28-30.PDF


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
28.


Переход от системы координат монитора к системе
снимка для метрической камеры

Системы координат для измерения снимка


Система координат снимка

задается с помощью координатных меток
впечатанных в изображение в момент экспонирования снимка. Это правая
прямоугольная система координат. Начало системы снимка совпадает с
главной точкой снимка. Направление осей определяется положением
координатных мето
к. Единицы измерения


миллиметры.


Система координат

монитора
компьютера

задается конструкцией
самого монитора. Начало системы монитора находится в левом верхнем углу
экрана. Ось абсцисс направлена слева направо для наблюдателя сидящего
перед монитором. О
сь ординат направлена вниз. Таким образом


это левая
прямоугольная система координат. Единицы измерения


пиксели.


Использование персонального компьютера в качестве средства
измерения координат точек на снимке предполагает, что сами измерения
выполняют
ся в системе координат монитора. Однако, формулы
фотограмметрии содержат в качестве измеренных величин координаты точек
в системе снимка. Поэтому встает задача о переходе от измеренных
координат в системе монитора к координатам в системе снимка. Такая зада
ча
подробно рассмотрена в разделе 6 настоящей лабораторной работы.

Координатные метки


Система координат снимка может задаваться

по
-
разному в зависимости
от конструкции съемочной камеры.


Координатные метки

часто изготавливаются вместе с прижимной
рамкой, которая ограничивает размер кадра. Такие метки располагают по
краям рамки, а их изображения впечатываются в снимок в момент
экспонирования. На рис.1 показаны несколько примеров того, как выглядят
координатн
ые метки в различных съемочных камерах.


Если координатные метки отсутствуют на снимках, то вместо них
систему координат на снимке задают с помощью
сетки крестов
. Эта сетка
изготавливается на прижимном стекле камеры в виде набора маленьких
крестиков, котор
ые наносятся на стекло по специальной технологии. В
момент экспонирования изображения крестов «впечатываются» в снимок.
Сетка крестов, как правило, равномерно покрывает всю площадь снимка.
Сами кресты отстоят друг от друга на строго фиксированное расстояни
е.
Координаты крестов, задающие их взаимные положения, измеряются с
высокой точностью в процессе калибровки съемочной камеры. На рис.2а
представлена схема сетки крестов для съемочной камеры космического
аппарата «Зонд
-
8». На Рис. 2б


схема устройства кадр
а метрической камеры
«Аполлон
-
15,
-
16,
-
17». На данной схеме некоторые размеры указаны в
миллиметрах, а некоторые


в дюймах. Те значения, где размерность не
указана, даны в дюймах. Для перехода от одной размерности к другой
следует использовать соотношение





1 дюйм  2.54 см.

Так расстояния между соседними крестами прижимного стекла метрической
камеры «Аполлонов», как следует из схемы, составляют 10 миллиметров по
обеим координатам. Для ориентации снимка относительно лунной
поверхности и направления движе
ния космического корабля следует
обратить внимание на расположение и форму координатных меток, а также
учесть, что съемка велась по маршрутам вдоль лунного экватора.


Рис.2
а
. Схема расположения сетки крестов

н
а прижимном стекле


съемочной камеры космическ
ого аппарата «Зонд
-
8


Рис. 2б. Схема устройства сетки крестов метрической камеры кораблей
«Аполлон» для съемки лунной поверхности

Переход от системы координат монитора


к системе координат снимка


Для перехода от отсчетов
в системе координат монитора
к
координатам
точек в системе снимка применяется алгоритм, учитывающий поворот
снимка выполненный ранее (см. лабораторную работу № 1).


Сначала определяют координаты главной точки снимка в системе
монитора:















(
1
)








где

x'
п

, x'
л

в формулах
(
1
)

-

это отсчеты на правую и левую координатные
метки снимка (метки оси абсцисс).


Затем находят координаты измеренных точек снимка отнесенные к
главной точке снимка:






x(pxl)=x'



x
o











(
2
)







y(pxl)=y
o



y'

,

где
x
o
, y
o

-

положение главной точки снимка найденное по формулам (1).

