Разработка алгоритма и программы формирования цифровых макетных аэроснимков, образующих маршрут Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА И ПРОГРАММЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ МАКЕТНЫХ АЭРОСНИМКОВ, ОБРАЗУЮЩИХ МАРШРУТ

Вадим Сергеевич Коркин

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, к.т.н., доцент, доцент кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (383) 236-12-66, e-mail: Vadim.nov55@mail.ru

Анастасия Евгеньевна Червова

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного 10, аспирант кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (923)249-14-10, e-mail: Anastliss@mail.ru

В статье рассматривается алгоритм формирования цифровых макетных аэрофотоснимков, образующих маршрут, которые предполагается использовать для исследования маршрутной фототриангуляции.

Ключевые слова: цифровая модель рельефа, цифровые макетные аэроснимки, маршрут, тест-объекты, цифровая фотограмметрическая станция, элементы ориентирования снимков, обратное трассирование.

DEVELOPMENT ALGORITHMS AND PROGRAMS OF DIGITAL MOCK-UP IMAGES FORMATIONS AND FORMING A ROUTE FROM THEM

Vadim S. Korkin

Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., PhD, associate professor of Department of Photogrametry and Remote Sensing, tel. (383) 236-12-66.

Anastasia E. Chervova

Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., postgraduate student of Department of Photogrametry and Remote Sensing, tel. (923)-249-14-10, e-mail: Anastliss@mail.ru

The article deals the algorithm of digital mock-up images formations fnd forming a route from them. This digital mock-up images to be used for the study route triangulation.

Key words: digital terrain model (DTM), digital mock-up images, route, test object, Digital Photogrammetric Station, elements of image orientation, the reverse ray tracing.

Для исследования правильности и точности работы алгоритмов, заложенных в современных цифровых фотограмметрических системах (ЦФС), необходимо применять цифровые тест-объекты. В настоящее время существует два вида цифровых макетов - битовые и реалистичные.

Реалистичные макетные снимки обладают рядом преимуществ, но главным их недостатком является сложность создания в среде машинной графики. В настоящее время ведутся исследования по созданию таких макетов, основанные на моделировании SD-сцены, представленной в геоцентрической системе координат [1].

Битовые снимки-макеты имеют дискретность поля изображения в виде замаркированных точек или линий. Оценка точности измерений производится только в замаркированных точках. Точность их построения ограничена из -за целого представления координат точек. Отсутствует восприятие стереоэффекта. Преимущества таких снимков заключается в простоте создания, в малом размере готовых файлов [2]. Ранее, в статьях [2,3,4], приведены алгоритмы создания таких тест-объектов состоящие из одной стереопары.

В данной статье приводится алгоритм формирования цифровых макетных аэроснимков, образующих маршрут. Особенность этого алгоритма заключается в его организации - в нем применяется цикл формирования стереопар с организацией обратного и прямого трассирования для вычисления координат связующих точек.

Для создания макетных аэроснимков необходимо задать элементы внутреннего и внешнего ориентирования снимков и цифровую модель рельефа [5], которая бы покрывала всю область моделирования местности, захватываемую аэроснимками. Технологическая схема формирования снимков маршрута показана на рис. 1.

Параметры снимков маршрута

Стереопара і Стереопара 2 Стереопара К

Сн. 1 - 2 Сн.2-3 Сн. к - п

Задание Задание Задание

сети точек сети точек сехи точек

1-го снимка 2-го снимка к-го снимка

Трассиро- Вычисление Трассиро- Вычисление Трассиро- Вычисление

вание, координат вание, координат вание, координат

вычисление точек вычисление точек вычисление точек

координат на 2-м координат на 3-м координат на к-м

хуг снимке XYZ снимке х уг снимке

Формирование файла св. точек на 3-м и 4-м сн. Формирование файла св. точек на к-м и п-м сн.

Формирование файлов координат точек на снимках и на местности

Рис. 1. Технологическая схема создания битовых макетных аэроснимков,

образующих маршрут К параметрам снимков относятся:

- фокусное расстояние АФА ф;

- координаты главной точки (х 0 , у 0 ) ;

формат снимков ( Iх , Iу); продольное перекрытие снимков ((?х);

элементы внешнего ориентирования (X3., У3., 2^3 , а¿,а)¿,к¿) (1 = 1,..., К). Данные о ЦМР хранятся в виде коэффициентов а I у полинома:

P( X, Y) = j (X T (Y), (1)

i=0 j=0

а также плановых координат X, Y границ моделируемого участка, числа фрагментов и числа элементарных участков в фрагменте.

