
- •Введение § 1. Понятие о фотограмметрии
- •§ 2. Основные виды и методы фототопографических съемок
- •§ 3. Краткий исторический очерк развития и современное состояние фотограмметрии
- •Глава 1. Основы аэрофотосъемки § 4. Общие понятия об аэрофотосъемке
- •§ 5. Фотографический объектив
- •§ 6. Характеристики фотографического объектива
- •§ 7. Светочувствительные слои и их основные показатели
- •§ 8. Аэрофотоаппарат
- •§ 9. Виды аэрофотосъемки. Носители съемочной аппаратуры
- •§ 10. Основные технические требования к топографической аэрофотосъемке
- •§ 11. Специальное аэросъемочное оборудование
- •§ 12. Аэрофотосъемочные работы
- •Глава 2. Геометрические основы фотограмметрии § 13. Понятие о центральной проекции
- •§ 14. Элементы центральной проекции
- •§ 15. Перспектива точки и прямой предметной плоскости
- •§ 16. Теорема Шаля. Эпюры
- •§ 17. Перспектива отвесной прямой
- •§ 18. Перспектива сетки квадратов
- •Глава 3. Теория одиночного снимка § 19. Системы координат в фотограмметрии
- •§ 20. Элементы ориентирования аэроснимка
- •§ 21. Преобразования координатных систем
- •§ 22. Определение направляющих косинусов
- •§ 23. Зависимость между координатами соответственных точек снимка и местности
- •§ 24. Зависимость между координатами точек наклонного и горизонтального снимков
- •§ 25. Масштаб изображения на аэроснимке
- •§ 26. Линейные искажения, вызванные влиянием угла наклона аэроснимка
- •§ 27. Линейные искажения, вызванные влиянием рельефа местности
- •§ 28. Искажение изображения площади
- •§ 29. Физические источники искажения изображения
- •§ 30. Определение элементов внешнего ориентирования снимка
- •Глава 4. Трансформирование снимков § 31. Понятие о трансформировании
- •§ 32. Аналитическое трансформирование
- •§ 33. Понятие о фотомеханическом трансформировании
- •§ 34. Оптические и геометрические условия фототрансформирования
- •§ 34.1. Оптические условия фототрансформирования
- •§ 34.2. Геометрические условия фототрансформирования
- •§ 35. Элементы трансформирования
- •§ 36. Фототрансформаторы
- •§ 37. Трансформирование снимков на фототрансформаторе
- •§ 37.1. Трансформирование снимков по установочным данным
- •§ 37.2. Трансформирование снимков по опорным точкам
- •§ 38. Учет рельефа при фототрансформировании
- •Глава 5. Фотосхемы и фотопланы § 39. Понятие о фотопланах и фотосхемах
- •§ 40. Изготовление фотосхем
- •§ 41. Изготовление фотопланов
- •§ 42. Контроль фотопланов и фотосхем
- •Глава 6. Дешифрирование снимков § 43. Понятие о дешифрировании
- •§ 44. Дешифровочные признаки
- •§ 45. Содержание и точность дешифрирования
- •Глава 7. Способы наблюдения и измерения стереомодели § 46. Глаз – оптическая и физиологическая система
- •§ 47. Монокулярное и бинокулярное зрение
- •§ 48. Стереоскопическое зрение
- •§ 49. Способы стереоскопических наблюдений
- •§ 50. Способы измерения снимков и стереомодели
- •§ 51. Стереокомпараторы
- •§ 52. Точность измерений
- •Глава 8. Теория пары аэроснимков. Построение одиночной модели § 53. Модель местности и пространственная фотограмметрическая засечка
- •§ 54. Элементы взаимного ориентирования пары аэроснимков
- •§ 55. Уравнение взаимного ориентирования
- •§ 56. Определение элементов взаимного ориентирования
- •§ 57. Прямая фотограмметрическая засечка
- •§ 58. Передача элементов внешнего ориентирования снимка
- •§ 59. Построение фотограмметрической модели
- •§ 60. Внешнее (геодезическое) ориентирование модели
- •§ 61. Деформация фотограмметрической модели
- •Глава 9. Универсальные стереофотограмметрические приборы § 62. Понятие об универсальных приборах
- •§ 63. Особенности обработки снимков с преобразованными связками проектирующих лучей
- •§ 64. Аналоговые фотограмметрические приборы
- •§ 65. Аналитические фотограмметрические приборы
- •§ 66. Обработка снимков на универсальных фотограмметрических приборах
- •§ 66.1. Обработка снимков на аналоговых приборах
- •§ 66.2. Обработка снимков на аналитических приборах
