Цифровое трансформирование снимков

2.1.1. Назначение и области применения цифрового трансформирования снимков

 

Трансформированием снимков в фотограмметрии называют процесс преобразования исходного снимка объекта в изображение объекта в заданной проекции.

При цифровом трансформировании исходный снимок представляет собой цифровое изображение, получаемое или непосредственно цифровой съемочной системой или путем преобразования аналогового снимка в цифровую форму на сканере.

Основными областями применения цифрового трансформирования являются топография и картография.

При создании и обновлении карт различного назначения по аэрокосмическим снимкам создаются трансформированные изображения местности в проекции карты. Эти изображения могут быть созданы по одиночным снимкам или по нескольким перекрывающимся снимкам. Цифровое трансформирование выполняется с точностью, соответствующей точности предъявляемой действующими нормативными документами к точности карт соответствующего масштаба.

Цифровые трансформированные изображения используют для создания контурной части карт, путем векторизации цифровых изображений в среде CAD или ГИС, а также как самостоятельные картографические документы. В частном случае, если при трансформировании снимков не учитывается влияние кривизны Земли и проекции карты на положение контуров, трансформированное изображение представляет собой ортогональную проекцию местности на горизонтальную плоскость. Такой вид трансформирования называется ортофототрансформированием.

Помимо топографии и картографии, цифровое трансформирование используется для создания по исходным снимкам перспективных изображений местности из заданных точек пространства. Такие изображения используют в военной области, например, в летных тренажерах и в архитектуре - при проектировании различных сооружений.

Цифровое трансформирование применяют также для преобразования стереопар исходных снимков в стереопару снимков идеального случая съемки в системе координат фотограмметрической модели. Такое преобразование выполняется в цифровых стереофотограмметрических системах.

В настоящей главе рассматриваются теоретические основы цифрового фототрансформирования снимков, в частности, методы наблюдения и измерения цифровых снимков и методы создания цифровых трансформированных снимков и фотопланов.

 

 

 

2.1.2. Наблюдение и измерение цифровых изображений

 

Цифровое изображение хранится в памяти компьютера, в общем случае, в виде прямоугольной матрицы, элементы которой несут информацию об оптических плотностях или цвете элементарных участков изображения, а номера i строки и j столбца элемента определяют его положение в матрице. Нумерация строк и столбцов матрицы цифрового изображения начинается с нуля.

 

Рис.1.1

 

Координаты центров пикселов в левой прямоугольной системе координат цифрового изображения оC xC УC .(рис.1.1), началом которой является левый верхний угол цифрового изображения, определяются в, так называемых, пиксельных координатах (единицей измерения в этом случае является пиксел).

Пиксельные координаты центров пикселов в системе координат цифрового изображения оC хC уC определяют по формулам: 

                             .                                       (1.1)           

Для измерения координат точек цифрового изображения его визуализируют на экране дисплея. Если пиксел изображения на

экране дисплея соответствует пикселу исходного цифрового

изображения, то с помощью “мыши” или клавиатуры компьютера можно навести измерительную марку, формируемую в виде цифрового изображения на экране дисплея, на точку изображения с точностью до одного пиксела.

Для получения подпиксельной (субпиксельной) точности можно увеличить матрицу изображения на экране монитора относительно исходного цифрового изображения. В этом случае каждый пиксел исходного изображения будет изображаться матрицей n×n пикселов, численное значение всех элементов a'ij которой будут равны численному значению элемента матрицы исходного изображения.

Пиксельные координаты точек увеличенного изображения можно измерить с точностью до 1/n пиксела исходного изображения (рис.1.2.).

 

 

 

Рис. 1.2

 

Пиксельные координаты (в пикселах исходного изображения) элемента a'ij увеличенного изображения определяют по формуле:

,                                 (1.2)

в которых: i,j - номера строки и столбца элемента матрицы исходного изображения, в котором находится элемент a'ij

увеличенного изображения:

         i’,j’ - номера строки и столбца элемента a`ij подматрицы n×n;

         n – коэффициент увеличения изображения.

