Лекция 1 Тема лекции Предмет аэрогеодезии Аэрогеодезия

Лекция № 1 Тема лекции: Предмет аэрогеодезии. Аэрогеодезия - дисциплина, основанная на фотограмметрии. Она занимается получением информации о местности по аэрофотоснимкам

Аэрофотосъемка

Определение • Термин «фотограмметрия» происходит от трех греческих слов: photos – свет, • gramma - запись, • metrio – измерение. • измерение по светозаписи.

Определение Фотограмметрия - это научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением характеристик объектов, таких как форма, размеры, положение в пространстве, по их изображениям

Получене изображений при аэрофотосъемке Стереопара аэрофотоснимков Левый аэрофотоснимок Правый аэрофотоснимок

Слайд представляет собой крупномасштабный аэрофотоснимок на фотопленке участка земной поверхности , по которому сразу же можно получить информацию о том , что на нем изображено. Линейные объекты – дороги , и около них мелкие контуры здания со службами. В этой области люди не только работают , но и живут. По числу домов можно оценить число проживающих в области людей. Таким образом мы имеем возможность по аэрофотоснимку запроектировать , к примеру, сеть автомобильных дорог в данном районе.

Съемочные системы получения изображений, используемых для фотограмметрической обработки • • фотокамеры, цифровые камеры, телевизионные камеры, сканерные съемочные системы, радиолокационные системы лазерные сканеры и т. д.

В зависимсти от носителя информации аэрофотоснимки разделяется на аналоговые и цифровые. Аналоговая аэрофртосъемка выполняется с использованием фотопленочного аэрофотоаппарата и с дальнейшим изготовлением аэрофотоснимков на фотобумаге. Цифровая аэрофотосъемка выполняется с использованием цифровой аэрокамеры с записью изображения на карту памяти и дальнейшим просмотром изображения на экране монитора компьютера. Возможна печать цифрового изображения на принтере в виде аэрофотоснимка. По своей разрешающей способности цифровые аэроснимки не уступают аналоговым. Производить обработку цифровой аэрофотосъемки намного проще, что делает ее применение наиболее перспективным

Кадровые цифровые камеры большого формата Di. MAC DMC фирмы Z/I Imaging

Цифровая аэрофотосъемка

Основные достоинства аэрофотоснимков • • Высокая точность, потому что снимки объектов получают прецизионными камерами, а обработку снимков выполняют фотограмметрическими методами. Высокая производительность, достигаемая благодаря тому, что измеряют не сами объекты, а их изображения. Это позволяет автоматизировать процессы измерений по снимкам и последующую обработку на компьютере. Объективность и достоверность информации за счет того, что информация об объекте получается фотографическим путем. Возможность повторения измерений в случае получения спорных результатов. Возможность получения в короткий срок информации о состоянии как всего объекта, так и отдельных его частей. Безопасность выполнения работ, так как измерения выполняются неконтактным методом. Это имеет особое значение, когда объект недоступен или пребывание в его зоне опасно для здоровья человека. Возможность изучения неподвижных, а также медленно и быстро движущихся объектов, скоротечных и медленно протекающих процессов.

Виды аэрофотосъемок и их обработка Космическая съемка Аэрофотосъемка Крупномасштабная съемка Планово-высотная подготовка Фототриангуляция Создание векторной карты: - По стереомоделям - По фотопланам Оформление цифровой модели местности

ТЕМА Расчет основных параметров аэросъемки Определение средней высоты фотографирования

b f a S - центр проекции Hc В А h ab/AB = f/Hc = 1/m Hc = mf

Получение перекрывающихся изображений Непрерывная или щелевая аэросъемка Все объекты записываются 3 раза в Кадровая аэрофотосъемка При 60% перекрытии часть объектов попадает в зону тройного перекрытия

Слайд Базис фотографирования по аэрофотоснимкам определяется как расстояние между двумя главными точками аэрофотоснимков, перенесенных на один из аэрофотоснимков. Базис фотографирования на местности зависит от формата аэрофотоснимка, величины продольного перекрытия и масштаба аэрофотосъемки. Он определяет расстояние на местности между двумя моментами фотографирования. в ℓx ℓX (100 – PX) mср B= 100

Продольное перекрытие аэроснимков П Л X PX Px =(50 (1+h/Hc ) + 10)%

Схема тройного перекрытия снимков Зона тройного перекрытия P 1 P 2 P 3

Поперечное перекрытие аэроснимков Y PY PY =(50 (1+h/Hc ) - 20)%

Координаты и параллаксы точек на стереопаре снимков 21 22

На слайде изображены два аналоговых аэрофотоснимка. Надписи на каждом из них указывают номер аэрофотоснимка в маршруте. Так же указывается дата съемки, фокусное расстояние аэрофотокамеры и положение пузырька круглого уровня относительно горизонта. Аэрофотоснимки выполнены таким образом , что 60% информации повторяется на предыдущим и последующим аэрофотоснимке. Это позволяет видеть на фотограмметрических приборах объемное изображение местности и по нему определять высоты любых точек аэрофотоснимка. Если соединить видимые вверху и внизу координатные метки аэрофотоснимка, то получим координатную ось Х аэрофотоснимка. Если соединить видимые слева и справа координатные метки аэрофотоснимка, то получим координатную ось Y аэрофотоснимка. Точка пересечения координатных осей называется главной точкой аэрофотоснимка.

