CC BY
68
УДК 528.722.8
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ ПСЕВДОРЕАЛИСТИЧНЫХ ТЕСТ-ОБЪЕКТОВ
Вадим Сергеевич Коркин
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)236-12-66
Анастасия Евгеньевна Червова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. +7-(923)-249-14-10, e-mail: [email protected]
В статье представлена методика формирования стереопары цифровых псевдореалистичных макетных изображений, предназначенных для тестирования правильности работы цифровых фотограмметрических станций (ЦФС).
Ключевые слова: псевдореалистичные тест-объекты, макет местности, цифровая фотограмметрическая станция, модель источника освещения.
DEVELOPMENT TECHNIQUE OF DIGITAL PSEVDOREALISTICHNAYA MOCK-UP IMAGES MODELING
Vadim S. Korkin
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., PhD, associate professor of Department of Physical Geodesy 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 Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. +7-(923)-249-14-10,
e-mail: [email protected]
The article deals the technique of digital psevdorealistichnaya mock-up images formations and forming a stereoscopic pair. This digital mock-up images are designed for testing correct operation of digital photogrammetric station (DTM).
Key words: psevdorealistichnaya mock-up images, topographic model, digital photogrammetric station, model of the illumination source.
Для проверки точности и правильности работы алгоритмов, заложенных в современные цифровые фотограмметрические станции, целесообразно использовать цифровые макетные снимки. Они могут быть двух основных видов: битовые и реалистичные. Битовые макеты в общем виде представляют собой поля изображений с замаркированными точками, плоские и пространственные координаты которых известны. Технология создания и
использования цифровых битовых макетных снимков подробно описана в работах [1, 2, 3, 4, 5, 6].
Реалистичные цифровые макетные снимки, в отличие от битовых, имеют непрерывное изображение по всему полю моделирования. Такие макеты создаются на основе трехмерной сцены, в которой в единой системе координат заданы: источник освещения, трехмерная геометрическая форма объектов, их взаимное положение, а также отражательная способность объектов. Если в качестве исходных данных для построения реалистичных макетов, используется не цифровая модель рельефа, построенная по опорным пикетам, а искусственно созданные объекты и их взаимное расположение на местности, такие макеты называются псевдореалистичными.
Методика моделирования псевдореалистичных изображений включает в себя следующие этапы:
1. Выбор проекта макета местности и математической модели для описания формы объектов;
2. Выбор условий съемки - положение съемочных камер, формат снимков и их разрешение.
3. Моделирование источника освещения (Солнце), атмосферы и отражательных свойства объектов в различных спектральных диапазонах.
При проведении исследований было принято решение ограничиться моделированием стереопары изображений.
Макет местности представляет собой участок размером 320*480 м. В качестве объектов характеризующих рельеф местности были выбраны четырехгранные пирамиды (рис. 1). Основание каждой принято 8*8 м, высота - от 5 до 8 м.
Рис. 1. Четырехгранная пирамида
Пирамиды, по полю моделирования расположены равномерно, группами. Всего 6 групп в каждой по 9 пирамид.
Данный макет привязан к местной системе координат, то есть каждый объект макета имеет пространственные координаты в единой, выбранной системе координат.
Общий вид макета представлен на рис. 2.
Рис. 2. Макет местности
Для проведения исследований по созданию псевдореалистичных цифровых макетных снимков были выбраны следующие параметры:
- элементы внутреннего ориентирования х0=0, >о=0,f = 100 мм;
- угол разворота снимка - V = 0;
- формат - 10x10 см, (7873x7873 pix);
- масштаб - 1:4000;
- разрешение - 13 мкм;
- число замаркированных точек - 150;
- превышения на местности hmin = 0 м, Нтях = 17 м;
Элементы внешнего ориентирования макетных снимков приведены в табл. 1
Таблица 1
Элементы внешнего ориентирования снимков
XS (м) ^ (м) ^ (м) а° Х°
Левый снимок 80 240 400 0,7 -0,6 0,4
Правый снимок 240 240 400 0,9 -0,8 0,5
Плоские координаты точек в системе координат снимка получены в результате пересчета координат точек макета по формулам коллинеарности, а затем переведены в цифровую систему координат. На следующем этапе точки с известными координатами маркируются на цифровых снимках, сформированных в системе растровой графики Photoshop.