Например, для элемента a’33 (рис.1.2) пиксельные координаты:

Значения физических координат центров пикселов цифрового изображения можно определить по значениям их пиксельных координат, если известны физические размеры стороны пиксела изображения Δ (предполагается, что пиксел имеет форму квадрата).

Значения физических координат определяют по формулам:

.                                         (1.3)

Например, координаты центра пиксела, соответствующего элементу a’33 (рис.1.2) при величине Δ=20 мкм будут равны хC = 34 мкм и yC = 34 мкм.

В некоторых цифровых системах начало системы координат цифрового изображения оC хC уC выбирают в центре пиксела, расположенного в верхнем левом углу цифрового изображения.

В этом случае значения пиксельных координат вычисляют по формулам:

                      ,                                             (1.4)

при измерениях с точностью до пиксела и по формулам:

,                           (1.5)

при измерениях с подпиксельной точностью.

 Рассмотренный выше метод измерения цифрового изображения с подпиксельной точностью требует его увеличения на экране дисплея компьютера. Однако, даже при увеличении цифрового изображения только в два раза, на экране дисплея исходный аналоговый снимок изображается с весьма значительным оптическим увеличением. Так, например, снимок, преобразованный на сканере, с размером пиксела 14 мкм на экране дисплея с размером зерна 0.28 мм при увеличении цифрового изображения снимка в 2 раза имеет оптическое увеличение 40 раз. Такое увеличение приводит к значительному ухудшению изобразительных свойств наблюдаемого изображения и, как следствие, к снижению точности наведения измерительной марки на измеряемые объекты на изображении.

С целью обеспечения возможности измерения координат точек цифрового изображения с подпиксельной точностью без увеличения исходного изображения разработан метод измерения цифровых изображений, в котором цифровое изображение снимка может смещаться относительно неподвижной измерительной марки с шагом в n – раз меньшим размера пиксела.

Принцип измерения координат точек цифрового изображения по этому методу иллюстрируется на рис. 1.3 и 1.4.

 Рис. 1.3

 

                                                

 

Рис. 1.4

 

На рисунке 1.3 представлен фрагмент исходного цифрового изображения с измерительной маркой и точкой изображения m, координаты которой необходимо измерить. Как следует из рис.1.3 центр изображения измерительной марки не совпадает с изображением точки m, причем разности значений их пиксельных координат составляют величины x P и y P.

Для совмещения центра изображения измерительной марки с точкой m можно создать фрагмент цифрового изображения снимка, в котором координаты начала системы координат o’C x’C y’C будут иметь значения , а .

Создание такого фрагмента цифрового изображения производится следующим образом. По координатам центра каждого пиксела фрагмента изображения x’pi, y’pi определяют значения координат его проекции xpi, ypi в системе координат оC хC уC исходного изображения.

Их значения определяют по формулам:

.                                 (1.6)

Затем по значениям координат xpi, ypi находят ближайшие к изображению точки i, соответствующей центру пиксела

 

Рис. 1.5

 

создаваемого фрагмента цифрового изображения, четыре пиксела исходного цифрового изображения, например, M, K, L, N (рис.1.5)

Далее методом билинейного интерполирования определяют значения оптической плотности i-го пиксела создаваемого фрагмента изображения по формуле:

 ,                    (1.7)

в которой

 . .

 

Таким же образом формируются все элементы создаваемого фрагмента цифрового изображения.

На экране дисплея, на визуализированном фрагменте созданного цифрового изображения центр измерительной марки будет совмещен с изображением точки m. Пиксельные координаты точки m изображения в системе координат исходного изображения определяются по формулам 1.6.

Необходимо отметить, что создание фрагмента цифрового изображения требует значительных вычислительных процедур. Поэтому для достижения эффекта перемещения изображения на экране дисплея относительно марки в “реальном масштабе” времени фрагмент изображения не должен иметь большие размеры.

В случае если для измерений используются цветные цифровые изображения при формировании элементов создаваемого изображения методом билинейного трансформирования по формулам 1.7. определяются интенсивности красного (R), зеленого (G) и синего (В) компонентов цветного изображения.