Координаты YSi снимков вычисляются по формуле:

YSM = YSi + Bx , (2)

где i = 1, ..., N; N - число снимков в маршруте; Вх - базис фотографирования:

B = lx(100 - *) (3)

x 100 f , (3)

H - высота фотографирования над средней плоскостью участка моделирования (ЦМР):

Н = Zs - hCp . (4)

На каждом снимке маршрута разбивается сетка точек в зонах продольного перекрытия по формулам:

хі = х1 + ( і- 1 ) hx,

(5)

Уі=Уі + ( і- 1) hy,

где х^Уі - координаты узлов сетки; і, ] - номера узлов сетки, соответственно по осям х и у; Ьх, Иу - шаг сетки по осям х и у; х±, у ± - координаты первого узла сетки; пх, пу - число узлов сетки по х и у.

Для каждой точки на снимках определяются пространственные координаты X, У, Ъ на местности с использованием ЦМР. При этом применяется обратное трассирование. Определяются координаты точки пересечения проецирующего луча, проходящего через точку на левом снимке и центр проекции Б с поверхностью рельефа [6]. Затем, с использованием формул коллинеарности вычисляются координаты этих точек на правом снимке каждой стереопары.

Результатом создания макетных снимков маршрута по данному алгоритму является:

- файлы координат точек на левом и правом снимках каждой стереопары и их пространственные координаты;

- файлы координат связующих точек на каждом снимке и их пространственные координаты.

Следующим этапом является создание цифровых битовых макетных снимков. Для этого координаты точек каждого снимка перевычисляются в систему координат цифровых снимков, имеющих разрешение 5 или 10 мкм.

Точки маркируются в среде растровой графики Photoshop. При маркировке происходит округление координат, что приводит к погрешностям макетных снимков. Однако, как показали ранее проведенные исследования, данная погрешность в координатах точек цифровых снимков не превышает 3 мкм при разрешении 10 мкм. Это соответствует требованиям инструкции по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов 2002 года. Кроме того, т.к. для моделирования используется непрерывная цифровая модель рельефа, можно выбрать любые точки, у которых погрешность незначительная. Также погрешность можно уменьшать за счет выбора более высокого разрешения цифрового снимка.

По данному алгоритму создана компьютерная программа, с помощью которой выполнены расчеты и сформированы макетные снимки маршрута.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Никитин В.Н., Сидякина А.Е. Методика моделирования цифровых реалистичных макетных снимков с использованием машинной графики // ГЕО - Сибирь-2012 Т.4.Ч.1. Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология, СГГА, 2012г стр. 33-37

2. Коркин В.С. Разработка макетных снимков для тестирования цифровых фотограмметрических систем // Современные проблемы геодезии и оптики: Материалы междунар. на-учн.-техн. конф., посвящ. 65-летию СГГА - НИИГАиК, 23-24 нояб. 1998 г. - Новосибирск: СГГА. C. 62- 69.

3. Коркин В.С. Цифровые фотограмметрические тест-объекты для тестирования цифровых фотограмметрических станций // «Годезия и картография». - 2008. - № 2. - C. 39-41.

4. Коркин В.С., Сидякина А.Е. Проект создания комплекса цифровых макетных аэроснимков для исследования фотограмметрических систем // Гео-Сибирь - 2011 Т.4 Ч.1. Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология, СГГА, 2011г., С. 72 - 74.

5. Коркин В.С. Моделирование рельефа с использованием ортонормированных полиномов Чебышева // Сб. материалов X Международной научн.-практической конференции “Методы дистанционного зондирования и Гис-технологии для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель и объектов недвижимости”. GEOINFOCAD-ASIA, (МГУГиК), 20-29 мая 2006. - Китай.- С. 56 - 62.

6. Коркин В.С. Алгоритм обратного трассирования лучей для формирования цифровых макетных снимков // Сб. материалов III Международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь -2007», Новосибирск, - Т. 3. С. 45-48

© B.C. Коркин, А.Е. Червова, 2013