51.pdf

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 17b, 2007

ISBN 978-83-920594-9-2

KONCEPCJA SYSTEMU VSD-WIN

VIDEO STEREO DIGITIZER FOR WINDOWS – THE CONCEPTION

OF THE SYSTEM

Sławomir Mikrut 1 , Regina Tokarczyk 1 , Michał Huppert 2

Katedra Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji ĺ rodowiska AGH w Krakowie

2 ATSI S.A. Kraków

SŁOWA KLUCZOWE: fotogrametria cyfrowa, stacja fotogrametryczna, GIS, orientacja

STRESZCZENIE: System VSD-WIN (skrót od Video Stereo Digitizer for Windows) jest wynikiem

kontynuacji prac prowadzonych od lat w Zakładzie Fotogrametrii i Informatyki Teledetekcyjnej

AGH, a dotycz Ģ cych rozwijania własnych rozwi Ģ za ı w fotogrametrii cyfrowej. Powstały w latach

osiemdziesi Ģ tych system VSD, autorstwa Jachimski, Zieli ı ski, oparty był na systemie operacyjnym

DOS. Sprawdził si ħ jako bardzo dobre narz ħ dzie nie tylko dydaktyczne.

Autorzy nowego systemu VSD-WIN podj ħ li prób ħ budowy oprogramowania nawi Ģ zuj Ģ cego do VSD-

DOS w oparciu o system Windows (docelowo na dowoln Ģ platform ħ operacyjn Ģ ). System bazuje na

powstałych kilka lat temu sprawdzonych algorytmach oprogramowanych do celów projektu kontroli

skrajni kolejowych dla P.U.T.GRAW z Gliwic , autorstwa Tokarczyk, Mikrut, Huppert.

W zamierzeniach autorów system ma mie ę szerokie zastosowanie dydaktyczne jak równie Ň

mo Ň liwo Ļ ci realizacji prac produkcyjnych. Pierwsza cz ħĻę realizacji systemu została wykonana

w ramach projektu KBN pt. ”Analiza mo Ň liwo Ļ ci wykorzystania sieci neuronowych do korelacji

obrazów’. J Ģ dro systemu stanowi stacja fotogrametryczna, ogólnie dost ħ pna, wokół której

rozbudowywane b ħ dzie oprogramowywanie na zasadzie wtyczek (ang. plug in). Ogólnie dost ħ pna

wersja programu pozwala ę b ħ dzie na wykonanie wszystkich orientacji, pomiar danych do NMT oraz

generowanie ortofotomapy. Obserwacja stereo w VSD-WIN mo Ň liwa b ħ dzie poprzez wybór jednej

z dwóch dost ħ pnych opcji: stereoskopu zwierciadlanego lub poprzez okulary polaryzuj Ģ ce sprz ħŇ one

z karta graficzn Ģ 3D.

Aktualny stan systemu pozwala na wykonanie orientacji modelu (wewn ħ trzna, wzajemna,

bezwzgl ħ dna), uruchomienie programu w trybie autogrametrycznym oraz wektoryzacj ħ w oparciu

o szerok Ģ mo Ň liwo Ļę definiowania atrybutów linii (kolory, grubo Ļ ci, rodzaj linii, warstwy).

W ramach wspomnianych wy Ň ej wtyczek oprogramowano ju Ň algorytmy pozwalaj Ģ ce na wykonanie

automatycznej orientacji wewn ħ trznej (OR_INT_AUTO) i wzajemnej (OR_REL_AUTO). Kolejnym

krokiem b ħ dzie zaimplementowanie procedur automatycznej wektoryzacji konturów obiektów

z podpikselow Ģ dokładno Ļ ci Ģ (cz ħĻę algorytmów autorstwa Mikrut, Huppert, zostanie

zaimplementowa z programu „Feature Extraction” powstałego w ramach innych, wcze Ļ niejszych

projektów badawczych) oraz moduły „feature extraction”, bazuj Ģ ce w oparciu o sieci neuronowe.

Autorzy planuj Ģ udost ħ pnienie w Internecie wersji darmowej pozwalaj Ģ cej na pełn Ģ prac ħ na stacji

fotogrametrycznej z ograniczeniem do wybranego modelu stereoskopowego. Osoby zainteresowane

rozwijaniem oprogramowania b ħ d Ģ mogły to realizowa ę poprzez budowanie własnych algorytmów

i ich implementacje wła Ļ nie poprzez opcj ħ „ plug in ”.

