СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВНЕШНЕГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01C11/00 

Изобретение относится к области фотограмметрии и может быть использовано при обновлении топографических карт.

Известен способ определения элементов внешнего ориентирования (ЭВО) фотоснимка местности по опознанным опорным точкам на характерных элементах фотоизображения [1]
Задача определения ЭВО фотоснимка по этому способу осложняется или вообще не решается при недостаточном количестве визуально отождествленных опорных точек.

Указанного недостатка лишен способ определения ЭВО по точкам контурных линий топографической карты, не имеющим характерных деталей с использованием дополнительных точек. [2]
Координаты дополнительных или, точнее, вспомогательных точек на фотоизображении рассчитываются по приближенным значениям ЭВО и координатам точек контурных линий топографической карты. После выполнения соответствующих расчетов осуществляется выбор опорных точек на контурных линиях фотоизображения и измерение их координат.

Процесс определения ЭВО с помощью этого способа состоит из чередующихся операций измерения координат, расчетов положения вспомогательных точек, переноса их на фотоизображение и выбора опорных точек на фотоизображении. Если все точки, используемые для определения ЭВО, выбраны на контурных линиях, не имеющих характерных деталей, то оператору необходимо по крайней мере пять раз возвращаться к измерениям после выполнения соответствующих расчетов. После определения координат вспомогательных точек необходимо оптически фиксировать их положение на фотоизображении, что требует неизбежного усложнения используемых при измерениях технических средств.

Дискретность процесса определения ЭВО фотоснимка и необходимость промежуточного оптического фиксирования вспомогательных точек приводит к снижению производительности этого способа. Кроме того, его существенным недостатком является необходимость использования технических средств для фиксирования вспомогательных точек на фотоизображении.

Задачей способа является устранение перечисленных недостатков путем автоматизации процесса окончательного выбора опорных точек на фотоизображении и исключение из этого процесса операций по оптической фиксации вспомогательных точек на фотоизображении.

Сущность способа определения ЭВО фотоснимка заключается в том, что в него дополнительно введено измерение координат последовательностей точек контурных линий фотоснимка, заведомо включающих точки, соответствующие точкам топографической карты, выбранным в качестве опорных, и сравнение координат вспомогательной точки с координатами точек контурных линий фотоснимка. По минимальной удаленности вспомогательной точки от точек контурной линии осуществляется ее аналитический перенос на эту линию фотоснимка.

Способ включает:
выбор на фотоизображении и топографической карте трех пар одноименных точек, из которых по крайней мере точки одной пары выбраны на контурной линии, отображенной на карте и фотоснимке;
измерение координат этих точек в системах координат топографической карты и фотоснимка;
обработку результатов измерений, при которой вычисляют приближенные значения ЭВО;
выбор на другой линии топографической карты вспомогательной точки и измерение ее координат в системе координат карты;
определение положения вспомогательной точки на фотоснимке, используя для этого приближенные значения ЭВО;
определение точки контурной линии фотоизображения, минимально отстоящей от вспомогательной, которая принимается за опорную;
уточнение приближенных значений ЭВО по новому положению опорной точки на контурной линии фотоизображения;
повторение вышеперечисленных операций для всех пар одноименных точек до получения точных значений ЭВО, при которых каждая из точек, выбранных на контурных линиях топографической карты, совпадает с соответствующими линиями фотоснимка.

Реализация способа позволяет определять ЭВО снимка без точного первоначального отождествления опорных точек. Количество опорных точек не ограничивается наличием характерных деталей на контурных линиях фотоснимка и топографической карты.

Способ позволяет существенно снизить затраты времени на предварительный выбор опорных точек, поскольку требуется опознавание не точечных объектов, а линейных, что, кроме того, снижает утомляемость глаз оператора.

На фиг. 1 изображен фрагмент топографической карты, а на фиг. 2 схематически представлен фотоснимок местности. На фиг.3 представлена графическая интерпретация аналитического решения задачи определения ЭВО фотоснимка.

На фиг.1 тонкими линиями 1 представлены горизонтали, утолщенными линиями 2 показана не- изменившаяся контурная часть содержания топографической карты, кружками 3 отмечены опорные точки, выбранные на контурных линиях карты. Штриховой линией 4 выделен фрагмент участка местности, изобразившийся на фотоснимке.

На фиг. 2 показаны контурные линии 5, отображенные на топографической карте.

На фиг. 3 точками 6 отмечены места фиксирования координат контурных линий. Треугольниками 7 выделены опорные точки на контурных линиях фотоснимка. Квадратом 8 отмечена вспомогательная точка, полученная прямой фотометрической засечкой, а двойной окружностью 9 точка контурной линии, минимально удаленная от вспомогательной точки.

При определении ЭВО фотоснимка выполняют его привязку к топографической карте и сопоставляют изображения отображенных на них объектов. Выполняют операции по последовательному оцифровыванию точек контурных линий фотоснимка, одновременно отображенных на топографической карте. Координаты точек контурных линий, каждой из которых присваивается порядковый номер или код, вводят в оперативную память ЭВМ.

Кроме того измеряют координаты характерных компактных изображений сохранившихся объектов и также присваивают им порядковые номера.

При выполнении этих действий используют известные средства измерений и ЭВМ.

На графических элементах содержания топографической карты, отображающих сохранившиеся на местности объекты, выбирают не менее четырех опорных точек. Измеряют или считывают с топографической карты их координаты, включая высотные отметки, определенные по горизонталям.