Расчет базиса фотографирования на местности B зависит от формата аэрофотоснимка ℓx, величины продольного перекрытия PX и среднего масштаба аэрофотосъемки mср. Базис фотографирования на местности Он определяет расстояние на местности между двумя моментами фотографирования. в ℓx ℓX (100 – PX) mср B= 100

Расчет ширины аэрофотосъемочного маршрута Ширина аэрофотосъемочного маршрута Lм на местности определяется как произведение ширины формата аэрофотоснимка ℓy на знаменатель масштаба аэрофотосъемки mср. Что бы определить ширину аэрофотосъемочного маршрута на топографической карте L карты нужно разделить ширину аэрофотосъемочного маршрута LМ на местности на масштаб топографической карты m карты. LМ Х LМ=ℓy×mср Lкарты= LМ m карты

Определение расстояния между маршрутами Расстояние между аэрофотосъемочными маршрутами Ly зависит от ширины формата аэрофотоснимка ℓy, величины поперечного перекрытия аэроснимка Py, и знаменателя масштаба аэрофотосъемки mср. Dx LМ Dy Ly ℓ y (100 – Py) mср Ly= 100 х

Определение количества маршрутов на участке Количество маршрутов на участке аэрофотосъёмки отношением ширины участка аэрофотосъёмки Dy Nм определяется к расстоянию между аэрофотосъемочными маршрутами Ly. Dy Nм = + 1 Ly

Определение числа аэрофотоснимков в маршруте Число аэрофотоснимков в маршруте определяется как отношение длины участка аэрофотосъёмки к величине базиса фотографирования. Dx + 3 Nсн = B Определение числа аэрофотоснимков на участке Nуч Общее число аэрофотоснимков на аэрофотосъемочным участке определяется как произведение количества маршрутов на участке аэрофотосъёмки Nм на число аэрофотоснимков в маршруте Nсн. Nуч= Nм × Nсн

Измерение базиса фотографирования по аэроснимкам Для измерения базиса фотографирования на левом снимке bлевого, необходимо опознать главную точку правого аэроснимка I О 2 на левом аэроснимке О 2. Затем измеряют расстояние между точками обычной линейкой в милиметрах. п л О 1 о о I О 2 bлевый о I . О 1 о О 2 о bпраый

Измерение продольного перекрытия по аэроснимкам ℓх П Л X ∆ℓх Измеряют обычной линейкой в милиметрах величину взаимного перекрытия аэроснимков ∆ℓх и величину общего формата левого снимка ℓх. Вычисляют продольное перекрытие Рх= (∆ℓх/ℓх)100%

Лекция № 2 Тема лекции: Аэрофотоснимки. Смещение точек на аэрофотоснимке из за рельефа местности Рассмотрим влияние рельефа местности на построение изображения снимка и на создание топографического плана.

По законам построения изображения в центральной перспективной проекции точка М местности изобразится на снимке Р в точке m, отстоящей от точки надира n на расстоянии r. При создании топографических карт точки местности должны быть спроектированы отвесными линиями на поверхность.

Точка местности М будет проектироваться на горизонтальную плоскость Е в точку МО. Если изображение, полученное на снимке Р, спроектировать по законам центральной проекции на плоскость Е, то точка m спроектируется в точку М', а не в точку MО. Чтобы точка m спроектировалась в точку МО, необходимо сместить её на снимке в точку m. О. Величину смещения - отрезок mm. О = rh называют смещением точки, вызванным рельефом местности. Таким образом, понятие смещения точек на снимке, вызванные рельефом местности, возникает из-за разных проекций на снимке и на карте (плане).

Из подобия треугольников SNMО и Snm. О, а также SN'M и Snm : После преобразований получим формулу смещений точек на горизонтальном снимке, вызванных рельефом местности. rh =

Из анализа формулы можно сделать вывод, что rh = 0 при: 1) r = 0, т. е. в точке надира n смещение, вызванное рельефом местности, отсутствует. Это объясняется тем, что точка надира является точкой пересечения снимка отвесной линией, т. е. она единственная точка снимка, которая будет соответствовать ортогональной проекции; 2) h = 0, т. е. изображение плоской горизонтальной местности преобразуется из центральной проекции в ортогональную проекцию без погрешностей.

