Rejestracja obrazów w fotogrametrii naziemnej – budowa kamery

Rejestracja obrazów w fotogrametrii naziemnej – budowa kamery
Photheo 19/1318
Libella κ
orientownik
Libella ω
Sprzęg orientownika z
kamerą
Przesuwany obiektyw
Sprzęg kamery ze spodarką
Rejestracja obrazów w fotogrametrii naziemnej – budowa kamery
UMK 10/1318
Libella κ
Pierścień
czasu
naświetlania
Pierścień
przysłony
Libella ω
Libella pudełkowa
Luneta orientownika
Różnice między fotogrametrią lotniczą i naziemną
Lotnicza:
Naziemna:
•
Fotografowanie z dużej odległości,
kamery o stałej ck ogniskowane na
唴
•
Fotografowanie z różnych
odległości, kamery o stałych ck lub
zmiennym ogniskowaniu
•
•
Duży format zdjęć
•
•
Różny format zdjęć
Nieznana lub znana z małą
dokładnością orientacja
zewnętrzna zdjęć
Możliwość nastawiania precyzyjnie
orientacji zewnętrznej dla kamer
fotogrametrycznych
•
Wykonywanie zdjęć szeregami
połączonymi w bloki
•
Duża różnorodność konfiguracji
sieci zdjęć
•
•
Duże obszary opracowania
•
Produkty: mapa sytuacyjnowysokościowa, ortofotomapa
Duża różnorodność wielkości
mierzonych obiektów
•
Różnorodność produktów: mapa
sytuacyjno-wysokościowa,
opracowania punktowe, plany,
pomiary przemieszczeń i
odkształceń…..
_
Cechy kamery naziemnej:
•Możliwość osadzenia w spodarce, wymienność z teodolitem i sygnałami,
•Urządzenie do orientacji osi kamery w poziomie (orientownik),
•Możliwość poziomowania osi kamery (libella) lub pochylania jej o znaną wartość
nominalną (libella nasadkowa),
•Znaczki tłowe podświetlane światłem rzucanym przez obiektyw lub sztucznym,
•Poziomowanie łącznicy znaczków tłowych za pomocą libelli,
•Numerator zdjęć, stała kamery oraz symbol zdjęcia stereogramu na ramce
tłowej,
•Możliwa zmiana odległości obrazowej – zmienne ck,
Układ współrzędnych fotogrametrycznych
Obliczenie współrzędnych przestrzennych punktu na podstawie
zdjęć naziemnych
ZF
P
R’
R”
YF
r’
r”
O’
B
XF
O”
Z warunku kolinearności mamy:
→
X
r= Y
→
R' = λ' r '
→
→
→
→
→
R' = B+ R" = B+ λ" r "
X' B X
X"
λ' Y' = B Y + λ" Y"
Z' B Z
Z"
Z
Oznaczając:
X
BX
B = BY
BZ
i
x
r = Y = A ck
Z
z
B X Y"−B Y X"
X' Y"− X" Y'
B − B Y X'
λ" = X
X' Y"− X" Y'
λ' X' = B X + λ" X"
λ' =
λ' Y ' = B Y + λ " Y "
λ' Z' = B Z + λ" Z"
YF
1 0 0
A' = A" = 0 1 0
B
B = 0
0 0 1
0
B
X'
x'
x'
r ' = Y' = A ' c k = c k
Zdjęcia normalne
Z'
ϕ' = ϕ" = ω' = ω" = κ' = κ" = 0
XF
x'
x'
x'
B X c k − 0 ⋅ x"
Bx
YF = λ' A' c k =
ck =
ck
c k x ' −c k x "
x '− x "
ZF
z'
z'
z'
z'
z'
X"
x"
x"
r " = Y" = A " c k = c k
Z"
z"
B
⋅ x'
x'− x"
B
YF =
⋅ ck
x '− x"
B
ZF =
⋅ z'
x '− x"
XF =
z"
YF
1 0 0
A' = A" = 0 1 0
BX
B = BY
0 0 1
0
X'
x'
x'
r ' = Y' = A ' c k = c k
Z'
z'
z'
X"
XF
x'
Z"
XF =
YF = λ' A ' c k =
ZF
z'
YF =
x'
B X c k − B Y ⋅ x"
ck
c k x ' −c k x "
z'
B
⋅ ck
p
x"
r " = Y" = A " c k = c k
Zdjęcia zwrócone poziome
ϕ' = ϕ" = ω' = ω" = κ' = κ" = 0
x"
z"
z"
B X c k − B Y x"
⋅ x'
c k ( x' − x " )
B X c k − B Y x"
x' − x "
B Xc k − B Y x "
ZF =
⋅ z'
c k ( x'− x " )
YF =
B⋅ ck
p
dY −1⋅ B⋅ ck
=
dp
p2
Y Y
dY = − ⋅ ⋅ dp
ck B
Y=
B ⋅ ck
p
dY − 1⋅ B ⋅ c k
=
dp
p2
Y Y
dY = − ⋅ ⋅ dp
ck B
Y=
dY
Y
=
⋅ dp
Y B ⋅ ck
Zastosowanie kamer niemetrycznych w fotogrametrii bliskiego zasięgu
FOTOGRAMETRIA BLISKIEGO ZASIĘGU (close-range phogrammetry) dział
fotogrametrii dotyczący obrazów fotogrametrycznych wykonywanych z niewielkiej
odległości; przyjmuje się na ogół, że mniejszej niż 300 m.