- •§ 67. Дифференциальное трансформирование
- •Глава 10. Пространственная фототриангуляция § 68. Сущность пространственной фототриангуляции
- •§ 69. Классификация методов фототриангуляции
- •§ 70. Внутреннее ориентирование снимков
- •§ 71. Способ полузависимых моделей
- •§ 72. Способ независимых моделей
- •§ 73. Уравнивание связок проектирующих лучей
- •§ 74. Другие способы аналитического построения сетей фототриангуляции
- •§ 75. Точность фототриангуляционных сетей
- •§ 76. Требования к густоте опорных точек
- •§ 77. Программы построения и уравнивания сетей пространственной фототриангуляции
- •Глава 11. Методы цифровой фотограмметрии § 78. Понятие о цифровом изображении
- •§ 79. Характеристики цифрового изображения
- •§ 80. Фотометрические и геометрические преобразования цифровых снимков
- •§ 81. Источники цифровых изображений
- •§ 82. Стереоскопические наблюдения и измерения цифровых изображений
- •§ 83. Автоматическая идентификация точек цифровых снимков (коррелятор)
- •§ 84. Фотограмметрическая обработка цифровых снимков
- •§ 84.1. Внутреннее ориентирование снимков
- •§ 84.2. Выбор точек и построение фотограмметрических моделей
- •§ 84.3. Построение и уравнивание фототриангуляционной сети
- •§ 85. Цифровая модель рельефа и ее построение
- •§ 85.1. Способы представления цифровой модели рельефа
- •§ 85.2. Фотограмметрическая технология построения цифровой модели рельефа
- •§ 86. Ортотрансформирование снимков
- •§ 87. Современные цифровые фотограмметрические системы и их основные характеристики
- •Глава 12. Материалы фотограмметрической обработки в специальных исследованиях и геоинформационных системах § 88. Виды фотограмметрической продукции и их характеристика
- •§ 89. Решение задач по нетрансформированному снимку
- •§ 90. Использование нетрансформированных снимков в качестве топографической основы гис
- •Литература
§ 86. Ортотрансформирование снимков
Применяемый в фотограмметрии принцип учета влияния рельефа местности при изготовлении плана (фотоплана) местности остается незыблемым уже около 100 лет, и заключается в делении изображения на отдельные участки, называемые зонами трансформирования, в соответствии с их положением по высоте, и последующим установлении для каждой такой зоны своего индивидуального масштаба проектирования. Причем колебание рельефа в пределах такой зоны не может превышать расчетного Q=2h при заданных масштабе плана M, фокусном расстоянии аэрокамеры f, допустимом искажения точек под влиянием рельефа h на плане и расстоянии rсн от центра снимка до угла рабочей площади, определяемого по формуле (3.41):
.
Развитие фотограмметрической мысли, совершенствование технологии и соответствующих технических средств лишь корректировали понятие о зонах трансформирования и принципах их формирования, но не более.
До 1970-х гг. понятие «зона трансформирования» отождествлялось с фрагментами изображения, которым соответствовали участки местности между расчетными горизонталями. Преобразование таких зон выполнялось фотомеханическим способом с помощью фототрансформаторов. Для изменения масштаба проектирования зон использовалась информация о рельефе местности, представленная в виде горизонталей. Сущность преобразований и специфика соответствующей технологии рассмотрена в § 38.
С 1973 г., с серийным выпуском ортофотопроекторов, зону трансформирования стали отождествлять с щелью, через которую фрагменты изображения снимка проектируются на план в масштабе, согласованном с профилем местности. Такое трансформирование, называемое дифференциальным (или, реже, ортогональным), требовало наличия ориентированной в плане и по высоте модели местности, стереоскопическое наблюдение которой обеспечивало возможность изменения высоты щели и тем самым получения информации о рельефе местности в конкретной точке. Сущность дифференциального трансформирования с помощью аналоговых приборов универсального типа рассмотрена в § 67.