Разномасштабность аэрофотоснимков Разномасштабность ∆d аэрофотоснимков определяют как разницу в длине одной и той же линии d 1 на левом и d 2 правом снимках. Разномасштабность особенно сильно проявляется при больших перепадах рельефа местности. л О 1 о о d 1 d 2 I О 2 о п I . ∆d= d 1 - d 2 О 1 о О 2 о

Стереомодель

Из двух точек SЛ и SП (рис. 2), отстоящих друг от друга на расстоянии, равном глазному базису b. Г, были получены снимки РЛ и РП фотокамерой с фокусным расстоянием f, равным расстоянию наилучшего зрения d 0. Точки снимков, являющиеся изображениями точек (М, N) объекта, спроектируются на сетчатки глаз (m, n и m', n') Разные отстояния точек M и N вызывают взаимные смещения их изображений на снимках. Эти смещения (m'n') при рассматривании снимков преобразуются в физиологические параллаксы , по величине и знаку которых головной мозг строит объёмный образ сфотографированного объекта. Наблюдаемое объёмное изображение называют стереоскопической моделью или стереомоделью. Два снимка, на которых изобразился один и тот же объект, называют стереоскопической парой или сокращённо стереопарой.

Кроме термина стереомодель, используют другой термин - стереоэффект. Различают прямой, обратный и нулевой стереоэффекты. Прямой стереоэффект возникает при рассматривании левого снимка левым глазом, а правого - правым (рис. а) Если снимки поменять местами (рис. б), то будет наблюдаться обратный стереоэффект, т. е. , возвышенности будут восприниматься как углубления. Если оба снимка повернуть на 900 (рис. в), то будет наблюдаться нулевой стереоэффект.

Дешифрирование аэрофотоснимков Процесс распознования изображений предметов на аэроснимке по отношению к их изображениям на местности называется дешифрированием аэроснимков. Характерные черты и особенности различных объектов местности, раскрывающих их содержание, называют признаками дешифрирования объектов. Признаки дешифрирования разделяют на прямые и косвенные.

К прямым признакам относят: 2 размер объекта -до 0. 1 км 2 2 -от 0. 1 км до 1 км -более 1 км 2 форма объекта -неопределенная -определенная: круглая, квадратная, треугольная, прямоугольная.

структура изображения - зернистая - линейчатая - мазайчатая тон изображения - светлый - темный цвет изображения - синий - зеленый и т. д. светотень от объекта -короткая -длинная

К косвенным признакам относят взаимосвязь объектов и явлений их обуславливающих дорога брод река дорога

озеро мелководье

Примеры дешифрирования Лес- участок неопределенной формы, светлого тона, зернистой стуктуры. Пашня- участок прямоугольной формы, светлого тона, линейчатой структуры.

Лекция № 3 Элементы ориентирования снимка. Основные точки и линии центральной проекции

Р - плоскость наклонного снимка. S - центр проекции. Из него получен наклонный снимок Р. SO - главный оптический луч наклонного снимка - перпендикуляр к плоскости снимка Р. о - главная точка наклонного снимка - точка пересечения главным оптическим лучом SO плоскости снимка. So = f - фокусное расстояние снимка. SN - отвесная линия. o. Sn = 0 - угол наклона снимка. Н = SN - высота фотографирования. n - точка надира на наклонном снимке - точка пересечения этого снимка отвесной линией SN.

СИСТЕМА КООРДИНАТ СНИМКА. ЭЛЕМЕНТЫ ВНУТРЕННЕГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ СНИМКА Началом пространственной y z прямоугольной системы x S координат кадрового снимка является z f 3 y центр проекции S. xо o 1 yо o' 2 x m P M 4 система координат аналогового снимка

На аналоговом снимке четыре координатные метки располагаются посредине каждой стороны снимка. Ось x снимка проходит через метки 1 и 2 и направлена вдоль полета носителя. Началом системы координат служит точка о' пересечения оси х линией, соединяющей метки 3 и 4. Ось у проходит через точку о' перпендикулярно к оси х, а ось z - через точку о' перпендикулярно к плоскости xy. Положительное направление оси х задают от метки 1 к метке 2, оси у - от метки 4 к метке 3, а оси z - вверх от плоскости xy. Параметры x 0, у0, f называют элементами внутреннего ориентирования аналогового снимка.

z y S z f m о' M y xo yo o x P x система координат цифрового снимка

Для цифрового изображения положение каждого пикселя определено в ортогональной системе координат матрицы o'xyz. Две системы координат снимка Sxyz и o'xyz параллельны и имеют параметры смещения относительно друга: x 0, у0, f, где x 0 и у0 координаты главной точки о в системе координат o'xyz, а f - фокусное расстояние фотокамеры. Параметры x 0, у0, f называют элементами внутреннего ориентирования цифрового снимка.