 

   

 1.3. Внутреннее ориентирование снимка в системе координат цифрового изображения

 

Для обеспечения возможности определения координат точек в системе координат снимка по значению их координат в системе координат цифрового изображения производится процесс внутреннего ориентирования снимка, в результате которого определяются параметры, характеризующие положение и ориентацию системы координат снимка Sxyz в системе координат цифрового изображения ocxcyc , а так же параметры, позволяющие исключить влияние систематической деформации фотоматериала, на

котором был получен исходный аналоговый снимок (рис.1.6).

 

 

Рис.1.6

 

Для определения параметров внутреннего ориентирования снимка измеряют координаты изображений координатных меток снимка в системе координат цифрового изображения oC xC yC.

Выбор метода определения параметров внутреннего ориентирования снимка зависят от методики фотограмметрической калибровки съемочной камеры.

Если в результате фотограмметрической калибровки съемочной

камеры были определены координаты координатных меток в системе координат съемочной камеры (снимка) Sxyz, то для определения координат точек в системе координат снимка по значениям их координат в системе цифрового изображения используют формулы аффиного преобразования координат:

 

,          (1.8)

 

которые можно представить в развернутом виде:

 

 .                                                                        (1.9)

Формулы (1.8) позволяют не только определить положение и ориентацию системы координат снимка в системе координат цифрового изображения, но и учесть систематические искажения снимка,возникающие из-за деформации фотопленки, на которой был получен снимок.

 

Параметры аффинного преобразования ai, bi можно определить по координатам xc,yc координатных меток снимка, измеренных на цифровом изображении, и значениям координат x,y этих меток в системе координат снимка, полученным при калибровке съемочной камеры.

Для определения параметров ai,bi для каждой метки, измеренной на цифровом изображении, составляют уравнения:

 .                     (1.10)

 

Полученную систему уравнений решают по методу наименьших квадратов и определяют в результате решения значения параметров a_i, b_i . Для их определения необходимо не менее 3 координатных меток, не лежащих на одной прямой.

В практике фотограмметрии возникает задача определения

значений координат точек с системе координат цифрового изображения по координатам этих точек, полученным в системе координат снимка. Такое преобразование координат выполняется по формулам:

 

    (1.11)

или

.                 (1.12)

 

В формулах (1.11) и (1.12) Ai, Bi – элементы обратной матрицы Р^-1.

Значение пиксельных координат точек x_p,y_p определяют по формулам:

 .                                           (1.13)

 

В случае, если при калибровке съемочной камеры определялись калиброванные расстояния между координатными метками l_x, l_y

 

 

Рис.1.7

 

(рис.1.7), для определения координат точек в системе координат снимка по измеренным координатам точек в системе координат цифрового изображения используют формулы:

, (1.14)

 

в которых:

a_0, b₀ – координаты начала системы координат снимка в системе координат цифрового изображения;

- угол разворота оси х системы координат снимка относительно оси х_C системы координат цифрового изображения;

k_x, k_y – коэффициенты деформации снимка по осям x и y.

Если калиброванные расстояния между координатными метками l_x, l_y не известны, то для определения координат точек в системе координат снимка используют формулы:

 .      (1.15)

Значения параметров j, a₀, b₀, k_x, k_y определяют по измеренным значениям координат координатных меток в системе координат цифрового изображения системы.

Значение угла  определяют по формуле:

,                             (1.16)

в которой x_c1, y_c1 и x_c2, y_c2 – координаты 1 и 2 координатных меток в системе координат цифрового изображения.

Значения коэффициентов k_x, k_y определяют по формулам:

 

 ,  (1.17)

 

 

в которых:

l_x, l_y – калиброванные значения расстояний между координатными метками;

x_ci, y_ci – координаты координатных меток в системе координат цифрового изображения.

Параметры a₀, b₀ определяют, как координаты x_c, y_c точки пересечения прямых линий, проведенных через координатные метки 1-2 и 3-4 по формулам:

 , (1.18)

в которых:

.

