Розширений_план__лекцій_курсу

14.Технологічна схема лазерного сканування.

1.Будова та технічні характеристики наземного лазерного сканера Scan Station 2

фірми Leica.

2.Технологічна схема складання планів та 3D-моделей за допомогою лазерного сканера.

3.Точність визначення координат при лазерному скануванні та технологічні похибки сканування.

1. Блок-схема наземного лазерного сканера

Технічні характеристики: Кут обзору - 360˚×270˚

Швидкість сканування до 50000 точок/сек. Точність поодинокого вимірювання Місцезнаходження - 6 мм Віддаль – 4 мм Кутова точність – 60 мікрорадіан

Точність моделювання поверхонь – 2 мм Точність вимірювання візирних марок – 1 мм

Діапазон сканування – 1-300м Двоосьовий компенсатор для полігонометричного ходу та обчислення засічки.

Параметри сканера

лазерний об’єкт сканер

0,25 мм мінімальний крок сканування на 50 м.

лінійна точність +/- 4 мм кутова точність +/- 60 мікрорадіан

Зшивкою називається приведення «хмари» точок зі всіх пунктів сканування в єдину просторову систему координат точок об’єкта.

Сукупний метод лазерного та цифрового стереофотограмметричного методу

Переваги сукупного методу:

1. Цифрове знімання дає змогу відобразити об’єкт з максимальною деталізацією.

2.При застосуванні лазерного сканування визначається надлишкова кількість точок, що дає змогу застосувати їх як опорні точки та контрольні точки при орієнтуванні цифрових стереопар, а також проконтролювати точність отриманих фотограмметричних координат.

3.Розглянемо точність сукупного методу:

Похибки лазерного сканування:

mПВ – скп поодинокого знімка;

mПМ – похибка моделювання поверхні;

mПВ = ± 4 мм mПМ = ± 2 мм

m ЛС = 4,5 мм

Похибки цифрового стереофотограмметричного методу

1. mд ≤ 2 мкм

mд – похибка за дисторсію. 2. Похибки ЕЗО:

mα=mω=mκ ≤ 3΄΄

Значення скп координати у:

Для усунення цих похибок необхідно зробити окреме знімання цих частин, що не знаходяться в площині основного об’єкту, і виконати їх обробку. Вище перераховані похибки необхідно просумувати і знайти сукупну похибку об’єкту.

Висновки:

1.В період лазерного сканування необхідно запроектувати станції лазерного сканування таким чином, щоб в подальшому отримати «хмари» точок, які були б максимально перпендикулярні до об’єкту.

2.Недоліками лазерного сканування є те, що виникають мертві простори та сильні відхилення простору, що приводить до значних похибок.

3.На сьогоднішній день складність запропонованої технологічної схеми полягає в тому, що упізнання точок лазерного сканування на об’єкті та на цифрових знімках дуже складна операція в тому сенсі, що не завжди є однозначність упізнавання.

15-16. Застосування наземного стереофотограмметричного знімання у різних галузях науки та техніки

1.Залізничне наземне маршрутне фотограмметричне знімання.

2.Дослідження мікрогеометрії та дефектів деталей машин та приладі

3.Фотограмметрія в медицині.

4.Застосування стереофотограмметричного методу в судота авто будівництві.

5.Застосування наземного фотознімання у військовій справі.

1.Залізничне наземне маршрутне фотограмметричне знімання

Найбільш швидким та об’єктивним методом перевірки стану залізничних колій є наземне маршрутне стереофотограмметричне знімання з невеликої висоти під час руху поїзда.

Фотозйомка в даному випадку здійснюється з консолі, встановленої на із торцевої сторони вагону. Довжина консолі 6-8 м, висота площадки, з якої відбувається фотографування залізничної колії 4,5-5 м. Для фотографування залізничної колії застосовуються фотокамери з фокусними віддалями: 55, 70, 100, 152, 210 мм. При виконанні знімальних робіт з висоти 5 м масштаби знімків будуть 1:90, 1:72, 1:50, 1:33, 1:24.