517

Sławomir Mikrut, Regina Tokarczyk, Michał Huppert

1. WST Ħ P

W roku 1992 na kongresie ISPRS w Waszyngtonie został zaprezentowany system

fotogrametryczny o nazwie VSD-AGH (Video Stereo Digitizer), jako jeden z pierwszych

autografów cyfrowych dedykowanych na komputery typu PC, autorstwa J. Jachimski,

J.Zieli ı ski (Jachimski, 1995). System ten rozwijany przez lata i u Ň ytkowany przez

specjalistów ró Ň nych dziedzin (fotogrametria, architektura, in Ň ynieria przemysłowa..)

w swej pierwszej wersji był przeznaczony dla systemu operacyjnego DOS.

Od kilkunastu lat program VSD-AGH był i jest nadal podstawowym narz ħ dziem

dydaktycznym nie tylko w Zakładzie Fotogrametrii i Informatyki Teledetekcyjnej AGH,

ale równie Ň w innych o Ļ rodkach dydaktycznych (m.in. Akademia Rolnicza w Krakwie,

SGGW w Warszawie).

Wykorzystywano go równie Ň do celów produkcyjnych, m.in. w przedsi ħ biorstwie

GEOKART Rzeszów, gdzie zakupiono 10 licencji programu, wykorzystywano go m.in. do

aktualizacji map topograficznych metodami fotogrametrycznymi. W oparciu o VSD od

szeregu lat wykonuje si ħ prace zwi Ģ zane z fotogrametryczn Ģ inwentaryzacj Ģ zabytków

w Scuola di Studi Arabi,w Granadzie (Hiszpania).

ĺ mier ę jednego z autorów (J. Zieli ı ski) w 1998 roku spowodowała, Ň e system nie

doczekał si ħ swojej wersji dla systemu operacyjnego Windows. Jednak z racji popularno Ļ ci

oraz trafno Ļ ci samej idei autografu, postanowiono kontynuowa ę prace nad rozwojem VSD

w Katedrze Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji ĺ rodowiska.

Niniejszy artykuł jest pierwszym opracowaniem dotycz Ģ cym powstawania „nowego”

VSD. Zaprezentowana została koncepcja oraz pierwsze efekty pracy.

2. PRZEGL ġ D LITERATURY – PODOBNE SYSTEMY

Cyfrowe autografy s Ģ najwa Ň niejszym elementem fotogrametrycznych stacji

roboczych. Stosowane głównie do celów komercyjnych s Ģ tak kosztowne, Ň e niewiele

o Ļ rodków dydaktycznych, gdzie naucza si ħ fotogrametrii, lub j Ģ wykorzystuje, mo Ň e

pozwoli ę sobie na zorganizowanie kilkunastu stanowisk. W zwi Ģ zku z tym podejmowano,

zwłaszcza w ramach organizacyjnych ISPRS, inicjatywy utworzenia darmowego

oprogramowania dydaktycznego. Na pocz Ģ tku obecnego dziesi ħ ciolecia, w ramach

mi ħ dzynarodowej współpracy naukowej pomi ħ dzy Uniwersytetem w Liege oraz Instytutem

Geodezji i Kartografii w Warszawie, powstał program o charakterze dydaktycznym

z fotogrametrii cyfrowej (DDPS), który przeznaczono dla wy Ň szych uczeni w kraju, gdzie

naucza si ħ fotogrametrii.

Na Ļ wiecie istniej Ģ darmowe systemy do nauki ró Ň nych przedmiotów ( dla GIS jest

np. QuantumGIS, darmowe bazy danych takie jak Postgress czy MySQl). Jest te Ň system

do fotogrametrii, powstały na uniwersytecie w Rio de Janeiro (Brazylia) „e-foto” do

Ļ ci Ģ gni ħ cia z sieci. Jego ułomno Ļę to potrzeba kompilacji, co jest do Ļę sporym

utrudnieniem dla potencjalnego u Ň ytkownika. Minusem jego jest równie Ň brak polskiej

wersji j ħ zykowej.

518

Koncepcja systemu VSD-WIN

3. KONCEPCJA SYSTEMU VSD-WIN

Jak wspomniano we wst ħ pie, system VSD-WIN (skrót od Video Stereo Digitizer for

Windows) jest wynikiem kontynuacji prac prowadzonych od lat w Zakładzie Fotogrametrii

i Informatyki Teledetekcyjnej AGH (obecnie Katedra Geoinformacji, Fotogrametrii

i Teledetekcji ĺ rodowiska), a dotycz Ģ cych tworzenia własnych rozwi Ģ za ı w fotogrametrii

cyfrowej. Powstały w latach osiemdziesi Ģ tych system VSD, oparty był na systemie

operacyjnym DOS. Sprawdził si ħ jako bardzo dobre narz ħ dzie nie tylko dydaktyczne.