Для определения координат точек снимка в системе координат цифрового изображения по координатам этих точек в системе координат снимка используют формулы:

 ,               (1.19)

в случае, если калиброванные расстояния l_x, l_y между координатными метками известны, и формулы:

 ,                   (1.20)

в случае если, калиброванные расстояния l_x, l_y не известны.

Необходимо заметить, что в связи с тем, что система координат цифрового изображения левая, в формулах 1.14 – 1.20 координата y_c берется с обратным знаком.

Определение пиксельных координат точек изображения производят по формулам (1.13).

 

 

1.4. Создание цифрового ортофототрансформированного снимка

 

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

 

Рис.1.8

 

 Принципиальная схема цифрового ортофототрансформированния снимков представлена на 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, являющимися 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, присваимого соответствующему пикселу матрицы цифрового ортофотоснимка. При этом значение величин х_p,y_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.

 

1.5. 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

1.6. 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.

 

Глава

Анализ методики создания фотоплана местности

 

Монтаж аэроснимков

Монтаж отпечатков аэрофотоснимков, трансформирован­ных на одну плоскость, и отпечатков ортофотоснимков включает:

— проверку точности трансформированных отпечатков (отпе­чатков ортофотоснимков);

— ориентирование отпечатков на планшете;

— порезку отпечатков и наклейку их на планшет.

 На трансформированных отпечатках (отпечатках ортофо­тоснимков) для проверки их точности и последующего ориентиро­вания на планшете пробивают с помощью циркуля отверстия диа­метром 1 ммна всех трансформационных точках, а также на гео­дезических пунктах, точках съемочной сети и полевой подготовки, надежно опознанных на аэрофотоснимках. При этом иглу циркуля точно совмещают с точкой, циркуль держат вертикально. Излишние части отпечатков по краям обрезают.

Отпечаток с пробитыми отверстиями ориентируют на планшете так, чтобы центры пробитых отверстий совпали с соответствующи­ми точками планшета. Расхождения в положении точек не должны превышать 0,4 мм; при больших расхождениях трансформирован­ный отпечаток (отпечаток ортофотоснимка) изготавливают заново.

После проверки точности отпечатков приступают к их ори­ентированию на планшете, которое выполняют по маршрутно, на­чиная с левого отпечатка первого (верхнего) маршрута трапеции. Рабочие площади отпечатков должны полностью покрывать пло­щадь трапеции.

После этого проверяют совмещение идентичных контуров соседних отпечатков посередине перекрытия между ними, то есть по линии намеченного пореза отпечатков. С этой целью на четких контурах одного отпечатка делают тонкой иглой нанесения и проверяют, как они совпадают с соответствующими контурами на втором отпечатке. Если расхождения превышают 1 мм, то отпечатки поворачивают так, чтобы отклонения центров пробитых отверстий от соответствующих точек на планшете не пре­вышали 0,5 мм, а расхождения контуров по предполагаемой линии пореза — 1 мм. Каждый ориентированный таким образом отпеча­ток прижимают к планшету грузиками.

Уложив и закрепив все отпечатки данного маршрута, про­изводят их порезку в маршруте. Порезы между маршрутами дела­ют сразу после того, как будут увязаны между собой и закреплены отпечатки этих маршрутов. Линии порезов выбирают примерно по­середине перекрытий между отпечатками с отступлениями от пря­мых, соединяющих соответствующие трансформационные точки, не более чем на 1 см.

Крайние отпечатки, выходящие за рамку трапеции, обрезают в последнюю очередь — сразу вдоль всей рамки с внешней ее сторо­ны, на расстоянии 10 мм от нее. Обрезку отпечатков по сторонам рамки рекомендуется делать по ребру тяжелой металлической ли­нейки.