ИЗМЕРЕНИЕ КООРДИНАТ НА ЦИФРОВОМ СНИМКЕ

Цифровое изображение представляет собой прямоугольную матрицу, каждый элемент которой – пиксель - имеет свое определенное положение, заданное номером столбца j и строки i, которые в силу своей прямоугольной структуры и задают систему координат цифрового изображения.

Начало координат находится в левом верхнем углу , где расположен нулевой пиксель. Координаты центра любого пикселя определяются так: xj = j + 0, 5, yi = i + 0, 5, где j и i – номера столбца и строки матрицы цифрового изображения. Для закрашенного пикселя (j = 5, i = 3) координаты будут xj = 5, 5 и yi = 3, 5.

Для перехода от пиксельных координат к метрическим координатам нужно умножить пиксельные координаты на метрический размер пикселя . x' = xj и y' = yi. Если = 10 мкм, то метрические координаты закрашенного пикселя будут x' = 5, 5 10 = 55 мкм и y' = 3, 5 10 = 35 мкм.

Элементы внутреннего ориентирования определяют в процессе калибровки фотокамеры. Элементы внутреннего ориентирования определяют в системе координат снимка o'xyz положение центра проекции S. Говорят, что элементы внутреннего ориентирования позволяют восстановить связку проектирующих лучей.

СИСТЕМА КООРДИНАТ ОБЪЕКТА. ЭЛЕМЕНТЫ ВНЕШНЕГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ СНИМКА. z S y m Z O Y X M o P x

Элементы внешнего ориентирования определяют положение снимка в пространстве в момент фотографирования. Элементами внешнего ориентирования снимка являются координаты Xs, Ys, Zs центра проекции S в системе координат объекта OXYZ и углы поворотаω, α, κ системы координат снимка oxyz относительно системы координат объекта OXYZ.

Угол поворота ω называется поперечным (тангаж для самолета) и определяет вращение вокруг оси ox, угол поворота α называется продольным (крен) и определяет вращение вокруг оси oy, угол κ называется разворотом (снос) и определяет вращение вокруг оси oz.

Элементы внешнего ориентирования могут быть определены в результате фотограмметрической обработки снимков по опорным точкам или получены во время съёмки по данным обработки бортовых измерений.

Координаты точек объекта и их изображений на снимке связаны векторным уравнением, которое называется уравнением коллинеарности: где: X, Y, Z - координаты точки М в системе координат объекта; XS, YS, ZS - координаты центра проекции S в системе координат объекта; Сij - элементы матрицы направляющих косинусов

ЭЛЕМЕНТЫ ВНЕШНЕГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ ПАРЫ СНИМКОВ

Положение пары снимков в координатной системе OXYZ объекта определяется 12 элементами внешнего ориентирования: шестью элементами внешнего ориентирования левого снимка и шестью элементами внешнего ориентирования правого снимка: XSЛ, YSЛ, ZSЛ, w. Л, a. Л, k. Л, ХSП, YSП, ZSП, w. П, a. П, k. П

Для облегчения построения модели, расположение пары снимков в системе координат модели задают так, чтобы часть элементов ориентирования стали равными нулю. С этой целью используют две системы координат модели: базисную и левого снимка.

ЭЛЕМЕНТЫ ВЗАИМНОГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ ПАРЫ СНИМКОВ Базисная система координат

Базисная система координат SЛXМYМZМ названа так потому, что ось ХМ совмещена с базисом проектирования. В базисной системе координат из элементов ориентирования пары снимков равны нулю три угловых элемента ориентирования: w. Л' = n' = t' = 0. В результате в базисной системе координат для пары снимков число элементов ориентирования, не равных нулю, сокращается до шести: a. Л', k. Л', b, w. П', a. П', k. П' Угловые элементы называют элементами взаимного ориентирования пары снимков.

Система координат левого снимка

Система координат левого снимка SЛXМYМZМ названа так, потому что она параллельна системе координат SЛx. Лy. Лz. Л левого снимка. В системе координат левого снимка равны нулю все шесть элементов ориентирования левого снимка: XМSл = YМSл = ZМSл = w. Л' = a. Л' = k. Л' = 0. Следовательно, в этой системе координат из элементов ориентирования не равными нулю будет также шесть: b, n', t', w. П', a. П', k. П' Угловые элементы называют элементами взаимного ориентирования пары снимков.