С середины 1980-х гг., с появлением и массовым внедрением цифровых фотограмметрических систем (ЦФС), зону трансформирования стали отождествлять с фрагментом изображения, трансформируемым как единое целое – с пикселом или группой пикселов. Размер такого фрагмента может быть установлен так же, как и ширина щели при дифференциальном трансформировании (§ 67), однако, учитывая технические возможности современных ЭВМ, чаще всего он соответствует одному пикселу. Такое преобразование изображения, называемое ортотрансформированием, требует наличия цифровой модели рельефа DEM, со сторонами, параллельными осям X и Y координатной системы местности. Сущность такого трансформирования сводится к следующему.
Пусть известны элементы внешнего ориентирования аэроснимка XS, YS, ZS, , , и имеется цифровая модель рельефа DEM со сторонами, параллельными осям координат и шагом, соответствующим геометрическому разрешению создаваемого ортоизображения или, чаще, превышающим его в 20–40 раз. Требуется выполнить трансформирование исходного снимка, выполнив преобразование каждого пиксела с учетом его положения по высоте (т.е. с учетом цифровой модели местности).
Прежде всего, строится матрица ортоизображения на всю обрабатываемую территорию, ограниченную минимальными и максимальными координатами углов рамок создаваемых топографических карт (планов), а ее стороны должны быть параллельны осям X и Y координатной системы местности (рис. 11.16–11.18).
Геометрическое разрешение такой матрицы p, в соответствии с требованиями Инструкции по фотограмметрическим работам [6], устанавливается равным 70 мкм при изготовлении ортофотоплана в графическом виде; при изготовлении цифрового ортофотоплана оно устанавливается в зависимости от характера его последующего использования. В общем случае оно может быть рассчитано по геометрическому разрешению исходного снимка , знаменателю его масштаба m и знаменателю масштаба создаваемого ортоизображения M:
.
Так, при изготовлении ортофотоплана масштаба 1:2000 по цифровым снимкам масштаба 1:10000, изготовленным с геометрическим разрешением =14 мкм, ортоизображение должно иметь геометрическое разрешение 1410000/2000=70 мкм, или 0,072000/1000=0,14 м на местности.
Задача решается путем «обратного» трансформирования и включает следующие операции (рис. 11.16):
вычисление координат X, Y центра формируемого пиксела ортоизображения A в системе координат местности OXY;
о
пределение отметки Z центра пиксела ортоизображения A по его плановым координатам и цифровой модели рельефа DEM;
вычисление по формулам (3.16) координат x, y изображения a определяемой точки A на снимке по ее координатам на местности X, Y, Z и элементам внешнего ориентирования XS, YS, ZS, , , ;
расчет линейных координат xp, yp в системе opxpyp (формулы 11.12) по ее координатам x, y в системе oxy и параметрам внутреннего ориентирования аэроснимка (§ 84.1);
определение номеров строки и столбца растра (iX, iY) по формулам (11.11) по линейным координатам точки
присвоение оптической плотности пиксела с точкой a исходного снимка соответствующему пикселу формируемого ортоизображения.
Однако ортоизображение должно формироваться в границах рабочей площади снимка, образованной средними линиями его продольного и поперечного перекрытий (§ 41). Поэтому реализации рассмотренной схемы вычислений должно предшествовать нанесение на трансформируемый снимок границ рабочей площади (будущих «линий пореза») в виде полилинии и определение положения ее вершин на ортоизображении (точки 1, 2, 3 и 4, рис. 11.16). Положение «линии пореза» может быть намечено автоматически или выбрано в соответствии с требованиями, предъявляемым к линии пореза фотосхем (§ 40) и фотопланов (§ 41), изготавливаемых методом совместной обрезки.
Д
ля
определения на ортоизображении границ
рабочей площади нужно решить задачу,
обратную рассмотренной выше: найти
пространственные координаты X,
Y,
Z
точки по координатам ее изображения
на аэроснимке x,
y,
элементам внешнего ориентирования
снимка и цифровой модели рельефа.
Для ее решения обратимся к рис. 11.17 где показана точка местности A, ее изображение на снимке a, профиль цифровой модели рельефа по линии в плоскости, проходящей через точку надира и проектирующий луч SaA, и ортоизображение.
