квадратівразностей значеньяркостей пов'язаних ділянок зображень.

>Mетод взаємної кореляції.

Суть методу залежить від обчисленні функції взаємної кореляції, яку задля дискретних функцій можна записати як:

    (1.23)

деp іq – подовжній і поперечнийпараллакси на зображенніf2(x, y).

M і N – відповідно завширшки висота зразка чи межі, у яких визначено функціяf1(>x,y).

Функція взаємної кореляції має такими властивостями:

1) 

2) якщоf1(>x,y) іf2(>x-p,y-q) незалежні, тоC(p,q)=0;

3)C(p,q)=1 тоді й тільки тоді, коли є така кількістьb0, що .

Фактично алгоритм відшукання відповідності між функціямиf1(>x,y) іf2(>x-p,y-q) зводиться до пошуку такихp0 іq0, у яких функціяC(p,q) максимальна.

Перевага цього простота реалізації.

До вад алгоритму взаємної кореляції ставляться:

- великий обсяг обчислень;

- алгоритм стійко працює лише за таких умовах:снимаемая місцевість пласка, взаємні кути нахилу і розвороту знімків становить 20-30°, аразномасштабность знімків менш 20-30%.

Метод найменших квадратів

Для методу найменших квадратів критерієм подоби служить функція суми квадратівразностей міжяркостямипикселей двох зображень.

Нехай обмеженій ділянці (>x'[-M/2,M/2],y'[-N/2,N/2]) між функціямиf1 іf2 існує залежність:

 (1.24)                      

Для визначення шуканих величинp0 іq0 складемо функцію:

 (1.25)     

Цю функцію вирішуємо під умовою мінімуму:                 

       , (1.26)

Якщо відомі наближені значення невідомих параметрів (), то розкладаючифункцию(1.25) до кількох Тейлора і обмежуючись величинами першого порядку дрібниці отримуємо лінійне рівняння щодо невідомихDp0 іDq0:

 (1.27)

Через війну дійшли системі рівнянь поправок:

 (1.28)

де A – матриця коефіцієнтів рівнянь поправок;

>dX –вектор-столбец правок наближеним значенням невідомих (>Dp0 іDq0);

V – векторневязок рівнянь, що характеризує величини шумових складових.

Від системи рівнянь поправок переходимо до системи нормальних рівнянь:

 (1.29)

що й .

Після визначенняDp0 іDq0 уточнюють значення шуканих параметрівp0 іq0 і далі виконують таку ітерацію. Цей процес відбувається повторюється до отримання необхідної точності обчислення невідомих.

Алгоритм найменших квадратів проти методом взаємної кореляції має низку наступних переваг.

По-перше, метод найменших квадратів дозволяє оцінити точність визначення шуканих параметрів. Для оцінки точності використовують середнюквадратическую помилку (>СКО) одиниці ваги, яка характеризувати вплив шумових складових і якість зразка, іСКО визначення параметрівp0 іq0, що характеризують точність ототожнення відповідно по осях x і y. ЗначенняСКО одиниці ваги визначається відомою формулі:


          (1.30)

де n – кількість рівнянь поправок, аk – кількість невідомих.

>СКО визначення невідомихp0 іq0 виражаються формулами:

     (1.31)

що й – відповідні діагональні елементи зворотної матриці нормальних рівнянь.

По-друге, метод найменших квадратів дозволяє вести не глобальний пошук відповідної точки, підставляючи всіх можливих значенняp іq, як і методі взаємної кореляції, а вздовж напрямку градієнта функції.

По-третє, як свідчить практика, із усіх розроблених алгоритмів ототожнення метод найменших квадратів дає найкращі результати щодо точності.

По-четверте, геометричні обмеження,накладиваемие на ситуацію і орієнтацію знімків щодо площині об'єктів, кілька ослаблені під час використання методу найменших квадратів проти методом взаємної кореляції.

До вад методу найменших квадратів слід віднести:

- алгоритм, як і всі методи майданного ототожнення, стійко працює лише за незначноюразномасштабности і взаємних кутках нахилу і розвороту знімків;

- щоб одержати коректного рішення потрібно досить точно поставити параметриp0 іq0.

Широке поширення практично отримали такі програмні продукти цифровийфототриангуляции:

1)Softplotter фірми Vision;

2)DPW фірмиLeica;

3) ImagineStation фірмиIntergraph;

4) Match AT – перша програма повністю автоматичноїПФТ;

5)HelavaAutomatedTriangulation System;

6)Phodis AT.