Wykonano z jego u Ň yciem równie Ň bardzo wiele projektów, zwłaszcza z zakresu

fotogrametrii naziemnej.

Jednocze Ļ nie, na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat, w KGFiT ĺ prowadzone były

ró Ň ne projekty badawcze, które zaowocowały nowopowstałym oprogramowaniem

w zakresie fotogrametrii cyfrowej. W projektach tych brali czynny udział autorzy artykułu.

Powstał m.in. :

- system do pomiaru skrajni kolejowej (Skrajnia Manager) (Mikrut et al. 2000a),

(Tokarczyk et al. 2000b)

- system do pomiaru ciała ludzkiego o nazwie PBE (Photogrammetrical Body Explorer)

wykorzystywany do celów rehabilitacji medycznej (Tokarczyk et al. 1999), (Tokarczyk et

al. 2002), (Tokarczyk et al . 2007)

- system do pomiaru napr ħŇ e ı lin odci Ģ gowych (Bernasik, 2001 ),

- FEX (Feature Extraction Software) – program do automatycznej, podpikselowej analizy

kraw ħ dzi (Mikrut, 2003 ).

Realizacja tych projektów badawczych bazuj Ģ cych na własnym oprogramowaniu oraz

analiza obecnie dost ħ pnego darmowego oprogramowania skłoniła nas do zaproponowania

własnego systemu.

Autorzy nowego systemu (VSD-WIN) podj ħ li prób ħ budowy oprogramowania

nawi Ģ zuj Ģ cego do VSD DOS w oparciu o system Windows (docelowo na dowoln Ģ

platform ħ operacyjn Ģ ). System opiera si ħ na powstałych kilka lat temu sprawdzonych

algorytmach oprogramowanych do celów projektu kontroli skrajni kolejowych dla

P.U.T.GRAW z Gliwic, autorstwa Tokarczyk, Mikrut, Huppert.

Algorytm wykorzystany w systemie do pomiaru skrajni bazuje na budowie modelu na

podstawie dwu zdj ħę w oparciu o orientacj ħ wzajemn Ģ metod Ģ Schuta (Schut 1966), gdzie

układem modelu jest przestrzenny układ tłowy lewego zdj ħ cia, a parametrami orientacji

wzajemnej s Ģ liniowe i k Ģ towe elementy orientacji prawego zdj ħ cia: b y , b z , d Ƀ ”, d Ő ”, d ȸ ”.

Orientacja bezwzgl ħ dna przeprowadzana jest metod Ģ beziteracyjn Ģ z zastosowaniem

czteroparametrowej macierzy transformacji Rodrigueza-Olinda (Schut 1967).

Poprawne wykonanie orientacji wzajemnej (miernikiem poprawno Ļ ci jest szcz Ģ tkowy

bł Ģ d paralaksy poprzecznej) pozwala na uruchomienie trybu autogrametrycznego,

wykorzystuj Ģ cego do sterowania znaczkiem mierz Ģ cym funkcj ħ DLT. Tryb ten jest

oczywi Ļ cie równie Ň wł Ģ czany po orientacji bezwzgl ħ dnej. Efekt stereoskopowy osi Ģ gany

jest w drodze podziału ekranu na dwie cz ħĻ ci, w których wy Ļ wietlane s Ģ osobno oba

zdj ħ cia stereopary lub te Ň drog Ģ obserwacji stereoskopowej z u Ň yciem specjalnej karty

graficznej i okularów.

W zamierzeniach autorów system ma mie ę szerokie zastosowanie dydaktyczne jak

równie Ň mo Ň liwo Ļ ci wykonywania ró Ň nych prac produkcyjnych. Jest on realizowany

w ramach projektu KBN pt. ”Analiza mo Ň liwo Ļ ci wykorzystania sieci neuronowych do

519

Sławomir Mikrut, Regina Tokarczyk, Michał Huppert

korelacji obrazów’. J Ģ dro systemu stanowi autograf cyfrowy, w zamierzeniu ogólnie

dost ħ pny (darmowy), wokół którego rozbudowywane b ħ dzie oprogramowywanie na

zasadzie wtyczek (ang. plug in ). Darmowa wersja programu pozwala ę b ħ dzie na

wykonanie wszystkich orientacji stereogramu, pomiar danych do NMT oraz generowanie

ortofotomapy. Obserwacja stereo w VSD-WIN mo Ň liwa b ħ dzie poprzez wybór jednej

z dwóch dost ħ pnych opcji: stereoskopu zwierciadlanego lub poprzez okulary polaryzuj Ģ ce

sprz ħŇ one z karta graficzn Ģ 3D.