При создании псевдореалистичных изображений самым сложным этапом является моделирование источника освещения, так как необходимо создать модель, отражающую все преобразования, происходящие со световым потоком, на его пути к съемочной системе. Для этого необходимо учесть множество различных параметров, таких как, положение Солнца в момент съемки, отражательная способность объектов, коэффициент пропускания атмосферы, рассеяние и д.р.
Поэтому для расчета освещенности оптического изображения пирамид использовалась специальная программа, разработанная на кафедре фотограмметрии и дистанционного зондирования.
Программа состоит из нескольких основных модулей, позволяющих вычислять координаты Солнца (высоту, азимут и др.), моделировать атмосферу, вычислять освещенности объектов местности и оптического изображения.
Для описания отражательной способности пирамид было выбрано три типа горных пород, с различными коэффициентами спектральных яркостей в диапазоне длин волн от 400 до 800 нм.
В результате работы программы были получены, наряду с прочими характеристиками, значения освещенности оптического изображения граней пирамид. В соответствии с этими значениями выполнялось закрашивание граней пирамид на цифровых снимках в программе Photoshop.
Полученные таким образом цифровые макетные снимки представлены на рис. 3.
Рис. 3. Псевдореалистичные макетные снимки
Полученную в результате исследований стереопару цифровых макетных псевдореалистичных снимков можно использовать при тестировании правильности работы любых современных ЦФС.
В результате проверки точности смоделированной стереопары на ЦФС OrtoPhoto SDS, были получены следующие результаты:
1. Средняя квадратичная величина остаточного поперечного параллакса Лq = 0.005 мм.
2. На опорных точках
- Средние квадратичные ошибки расхождения координат составили шх =0,029 м, шу =0,052 м, ш2 =0,035 м.
- Средняя квадратичная ошибка в плане составила 0,058 м, по высоте 0,035 м.
3. На контрольных точках:
- Средние квадратичные ошибки расхождения координат составили шх =0,037 м, шу =0,043 м, ш2 =0,032 м.
- Средняя квадратичная ошибка в плане составила 0,056 м, по высоте 0,032 м.
Главным достоинством псевдореалистичных макетных снимков является возможность наблюдения стереоэффекта бри обработке на ЦФС.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коркин В. С., Сидякина А. Е. Проект создания комплекса цифровых макетных аэроснимков для исследования фотограмметрических систем // 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. 72 - 74.
2. Коркин В.С. Цифровые фотограмметрические тест-объекты для тестирования цифровых фотограмметрических станций // «Геодезия и картография». - 2008. - № 2. -С. 39-41.
3. Коркин В. С. Разработка макетных снимков для тестирования цифровых фотограмметрических систем // Современные проблемы геодезии и оптики: материалы Междунар. научн.-техн. конф., посвящ. 65-летию СГГА - НИИГАиК, (Новосибирск, 23-24 ноября 1998 г. ). - Новосибирск: СГГА. - С. 62-69.
4. Коркин В. С., Червова А. Е. Разработка алгоритма и программы формирования цифровых макетных снимков, образующих маршрут // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 88-91.
5. Сидякина А. Е. Алгоритм формирования стереопары битовых макетных снимков для исследования точности работы ЦФС Photomod 5 // Интерэкспо ГЕО-Сибирь - 2012. VIII Междунар. науч. конгр.: сб. молодых ученых СГГА (Новосибирск 10 - 20 апреля 2012 г.). -Новосибирск: СГГА, 2012. - С. 71-77.
6. Коркин В. С., Червова А. Е. Разработка алгоритма и методики создания маршрута макетных цифровых аэроснимков с подпиксельной точностью // Изв. вузов. Геодезия и аэрофтосъёмка. - 2014. - № 1. - С. 51-56.
7. Никитин В. Н., Сидякина А. Е. Методика моделирования цифровых реалистичных макетных снимков с использованием машинной графики // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 33-37.
© В. С. Коркин, А. Е. Червова, 2014