Co to jest kamera niemetryczna?
1. nie ma urządzeń na nastawiania orientacji zawnętrznej: libel, orientownika,
2. orientacja wewnętrzna nie jest znana i często niestabilna,
3. obiektyw odbiega jakością od obiektywów kamer metrycznych, dystorsja jest
znacząca,
4. obraz jest rejestrowany na niewypłaszczonym materiale,
5. na obrazie nie ma zmaterializowanych punktów definiujących układ
odniesienia (znaczków tłowych)
Kamerą niemetryczną jest aparat fotograficzny, kamera filmowa, telewizyjna,
roentgenowska, videokamera itd.
Jakie są fotogrametryczne metody opracowania zdjęć z kamer niemetrycznych?
1. Adaptacja kamery niemetrycznej na kamerę metryczną: domontowanie znaczków
tłowych, libell, stosowanie specjalnie przycinanych klisz szklanych, unieruchamianie
obiektywu, kalibracja kamery na polu testowym.
2. Kalibracja w czasie pracy: opracowanie przebiega dwuetapowo:
-na podstawie znajomości fotopunktów rozmieszczonych przestrzennie wokół lub na
mierzonym obiekcie oblicza się elementy orientacji wewnętrznej i zewnętrznej zdjęć,
x − x 0 + ∆x = −c k
y − y 0 + ∆y = −c k
a11( X − X 0 ) + a 21( Y − Y0 ) + a31( Z − Z 0 )
a13 ( X − X 0 ) + a23 ( Y − Y0 ) + a33 ( Z − Z0 )
a12 ( X − X0 ) + a 22 ( Y − Y0 ) + a32 ( Z − Z 0 )
a13 ( X − X0 ) + a 23 ( Y − Y0 ) + a33 ( Z − Z 0 )
-znając orientację zdjęć oblicza się szukane przestrzenne współrzędne mierzonego
obiektu
x − x 0 + ∆x = − c k
a11( X − X0 ) + a 21( Y − Y0 ) + a31( Z − Z 0 )
a13 ( X − X0 ) + a 23 ( Y − Y0 ) + a 33 ( Z − Z 0 )
y − y 0 + ∆y = −c k
a12 ( X − X0 ) + a 22 ( Y − Y0 ) + a 32 ( Z − Z 0 )
a13 ( X − X0 ) + a 23 ( Y − Y0 ) + a33 ( Z − Z 0 )
3. Samokalibracja – proces równoczesnego obliczenia i wyrównania wszystkich
niewiadomych: współrzędnych przestrzennych mierzonych punktów (3 x n),
elementów orientacji zdjęć [(3+6)k], błędów obrazu (p x k). Najczęściej przyjmuje się
wspólne elementy orientacji wewnętrznej i błędy obrazu dla bloku zdjęć.
Przykładowa ilość niewiadomych :
Mierzymy i wyznaczamy współrzędne n = 30 punktów: 30 x 3 = 90
Wykonaliśmy k = 5 zdjęć obiektu: 5 x 6= 30 el. or. zewn.
Orientacja wewnętrzna i dystorsja wspólne dla zdjęć: 3 + np.5 = 8
Razem: 128 niewiadomych
Każdy punkt pomierzony na zdjęciu daje 2 równania kolinearności, pomierzone 30
punktów na 5 –ciu zdjęciach (każdy punkt jest na każdym zdjęciu) daje równań:
30 x 2 x 5 = 300 równań
Czyli:
2 x k x n ≥3 x n+ 6 x k + 3 + np.5
W praktyce rzadko się zdarza, aby każdy punkt był na wszystkich zdjęciach.
4. Zastosowanie funkcji DLT.
- w pierwszym etapie za pomocą fotopunktów wyznaczamy współczynniki DLT
zdjęć:
HX + IY + JZ + K
AX + BY + CZ + D
y=
EX + FY + GZ + 1
EX + FY + GZ + 1
- W drugim etapie obliczamy współrzędne szukanych punktów:
x=
x=
AX + BY + CZ + D
EX + FY + GZ + 1
y=
HX + IY + JZ + K
EX + FY + GZ + 1