Серед російськихЦФС, у яких реалізовано програму цифровийПФТ, торгівлі поширення набули:

1)ЦФСPhotomod фірми Ракурс;

2)Talka, розроблена інститутом проблем управління РАН;

3)ЦНИИГАиК.

Вона має різні алгоритми і знаходять способи реалізації, високу швидкість обробки даних, зручний користувальницький інтерфейс, гнучкість і універсальність, можливість інтерактивного режиму роботи оператора всіх етапах технологічних процесів побудови мережі. За рівнем автоматизації все програмиЦФТ діляться на: автоматичні і напівавтоматичні.

Основними технологічними процесами, що у будь-який програмі цифровийфототриангуляции [7] є:

1) створення проекту;

2) внутрішнє орієнтування знімків;

3) вимір координат точок знімків;

4) попереднє побудова мережі;

5) зрівнювання мережі;

6) оцінка точності побудови мережі.


2. Технологія побудови блокової мережіфототриангуляции наЦФС «>Фотомод»

2.1 Коротка характеристикаЦФС «>Фотомод»

Цифровафотограмметрическая системаPHOTOMOD варта рішення повного комплексу завдань від створення блоку зображення до побудови моделей рельєфу, створення цифрових карт місцевості іортофотопланов. СистемаPHOTOMOD включає кошти обробки аерофотознімків ісканерних зображень, отриманих з допомогою різних сенсорів таких, наприклад, якIKONOS,QuickBird, SPOT,ASTER чиIRS.

СистемаPHOTOMOD виробляється російської компанією Ракурс (Москва) і динамічно розвивається, починаючи з версії 1.1, випущеної 1994 року.

Система цифровий фотограмметріїPHOTOMOD входять такі основнімодули[5]:

-PHOTOMODMontageDesktop – створення умов та управління проектами

-PHOTOMOD AT – збір даних, і виміру при обробці блоку зображень

-PHOTOMODSolver – зрівнювання мережіфототриангуляции

-PHOTOMODStereoDraw – 3Dвекторизация встереорежиме постереопаре

-PHOTOMODStereoVectOr – паралельна роботу з картою форматуPHOTOMODVectOr у "вікнахStereoDraw (3Dвекторизация) іVectOr (>векторизация поортофото і редагування карти)

-PHOTOMODDTM – побудова моделей рельєфу, горизонталей постереопаре

-PHOTOMOD Mosaic – побудоваортофотопланов

-PHOTOMODVectOr – створення умов та висновок на печатку цифрових карт

-PHOTOMODScanCorrect – виправлення спотворень, внесених в вихідні зображення під час використання планшетних сканерів

2.2 Основні процеси технології побудови блокової мережіфототриангуляции наЦФС «>Фотомод»

>Структурой даних системиPHOTOMODявляется[5] проект, який містить всі необхідні файли до роботи – зображення, моделі рельєфу, тривимірні векторні об'єкти, таблиці баз даних модуляPHOTOMOD AT й багато іншого. У термінології системиPHOTOMOD ці файли називаються ресурсами. Кожен ресурс має ідентифікатор, який однозначно свідчить про нього в усій системі.Идентификатор – це рядок спеціального формату не змінювана користувачем. Кожен ресурсу є ім'я,задаваемое користувачем. На відміну від ідентифікатора, ім'я може збігатися в кількох ресурсів чи взагалі відсутні. Також система зберігає кожному за ресурсу її розмір, дати створення і останню модифікацію, і навіть тип і підтип.

Ресурси зберігаються у створених за їх настроюванні конфігурації системи сховищах, які можна розташовані на півметровій різних локальних машинах. Сховище є каталог на диску, де у вигляді файлів лежать дані ресурсів.

Сховище то, можливо локальним, коли вона розміщено на диску даного комп'ютера чиудаленним, коли вона доступно через мережу Microsoft Windows.

До сформування сховища ресурсів натискають кнопку “додати сховище” вПанели управлінняPHOTOMOD.

СистемаPHOTOMOD виробляє обробку проекту на 4 етапу: формування мережі, вимір мережі, зрівнювання мережі, обробка мережі.

На етапі формування мережі виробляється введення маршрутів і зображень блоку. За необхідності зображення може бутиразвернути чи переставлені не більше маршруту. У разі використовувалися знімки масштабу 1:12000. Для зручною роботи з етапі формування блоку використовується вікно “Схема блоку”. Щоб сформувати блоку використовуються такі операції: додати маршрут, видалити маршрут, переміщення маршруту «вгору» за схемою, переміщення маршруту «вниз» за схемою,поворот/отражение всіх зображень маршруту, переставити знімки маршруту у порядку, додати зображення, видалити зображення, перемістити зображення «вліво», перемістити зображення «вправо».

