Uniwersytet Warmińsko-Mazurski Olsztyn, dn. 11.04.2011r.
W Olsztynie
Wydział Geodezji i Gospodarki Przestrzennej
Geodezja i Kartografia
SPRAWOZDANIE
Wykonała:
Aleksandra Kowal
GiSzN III
Gr.3
Fotogrametria – dziedzina nauki i techniki zajmująca się odtwarzaniem kształtów, rozmiarów i wzajemnego położenia obiektów w terenie na podstawie zdjęć fotogrametrycznych (fotogramów).
Praktycznym zastosowaniem fotogrametrii jest jej wykorzystanie jako źródła podczas tworzenia map. W geodezji służy jako pomoc przy pomiarach dużych obszarów i odległości. Jest też jedną z metod wyznaczania wysokości obiektów.
Do wykonywania zdjęć fotogrametrycznych są wykorzystywane specjalne, na ogół wielkoformatowe, aparaty fotograficzne wyposażone w specjalne obiektywy pozbawione aberracji.
W zależności od sposobu wykonywania zdjęć rozróżnia się fotogrametrię naziemną (terrofotogrametrię) oraz fotogrametrię lotniczą (aerofotogrametrię). Zależnie od sposobu wykorzystania zdjęć rozróżnia się fotogrametrię płaską (jednoobrazową) i fotogrametrię przestrzenną (dwuobrazową), zwaną też stereofotogrametrią, w której przestrzenny obraz przedmiotu lub terenu uzyskuje się za pomocą stereogramu – pary zdjęć wykonanych z dwóch punktów przestrzeni.
Rozróżnia się fotogrametrię:
płaską (jednoobrazową)
przestrzenną (dwuobrazową), zwaną stereofotogrametrią, w której uzyskuje się przestrzenny model sfotografowanego przedmiotu.
Metody fotogrametryczne określają wzajemne położenie, wymiary lub dokładne kształty form terenu. Zdjęcia wykonywane z określonego miejsca co pewien okres czasu pozwalają ocenić deformacje powierzchni terenu np. określić zmiany czynnego osuwiska. Obecnie stosuje się fotogrametrię cyfrową oraz jej techniki komputerowe.
Stereofotogrametria (stereo- + gr. phos, photós ‘światło’ + gr. gráphein ‘pisać’ + gr. métron ‘miara’) tech. metoda otrzymywania trójwymiarowych obrazów terenu na podstawie zdjęć lotniczych.
Kalibracja kamery. Metryka kalibracji kamery
1. Podstawowe parametry geometryczne kamery określa się w procesie kalibracji
kamery.
2. Wyniki kalibracji kamery zawarte są w metryce kalibracji kamery.
Aktualna metryka jest warunkiem dopuszczenia kamery do wykonywania
pomiarowych zdjęć lotniczych.
Metryka kalibracji kamery powinna zawierać następujące informacje:
nazwa i adres instytucji wykonującej kalibrację,
data kalibracji,
nazwa i numer fabryczny kamery,
numer fabryczny obiektywu,
kalibrowana odległość obrazowa stożka obiektywowego,
dystorsja radialna w mikrometrach wyrażona w funkcji promienia radialnego
o początku w punkcie najlepszej symetrii (PPS) w interwale co 10 mm,
wzdłuż każdej z czterech półprzekątnych zdjęcia,
odległość między znaczkami tłowymi wzdłuż boków i przekątnych, lub ich
współrzędne w prostokątnym układzie współrzędnych,
położenie punktu głównego autokolimacji (PPA) i punktu głównego
najlepszej symetrii (PPS) w układzie współrzędnych związanym ze
znaczkami tłowymi,
zdolność rozdzielczą obiektywu radialną i tangencjalną, określoną przez
producenta kamery, lub po ostatniej justacji optycznej obiektywu,
współrzędne węzłów siatki płyty “reseau” o ile kamera posiada taką płytę.
