СПОСОБ АНАЛИТИЧЕСКОГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ ПАРЫ АЭРОСНИМКОВ Российский патент 1999 года по МПК G01C11/30 

Изобретение относится к области фотограмметрии.

Известен способ ориентирования путем раздельного определения положения каждого из снимков стереопары по опорным точкам [1]. В основе способа лежат проективные соотношения координат точек снимка и местности, что позволяет обрабатывать снимки без использования элементов внутреннего ориентирования.

Недостатки способа проявляются в его технологических свойствах. Для ориентирования каждого из снимков необходимо иметь не менее шести планово-высотных опорных точек. Погрешности измерений часто вызывают несоизмеримо большие ошибки в результатах ориентирования снимков, особенно в условиях равнинной местности.

Наиболее близким к предлагаемому заявлению является способ, включающий в себя внутреннее ориентирование снимков, взаимное ориентирование пары снимков, внешнее ориентирование полученной модели объекта по опорным точкам [2]. В основе способа лежат перспективные соотношения координат точек снимков и местности и поэтапная схема построения модели. Это позволяет использовать для ориентирования как планово-высотные, так и плановые, и высотные опорные точки. Способ позволяет использовать минимальное количество планово-высотных опознаков - три.

К недостаткам способа следует отнести то, что он требует перевода измерений в систему координат левого и правого снимка с учетом точных значений элементов внутреннего ориентирования. Это заставляет выполнять дополнительные измерения калибровочных меток и тщательную предварительную обработку измерений. В результате существенно возрастают объемы измерений. При обработке изображений, полученных неметрическими камерами, способ требует предварительного высокоточного определения элементов внутреннего ориентирования снимков и нанесения калибровочных меток в фокальной плоскости съемочной камеры. Способ практически неприменим для целей обработки изображений с переменными параметрами внутреннего ориентирования, таких как видеофильмы и цифровые кадры.

Задачей изобретения является:
- уменьшение объема дополнительных измерений и упрощение предварительной обработки измерений с сохранением точности прототипа при ориентировании снимков стандартной аэрофотосъемки;
- обеспечение обработки снимков, полученных неметрическими камерами без предварительной калибровки аппаратуры;
- обеспечение обработки изображений с переменными параметрами внутреннего ориентирования на основе приближенной калибровки аппаратуры.

Поставленная задача решается путем приближенного внутреннего ориентирования снимков, взаимного ориентирования и афинного внешнего ориентирования полученной модели объекта.

Для внутреннего ориентирования на снимках намечают положение главной точки с погрешностью 1-2 мм. Снимки устанавливают на стереокомпараторе и ориентируют по начальным направлениям. Измерительные марки наводят на главные точки левого и правого снимков. Отсчеты на главные точки используют для приближенного перехода от системы координат прибора в систему координат снимка по формулам
x = O_x - MO_x;
y = O_y - MO_y;
x' = x_i - O_p + MO_p; (1)
y' = y_i - O_q + MO_q,
где x, y, x', y' - координаты точек в системе левого и правого снимков;
MO_x, MO_y, MO_p, MO_q - координаты и параллаксы главной точки снимков в системе координат прибора;
O_x, O_y, O_p, O_q - координаты и параллаксы точек стереопары в системе координат прибора.

Взаимное ориентирование выполняют под условием компланарности соответствующих проектирующих лучей:

Погрешности элементов внутреннего ориентирования вызывают изменения в структуре уравнения (2)
. (3)
Члены, заключенные в скобки, выражают поправки перспективного характера за несовпадение начала координат с главной точкой снимка. Они вызывают дополнительные наклоны и развороты снимков. Остаточные члены -δ_x·δ_y·α, δ2y

·ω′,δ_x·δ_y·α′- являются постоянными величинами для данной стереопары и не мешают устранению поперечных параллаксов ориентирующих точек. В результате строится преобразованная модель с преимущественно афинными искажениями. Величины искажений неафинного характера определяются остаточными членами и зависят от погрешностей совмещения начала системы координат снимка с главной точкой и величин взаимных углов наклона.

