CC BY
119
ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДИКИ КАЛИБРОВКИ СНИМКОВ НА РАВНИННОМ ИСПЫТАТЕЛЬНОМ ПОЛИГОНЕ
Андрей Леонидович Быков
ООО “ЛАГ”, 644008, г. Омск, ул. Сибаковская, 4, инженер-геодезист, тел. (913) 9798280, email: abu-ll@yandex.ru
Василий Леонидович Быков
ООО “ЛАГ”, 644008, г. Омск, ул. Сибаковская, 4, директор, кандидат технических наук, доцент, тел. (913) 9798288, e-mail: bvl55@yandex.ru
Леонид Васильевич Быков
ООО “ЛАГ”, 644008, г. Омск, ул. Сибаковская, 4, заместитель директора, кандидат технических наук, доцент, тел. (913) 9709701, e-mail: blv-55@yandex.ru
Известно, что для полной полевой калибровки аэрофотоаппаратов необходим горный полигон со значительными превышениями между опорными точками. Калибровка на равнинном полигоне возможна, если известны координаты центра фотографирования снимка. Существует, по крайней мере, два способа такой калибровки. Они получили названия: «двухъярусный способ» и «одноярусный способ» [2].
Ключевые слова: калибровка, равнинный испытательный полигон, координаты центров фотографирования, элементы внутреннего ориентирования (ЭВО), дисторсия, масштаб, снимок.
RESEARCH METHODOLOGY OF CALIBRATION IMAGES ON THE FLAT TEST SITE
Andrey L. Bykov
ООО “LAG”, Omsk, 644008 Sibakovskaya st. 4, engineer-geodesist, tel. (913)9798280, e-mail: abu-ll@yandex.ru
Vasiliy L. Bykov
ООО “LAG”, Omsk, 644008 Sibakovskaya st. 4, director, c.t.s., lecturer, tel. (913)9798288, e-mail:bvl55@yandex.ru
Leonid V. Bykov
ООО “LAG”, Omsk, 644008 Sibakovskaya st. 4, vice director, c.t.s., lecturer, tel. (913)9709701, e-mail:blv-55@yandex.ru
It is known, that for a full field calibration of aerial cameras need a mountain range with a significant excess between reference points. Calibration on the flat range is possible if we know coordinates of centers photographing images. There are two ways of calibration. They were called "one-tier method" and "two-tier method"[2].
Key words: flat test site, coordinates of centers photographing images, elements of interior orientation (EIO), distortion, scale image.
Наиболее строгим является одноярусный способ, сущность которого заключается в решении обратных пространственных фотограмметрических засечек с вычислением угловых элементов внешнего ориентирования, элементов внутреннего ориентирования снимков и параметров фотограмметрической дисторсии. Координаты центров фотографирования должны быть определены независимо, например, по результатам спутникового позиционирования.
В 2007 - 2011 году было выполнено исследование одноярусного способа калибровки камер по снимкам равнинного испытательного полигона. Целью исследования было:
Оценить точность определения элементов внутреннего ориентирования по снимкам нескольких маршрутов и различных масштабов.
Оценить эффективность калибровки по результатам фототриангуляционных по стро ений.
Полигон расположен на юго-западе центральной части Омской области, в Марьяновском районе на территории аэродрома Омского аэроклуба РОСТО. Участок имеет квадратную форму размером 1 кв. км. Через каждые 50 м на полигоне закреплены маркированные опорные точки. Для определения координат центров фотографирования и координат опорных точек созданы две базовые станции, положение которых определено в геоцентрической системе координат WGS - 84. Для тестирования спутниковых приемников на территории полигона разбит эталонный базис. Поверкам приборов уделяется особое внимание, поскольку от точности спутниковых определений во многом зависит успех калибровки съемочных камер на равнинном полигоне.
Калибровочный полигон состоит из 441 точки, каждая из которых закреплена металлическим штырем длиной 1 метр и замаркирована бетонной площадкой диаметром 25 см. Среднее превышение между точками полигона составляет 2 метра. Такие параметры полигона позволяют калибровать широкоформатные АФА типа RC-30, DMC, ШгаСат. В то же время, обеспечивается достаточная густота опорных точек для исследования малоформатных и среднеформатных цифровых фотоаппаратов.
Экспериментальная аэрофотосъемка полигона производилась с самолета АН-30 аналоговой камерой RC-30, с фокусным расстоянием 150 мм, на черно -белую фотопленку Съемка выполнялась в масштабах 1:3000 и 1:6000. Маршруты прокладывались в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Схема расположения маршрутов показана на рис. 1.
Рис. 1. Схема аэрофотосъемки полигона
Аэрофотоснимки сканировались на фотограмметрическом сканере с разрешающей способностью 12 мкм. Фотограмметрическая обработка снимков выполнялась по специальной составленной программе, реализующей одноярусный способ калибровки снимков.
В таблице 2 приведены результаты определения элементов внутреннего ориентирования и оценки точности отдельно по всем снимкам каждого масштаба. Оценка точности выполнялась по уклонениям значений элементов внутреннего ориентирования от среднего значения.
Таблица 1. Результаты определения элементов внутреннего ориентирования по
снимкам
Номер снимка f Xo yo
Масштаб 1:3000
6473 153.811 -0.122 0.017
6474 153.822 -0.094 0.044
6475 153.827 -0.068 0.058
6478 153.832 -0.084 0.024
6479 153.828 -0.068 0.031
6480 153.829 -0.083 0.038
Средние значения 153.825 -0.087 0.035
СКО 0.007 0.018 0.013
Масштаб 1:6000
Номер снимка f Xo yo
2934 153.874 -0.123 0.128
2935 153.856 -0.110 0.147
2936 153.880 -0.101 0.145
2940 153.867 -0.139 0.075
2941 153.852 -0.158 0.072
2942 153.826 -0.189 0.093
Средние значения 153.859 -0.137 0.110
СКО 0.018 0.030 0.031
Анализ данных, приведенных в таблице 1, показывает, что результаты вычислений для снимков разных масштабов существенно отличаются. Наблюдается сходимость результатов по снимкам одного маршрута. Существует мнение, что при калибровке следует использовать снимки с одинаковым
расположением опорных точек. Так проф. И.Т. Антипов подчеркивал, что в реальных условиях съемки испытательного полигона маловероятна полная идентичность схем обратных засечек для всех участвующих в калибровке снимков. При переходе от маршрута к маршруту изображение полигона на аэроснимках меняет свое положение и, соответственно, на каждом снимке возникает своя, уникальная, отличная от остальных, связка проектирующих лучей. Отличие это, хоть и незначительное, может оказывать определенное влияние на результаты калибровки, поскольку решение системы уравнений для таких неодинаковых схем обратной засечки будет неустойчивым, меняющимся при переходе от одной группы снимков к другой [1]. Подтверждение этих слов можно видеть в таблице 2, где приводятся погрешности определения элементов внутреннего ориентирования по маршрутам одного масштаба и одного направления, а также по снимкам с приблизительно одинаковым расположением опорных точек.
Таблица 2. Погрешности определения элементов внутреннего ориентирования
по маршрутам одного масштаба и одного направления
Условия съемки м/ Мх0 Муо
Масштаб 1:3000
Снимки первого маршрута 0.002 0.007 0.006
Снимки второго маршрута 0.007 0.022 0.017
Крайние снимки 0.008 0.020 0.016
Средние снимки 0.003 0.013 0.038
Масштаб 1:6000
Снимки первого маршрута 0.010 0.009 0.009
Снимки второго маршрута 0.017 0.021 0.009
Крайние снимки 0.021 0.032 0.028
Средние снимки 0.002 0.024 0.038
По снимкам одного маршрута показатели несколько лучше, но в целом погрешности элементов внутреннего ориентирования остаются значительными.
Причиной существенных расхождений параметров внутреннего ориентирования могла быть дисторсия объектива, а именно неравномерное ее распределение по полю снимка. Построение функции, описывающей дисторсию, выполнялось по модели Брауна-Конради, используемой в ЦФС «PHOTOMOD» (1), и по полиному третьей степени общего вида (2). х' = х + Кхг2 + К2хг4 + К3хг6 + р (2х2 + г2) + 2Р2ху | у' = у + Кхуг2 + К2угА + К3уг6 + Р2(2у2 + г2) + 2Ргху} ^ ^
гдех'У -исправленные координаты, х, у - измеренные координаты, г -удаление точки от главной точки снимка, К ,Р ,р _ коэффициенты
полинома.
8Х = а0 + агх + а2у + а3х2 + а4ху + а5у2 + а6х3 + а7х2 у + анху2 + а9у3 5 = Ъ0 + Ъхх + Ъ2у + Ъ3х2 + Ъ^ху + Ь5у2 + Ь6х3 + Ъ7х2 у + Ъ%ху2 + Ь9у3
где а0, а1, а2, а3, а4, а5, аб, а7, а8, а9, Ъ0, Ъ1, Ъ2, Ъ3, Ъ4, Ъ5, Ъ6, Ъ7 , Ъ8, Ъ9 - коэффициенты
5 , 5
полинома, х у - поправки в координаты точек, учитывающие влияние дисторсии на снимке.
Сравнение остаточных расхождений координат опорных точек на снимке после определения элементов внешнего и внутреннего ориентирования снимков с учетом и без учета влияния дисторсии дает основание утверждать, что дисторсия на исследуемых снимках практически отсутствует. Средние квадратические отклонения координат опорных точек на снимке с построением и без построения модели дисторсии отличаются на 0.5 - 1.0 мкм.
Оценка эффективности калибровки снимков выполнялась путем построения маршрутов фототриангуляции по снимкам испытательного полигона в ЦФС «PHOTOMOD». В качестве опорных точек выбиралось девять точек и координаты центров фотографирования. Остальные точки полигона использовались для контроля. В качестве элементов внутреннего ориентирования использовались паспортные значения и элементы, полученные при калибровке камеры по снимкам. Построение сети выполнялось способом связок. Сравнивались остаточные расхождения координат опорных, связующих и контрольных точек и центров фотографирования. Априорные погрешности опорных точек и координат центров фотографирования, используемые для вычисления весовых коэффициентов, выбирались, соответственно, 0.05 и 0.10 м. Результаты оценки точности приведены в таблице 3.
Таблица 3. Оценка точности построения фототриангуляционных сетей
Оценка точности Масштаб 1 : 6000
По паспортным данным По калибровочным данным
По опорным точкам. в плане (м) 0.061 0.029
по высоте (м) 0.049 0.018
По связующим точкам. в плане (м) 0.072 0.029
по высоте (м) 0.086 0.039
По контрольным точкам в плане (м) 0.085 0.041
по высоте (м) 0.132 0.026
По центрам фотографирования в плане (м) 0.166 0.070
по высоте (м) 0.202 0.057
Погрешности фототриангуляционных сетей, построенных с учетом калибровочных и паспортных значений элементов внутреннего ориентирования, показывают двух - трехкратное повышение точности результатов, полученных по данным калибровки. Однако, следует помнить о геометрических особенностях калибровки на равнинных полигонах, где роль высотного базиса выполняют опорные точки и центры фотографирования. Положительный результат калибровки может быть получен при наличии
постоянных ошибок координат центров фотографирования. Поэтому калибровку в условиях равнинной местности следует выполнять на проверенных полигонах, где обеспечивается оперативная поверка приборов, надежное определение координат базовых станций и координат центров фотографирования.
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:
Погрешности определения элементов внутреннего ориентирования зависят от масштаба аэросъемки, направления маршрутов, а также расположения опорных точек по полю снимка. Поэтому калибровку следует выполнять по снимкам рабочего масштаба планируемой аэрофотосъемки.
Параметры калибровки, полученные на равнинном полигоне, зависят от погрешностей координат центров фотографирования. В связи с этим при калибровке камер необходимо дополнительно исследовать спутниковые приемники, обеспечивающие определение координат центров фотографирования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Антипов И.Т. Математические основы пространственной аналитической фототриангуляции. - М.: «Картгеоцентр» - «Геодезиздат», 2001. 256 с.: ил.
2. Быков В.Л. Полевая калибровка снимков с использованием средств спутникового позиционирования // Геодезия и картография - 2007.- №9. - С. 39 - 43.
© А.Л. Быков, В.Л. Быков, Л.В. Быков, 2012