На фотоплане (ортофотоплане) пробивают циркулем также вершины углов рамки трапеции и не опознанные на аэрофотосним­ках геодезические пункты и точки съемочной сети, нанесенные на планшет по координатам. Положение вершин углов рамки трапе­ции на фотоплане определяют по продолжениям сторон рамки предварительно прочерченных на полях планшета карандашом. Положение неопознанных геодезических пунктов и точек

съемочной сети определяют на отпечатках в процессе их монтажа «миганием». Обрезки отпечатков (по одному для каждого пореза) нанизывают иглой на нить и в дальнейшем используют при корректуре фото­плана (ортофотоплана).

Наклейку отпечатков выполняют так, чтобы при этом они не сдвинулись со своих мест. Для этого грузики ставят на один край отпечатков и, осторожно приподняв свободные части отпечатков, покрывают под ними планшет тонким равномерным слоем целлу­лоидного, резинового или другого пригодного для этой цели безвод­ного клея. Затем приподнятые части отпечатков прижимают к планшету, тщательно разглаживают их ручкой ланцета или чистой сухой тряпкой и устанавливают на них грузики. Таким же обра­зом приклеивают вторые части отпечатков. Излишки целлулоидно­го клея, выступающие через порезы, снимают тряпкой, увлажнен­ной ацетоном.

При наклейке отпечатков резиновым клеем покрывают им как планшет, так и отпечатки и дают просохнуть последним в течение 10—15 мин, После этого отпечатки монтируют обычным порядком. При необходимости наклеенные резиновым клеем отпечатки легко отделяются от планшета.

Наклейку отпечатков контролируют по сходимости идентичных контуров на линиях порезов. После наклейки всех отпечатков фо­топлан (ортофотоплан) помещают под пресс и держат его там до полного высыхания.

 

 

Особенности изготовления неориентированных фотопланов

Неориентированные фотопланы составляют в масштабе, возможно более близком к заданному, и в приближенных рамках трапеций.

Технология изготовления неориентированных фотопланов име­ет следующие особенности:

а) трансформирование аэрофотоснимков и монтаж трансфор­мированных отпечатков для изготовления неориентированного фо­топлана производят по точкам свободной плановой фотограмметри­ческой сети. Сеть в процессе редуцирования  приближенно приводят к заданному масштабу и ориентируют в си­стеме геодезических координат по точкам, опознанным на карте наиболее крупного масштаба;

б) между неориентированными фотопланами смежных трапе­ций должно быть перекрытие не менее 2 см. Положение вершин углов рамки трапеции на фотоплане определяют от ближайших то­чек, опознанных на имеющейся карте; рамку трапеции вычерчива­ют на репродукции фотоплана карандашом. Выходы линий прямо­угольной координатной сетки, а также схему трапеции с размерами сторон и диагоналей ее рамки на неориентированном фотоплане не показывают. Под рамкой посередине подписывают приближенное значение масштаба репродукции фотоплана, например: Масштаба «1 :25 000;

в) на репродукциях неориентированных фотопланов мягким карандашом намечают зоны, где должны быть определены точки плановой полевой подготовки, необходимые для приведения фото­планов к заданному масштабу и монтажу их в рамках трапеций.

Неориентированные фотопланы приводят к заданному масштабу и монтируют в рамках трапеций после определения точек плановой полевой подготовки и съемки подробностей.

При этом выполняют следующие действия:

а) подготавливают планшет на жесткой основе, на который на­носят прямоугольную координатную сетку, вершины углов рамки трапеции, геодезические пункты, точки съемочной сети и плановой полевой подготовки;

б) оформляют на фотоплане опорные точки кружками диамет­ром 2 мм (черным цветом); нанесение точек красят в черный цвет, увеличивая их диаметр до 0,2 мм.