Афинным внешним ориентированием совмещают систему координат модели с системой координат местности и одновременно устраняют суммарные погрешности, вызванные ошибками внутреннего ориентирования и деформацией снимков. Определение элементов афинного преобразования и последующее перевычисление координат выполняют по формулам
X_g = a₁ • X + a₂ • Y + a₃ • Z + a₄;
Y_g = b₁ • X + b₂ • Y + b₃ • Z + b₄; (4)
Z_g = c₁ • X + c₂ • Y + c₃ • Z + c₄,
где X, Y, Z - координаты точек в системе координат модели;
X_g, Y_g, Z_g - координаты точек в системе местности;
a₁, a₂, a₃, a₄, b₁, b₂, b₃, b₄, c₁, c₂, c₃, c₄ - элементы афинного внешнего ориентирования.

Оценка способа выполнена на макетных и реальных снимках.

Макетные снимки построены аналитически и соответствуют масштабу 1:10000. В элементы внутреннего ориентирования введены ошибки. Расхождения истинных координат точек на местности и вычисленных в результате ориентирования снимков даны в таблице.

Методические погрешности координат точек, выраженные в масштабе снимка, не превышают ошибок измерения координат на приборе.

Опытно-производстенная проверка способа выполнена по снимкам застроенной территории масштаба 1:7500. Предварительно на местности была выполнена съемка с помощью электронного тахеометра. Повторная съемка произведена по снимкам с помощью стереокомпаратора. Третий вариант съемки выполнен по снимкам с помощью аналитического прибора по методике, аналогичной прототипу. Для сравнения использовано 120 контрольных точек. Средние квадратические расхождения плановых координат, полученные из фотограмметрических и наземных определений, составили 0,25 м как в прототипе, так и в предлагаемом способе.

Способ может быть использован при разработке автоматизированного стереофотограмметрического комплекса на базе стереокомпаратора и ПЭВМ, а также при создании программного обеспечения цифровых фотограмметрических комплексов, предназначенных для создания цифровых карт по материалам наземных и воздушных съемок. На основе способа возможна обработка материалов обзорной аэросъемки, полученных неметрической камерой без предварительной калибровки снимков, а также изображения с переменными элементами внутреннего ориентирования (видеофильмы, цифровые кадры) с учетом параметров приближенной калибровки аппаратуры, погрешности которых могут на два порядка превосходить ошибки измерений.

Используемые источники
1. Буров М.И., Нефедов В.И., Трунин Ю.М., Алешников Э.Ф. К вопросу обработки стереопары проективно преобразованных снимков с неизвестными центрами проектирования // Известия вузов / Геодезия и аэросъемка. - 1975. - N 4.- С. 59 - 65.

2. Лобанов А. Н. Фотограмметрия. - М.: Недра. - 1984. - С. 291 - 292 (прототип).

Способ используется в фотограмметрии. Способ позволяет ориентировать пару снимков с учетом приближенных элементов внутреннего ориентирования без предварительной калибровки аппаратуры. Снимки устанавливают в стереокомпараторе и ориентируют на начальных направлениях. При внутреннем ориентировании снимков измерительные марки наводят на главные точки левого и правого снимков, отсчеты на которые используют для приближенного перехода от системы координат прибора в систему координат снимков. Погрешности, вызванные нестрогостью внутреннего ориентирования снимков, учитываются при внешнем ориентировании модели, которые выполняют афинным преобразованием модели объекта. Способ позволяет обрабатывать снимки, полученные неметрическими фотокамерами, а также изображения с переменными элементами внутреннего ориентирования (видеофильмы, цифровые снимки) с погрешностью определения элементов внутреннего ориентирования, превосходящей ошибки измерений на два порядка. 1 табл.

Способ ориентирования пары снимков, включающий внутреннее ориентирование снимков, при котором снимки устанавливают в стереокомпаратор и ориентируют по начальным направлениям, взаимное ориентирование снимков и внешнее ориентирование полученной модели объекта, отличающийся тем, что при внутреннем ориентировании снимков измерительные марки наводят на главные точки левого и правого снимков, отсчеты на которые используют для приближенного перехода от системы координат прибора в систему координат снимков, а внешнее ориентирование выполняют аффинным преобразователем модели объекта.