Metryka kalibracji kamery może zawierać również inne, dodatkowe parametry,
określone w procesie kalibracji, a mianowicie :
matematyczny model dystorsji radialnej i tangencjalnej wraz z wartościami
parametrów występujących w tym modelu, wyznaczonych w procesie
kalibracji,
określenie równoległości płaszczyzn filtra (filtrów) używanego wraz z
kamerą,
wyniki kalibracji migawki zawierające efektywne czasy ekspozycji i
sprawność świetlną migawki dla ciągu nominalnych ekspozycji,
płaskość płyty wypłaszczającej film,
fotograficzną zdolność rozdzielczą dla układu: obiektyw kamery wraz z
filmem,
kalibrowaną odległość obrazową dla układu: obiektyw kamery wraz z
rodzaj filmu użytego w procesie kalibracji,
dystorsję radialną i tangencjalną dla układu: obiektyw kamery wraz z
płaskość płyty dociskowej poprzez analityczne opracowanie modelu
przestrzennego zdjęć kolimatorów zarejestrowanych przez układ: obiektyw
kamery wraz z filmem,
ekscentr źrenicy wejściowej obiektywu względem ramki tłowej (dla
zastosowań dGPS).
Zagadnienie orientacji modelu jest jednym z istotniejszych w fotogrametrii. Składa się z trzech etapów:
- orientacji wewnętrznej,
- orientacji wzajemnej,
- orientacji bezwzględnej.
ORIENTACJA WEWNĘTRZNA ZDJĘĆ
Orientacja wewnętrzna – polega na transformacji współrzędnych obrazu z układu pikselowego do
układu tłowego. Najczęściej stosowaną metodą jest transformacja afiniczna. Wykorzystuję się też
również transformacje Helmerta i biliniową.
Podczas orientacji pomiarowi podlegają znaczki tłowe (zwykle cztery lub osiem). Po wykonaniu
orientacji wewnętrznej możemy poruszać się już w układzie tłowym zarówno lewego jak i prawego
zdjęcia. Jednostką układu tłowego jest mm. Dane do transformacji (współrzędne znaczków tłowych)
pobieramy najczęściej z metryki kamery, która powinna być dostarczona razem ze zdjęciami.
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.
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 płaszczyźnie 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 płaszczyźnie 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.
ORIENTACJA WZAJEMNA ZDJĘĆ
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.
Orientacja wzajemna zdjęć sprowadza się do usunięcia paralaks poprzecznych z powierzchni stereogramu, czyli tzw. strojenie zdjęć. W praktyce sprowadza się do usunięcia paralaks w 6 charakterystycznych obszarach stereogramu. Paralaksę usuwa się ruchami (liniowymi i obrotami kątowymi) wiązek ( zdjęć).
Do budowy modelu nie są konieczne fotopunkty.
Są 2 grupy metod stojenia zdjęć:
Orientacja metodą ruchów kątowych obu kamer.
Orientacja metodą „dostrajania” zdjęcia prawego do lewego
Pomiarowi podlegają punkty jednoznacznie identyfikowalne na lewym i prawym zdjęciu w tzw.
rejonach Grubera:
Po wykonaniu pomiarów liczone są paralaksy poprzeczne (różnica we współrzędnych tłowych „y”) na
mierzonych punktach. Parametrem mówiącym o dokładności jest średnia paralaksa poprzeczna na
modelu. Przyjmuje się, że orientacja jest prawidłowa jeśli wielkość ta nie przekracza 0,5 piksela.
ORIENTACJA BEZWZGLĘDNA ZDJĘĆ
Orientacja bezwzględna - jest to transformacja przestrzenna z układu modelu do układu terenowego.
Podczas orientacji pomiarowi podlegają fotopunkty, a wiec punkty widoczne i pomierzone na zdjęciu o
znanych współrzędnych terenowych (ang. GCP – Ground Control Points). Minimalna liczba punktów
potrzebna do transformacji wynosi trzy. Dokładność orientacji bezwzględnej jest określana na
podstawie błędu średniokwadratowego współrzędnych fotopunktów.
VSD (video-stereo-digitizer)
VSD (video-stereo-digitizer) - cyfrowy autograf analityczny jest określany mianem „małej fotogrametrycznej stacji cyfrowej”. Zbudowany został na bazie standardowego komputera klasy PC i zaprogramowany w DOS-ie. Może być używany do opracowywania i aktualizacji map topograficznych, tematycznych, generowania ortofotomap, opracowywania NMT i umożliwia wykonywanie niektórych operacji z zakresu SIT. Najistotniejszym elementem jest program komputerowy, który umożliwia obserwację i wykonywanie rozmaitych pomiarów na modelu stereoskopowym. Obserwację stereoskopową rozwiązano w ten sposób, że obrazy zdjęcia lewego i prawego są wizualizowane na odpowiednich połówkach ekranu, a obserwuje się je za pomocą stereoskopu zwierciadlanego. Na tle każdego obrazu widoczny jest kursor spełniający funkcję znaczka pomiarowego. Przemieszczanie przestrzennego znaczka pomiarowego uzyskuje się ruchami i przyciskami myszy komputerowej, zaś współrzędne punktu na którym znaczek osadzono, można odczytać w lewym górnym rogu ekranu.