Перед початком знімальних робіт фотокамери юстують на кінцеву відстань 4-5 м, а далі в залежності від швидкості руху поїзда розраховують величини можливих експозицій. Вагон може рухатися зі швидкістю 5, 10, 15, 20 км/год. Управління роботою камери – дистанційне з вагона.

При наземній маршрутній стереофотограмметричній зйомці необхідно враховувати три види зсувів зображення.

Перший з’являється через поступальний рух рухаючого потяга, другий – ізза вібрації вагона, визваної його ресорами, третій – через нахил вагону відносно горизонтальної та вертикальної осей від поштовхів на стиках рейок. Вплив цих зсувів на якість фотознімків залежить від швидкості руху поїзда та висоти фотографування. Зсув зображення не повинен перевищувати 0,2 мм.

При відсутності кутів нахилу та повороту фотознімка в своїй площині залежність між координатами точок фотознімку та точок залізничного полотна виражається формулами:

X H xf

h H p b p

де H – висота фотографування над початковою площиною; f – фокусна віддаль фотокамери;

Δp – різниця поздовжніх паралаксів;

b – базис фотографування в масштабі фотознімку.

Існує два типи консолі до залізно дорожнього вагону, призначених для виробництва стереофотограмметричних зйомок. Перший тип представляє собою чотирьохгранну піраміду, жорстко прикріплену основою до торцьової стінки вагону. Другий тип представляє собою висувну ферму з тонкостінних труб, закріплену на даху вагона всередині спеціальної рами.

Взалежності від величини площі, яку фотографуємо розрізняють:

1)поодиноке фотографування (коли ділянка шляху може бути знята в заданому масштабі на одному знімку);

2)маршрутне фотографування (коли ділянка шляху може бути знята на одному знімку, а необхідно послідовний ряд зв’язаних між собою фотознімків);

3)площадне фотографування (застосовується при зніманні залізничних станцій та вузлів).

Поодиноке планове фотографування необхідне для вивчення деформацій верхньої будови, відкосив земляного полотна, водовідводів, штучних будівель та інших змін окремих ділянок залізничної колії. Обчислення елементів поодинокого планового фотографування полягає у визначенні масштабу і площі, що захоплюється на залізничної колії одним знімком.

Масштаб планового фотознімка визначається за формулою:

де f – фокусна віддаль фотоапарата; H – висота фотографування.

Захват залізничної колії фотознімком визначається за формулою:

L l m (69)

де l – довжина сторони фотознімка.

Маршрутне планове фотографування застосовується для фотозйомки значних ділянок залізничної колії (залізно дорожні криві, стан рейок та інше).

Площадне маршрутне знімання необхідне для отримання планів залізничних станцій та проведення вимірювальних робіт в межах станційної території. Для визначення числа маршрутів необхідно знати ширину площі, яку фотографуємо и, яка визначається по плану залізничної станції, відстань між маршрутами в масштабі знімка – b та масштаб фотознімка 1:т. тоді число маршрутів:

Дешифрування по фотознімкам об’єктів залізничної дороги

По фотознімкам можна вивчити величини різних деформацій та пошкоджень в межах верхньої будови шляху: поверхневі деформації рейок (темні плями, фарбування) та шпал (тріщини, виколи). Крім того, в практиці необхідно знати планове положення шпальних ящиків та ряд інших даних – для оцінки стану шляху.

Знімання залізничних кривих

Наземна маршрутна стереофотограмметрична зйомка може бути застосована для визначення елементів залізничних кривих. Для цієї цілі фотографування рекомендується проводити камерою з фокусною віддаллю 70 мм та форматом фотознімка 18×18 см з 60% поздовжнім перекриттям. Залізнична крива знаходиться на декількох фотознімках, при чому на кожний знімок попадає крива довжиною близько 12 м.

За виміряними стрілами визначають кут повороту кривої за формулою:

f - сума стріл кривої.