Допустим, что искомая точка A лежит на средней плоскости снимка E. Примем ZA=ZE и найдем ее координаты X, Y, Z по формулам (3.15), представив их в виде:
(11.14)
В результате получим точку A0 с координатами XA, YA, лежащую в пересечении проектирующего луча SaA0 с плоскостью E (рис. 11.17). Однако плановым координатам XA, YA соответствует точка цифровой модели A , лежащей в плоскости E с отметкой ZA ZE, не принадлежащая проектирующему лучу SaA.
Для установления проективного соответствия между точками S, a и A нужно вновь воспользоваться формулами (11.14), подставляя в них элементы внешнего ориентирования аэроснимка, координаты x, y точки a на снимке и уточненную отметку искомой точки ZA. В результате будет найдена новой точки A0 с координатами XA, YA , которым соответствует точка цифровой модели A с отметкой ZA, не лежащая на проектирующем луче SaA. Это потребует выполнения второго, третьего и т. д. приближений, пока изменение отметки точки в двух последовательных приближениях не будет пренебрегаемо малым. Теперь пикселу ортоизображения с координатами центра XA и YA можно присвоить оптическую плотность пиксела исходного аэроснимка, содержащего точку a.
Р
ассмотренная
схема используется для расчета плановых
координат вершин полилинии («линии
пореза»), определяющей границу рабочей
площади трансформируемого снимка и
намеченной в соответствии с требованиями
ней (§§ 40, 41). Полученные в последнем
приближении координаты XA
и YA
определяют положение центра
трансформируемого пиксела в системе
координат местности, в соответствии с
которыми на ортоизображении (рис. 11.18)
формируются границы рабочей площади
обрабатываемого снимка. И только после
этого выполняется «обратное»
трансформирование – заполнение
матрицы ортоизображения оптическими
плотностями соответствующих им пикселов
исходного снимка в соответствии с
рассмотренной выше схемой, представленной
на рис. 11.16.
Таким образом, ортоизображение формируется в результате несложных вычислений с использованием зависимостей (3.16) и (11.14) и последующих геометрических и фотометрических преобразований исходного растра, в том числе и определение оптической плотности отдельных пикселов, на которые «не попадают» элементы исходного изображения. Сущность таких преобразований рассмотрена в § 80.
На основе изложенного можно наметить такую последовательность выполнения технологических операций по изготовлению ортофотоплана.
Построение и уравнивание фотограмметрической сети (§§ 70–74).
Определение элементов внешнего ориентирования снимков фотограмметрической сети на основе формул (8.35).
Построение цифровой модели рельефа TIN в границах локальных зон (§ 85) и объединение их в единую модель в границах ортотрансформирования.
Преобразование нерегулярной модели рельефа TIN в регулярную модель DEM с шагом, равным или пропорциональным геометрическому разрешению ортоизображения.
Разметка на снимках границ формируемых по ним ортоизображений, соответствующих рабочим площадям этих снимков.
Ортотрансформирование точек 12345678 границы рабочей площади (рис. 11.18) в соответствии с представленной на рис. 11.17 схемой:
определение номеров столбцов (iX) и строк (iY) точек растра и преобразование их по формулам (11.11) в линейные координаты
в системе растра
;
вычисление по формулам (11.10) координат x, y точек границы рабочей площади в системе координат снимка oxy;
определение по формулам (11.14), методом последовательных приближений, плановых координат X, Y в системе местности по координатам x, y и цифровой модели рельефа;
присвоение пикселу ортоизображения с координатами центра X, Y оптической плотности соответствующего ему пиксела снимка.
«Обратное» ортотрансформирование каждого пиксела ортоизображения в границах рабочей площади 12345678 (рис. 11.18) согласно показанной на рис. 11.16 схеме:
определение плановых координат X, Y центра пиксела ортоизображения и его отметки Z по цифровой модели рельефа:
расчет по формулам (3.16) координат x, y искомой точки изображений на снимке;
вычисление по формулам (11.12) от координат x,y в линейным координатам ;
расчет по формулам (11.11) координат iX, iY, определяющих положение номерами строки и столбца растра, и присвоение его оптической плотности пикселу ортоизображения с координатами центра X и Y.
Фотометрическая коррекция сформированного ортоизображения по границам снимков (выравнивание оптических плотностей по границам зон трансформирования).
Нарезка ортоизображений на планшеты заданного масштаба по координатам их углов и их зарамочное оформление.
Все операции, за исключением определения границ локальных, глобальных зон моделирования и границ рабочих площадей, выполняются в автоматическом режиме, по заданным параметрам обработки.