Формулы (2) написаны с учетом того, что система
координат монитора


левая система координат.


Следующий этап состоит в расчете коэффициентов
К
x

и
К
y

перевода
«пикселов в миллиметры». Для такого расчета необходимо измерить на
мониторе детали снимка с известными размерами. Такими «деталями» могут
служит
ь края кадра, изображения сетки крестов, координатные метки.


Пусть, например, коэффициент определяется с использованием края
кадра. Обозначим размер кадра
буквами
L
х
.
Следует помнить
, что
измеряемый снимок был повернут так, что оси координат монитора и снимка
взаимно параллельны. Измерения краев кадра на изображении дадут два
отсчета

x
'
п

и



x'
л


(правый и левый края). Тогда коэффициент
К
x

получится по формуле






.

(3)


Коэффициент

К
y

определяется

аналогично с тем лишь отличием, что
для измерений и расчетов берутся ординаты измеряемых величин и размер L

y
кадра по оси ординат. При этом отсчеты на нижнюю и верхнюю
координатные метки обозначаются

y'
н

и
y'
в

соответственно.










(4)


Координаты измеренных точек в системе координат снимка,
выраженные в миллиметрах, получа
ю
тся по
ф
ормулам
(
5
)



x(mm)

=

x(pxl)

*
К
x










(
5
)




y(mm)

=

y(pxl)

*

К
y

и используются в дальнейшей обработке снимков.


Результаты обработки измерений координатных меток и определяемых
точек
представляются в следующей таблице.


29.


Фотограмметрия снимков представленных в wAW
-
формате

RAW

(от англ. слова raw


сырой)


один из форматов
данных, содержащий необработанную информацию, которая
получается прямо с фотоматрицы. То есть файл хранит
полн
ую информацию об изображении.



30.


Сгущение фотограмметрической сети

Сгущение фотограмметрической системы лунных координат на основе
орбитальной съемки метрической камерой

Постановка задачи.
Совместная обработка снимков сделанных разными
камерами с разных орбит понимается в настоящей лабораторной работе как
фотограмметрический способ определения трехмерных селеноцентрических
координат точек на заснятой территории, которые изобразились по мень
шей
мере на двух снимках. Рассмотрен простейший вариант решения, когда на
снимках кроме определяемых точек удается опознать точки опорного
каталога. Тогда схема решения задачи состоит из двух этапов. На первом
этапе рассчитываются элементы внешнего ориенти
рования снимков, на
втором
-

решается прямая фотограмметрическая засечка одновременно по
двум снимкам. В результате такого решения получаются трехмерные
положения измеренных одноименных точек. Решение выполняется отдельно
для каждой измеренной точки. Все
измеренные координаты точек как
опорных, так и определяемых перед обработкой исправляются путем
введения в них поправок за дисторсию объектива и деформацию пленки. Для
камеры со шторно
-
щелевым затвором вводятся также поправки по формулам
динамической фотог
рамметрии.

Главное отличие состоит в том, что в предлагаемом алгоритме снимаются
ограничения на однородность снимков. Однородными условно назовем
снимки одного маршрута, когда они сделаны одной камерой с малыми
углами взаимных наклонов. В данном алгоритме

уравнения принимают
снимки с любыми углами наклонов и масштабов, а также снимки,
выполненные разными камерами. То есть камерами с разными фокусными
расстояниями. Вследствие снятия названных ограничений съемочные камеры
могут находиться в любых точках прос
транства и, в частности, на разных
орбитах. Остается лишь два минимально прожиточных условия. Наличие на
снимках опорных точек для расчета элементов внешнего ориентирования и
наличие на снимках самих одноименных точек.

Исходные данные.
На рисунках 1 и 2 показаны геометрические условия,
в которых получены использованные снимки.