На каждом неориентированном фотоплане при выполнении съемки

подробностей определяют не менее девяти точек плановой полевой подготовки, которые должны быть расположены в его уг­лах, в центре и посередине сторон рамки. При таком рас­положении точек каждую четверть фотоплана репродуцируют неза­висимо по четырем точкам плановой полевой подготовки, распо­ложенным в ее углах. При съемке труднодоступных районов точки плановой полевой подготовки могут располагаться только по углам фотоплан. В этом случае для приведения фотоплана к заданному масштабу и монтажа его в рамке трапеции намечают и оформляют дополнительные контурные точки — примерно посере­дине сторон рамки и в центре фотоплана; точки, расположенные по­середине, сторон рамки, должны быть общими с фотопланами смеж­ных трапеций;

в) отбеливают фотоплан;

г) изготавливают негативы (на фотопластинках или фотоплен­ке) с отбеленного фотоплана с помощью фототрансформатора или репродукционной фотокамеры в возможно более крупном масшта­бе, с учетом формата кассеты фототрансформатора. Негатив изго­тавливают для каждой четверти фотоплана, обеспеченной по углам точками плановой полевой подготовки.

Если опорные точки расположены, то негатив изготавли­вают сразу на весь фотоплан;

д) закладывают негатив с отбеленного фотоплана в кассету фототрансформатора и проектируют его на планшет, добиваясь точного совмещения проекций четырех точек плановой полевой под­готовки, расположенных в его углах, с соответствующими точками планшета, прибегая в случае необходимости в небольших пределах к наклонам экрана и децентрации негатива. Добившись нужного совмещения точек, изготавливают трансформированный отпечаток с учетом усадки фотобумаги.

Если на фотоплане были намечены дополнительные точки  то после совмещения точек, расположенных в углах фо­топлана, отмечают на планшете проекции тех дополнительных то­чек, которые расположены у сторон рамки трапеции. Эти точки пе­реносят с помощью выкопировки на планшеты смежных трапеций. Расхождения в положении этих точек на планшете при трансформи­ровании фотопланов смежных трапеций не должны превосходить 1 мм (в масштабе создаваемой карты). За окончательное положе­ние этих точек на планшете принимают среднее.

Положение дополнительной контурной точки, находящейся в центре фотоплана, определяют на планшете обратной засечкой (способом Болотова) по опорным точкам.

После выполнения указанных действий изготавливают негатив для каждой четверти фотоплана. Затем производят трансформиро­вание каждого негатива по опорным и дополнительным точкам и изготавливают трансформированные отпечатки;

е) пробивают циркулем отверстия диаметром 1 ммна точках плановой полевой подготовки и дополнительных точках трансфор­мированных отпечатков, изготовленных для каждой четверти фотоплана. После этого отпечатки монтируют на планшете. Расхождения в плановом положении контуров и го­ризонталей на порезах в пределах трапеции не должны превосхо­дить удвоенных, а по сводке со смежными трапециями — утроенных значений допустимых средних погрешностей, указанных. За окончательное положение контуров и горизонталей принимают среднее, соблюдая при этом требования к сводке, изложенные в Руководстве РФР-1. Исправленное положение контуров и горизон­талей вычерчивают краской.

Части отпечатков, выходящие за рамку трапеции, обрезают точно вдоль всей рамки и в случае необходимости монтируют на смежных трапециях. По свободным сторонам рамок оставляют по­лосы шириной не менее 4 мм.

ж) производят зарамочное оформление фотоплана по прави­лам, изложенным.

Оформление и корректура фотопланов

Фотопланы оформляют следующим образом:

— вычерчивают черной краской соответствующими условными знаками геодезические пункты, точки съемочной сети и точки пла­новой полевой подготовки аэрофотоснимков, в том числе точки, рас­положенные за рамкой трапеции;

— прочерчивают черной краской линиями толщиной 0,1 ммрам­ку трапеции и выходы линий прямоугольной координатной сет­ки, наклеивают (или подписывают) около углов рамки географиче­ские координаты их вершин, а около выходов линий сетки — зна­чения целых километров;

— наклеивают (или подписывают) над рамкой трапеции: по­середине— название заглавного населенного пункта; справа—гриф трапеции и ниже грифа ее номенклатуру; слева — систему координат; под рамкой посередине

— численный масштаб фотоплана; у во­сточной стороны рамки: посередине — схему трапеции с теоретиче­скими значениями длин ее сторон и диагоналей; внизу — условное наименование части, изготовившей фотоплан.