Planowany system składał si ħ b ħ dzie z dwóch cz ħĻ ci: bazowej oraz rozszerzonej. Ta

pierwsza cz ħĻę systemu zostanie przygotowana pod k Ģ tem prowadzenia dydaktyki

z przedmiotów zwi Ģ zanych z fotogrametri Ģ . B ħ dzie to cz ħĻę uzupełniona materiałami

dydaktycznymi w formie rozbudowanej pomocy do programu. Zawierał on b ħ dzie tutorial

ułatwiaj Ģ cy obsług ħ programu oraz szczegółowy opis merytoryczny zagadnie ı zwi Ģ zanych

z programem (fotogrametryczne podstawy etapów opracowania na autografie). Do celów

dydaktycznych ka Ň dy z etapów opracowania zawiera ę b ħ dzie szczegółow Ģ analiz ħ

wyników pomiaru i oblicze ı . System bazowy składa ę si ħ b ħ dzie z podstawowych operacji

dotycz Ģ cych etapów opracowania autogrametrycznego: orientacji wewn ħ trznej, wzajemnej

i bezwzgl ħ dnej zdj ħę .

Rozszerzona cz ħĻę systemu składa ę si ħ b ħ dzie, oprócz cz ħĻ ci bazowej, z modułów

powstałych w trakcie bada ı , zwi Ģ zanych z automatyzacj Ģ pewnych procesów

fotogrametrycznych. Cz ħĻę ta b ħ dzie mogła by ę rozwijana równie Ň przez zewn ħ trznych

u Ň ytkowników dzi ħ ki odpowiedniemu skonfigurowaniu systemu, pozwalaj Ģ c na instalacj ħ

tzw. wtyczek. Cz ħĻę z tych wtyczek, powstanie w ramach niniejszego projektu.

W ramach bada ı nad automatyzacj Ģ opracowa ı fotogrametrycznych planuje si ħ

analiz ħ ró Ň nych metod automatyzacji pomiaru obrazów cyfrowych pod k Ģ tem wyboru

optymalnych do wybranych zastosowa ı oraz pod k Ģ tem sprawdzenia, które metody mog Ģ

by ę dla nich wspólne.

3.1 System wtyczek

W ramach wspomnianych wy Ň ej wtyczek (ang. „plug-in ”) oprogramowano ju Ň

algorytmy pozwalaj Ģ ce na wykonanie automatycznej orientacji wewn ħ trznej

(OR_INT_AUTO) i wzajemnej (OR_REL_AUTO). Kolejnym krokiem b ħ dzie

zaimplementowanie procedur automatycznej wektoryzacji konturów obiektów

z podpikselow Ģ dokładno Ļ ci Ģ (cz ħĻę algorytmów autorstwa Mikrut, Huppert, zostanie

zaimplementowa z programu FEX powstałego w ramach innego, wcze Ļ niejszego projektu

badawczego) oraz modułu „feature extraction”, bazuj Ģ cego na algorytmach opartych o sieci

neuronowe. Autorzy planuj Ģ udost ħ pnienie w Internecie wersji darmowej pozwalaj Ģ cej na

pełn Ģ prac ħ systemu z ograniczeniem do wybranego modelu stereoskopowego. Osoby

zainteresowane rozwijaniem oprogramowania b ħ d Ģ mogły to realizowa ę poprzez

budowanie własnych algorytmów i ich implementacje wła Ļ nie poprzez opcj ħ „Plug In”.

520

Koncepcja systemu VSD-WIN

Tab 1 . Aktualne zaawansowanie prac nad systemem VSD-WIN

Cz ħĻę

Bazowa

Systemu

Cz ħĻę

Rozszerzona

Systemu

Wtyczki

Zrealizowano

Planowane

Zrealizowano

Planowane

Wczytywanie

obrazów

Korekcja dystorsji

Wczytywanie

obrazów z orientacj Ģ

Orientacja

wewn ħ trzna

automatyczny

Orientacja wzajemna

manualny

automatyczny

Orientacja

bezwzgl ħ dna

manualny

automatyczny

Transformacja DLT

Tryb

autogrametryczny

Pomiar danych do

NMT

automatyczny

Wektoryzacja 2D i

Wektoryzacja z

podpiks. dokładno Ļ ci Ģ

pół-automat

„Feature Extraction”

Obserwacja stereo

– podział ekranu

Obserwacja stereo

– okulary

polaryzuj Ģ ce

Generowanie

ortoobrazów

Mozaikowanie

Pomiar punktów

wi ĢŇĢ cych do

aerotriangulacji

Wyrównanie

aerotriangulacji

Przetwarzanie

obrazów (filtracje)

Zadania z

fotogrametrii

in Ň ynieryjnej

521

Zadanie

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: