CC BY
208
УДК 528.722.8
АЛГОРИТМ ФОРМИРОВАНИЯ СТЕРЕОПАРЫ БИТОВЫХ МАКЕТНЫХ СНИМКОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧНОСТИ РАБОТЫ ЦФС PHOTOMOD 5
Анастасия Евгеньевна Сидякина
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования СГГА, тел. +7(923)249-14-10, e-mail Anastliss@mail.ru
В статье рассматривается алгоритм формирования стереопары битовых цифровых макетных снимков и представлены результаты ее обработки на ЦФС Photomod 5.
Ключевые слова: цифровая фотограмметрическая станция (ЦФС), битовые цифровые макетные снимки, алгоритм обратного трассирования.
STEREOPAIR FORMATION ALGORITHM
OF BIT MODEL PICTURES FOR DIGITAL PHOTOGRAMMETRY
STATIONS «PHOTOMOD 5» PRECISE WORK RESCEARCH
Anastasiya E. Sidyakina
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo Str., post-graduate student, department of photogrammetry and remote sensing, tel. (923)249-14-10, e-mail: Anastiss@mail.ru
The main idea of the article is a stereopair algorithm formation of bit digital model pictures. The stereopair results processing at digital photogrammetric station Photomod 5 are presented.
Key words: digital photogrammetric station, bit digital pictures, reverse laying-out algorithm.
Современная фотограмметрия основана на цифровой обработке данных, полученных в результате аэрокосмической съемки [1, 2, 3, 4, 5], воздушного и наземного лазерного сканирования [6, 7], съемки с беспилотных летательных аппаратов [8, 9, 10]. В результате исследований получают различные виды картографической продукции: карты, планы, ортофотопланы, цифровые модели рельефа (ЦМР), трехмерные карты и 3D-модели [11, 12, 13, 14]. Цифровые фотограмметрические станции (ЦФС) являются наиболее удобным и широко применяемым устройством при обработке аэрокосмической информации для создания карт и планов. Для уверенности в точности и правильности работы алгоритмов, заложенных в основе ЦФС, необходимо проводить исследования с применением цифровых снимков с известными параметрами - тест-объекты.
На этапе развития универсальных приборов (УП) и аналитических универсальных приборов (АУП) активно создавались и использовались снимки-макеты: контрольные сетки, контрольные снимки, снимки-макеты Г.А. Ошуркова, которые были доступны для всех исследователей. При переходе к работе на ЦФС тест-объекты старого образца утратили актуальность, а цифровые макетные снимки созданы не были.
Битовые цифровые макетные снимки являются наиболее простым решением данной проблемы [15]. Алгоритм их создания достаточно прост, а последующая обработка на ЦФС не занимает много времени [16, 17]. Битовые макетные снимки - это цифровые изображения с известными параметрами и замаркированными точками, координаты которых определены с использованием аналитических зависимостей между координатами точек снимка и местности,
с последующим переводом в систему цифрового изображения. Оценка точности измерений производится только в замаркированных точках. Точность построения таких тест-объектов ограничена из-за необходимости представления координат точек снимков целым значением.
В данном исследовании представлен алгоритм формирования стереопары макетных снимков (рисунок) и результаты обработки такой стереопары на ЦФС РИо1;отоё.
Рис. Алгоритм формирования стереопары битовых цифровых макетных снимков
Как видно на рисунке, для формирования стереопары битовых макетных снимков необходимо, во-первых, создать ЦМР и представить ее в виде коэффициентов ву полинома [18]:
з з _ _
Р( X, У) = ХЕ ачТ‘ (Х)Г; (У). (1)
1=0 ]=0
Во-вторых, задать значения исходных данных - элементы внутреннего (х0 , у0,/) и внешнего (Х8, Г8, 2^, а, ю, х) ориентирования левого и правого снимков. Система координат ЦМР и элементов внешнего ориентирования должна быть одинаковой.
После этого необходимо определить координаты точек на левом и правом снимках и их пространственные координаты (X У[, 2И). Для этого на левом снимке, который является ведущим, в зоне продольного перекрытия задается сетка с определенным шагом. Используя известные координаты узлов сетки, определяют пространственные координаты этих точек на местности. На данном этапе используется специальный алгоритм определения координат точки пересечения проецирующего луча, проходящего через точку на снимке с поверхностью ЦМР [19]. Зная координаты точки на местности, можно вычислить координаты этой точки на правом снимке. После этого необходимо пересчитать координаты точек левого и правого снимка в цифровую систему координат.
Данный алгоритм получения стереопары битовых макетных снимков заложен в основу работы специальной программы. Результатом работы этой программы является файл с координатными метками каждого снимка и файл плоских и пространственных координат соответственных точек левого и правого снимков.
Маркировка точек осуществляется в редакторе РЬо1шЬор. В данной программе создаются стереопары изображений форматом 16 400 *16 400 пикселей с разрешением 10 мкм, на которы1 наносятся координатные метки и соответственные точки - по две - три в каждой стандартной зоне. Эти точки также можно использовать как опорные и контрольные.
В соответствии с разработанным алгоритмом было создано несколько стереопар битовых макетных снимков. Каждая стереопара была обработана на ЦФС РИо1;отоё 5. Статистические результаты обработки представлены в таблице.
Из таблицы видно, что обработка данных осуществляется с достаточно высокой точностью. Это говорит как о корректности разработанных макетных снимков, так и о точности работы алгоритмов, заложенных в ЦФС РИо1;отоё 5.
По результатам практических исследований можно сделать следующие выводы:
1. Для повышения точности обработки битовых макетных снимков необходимо разработать методику маркировки и измерений координат точек с подпиксельной точностью.
2. Для повышения точности обработки макетных снимков необходимо повысить их разрешающую способность.
3. Для облегчения работы с данными необходимо создать подпрограмму для автоматического отбора точек, находящихся в 6 стандартных зонах, из всего массива информации.
4. Для автоматизации работы при создании битовых макетных снимков (что особенно актуально при создании большого количества изображений, например, при создании маршрута или блока макетных снимков), необходимо создать программу, позволяющую наносить выбранные точки автоматически.
Таблица
Статистические результаты обработки битовых макетных снимков
на ЦФС РИо1отоё 5
Внутреннее ориентирование
Ошибки ср. модуль, пикс. Снимок 1 0,083
Снимок 2 0,083
Взаимное ориентирование
Количество точек Остаточный поперечный параллакс, пикс.
СКО Ср. модуль тах
12 0,173 0,158 0,267
Ошибки по опорным точкам
Хср-Хг (метр) Уср-Уг (метр) Ъср-Ъ (метр) Еху (метр)
Допуск 0,200 0,200 0,200 0,200
Среднее значение 0,016 0,033 0,044 0,041
СКО 0,018 0,045 0,050 0,048
Максимум 0,027 0,081 0,078 0,082
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Алтынцев М.А., Гордиенко А.С., Гук А.А. Вейвлет-анализ для выявления вырубок в лесных массивах по аэрофотоснимкам // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 27-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. - С. 3-8.
2. Широкова Т.А., Чермошенцев А.Ю., Бармитова А.Т. Исследования точности визирования на точки космических снимков высокого и среднего разрешения // Вестник СГГА. - 2010. - Вып. 2(13). - С. 31-36.
3. Чермошенцев А.Ю. Создание ортофотопланов по космическим снимкам сверхвысокого разрешения для эффективного управления территориями муниципальных образований // ГЕ0-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск,
19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 4, ч. 1. - С. 60-68.
4. Арбузов С.А. Использование цифровых моделей поверхности для выявления изменений на городской территории // ГЕ0-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб.
материалов в 6 т. (Новосибирск, 27-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. С. 24-26.
5. Чермошенцев А.Ю. Исследование точности определения координат точек местности по космическим снимкам сверхвысокого разрешения // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 27-29 апреля 2010 г.). -Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. - С. 66-71.
6. Антипов А.В. Влияние плотности точек воздушного лазерного сканирования на точность создания цифровой модели рельефа местности // Гео-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 27-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. - С. 18-23.
7. Широкова Т.А., Антипов А.В. Методика создания ортофотопланов с применением данных воздушного лазерного сканирования // Вестник СГГА. - 2010. - Вып. 2(13). -С. 24-30.
8. Исследование методики калибровки снимков на испытательном полигоне Западно -Сибирского филиала «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ / А.Л. Быков, В.Л. Быков, Л.В. Быков, А.П. Макаров // ГЕ0-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 27-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. - С. 32-34.
9. Деришев Д.С., Деришев С.Г. Беспилотные авиационные комплексы для геофизических исследований и мониторинга земной поверхности // ГЕ0-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 27-29 апреля 2010 г.). -Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. - С. 46-50.
10. Ессин А.С., Ессин С.С. Особенности фотограмметрической обработки материалов цифровой аэрофотосъемки с БПЛА // ГЕ0-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 27-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. - С. 80- 82.
11. Лазерко М.М. Оценка геометрической точности 3Б моделей, построенных по различным типам данных в программных продуктах 3 ёБМах и Ооо§1е БкеІсЬир // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 27-29 апреля 2010 г.). -Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. - С. 51-54.
12. Никитин В.Н. Разработка технологии стереографического отображения картографической информации на основе лентикулярных растров // ГЕ0-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 27-29 апреля 2010 г.). -Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. - С. 55-60.
13. Хлебникова Т.А. Анализ точности получения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок в различных 3Б ГИС // ГЕО-Сибирь-2010.
VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 27-29 апреля 2010 г.). -Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 4, ч. 1. - С. 61-65.
14. Айрапетян В.С., Широкова Т.А., Антипов А.В. Использование данных лазерного зондирования для создания трехмерных реалистичных сцен городских территорий // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 4, ч.1. - С. 11-13.
15. Коркин В.С. Цифровые фотограмметрические тест-объекты для тестирования цифровых фотограмметрических станций // Геодезия и картография. - 2008. - № 2. - С. 3941.
16. Коркин В.С. Разработка макетных снимков для тестирования цифровых фотограмметрических систем // Современные проблемы геодезии и оптики: сб. материалов Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 65-летию СГГА-НИИГАиК (Новосибирск, 23-24 ноября 1998 г.). - Новосибирск: СГГА. - С. 62-69.
17. Коркин В.С., Сидякина А.Е. Проект создания комплекса цифровых макетных аэроснимков для исследования фотограмметрических систем // ГЕО-Сибирь-2011. VII
Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). -Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 4, ч. 1. - С. 72-74.
18. Коркин В.С. Моделирование рельефа с использованием ортонормированных полиномов Чебышева // X Междунар. науч.-практич. конф. «Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологии для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель
и объектов недвижимости». ОЕОШБОСАО-АБ^, (Китай, 20-29 мая 2006 г.) : сб. материалов. - М.: МГУГиК, 2006. - С. 56-62.
19. Коркин В.С. Алгоритм обратного трассирования лучей для формирования цифровых макетных снимков // ГЕО-Сибирь-2007. III Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 25-27 апреля 2007 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 3. - С. 45-48.
© А.Е. Сидякина, 2012