Для переходу на етап “Вимірювання мережі” необхідно натиснути зелену стрілку у частині панелі” Формування мережі” вікна Диспетчер проекту. На етапі “Вимірювання мережі” запускається модульPHOTOMOD AT, у якому відбувається підготовка даних для урівнювання мережіфототриангуляции. Обробка проекту на модуліPHOTOMOD AT включає внутрішнє орієнтування, вимір координат x, у опорних точок, вимірмежмаршрутних зв'язків і взаємна орієнтування.

Внутрішнє орієнтування виконується для обчислення значень параметрів, визначальних ситуацію і орієнтацію системи координат знімка щодо системи координат вихідного цифрового зображення. З іншого боку, при внутрішньомуориентировании можуть визначити параметри, описують систематичну деформацію знімка. Значення параметрів, певних у виконання внутрішнього орієнтування, йдуть на перетворення вимірів із системи координат вихідного цифрового зображення на систему координат знімка.

При внутрішньомуориентировании вимірюються координатні мітки. Вимірювання робити в ручному, напівавтоматичному чи автоматичному режимі.

Автоматичне внутрішнє орієнтування залежить від пошуку аналогічних об'єктів – координатних міток усім знімках блоку. Обрана Область пошуку має бути досить велика для випадків нерівномірної нарізки знімків (коли відповідні координатні мітки різними знімках перебувають у різному відстані від краю зображення). Область мітки повинна захоплювати зображення мітки повністю. Області мітки й пошуку відбиваються прямокутниками як і основному вікні із зображенням діалогу Внутрішнє орієнтування, і уокне-«линзе». Зображення, котрій внутрішнє орієнтування було реалізоване вручну, є еталоном.

Після виміру координат міток виробляється внутрішнє орієнтування за одним, з вар'янтів перетворення:

- поворот, масштаб, зрушення;

-аффинное;

- проективне.

Зовнішнє орієнтування й неможливість деформації мережі тріангуляції здійснюється з допомогою виміру координат опорних точок.

Для побудови мережі просторовоїфототриангуляции настереопарах, крім координат опорних точок, необхідно виміряти сполучні точки, службовці для побудови моделей постереопарам суміжних знімків маршруту для об'єднання їх у маршрутні і блочні мережі.

Вимірювання нових сполучних крапок і точок згущення може виконуватися3-мя способами:

- додавання точок з допомогоюкоррелятора;

- додавання точок безкоррелятора;

- автоматичне додавання точок.

Для переходу на етап “>Уравнивание мережі” натиснімо зелену стрілку у частині панелі” Вимірювання мережі” вікна Диспетчер проекту. На етапі “>Уравнивание мережі” запускається модульPHOTOMODSolver, у якому відбувається зрівнювання блокової мережіфототриангуляции. По виконанні урівнювання блок зображень відображається в2D вікніPHOTOMODMontageDesktop відповідно до обраної системою координат, а вікні Схеми блоку крім маршрутів і зображень відбиваються іменастереопар.

З поставлених завдань при обробці використовуються модулі:PHOTOMODDTM,PHOTOMODStereoDraw – 3D,PHOTOMODStereoVectOr,PHOTOMOD Mosaic,PHOTOMODVectOr. УЦФС «>Фотомод» для побудови мережі застосовуються два способу метод побудови блокової мережі об'єднанням незалежних моделей й об'єднанням незалежних маршрутних моделей. РезультатамиПФТ є: елементи зовнішнього орієнтування знімків, або координати точок місцевості, які у згодом буде використано як опорні.


3. Побудова блокової мережіфототриангуляции наЦФС «>Фотомод»

3.1 Оцінка фотографічного іфотограмметрического якості вихідних фотоматеріалів

Було проведено візуальна оцінка фотографічного якості. На знімкахзаекспонирована сільська рівнинна місцевість. Приаерофотографировании використовувалася чорно-білапанхроматическаяаеропленка. Отримані знімки булисканировани у цифровій краєвид з дозволом 14мкм. Діяльність використано 8 знімків, що належать двох маршрутах, по 4 знімка у кожному. Кожна знімок удруковано по 8 координатних міток. Використані знімки задовільного якості.Царапини і плями спостерігаються в незначній кількості. Дефектиаеронегативов, і навіть зображення хмар, виробничих димів і тіней від нього, відблиски, ореоли не заважають виконанняфотограмметрических робіт ідешифрированию аерофотознімків.Сканированние знімки мають різке і середньо пророблена зображення майже з всьому полю в світлах і тінях. До краях знімків різкість значно падає. Забезпечено хороша читаність основних контурів місцевості і номери аерофотознімків.

