Создание цифрового ортофототрансформированного снимка

В результате цифрового ортофототрансформирования исходный снимок преобразуется в цифровое изображение местности, представляющее собой ортогональную проекцию местности на горизонтальную плоскость.

Принципиальная схема цифрового ортофототрансформированния снимков представлена на рис.1.8.

Рис.1.8

Исходными материалами при цифровом ортофототрансформиро- вании снимков служат:

- цифровое изображение исходного фотоснимка;

- цифровая модель рельефа (в большинстве случаев используется регулярная сетка ЦМР в виде сетки квадратов на местности);

- значение элементов внутреннего и внешнего ориентирования снимков;

- значение параметров внутреннего ориентирования снимка в системе координат цифрового изображения.

Создание цифрового ортофотоснимка выполняется следующим образом.

Сначала формируется прямоугольная матрица цифрового ортофотоснимка, строки и столбцы которой параллельны осям X и Y

геодезической системы координат, а координаты одного из углов матрицы заданы в этой же системе координат. Размер элементов (пикселов) матрицы обычно выбирают приблизительно равными величине D×m, в которой:

- D - размер пиксела цифрового изображения исходного снимка;

- m - знаменатель среднего масштаба снимка.

Значения координат угла создаваемой матрицы выбирают кратными величине элементов матрицы.

Для формирования цифрового ортофотоснимка, каждому элементу цифрового изображения a*_ij необходимо присвоить оптическую плотность изображения соответствующего участка местности на исходном цифровом снимке. Эта операция выполняется следующим образом. По значениям индексов i и j элементов матрицы a*_ij определяются координаты X, Y центра соответствующего пиксела цифрового ортофотоснимка в

геодезической системе координат.

По координатам X_i, Y_i точки местности, соответствующей центру пиксела, по цифровой модели рельефа определяется геодезическая высота этой точки Z_i.

Определение значения Z_i выполняется методом билинейного интерполирования (рис.1.9).

Рис.1.9

На рис.1.9 D X = X_i - X₁, а DY= Y_i - Y₁, где X₁ и Y₁ - координаты узла 1 цифровой модели рельефа.

Высота точки Z_i вычисляется по формуле:

, (1.21)

в которой:

.

По координатам X_i, Y_i, Z_i и значениям элементов внутреннего и внешнего ориентирования снимка вычисляются координаты х,у соответствующей точки на исходном цифровом снимке в системе координат снимка Sхуz.

Вычисления производятся по формулам:

, (1.22)

в которых

.

По координатам х,у и значениям параметров внутреннего ориентирования цифрового изображения определяют координаты точки снимка в системе координат цифрового изображения о_сх_су_с.

В случае использования аффинных преобразований при выполнении внутреннего ориентирования, определение координат выполняется по формулам:

Затем по координатам х_С и у_С вычисляются пиксельные координаты точки

.

По значениям пиксельных координат x_p,y_p точки цифрового изображения снимка, являющимся проекцией центра пиксела матрицы цифрового ортофотоснимка, находят ближайшие к этой точке четыре пиксела цифрового изображения снимка и методом билинейной интерполяции, изложенном в разделе 1.1, по формулам (1.7) определяют значение оптической плотности D_i или цвета, присваемого соответствующему пикселу матрицы цифрового ортофотоснимка. При этом значение величин Dх_p,Dy_p определяют по формулам:

.

Таким же образом определяются оптические плотности и цвет всех остальных пикселов цифрового ортофотоснимка.

Помимо метода билинейной интерполяции для формирования цифрового ортофотоснимка применяют метод “ближайшего соседа”, в котором по пиксельным координатам x_p,y_p находят пиксел

цифрового изображения снимка, на который проектируется точка, соответствующая центру пиксела цифрового ортофотоснимка, и значение его оптической плотности или цвета присваивается пикселу цифрового ортофотоснимка.

Метод “ближайшего соседа” позволяет сократить время формирования цифрового ортофотоснимка по сравнением с методом билинейной интерполяции, однако изобразительные свойства формируемого цифрового ортофотоснимка при этом ухудшаются.

Создание цифровых фотопланов

Цифровые фотопланы могут быть созданы по перекрывающимся цифровым трансформированным снимкам.

На рис.1.10 представлен принцип формирования цифрового фотоплана из цифровых трансформированных снимков.

Рис.1.10

Для создания фотоплана используются цифровые трансформированные снимки с одинаковым размером пикселов и имеющие координаты начал систем координат цифровых изображений O₁ и O₂ кратные размеру пиксела.

При создании цифрового фотоплана в зоне перекрытия трансформированных снимков проводят линию пореза в виде полилинии с узлами K_i.

Затем, с помощью линии пореза определяют в каждой строке граничные пикселы, совмещенные с линией пореза, и приступают к формированию матрицы цифрового фотоплана.

Координаты начала системы координат цифрового фотоплана X_OM принимаются равными наименьшему значению координат X_O1 и X_O2 начал систем координат цифровых трансформированных снимков, а Y_OM – наибольшему значению координат Y_O1 и Y_O2 .

Формирование цифрового фотоплана производят следующим образом.