После окончания этих действий ЭВМ по программе формирует начальный вариант из трех пар исходных опорных точек, из которых хотя бы одна пара должна находиться на контурных линиях, не имеющих характерных деталей. Для начального варианта координаты опорных точек фотоснимка, расположенных на таких линиях, выбираются, например, из арифметических средин последовательностей координат оцифрованных линий.

По этим координатам процессор ЭВМ формирует систему линейных уравнений, вычисляют ее коэффициенты и находит предварительные значения ЭВО. Вычисления выполняются с использованием нижеприведенного математического аппарата (см. зависимости 1 4).

где δX_s,...,δκ поправки к приближенным значениям элементов внешнего ориентирования снимка
x_p, y_p расчетное положение опорной точки, вычисленное по приближенным значениям ЭВО;
a'.f' частные производные по соответствующим элементам внешнего ориентирования, вычисленные по формулам (2):
a=(a₁ • f₀ + a₃(x-x₀))/Z^*,
b=(b₁ • f₀ + b₃(x-x₀))/Z^*,
c=(c₁ • f₀ + c₃(x-x₀))/Z^*,
d=(c₁(Х-X_s) a₁(Z-Z_s))/Z^* + (c₃(Х-X_s) a₃(Z-Z_s)) • (x - x₀)/Z^*,

a' (a₂f₀ + a₃(y-y₀))/Z^*,
b' (b₂f₀ + b₃(y-y₀))/Z^*,
c' (c₂f₀ + c₃(y-y₀))/Z^*,
d' (c₂(Х-X_s) a₂(Z-Z_s))/Z^* + c₃(Х-X_s) a₃(Z-Z₃))(y-y₀)/Z^*,
e′ = -f_o•cosκ+(y-y_o)•(tgω+(Y-Y_s)/Z^*•cosω),))
f' -(x x₀)
где X, Y, Z геодезические координаты соответствующей опорной точки;
x, y координаты точек фотоснимка;
a₁,c₃ направляющие косинусы угловых ЭВО;
f₀ фокусное расстояние фотоснимка;
x₀, y₀ координаты главной точки фотоснимка;
Z^* a₃(X X₃) + b₃(Y Y₃) + c₃(Z Z₃),
После выполнения этих действий по координатам опорной точки топографической карты рассчитываются координаты вспомогательной точки по формулам (3) и находится ее минимальное отстояние от линии по формуле (4)


где d отстояние вспомогательной точки от контурной линии фотоснимка;
x, y координаты вспомогательной точки;
Х_к, Y_к координаты точек контрольной линии фотоснимка.

После определения координат X min, Y min эта точка принимается в качестве опорной и по координатам еще двух пар опорных точек ЭВМ продолжает процесс определения ЭВО фотоснимка, пока допустимые отстояния вспомогательных точек не будут лежать в заданных пределах. Процесс определения ЭВО выполняется с использованием всех выбранных опорных точек карты. Окончательные значения ЭВО находятся с использованием метода наименьших квадратов.

Использование: изобретение относится к области фотограмметрии и может быть использовано при обновлении топографических карт. Сущность: способ включает привязку фотоснимка к топографической карте, выбор на фотоснимке и карте трех пар соответственных точек, из которых точки по крайней мере одной пары выбраны на контурных линиях, измерение координат точек, предварительное определение значений элементов ориентирования фотоснимка местности, выбор на дополнительно опознанной линии топографической карты еще одной точки и измерение ее координат, проецирование этой точки на фотоснимок с использованием предварительно полученных элементов ориентирования фотоснимка, выбор на соответствующей линии фотоснимка ближайшей точки, измерение ее координат и вычисление по координатам второй, третьей и полученной четвертой пары точек уточненных элементов ориентирования фотоснимка. С целью автоматизации процесса определения элементов ориентирования в этот способ дополнительно введены операции по измерению последовательностей координат точек опознанных линий фотоснимка, сравнению координат точки, спроецированной на фотоснимок, с координатами точек дополнительной линии фотоснимка и аналитического выбора ближайшей точки этой линии к точке, которая была спроецирована на фотоснимок. 3 ил.

Способ определения элементов внешнего ориентирования фотоснимка местности, включающий выбор на фотоизображении и топографической карте трех пар соответствующих точек, из которых по крайней мере точки первой пары выбраны на контурных линиях топографической карты и фотоснимка, измерение координат этих точек в системах координат топографической карты и фотоснимка, обработку результатов измерений, в которой вычисляют предварительные значения элементов внешнего ориентирования (ЭВО) фотоснимка, выбор на другой линии топографической карты вспомогательной точки, измерение ее координат в системе координат топографической карты, определение ее положения в системе координат фотоснимка по предварительным значениям ЭВО, перенос ее на точку соответствующей контурной линии фотоизображения, минимально отстоящую от положения вспомогательной точки в системе координат фотоснимка, измерение на фотоснимке координат полученной после перенесения точки, вычисление уточненных значений элементов внешнего ориентирования по координатам второй, третьей, а также полученной четвертой пары соответствующих точек, последовательное повторение операций по уточнению элементов внешнего ориентирования фотоснимка для каждой пары соответствующих точек, выбранных на контурных линиях, до получения значений элементов внешнего ориентирования, при которых каждая из точек топографической карты, выбранных на ее контурных линиях, совпадает после переноса их в систему координат фотоснимка с его контурными линиями, отличающийся тем, что перед выбором соответствующих точек на контурных линиях топографической карты и фотоснимка оцифровывают отрезки контурных линий фотоснимка, содержащие соответствующие точки, а определение состояний точек контурной линии фотоснимка от вспомогательной точки выполняют по формуле

где x, y координаты вспомогательной точки;
x_к, y_к координаты точек контурной линии фотоснимка.