Радіус кривої визначають за виразом:

де L – довжина кривої, що вимірюється числом ділень по стріло грамі. Довжина кривої визначається формулою:

де H – предметна відстань (відстань від передньої вузлової точки об’єктива до досліджуваної поверхні);

p – поздовжній паралакс;

Δp – різниця поздовжніх паралаксів початкової точки та точки, яку визначаємо. Гранична похибка виміру мікронерівності за стереознімками дорівнює:

де m p - помилка виміру різниці поздовжніх паралаксів р.

Методом стереоскопії, використовуючи рентгенографію та ультразвук, можна також об’ємно досліджувати приховані від очей дефекти поверхневого шару (тріщини, раковини, їх взаємне положення та інше).

3. Фотограмметрія в медицині

В сучасній медицині для діагностичних та лікувальних цілей широко застосовуються досягнення технічних наук, в тому числі і фотограмметрія.

Стереофотограмметричні методи вимірювання ока вирішують наступні задачі:

1)дослідження переднього та зовнішнього відділу ока;

2)дослідження оптичної системи ока;

3)дослідження очного дна;

4)визначення положення внутрішньо очних чужорідних тіл.

Дослідження переднього та зовнішнього відділів ока

До зовнішнього відділу ока відноситься його склеральна частина. Суть стереофотограмметричного методу вимірювання радіусу кривизни склери живого ока заключається в фотографуванні ока та наступних вимірюваннях на стереопарах. По результатам цих вимірювань обчислюють величину радіуса кривизни склери.

Стереоскопічний метод дозволяє виміряти радіус кривизни склери з точністю 0,1 мм, що задовольняє офтальмологів. Цей метод набагато точніший від інших. Особливу увагу він набуває як єдиний об’єктивний безконтактний метод, для вимірювання ока при пораненнях, коли контактні методи не можуть бути застосовані.

Велике значення має і стереофотограмметричний метод вимірювання внутрішньо очних новоутворень, диференціальна діагностика яких одна із складних розділів офтальмології. Задача дослідження новоутворень в динаміці з ціллю їх ранньої діагностики, дуже актуальна.

При вивченні новоутворень основними параметрами, що цікавлять лікаря є вимірювання форми, розмірів та положення пухлини, а також швидкість самого процесу росту. Стереофотограмметричний метод дозволяє об’єктивно отримувати всі ці характеристики.

Суть методу заключається у вимірюваннях за двома стереопарами, які отримані через певний проміжок часу, просторових координат характерних точок пухлини і в зіставленні їх.

Оскільки око володіє власною рухливістю, то в загальному випадку положення новоутворень на обох стереопарах буде різними через різне положення візирної осі ока відносно оптичної осі знімальної камери. В зв’язку з цим передбачається приведення результатів вимірів до одного положення. Метод дозволяє з точністю 0,1 мм прослідкувати за ростом та переформуванням пухлини у всіх трьох вимірах.

Стереофотограмметричний метод дозволяє виміряти по стереопарам видиму глибину передньої камери ока. Це дуже важливо, наприклад, при захворюваннях глаукомою, контузії ока. Метод дозволяє провести виміри з точністю 0,1 мм, що значно перевищує точність інших методів.

Дослідження очного дна. За допомогою стереофотограмметричної методики та апаратури здійснені просторові виміри різних патологічних вимірів на очному дні.

Стереоскопічний ефект при рентгенівському дослідженні істотно відрізняється від об’ємної картини в видимому світлі. Рентгеноконтрастні тіла затіняють об’єкти, розміщені ззаду та спереду себе. Тому неможливо опізнати деякі відповідні точки на стереопарі, що приводить до зникнення частини просторових деталей об’єкта при об’ємному сприйнятті.

Малі рентгеноконтрастні елементи в м’якій тканині м’язів зображуються на фотознімках розсіяними точками. При об’ємному сприйнятті із-за об’єднання невідповідних елементів стереопари можна побачити хибне зображення.