Шрифты и размеры подписей применяют те же, что и при офор­млении составительских оригиналов карт.

 При корректуре фотопланов проверяют:

— точность монтажа трансформированных отпечатков;

— фотографическое качество фотоплана;

— соответствие фактических длин сторон и диагоналей рамки трапеции их теоретическим значениям;

—. Точность положения геодезических пунктов;

— правильность оформления фотоплана.

Точность монтажа трансформированных отпечатков оценива­ют по уклонениям точек, нанесенных на планшете, от центров от­верстий пробитых циркулем, а также по расхождениям изображе­ний идентичных контуров по линиям порезов и по сводке с фото­планами смежных трапеций. Уклонения центров отверстий, проби­тых циркулем, от соответствующих точек, нанесенных на планшет, оценивают на глаз; они не должны превосходить 0,5 мм.

Расхождения в положении изображений идентичных контуров на порезах определяют с помощью обрезков, оставшихся после из­готовления фотоплана. Для этого обрезки прикладывают по общим контурам к соответствующим отпечаткам фотоплана и прижимают их к нему грузиками, после чего на обрезках, по возможности бли­же к порезам, на четких контурах делают тонкой иглой нанесения. По расхождениям в положении этих наколов относительно соответст­вующих точек фотоплана судят о точности положения контуров на линиях порезов. Эти расхождения не должны превышать 1 мм. По каждому порезу проверяют расхождения не менее чем в трех точках. Одновременно проверяют, не вырезаны ли по линиям поре­зов изображения мелких контуров, которые должны быть показаны на карте.

Расхождения в положении идентичных контуров по сводке с фотопланами смежных трапеций определяют по разности расстоя­ний, измеренных циркулем от ближайших линий прямоугольной ко­ординатной сетки до соответствующих контуров на данном и смеж­ном фотопланах. Эти расхождения не должны превышать 1 мм. Запрещается выпускать фотопланы без проверки их сводки с фото­планами смежных трапеций.

Фотографическое качество фотопланов оценивают на глаз. Фотоплан во всех частях должен быть однотонным. Для оценки фотопланов рекомендуется на каждый обрабатываемый район из­готовить фотоплан-эталон.

При обнаружении недопустимых расхождений фотоплан ча­стично или полностью переделывается.

Составление  фотоплана

Трансформирование аэрофотоснимков по трансформационным точкам включает:

-подготовительные работы;

-трансформирование;

-изготовление трансформированных отпечатков и проверку их фотографического качества.

Подготовительные работы включают:

-подготовку основы;

-нанесение на аэроснимков трансформационных точек;

    -определение координат трансформационных точек.

    На снимки наносят прямоугольные координаты, вершины углов рамки трапеции, геодезические пункты, точки съемочной сети, точки полевой подготовки аэрофотоснимков и трансформационные точки.

    Для трансформирования аэрофотоснимков наносятся трансформационные точки, точки полевой подготовки и центры аэрофотоснимков, а также надежно опознанные на аэрофотоснимках геодезические пункты и точки съемочной сети.

    Нанесение точек на аэронегативах производят на просветном столе тонкой иглой, чтобы точки, которые наносятся на снимки, получались в виде кружков диаметром не более 0,2 мм. При трансформировании нанесения они  должны быть ясно видны на экране фототрансформатора в виде резких ярких точек.

Трансформированное изображение на экране получаются путем объединения проекций наколотых на аэронегативе точек с соответствующими точками на трансформационном планшете (контуров на карте М-42-12). Это совмещение достигается последовательными приближениями путем изменения масштаба изображения, наклонов), введения поворотов и перемещений космических снимков на экране.

Расположение проекций  четырех трансформационных точек преобразования на краю рабочей области аэрофотоснимков выполняется с точностью 0,3 мм. Для других точек (включая аэрофотографические центры) допускаются несоответствия до 0,5 мм.

Для получения трансформированного изображения выполняют следующие действия.