Каждая строка матрицы фотоплана формируется из строки трансформированного снимка P₁, включая граничный пиксел и строки снимка P₂, начиная с пиксела, следующего за граничным.

Описанным выше методом можно присоединить к созданному фотоплану другие перекрывающиеся снимки.

Цифровые фотопланы могут быть созданы путем формирования матрицы цифрового фотоплана непосредственно по всем перекрывающимся цифровым снимкам.

На рис.1.11 иллюстрируется процесс формирования цифрового фотоплана этим методом.

исходные цифровые снимки

цифровой фотоплан

Рис.1.11

В рассматриваемом методе на перекрывающихся цифровых изображениях снимков проводят линии пореза, которые представляют собой полилинии. По координатам узлов полилинии в системе координат цифрового снимка определяют координаты проекций узлов полилинии на цифровом фотоплане в системе

координат объекта и формируют полилинии на цифровом

фотоплане.

По этим полилиниям определяют граничные пикселы, которые формируют границы участков цифрового фотоплана, формирование которых будет производиться по соответствующим цифровым изображениям снимков.

Формирование цифрового фотоплана в пределах каждого из этих участков производится аналогично процессу формирования цифрового ортофотоснимка, изложенного в разделе 1.4.

Определение координат X,Y узлов полилинии в системе координат цифрового фотоплана по значениям координат x_c, y_c их изображений в системе координат цифрового изображения снимка производится методом приближений следующим образом.

По координатам x_c, y_c изображения узла вычисляются координаты x, y изображения узла в системе координат снимка.

В случае если при внутреннем ориентировании цифрового снимка использовались аффинные преобразования, эти вычисления производятся по формулам:

.

Затем вычисляются значения координат X, Y узла в системе координат цифрового фотоплана по формулам:

, (1.23)

в которых

В первом приближении значение высоты узла принимают равной среднему значению высот точек цифровой модели рельефа Z₁.

По вычисленным значениям X₁,Y₁ по цифровой модели рельефа методом билинейной интерполяции, изложенном в разделе 1.4, определяют уточненное значение высоты узла Z₂ по которому определяют уточненное значение координат узла X₂,Y₂. По координатам X₂, Y₂ узла, в свою очередь, определяют новое значение высоты узла Z₃.

Вычисление продолжают до тех пор, пока разность значений координат X и Y узла в приближениях не будут превышать установленного допуска. Возможен вариант, в котором контролируется разность высот точек узла в приближениях.

Процесс определения координат X,Y узлов полилинии методом приближений представлен на рис.1.12.

Рис.1.12

Оценка точности цифровых трансформированных фотоснимков и фотопланов

Созданные в результате цифрового трансформирования снимков цифровые изображения местности по точности должны соответствовать требованиям, предъявляемым к их точности нормативными документами Роскартографии, если фотопланы предназначены для создания кадастровых и топографических карт (планов) или технического задания на производство работ, если фотопланы создаются для решения других задач.

Контроль созданных трансформированных фотосников и фотопланов проводят по расхождениям значений координат контрольных точек, измеренных непосредственно на цифровом плане и координат этих точек, определенных в результате геодезических измерений или в результате построения сети пространственной фототриангуляции.

В качестве контрольных точек выбираются только точки, расположенные непосредственно на земной поверхности, так как изображения объектов местности возвышающихся над ней (крыши домов, мосты и т.п.) имеют на фотопланах искажения.

Контроль фотопланов производится также по расхождениям одноименных контуров расположенных на линии пореза (граничной линии) смежных трансформированных фотоснимков.

В случае если трансформированные фотоснимки и фотопланы создавались для создания топографических и кадастровых карт (планов), расхождения в плане положения контрольных точек не должны превышать величины 0.5 мм в масштабе создаваемой карты (плана), а расхождения одноименных контуров на граничной линии величины 0.7 мм.

При цифровом трансформировании снимков с целью контроля точности определения элементов ориентирования исходных

снимков и точности построения цифровой модели рельефа местности, перед выполнением процесса формирования цифровых трансформированных изображений производят априорную оценку их точности.

Априорная оценка точности производится по контрольным точкам, путем сравнения значений их плановых координат, определенных в результате геодезических или фотограмметрических определений и значений координат расчетного положения изображения контрольной точки на трансформированном изображении.

Определение плановых координат расчетного положения изображения контрольной точки производится по значениям координат изображений контрольных точек на исходных снимках, значениям элементов внутреннего и внешнего ориентирования снимков, параметрам внутреннего ориентирования снимка в системе координат цифрового изображения с использованием цифровой модели рельефа. При этом используется алгоритм, аналогичный алгоритму определения координат углов граничной линии на фотоплане (раздел 1.5).

При определении координат в качестве начального приближения, используется высота контрольной точки, значение которой было определено в результате геодезических или фотограмметрических определений.

Проведение априорной оценки точности позволяет проконтролировать качество фотограмметрических работ, выполняемых для обеспечения процесса цифрового трансформирования и при необходимости повторить эти процессы.

ТЕОРИЯ СТЕРЕОПАРЫ СНИМКОВ