Orientacja stereogramu
Orientacja wewnętrzna (transformacja do układu tłowego):
- pomiar 4 lub więcej znaczków tłowych (min. 2 znaczki) i rejestracja klawiszem [I]. Aby wykorzystać do obliczeń transformacji współrzędne tłowe znaczków zapisane w pliku NazwaZadania.PKT należy po wprowadzeniu numeru punktu nacisnąć klawisz [INSERT].
- obliczenie współczynników jednej z czterech transformacji do wyboru - klawisz [F5] (obliczenia mogą być wykonane bezpośrednio po zarejestrowaniu punktów lub po zakończeniu pomiarów dla orientacji wzajemnej i bezwzględnej)
Orientacja wzajemna (obliczenie współrzędnych przestrzennych w układzie modelu):
- pomiar 6 lub więcej punktów homologicznych (min. 5 punktów) i zarejestrowanie ich [H] (pomiar punktu może być wykonany półautomatyczną metodą autokorelacji [F9] - aktualnie funkcja jest dostępna dla obrazów monochromatycznych)
- obliczenie elementów orientacji wzajemnej oraz współrzędnych przecięcia promieni homologicznych w układzie modelu [F6] (z wprowadzeniem z klawiatury elementów orientacji wewnętrznej ck, xo i yo oraz ew. wartości współczynników dystorsji radialnej z pliku NazwaZadania.ADP) ,
- Po wykonaniu orientacji wzajemnej istnieje możliwość uruchomienia trybu autogrametrycznego w układzie modelu (warunek: pomierzonych min 6 punktów).
Orientacja bezwzględna (transformacja przestrzenna z układu modelu do układu odniesienia ):
pomiar 3 lub więcej punktów dostosowania (x,y,z) i rejestracja klawiszem [G]
W celu użycia współrzędnych geodezyjnych zapisanych w pliku NazwaZadania.PKT należy po wprowadzeniu numeru punktu nacisnąć klawisz [INSERT].
- obliczenie elementów orientacji bezwzględnej klawiszem [F7].
W fotogrametrii analitycznej każde opracowanie rozpoczyna się od pomiaru na zdjęciach współrzędnych tłowych odpowiednich punktów. Pomiar ten pozwala zorientować osie tłowe zdjęcia równolegle do prostopadłych względem siebie osi układu pikselowego.
Proces obliczeniowy wymaga znajomości współrzędnych w układzie tłowym, którego początek znajduje się w punkcie głównym każdego zdjęcia. Dlatego pomiar na każdym zdjęciu wykonany na stereokomparatorze rozpoczyna się od pomiaru współrzędnych czterech znaczków tłowych.
Pomiar znaczków tłowych:
W autografie VSD AGH znaczki tłowe mierzy się manualnie – za pomocą znaczka pomiarowego ustawianego ręcznie na zdjęciach lewym i prawym, znajduje się obrazy homologiczne na obu zdjęciach.
Wcześniej do programu został wprowadzony plik ze współrzędnymi tłowymi znaczków tłowych, zaczerpnięty z metryki kalibracji kamery.
Średnie arytmetyczne współrzędnych pikselowych – po uwzględnieniu danych z kalibracji ∆xo, ∆yo – są współrzędnymi punktu głównego zdjęcia w układzie stereokomparatora. Współrzędne te są obarczone błędami, jakie powstają w czasie wykonania i obróbki fotograficznej zdjęć oraz ich pomiaru na stereokomparatorze. Współrzędne tłowe wykorzystywane w równaniach obserwacyjnych stosowanych do rozwiązywania zadań w fotogrametrii analitycznej nie powinny być obarczone wpływami błędów systematycznych. Błędy te spowodowane są niedoskonałością instrumentu pomiarowego oraz błędami wynikającymi z warunków wykonania zdjęć, spowodowanych niezachowaniem elementów orientacji wewnętrznej i zewnętrznej oraz refrakcją atmosferyczną i krzywizna Ziemi. Należy je wyeliminować przed rozpoczęciem dalszych obliczeń. Najbardziej niebezpiecznym źródłem błędów systematycznych jest niedociskanie materiału fotograficznego w momencie ekspozycji oraz zniekształcenia spowodowane jego obróbką i przechowywaniem.
...
aneciakurczaczek