Оцінкафотограмметрического якості вихідних матеріалів здійснюється так.

Технічні кошти аерофотозйомки забезпечують можливість отримання чорно-білихаеронегативов з мінімальним лінійнимсмазом фотозображення, не перевищують 0,05 мм для масштабів 1:10000 і дрібніший від. Середній масштаб використовуваних знімків – 1:12000,разномасштабность знімків можна визначитикак[4] :

*100% = 2%                                                ,                   (3.1)

>Разномасштабность знімків становила 2%, що задовольняє допуску в 3%.

Висота фотографування (висота польоту над середньої площиною ділянки) визначається за такою формулою:

H =f*m , (3.2)

деf – фокусне відстань АФА (>f=303,346 мм);

>m – знаменник масштабу фотографування.

H =>3640м

Максимальне перевищення не більше знімального ділянки 83,829 м.

=0,02                                                              , (3.3)

де h – максимальне перевищення точок місцевості над середньої площиноюсъемочного ділянки;

H – висота польоту над середньої площиною ділянки;

>h – усунення точок викликане рельєфом місцевості.

Відповідно до ці критерієм поздовжнє перекриття знімків на повинен виходити межі інтервалу від 56% до 66%. За виконання вимірів отримано середнє поздовжнє перекриття знімків = 64% , що задовольняє допуску.

>Поперечное перекриття суміжних маршрутів для масштабів аерофотозйомки 1:25000 - 1:10000 становить = від 20% до35%.Данние знімки мають =22%, достатні проведенняфотограмметрических робіт з матеріалами.

>Угли нахилу аерофотознімків, отриманихстабилизированнимиаерофотоаппаратами, становить 2, допуск трохи більше2 . На знімальному ділянці кількість максимальних значень взаємних поздовжніх кутів нахилу вбирається у 2,5%стереопар (допуск – 3%), а кількість взаємних поперечних кутів нахилу – майже п'ять%стереопар.

>Непараллельность базису фотографування (“ялиночка”) має перевищувати 12 для фокусного відстані 303,345 мм (у якому отримано оброблювані знімки). Через відсутність контактних відбитків величинаелочки не визначалася.

Можна дійти невтішного висновку що з цим матеріалам, можна проводити просторовуфототриангуляцию.

3.2 Упорядкування робочого проекту побудови блокової мережіПФТ

Упорядкування робочого проекту - такий вибір і розмітка нааерофотоснимках точок, необхідні побудови мережіПФТ із її використання.

Вихідними матеріалами для проектуванняслужат[1]:

-знімки з наколотими і оформленими опорними точками і з абрисами, які показують розташування цих точок щодо контурів;

-ці самі знімки в цифровому вигляді;

-паспорт аерофотозйомки;

-каталог координат опорних точок.

До проектувключают[2]:

- опорні точки, з допомогою яких здійснюється зовнішнє орієнтування й неможливість деформації мережіфототриангуляции;

- контрольні точки (>планово-висотние, планові чи висотніопознаки), необхідних виконання оцінки точностіфототриангулирования;

-связующе точки, призначені для об'єднання елементарних ланок в маршрутну модель;

- зумовленіфотограмметрические точки, координати яких необхідні наступного вирішення завдань поаерофотоснимкам, визначається замовником;

-межмаршрутниеточки,предназначенние для зв'язку маршрутів до єдиного блоку.

Опорні точки наносяться зі знімків польовий підготовки. Мінімальна їх кількість для маршруту обмеженою довжини одно п'яти. Діяльність було використане 9 опорних точок.

>Связующие точки вибираються у зоні потрійного подовжнього перекриття знімків на максимальному відстані від головних точок, Мінімальна число сполучних точок одно трьом.

Таблиця 3.1- Каталог координат опорних точок

>Порядковий номер Назва опорною точки >X(м) >Y(м) >Z(м)
1 2844-1 5886,200 5498,070 125,300
2 2844-2 4885,030 5558,800 140,890
3 2844-3

Схожі реферати:

Навігація