Трансформационный планшет (электронную карту с нанесенными трансформационными точками) выводим на экран компьютера так, чтобы наколотый на нем центр аэрофотоснимка совместился с соответствующей точкой изображения, а мысленно проведенные из этого центра направления на трансформационные точки прошли через соответствующие точки изображения изменяя масштаб изображения, расположенных на диагонали, будут примерно равны между собой по абсолютной величине и противоположны по знаку.

Мысленно при центре аэрофотоснимка строят параллелограмм несовмещений, стороны которого должны быть направлены к точкам, где масштаб изображения меньше масштаба электронной копий карты. Направление диагонали этого параллелограмма укажет направление наклона экрана для устранения перспективных искажений.

Изображения наклоняют  в двух взаимно перпендикулярных направлениях до тех пор, пока совмещения на трансформационных точках не станут равными по величине и одинаковыми по знаку, эти несовмещения устраняют изменением масштаба изображения.

Далее переходим к практической части:

1. Открываем через программу «Фотошоп» электронную копию планшета.

 

 

 

2. Открываем таким же способом на экране аэроснимки.

 

 

 

3. Включаем функцию трансформирования.

 

 

4. Аэроснимок переводим в прозрачное положение.

 

 

5. Производить поперечный и продольный наклон снимка и совмещает трансформационных точек.

 

 

 

6. Используя метод изменения масштаба, производим масштабирование снимка.

 

 

Совмещение проекций четырех трансформационных точек, расположенных в углах рабочей площади аэрофотоснимка, выполняется с точностью до 0,3 мм. Для остальных точек (в том числе для центров аэрофотоснимков) допускаются не совмещения до 0,5 мм.

После выполнения трансформирования аэроснимок сохраняем для дальнейшей обработки.

 

 

Трансформирование в программном обеспечении ArcGIS:

 

1. Имеются аэроснимки территории озера Майбалык

 

 

 

 

 

 

 

 

Снимки полученные 20 апреля 2018 года.

Методом фототриангуляции, опорные точки наносятся со снимков полевой подготовки. Минимальное их количество для маршрута ограниченной длины равно пяти. В работе было использовано 9 опорных точек.

Связующие точки выбираются в зоне тройного продольного перекрытия снимков на максимальном расстоянии от главных точек, Минимальное число связующих точек равно трем.

Таблица 3.1- Каталог координат опорных точек

 

Порядковый номер	Название опорной точки	X(м)	Y(м)
1	2844-1	5663,200	1265,9100
2	2844-2	5957,900	1267,6150
3	2844-3	5954,700	1266,5300
4	2844-4	5952,900	1277,6300
5	2845-1	5660,400	1268,650
6	2845-2	5954,400	1268,700
7	2845-3	5649,300	1265,9300
8	2850-1	5649,900	1267,6600
9	2850-2	5651,200	1268,550

 

№ снимка	точки	х	у
1	1 точка	5663200м	12659100м
	2 точка	5957900м	12676150м
	3 точка	5954700м	12665300м
	4 точка	5952900м	12776300м
2	5 точка	5660400м	1268650м
	6 точка	5954400м	1268700м
3	7 точка	5649300м	12659300м
	8 точка	5649900м	12676600м
4	9 точка	5651200м	1268550м

 

Полученные координаты трансформационных точек методом аналитической фототриангуляции.

 

 

 

 

 

Используя программное обеспечение ArcGIS были произведены трансформирования каждого снимка. В результате получили снимки привязанные к местности с приведенной в систему координат и объединены в общий фотоплан(снимок)

 

 

На основе смонтированных аэрофотоснимков привязываем к местности  и составляем общий фотоплан

 

 

По данному фотоплану видно, что южнее оз.Майбалык накопилось большое кол-во талых вод по состоянию местности на 20 апреля 2018 года.

Город Астану от наводнений ограждает дамба со специальными шлюзами.

 

 

 

 

 

Литература:

1. Руководства РФР-2 гл.2 стр.87-95.

2. учебник Аэротопография стр.300-320.

3. учебник Фототопография стр.188-197

---

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 2571; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!