Орбиты «Зонда
-
8» (красный пунктир) и «Аполлона
-
17» (желтый пунктир)
показаны в двух ракурсах: на Рис.1


вид со стороны южного полюса, на
Рис.2


вид со стороны

западного полушария. Номера снимков также
написаны соответственно красным и желтым цветом.


Рис.1



Рис.2


Рис.3

Перекрытие снимков
A
17
-
M
-
478(желтый) и
A
17
-
M
-
335 (красный)
на реальном снимке
Зонд
-

61

Алгоритм решения задачи.
Алгоритм выполнения
лабораторной работы
состоит в решении двойной прямой фотограмметрической засечки. Назовем
лишь главные отличия алгоритма от классической схемы построения
стереомодели. Во
-
первых, в предлагаемом варианте отпадает требование к
величине перекрытия снимков в

стереопаре. Даже если на обоих снимках
найдена и измерена всего одна общая точка, то решение даст ее
трехмерные координаты. Во
-
вторых, не накладывают ограничения на число
снимков. Если точка изобразилась на двух снимках, то решение проходит.
Если сним
ков более двух, то просто увеличивается число уравнений, а число
неизвестных остается неизменным, так как решения проводится отдельно по
каждой определяемой точке. При этом точность решения возрастает
пропорционально числу измеренных снимков. Так для случ
ая трех снимков
получается система 6 уравнений с 3 неизвестными.


К
ак уже было отмечено
,

элементы ориентирования снимков стереопары

известны. Будем использовать связь между селеноцентрическими
координатами точек поверхности Луны
X, Y, Z
, и координатами точ
ек
изображения этой поверхности на снимке
,у

которая записывается в виде:


x
1
-
xo
=




(1)

y
1
-
yo
=

Где в формулах (1) f


фокусное расстояние фотокамеры, aij
элементы
матрицы A направляющих косинусов осей системы Sy относительно осей
системы OXYZ. oyo0. [1]

Элементы aij представляют собой функции угловых элементов
ориентирования. Они выражаются следующим образом:


а
11
=

a
12
=

a
13
=


a
21
=

(2)

a
22
=

a
23
=


a
31
=

a
32
=

a
33
=

Так как в новом методе предлагается использовать снимки с разных
камер, то важно сказать, что и элементы ориентирования, которые мы ранее
определили, у них будут разные. Следовательно, для второго снимка
зависимости (1)
и (2) запишутся следующим образом:

x
2
-
xo
=




(3)


y2
-
yo=


b
11
=

b

12
=

b

13
=


b

21
=

(4)

b

22
=

b

23
=


b

31
=

b

32
=

b

33
=

Рассматривая зависимости (1) и (3) можно заметить, что неизвестные
элементы
X
,
Y
,
Z

и там и там

одни и те же. Получается, что в 4 уравнениях
имеем три неизвестных. Преобразуем (1) и (3) в систему уравнений
относительно
X
,
Y
,
Z
. Рассмотрим преобразования для
(1) а далее запишем
тоже самое для (3).

Для начала в (1) раскроем скобки и сгруппируем в удобном виде.



x
'
1

=


(5)


y
'
1

=


где
ξ
,

γ и γ':



=




=

(6)


ξ

=


Далее из (5) и (6) имеем:




Запишем аналогичные уравнения для 2 второго снимка:




В общем виде уравнения будут выглядеть так:




(7)



,

гд
е элементы
A
,
B
,
C
,
D
,
E
,
F
,
G
,
H
,

и соответственно такие же элементы с
индексом 1 зависят от
x
1,
y
1
и

x
2,
y
2

измеренных одноименных опорных
точек на разных снимках, и от направляющих косинусов, получаемых из
элементов ориентирования.

Полученная система уравнений является линейной переопределенной.
Лучше всего решать эту систему методом наименьших квадратов.

Так
ой алгоритм получения координат в фотограмметрии называется
прямой фотограмметрической засечкой.



Приложенные файлы

  • pdf 23846589
    Размер файла: 1 002 kB Загрузок: 2

Добавить комментарий