1.FOTOGRAMETRIA nauka zajmująca się określaniem położenia,wymiarów, kształtu obiektów przestrzennych na podstawie ich obrazów fotograficznych lub cyfrowych. Photos – światło, gramma – zapis, metro – pomiar. Podział: a) miejsce wykonania zdjęć: - naziemna (terrof.) – lotnicza (aerof.) – satelitarna (mogą być jedno lub dwuobrazowe)b)na metody opracowania – analogowa (zdjęcia analogowe, instrumenty optyczne) – analityczna (zdjęcie w postaci rastrowej, skomputeryzowane instrumenty) – cyfrowa (zdjęcie rejestrowane w postaci cyfrowej, przetwarzane komputerowo) Zastosowanie: a) lotnicza i satelitarna – w opracowywaniu różnego rodzaju map wektorowych, ortofotomap, NMT, aktualizacja map topograficznych i ewidencyjnych, źródło danych dla SIP oraz projektów technicznych dużych budów. b) naziemna – do opracowań architektonicznych (przekroje, rzuty i rysunki elewacji, fotoplany); do opracowań budowlanych (badanie odkształceń, wpasowanie w istniejącą architekturę); w górnictwie (wyznaczanie wielkości urobku w kopalniach odkrywkowych); glacjologia (badanie ruchów lodowców); - geologia (rejestrowanie zjawisk geologicznych); archeologia (inwentaryzacja wykopów, rekonstrukcja obiektów); medycyna (pomiary ludzkiego ciała, w tym uzębienia); hydrologia (pomiar deformacji linii brzegowej).
7.ORIENTACJA WEWNĘTRZNA – jest rekonstrukcja rzutu środkowego. Jej parametry umożliwiają odtworzenie położenie środka rzutów, są to: współrzędne tłowe punktu głównego O’ (X0,Y0) oraz stała kamery (Ck) – jest to O’O czyli odległość punktu głównego środka rzutów. Orientacja wewnętrzna zdjęcia polega na transformacji współrzędnych obrazu z układu pikselowego do układu tłowego. W tym celu najczęściej stosuje się transformację alfiniczną (, a także biliniową lub Helmerta. Podczas orientacji punktami dostosowania są znaczki tłowe. Ich współrzędne w układzie tłowym, a także Ck i x0,y0 powinny znajdować się w metryce kamery. Transformacja z pikselowych na tlowe:
x=Axp-xs+Byp-ys+C; y=Dxp-xs+Eyp-ys+F
Elementy orientacji wewnetrznej 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 : a) odległość obrazowa kamery fotogrametrycznej oznaczona symbolem F lub Ck ( f= Ck ) b) współrzędne punktu głównego zdjęcia o (x ,y ) stanowiącego rzut prostokątny środka rzutów S na płaszczyznę obrazową Punkt główny zdjęcia o jest punktem wyznaczonym przez przecięcie łącznic łączących przeciwległe znaczki tłowe zdjęcia fotogrametrycznego. Płaszczyzna obrazowa zwana jest również płaszczyzną tłową , a układ współrzędnych – prostokątnym. Zdjęcia układem współrzędnych tłowych. Rzut środkowy zmienia się ze zmianą położenia środka rzutów S i przedmiotów względem płaszczyzny tłowej. To właśnie położenie środka rzutów S względem płaszczyzny tłowej określają elementy orientacji wewnętrznej zdjęcia. Dla zdjęć fotogrametrycznych gdy odległość fotografowana jest na tyle duża , że obraz powstaje w płaszczyznie ogniskowej , odległość środka rzutów od płaszczyzny tłowej jest równa ogniskowej kamery. Położenie punktu głównego określone jest w lokalnym systemie współrzędnych zdjęcia , zwanym współrzędnych tłowych, które wyznaczają znaczki tłowe umieszczone w płaszczyznie tłowej kamery pomiarowej. Znaczki tłowe są umieszczone zazwyczaj pośrodku na przeciwległych bokach zdjęcia i odwzorowując się na każdym zdjęciu wyznaczają w ten sposób osie układu współrzędnych tłowych.
9. UKŁADY WSPÓŁRZĘDNYCH
Układ współrzędnych terenowych (X, Y, Z) definiuje się jako prawoskrętny układ ortogonalny. Zazwyczaj oś X jest zgodna z kierunkiem osi szeregu zdjęć lotniczych. Początek układu może być dowolny, jednak dla większego zespołu zdjęć jest on przyjmowany pośrodku opracowywanego terenu. Dla osi Z przyjęto dodatni kierunek zwrotu do góry. W układzie terenowym przedstawiane są ostateczne rezultaty opracowania fotogrametrycznego. Jest to możliwe przy znajomości współrzędnych XYZ punktów osnowy odwzorowanych na zdjęciach. Położenie wiązki promieni homologicznych opisują elementy orientacji zewnętrznej. Są to trzy wielkości liniowe określające położenie środka rzutów zdjęcia (XYZ) oraz trzy kąty wyrażające nachylenia osi układu przestrzennego zdjęcia względem osi układu terenowego (φ, ω, κ).
Lokalny układ współrzędnych fotogrametrycznych określa się współrzędne punktów w układzie lokalnym dla pojedynczego stereogramu lub szeregu zdjęć. Takie postępowanie umożliwia rekonstrukcję geometryczną opracowywanego terenu lub obiektu na drodze spełnienia tylko wzajemnych relacji między zdjęciami. W rezultacie powstaje model podobny do obiektu bez dokładnej znajomości jego skali oraz orientacji przestrzennej
Przestrzenny układ współrzędnych zdjęcia. Podstawowymi danymi pełniącymi rolę obserwacji w rozwiązaniu analitycznym są współrzędne tłowe. Wielkości te są określane w wyniku pomiaru na zdjęciach przy użyciu stereokomparatorów - początek układu stanowi środek rzutów zdjęcia, -osie x,y tego układu są równoległe do osi x', y' układu tłowego zdjęcia, - kierunek zwrotu osi z przyjmuje się w ten sposób, aby z osiami x,y został utworzony ortogonalny układ prawoskrętny. TRANSFORMACJE
Przekształcenie rzutowe Przekształcenie rzutowe płaszczyzny na płaszczyznę: przestrzeni na płaszczyznę:
Czteroparametrowa Transformacja bilinearną(4):
transformacja (Hellmerta)(2)
x = ao + a1xs + b1ys x = ao + a1xs + a2ys + a3xsys
y = b0 + a1ys – b1xs y = b0 + b1ys + b2xs + b2xsys
Transformacja afiniczna(3) - 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 xs, ys, do układu współrzędnych zdjęcia x, y oraz stosuje obrót o kąt skręcenia obydwu układów: x = a1 + a2xs + a3ys; y = b1 + b2xs + b3ys
10. ORIENTACJA ZEWNĘTRZNA
Orientacja zewnętrzna pozwala na określenie położenia zdjęcia w układzie współrzędnych terenowych. Za pomocą 6 elementów możemy zrekonstruować położenie wiązki promieni jaka w momencie naświetlania utworzyła obraz w trójwymiarowej przestrzeni. - 3 elementy liniowe określające położenie środka rzutów w układzie odniesienia (geodezyjnym) (X, Y, Z) - 3 elementy kątowe określające położenie osi kamery pomiarowej względem osi układu odniesienia(Ω, Elementy orientacji zewnętrznej zdjęcia można obliczyć, rozwiązując zadanie wcięcia wstecz. Dokonuje się tego przez wpasowanie fotogrametrycznej wiązki rzutu środkowego w zespół punktów o znanych współrzędnych terenowych. Można do tego celu użyć wzorów x=a11(X-X0)+a12(Y-Y0)+a13(Z-Z0); y=a21(X-X0)+a22(Y-Y0)+a23(Z-Z0); z=a31(X-X0)+a32(Y-Y0)+ a33 (Z-Z0), z=-ck àdzielimy przez –ck obie strony i przenosimy na prawą
Wymagają one znajomości (pomiaru na zdjęciu i wyznaczenia w terenie) współrzędnych trzech punktów, kiedy znane są Ck, X0, Y0 lub czterech punktów, kiedy znana jest tylko Ck.
11. ORIENTACJA WZAJEMNA – polega na wprowadzeniu układu modelu, a więc powiązaniu dwóch zdjęć i analitycznym „odtworzeniu wiązek”. Zadaniem orientacji jest doprowadzenia zdjęć do takiej postaci jaka było w momencie fotografowania. Pomiarowi podlegają punkty jednoznacznie identyfikowalne na lewym i prawym zdjęciu.Orient. wzaj. dokonuje się tylko wtedy gdy nie znane są elementy o. zewn. Do jej przeprowadzenia wymagany jest pomiar 6 punktów homologicznych w tzw. Rejonach Grubera. Baza b=[bx,by,bz]T, obserwacja rdzenna r=[x’,y’,z’] rT – wektor obserwacji transformowanych, płaszczynza orientacji α(O1,O2’,P’) α(b,r). Warunek widzenia stereoskopowego à P’’€α
rt''=A*r''=1-κφκ1-ω-φω1*x''y''-ck
Warunek współpłaszczyznowości 3 wektorów b(rxrT)=0 , założenie bx=1
bx(-1)2y'z']yt''zt''+by(-1)3x'z'xt''zt''+bz(-1)4x'y'xt''yt''=0
*dωy'y''+z'z''+dφ-y'x''+dκ-z'x''+dbyz'x''-x'z''+dbzx'y''-y'x''+y'z''-z'y''+byz'x''-x'z''+bzx'y''-y'x''=0
Wybieramy 6 punktów homologicznych. W I iteracji mierzymy współrzędne tłowe 6 punktów 6*(x’y’z’) oraz 6*(x’’,y’’,z’’), z’=-ck. Z 6 równań * mamy dbz,dy,dk,dfi,domega(1). W II iteracji zamiast x’’,y’’,z’’ wstawiamy xt’’,yt’’,zt’’. Uzyskujemy wsp. (2). III iteracja taka jak II. I na koniec np. k=dk(1)+dk(2)+…
AEROTRIANGULACJA - proces obliczeniowy zmierzający do precyzyjnego określenia położenia wykonanych zdjęć lotniczych w przestrzeni (dawniej zagęszczenie osnowy). Warunek pokrycie podłużne – min 60%, poprzeczne min 25%.AEROTRIANGULACJA W PROGRAMIE AEROSYS 1) orientacja wzajemna 2) program przelicza wszystkie modele do modelu pierwszego 3) orientacja bezwzględna 4) program liczy przybliżone elementy orient zewnętrznej 5) program na podstawie elementów orientacji zewnętrznej liczy wsp terenowe 6) podsumowanie.
18. Numeryczny model terenu- Z=Z(X,Y) numeryczna reprezentacja powierzchni terenowej, utworzona poprzez zbiór odpowiednio wybranych punktów leżących na tej powierzchni oraz algorytmów interpolacyjnych umożliwiających jej odtworzenie w określonym obszarze. Model GRID - oparty jest na siatce kwadratów, której punkty węzłowe posiadają określone wysokości powierzchni terenowej. Struktura taka jest wyjątkowo łatwa do przetwarzania, zabiera bardzo mało pamięci, a algorytmy używane do modelowania terenu są stosunkowo proste. !Metoda interpolacji – zagęszczanie siatki! Im gęstsza siatka zostanie zastosowana tym otrzymany model będzie dokładniejszy. Zwiększając gęstość siatki prowadzi jednak do sytuacji, że jest ona również zwiększana w miejscach o małym urozmaiceniu terenu, powodując tym samym znaczny wzrost nic nie wnoszących danych. Rozwiązaniem jest uzupełnienie struktury o punkty charakterystyczne i linie szkieletowe lub zastosowanie siatki o strukturze hierarchicznej dostosowującej gęstość do stopnia skomplikowania rzeźby. Model TIN - nieregularna sieć trójkątów powstaje głownie jako efekt bezpośrednich pomiarów terenowych, gdzie cały zakres opracowania zapełnia się trójkątami opartymi o punkty pomiarowe. Ponieważ w tych modelach wykorzystywane są wszystkie punkty charakterystyczne model jest stosunkowo dokładny. !Metoda interpolacji! triangulacja Delaunay'a. Trójkąty tworzone są w ten sposób aby żaden z punktów nie należących do niego nie był położony wewnątrz okręgu opisanego na trójkącie. Modele rastrowe – przedstawiają „wysokościowy obraz” powierzchni terenu. Każdy piksel, lub inaczej komórka macierzy, stanowi zapis wysokości danego fragmentu terenu w rzeczywistości. W związku z powyższym, wymagają one danych wejściowych w formie punktów wysokościowych, rozplanowanych przestrzennie w formie siatki. Wysokości przypisane są pikselom, o wybranych przez użytkownika rzeczywistych wymiarach terenowych. Wielkość terenowa piksela jest narzucana przez rozdzielczość poziomą modelu i założenia pomiarowe. !Metoda interpolacji! -metoda najbliższego sąsiada – zaokrąglana jest współrz. danego piksela do najbliższego pełnego piksela ( piksel przejmuje jasność od najbliższego sąsiada) -bilinearna – realizowane jest sąsiedztwo 4 najbliższych pikseli. Nowy piksel ma nowy poziom szarości wynikający z 4 sąsiadujących pikseli (nie jest to śr. arytmetyczna ) - bikubiczna – piksel otrzymuje nowy poziom szarości wynikający z sąsiednich 16 pikseli (4x4)Dokładność NMT m^2NMT=m^2Z+(αd)^2 mz - bład średni interpolowanej wysokości, α – współczynnik rzeżby terenu, d – średnia odległośc punktów pomiarowych
19. Fotogramteryczna metoda budowy NMT Pozyskiwanie danych: - pomiar modelu stereoskopowego; obecnie głównie w cyfrowej stacji fotogrametrycznej, - interferometria radarowa, - skaning laserowy. Prace fotogrametryczne opierają się głównie na pomiarze punktów homologicznych na dwóch lub więcej obrazach. W fotogrametrii cyfrowej dąży się do zautomatyzowania pomiaru. Proces ten nazywa się spasowaniem obrazów. Algorytmy automatycznego pomiaru na obrazach cyfrowych opierają się głownie na metodach
korelacji. Podstawową miarą podobieństwa (funkcją celu) jest współczynnik korelacji. Mając wyznaczone współrzędne pikselowe punktów homologicznych następuje ich przeliczenie do układu współrzędnych tłowych, a następnie na podstawie znanych elementów orientacji wzajemnej i bezwzględnej wyznaczane są współrzędne terenowe punktów oporowych NMT. W cyfrowych met
odach generowania NMT, realizowanych na nowoczesnych stacjach fotogrametrycznych częściej wykorzystuje się orientację zewnętrzną
zdjęć, wyznaczoną w procesie aerotriangulacji. Wartości elementów orientacji zewnętrznej służą do budowy obrazów epipolarnych, stosowanych w celu usprawnienia procesu automatycznego poszukiwania punktów. homologicznych, i określenia terenowego położenia źródłowych punktów NMT Algorytm – Tworzony jest stos z najbliższych punktów i sprawdzany współczynnik korelacji między zdjęciem lewym i prawym.
...
mroczka_92