РАЗДЕЛ 2
ПРИМНЕНИЕ НЕМЕТРИЧЕСКИХ ЦИФРОВЫХ КАМЕР ДЛЯ НАЗЕМНОЙ СТЕРЕОФОТОСЪЕМКИ
2.1. Построение широкоформатного изображения
Возможность объединения снимков в единое изображение была предложена в работе
[50], попыткой ее реализации для аналоговых изображений аналитически выполнена
в работе [51] и для цифровых изображений – в работе [52]. Термин «квазиснимок»
был заимствован из работы Лобанова [50]. Гельман выдвигает понятие «панорамной
обработки», рассматривая выполненные из одной точки пространства снимки как
аналог панорамной съемки.
В данной работе идея панорамной обработки рассматривается как часть технологии
цифровой наземной стереофотограмметрической съемки, выполняемой неметрическими
камерами. Актуальность методики вызвана узким углом поля изображения последних.
Объединение нескольких снимков, выполненных в рамках «веерной съемки», позволит
единые изображения – «квазиснимки» по области захвата приблизить к аналоговым
пленочным кадрам (рис. 2.1).
На рисунке 2.1 фотографирование представлено для одной точки стояния.
Захватываемая площадь на местности показана пунктирной линией для крайних
снимков и сплошной – для центрального снимка. Выполнение такой съемки с двух
точек даст возможность получить стереоизображение снимаемого объекта.
Укрупненное изображение снимков связки при «веерном фотографировании» показано
на рис. 2.2. Серия изображений получается путем поворота камеры на некоторый
угол (?5°). Также может быть получен второй ряд изображений, который с первым
рядом должен иметь перекрытие. На рис. 2.2 номерами показаны получаемые снимки
на одной точке стояния (для каждого снимка свой тип линии).
Рис. 2.1. Фотографирование карьера «веерной съемкой»
Рис. 2.2. Схема получения связки снимков при максимальном значении фокусного
расстояния
2.1.1. Теория связки снимков. Одним из недостатков цифровых фотокамер является
малый физический размер матрицы сенсоров (CCD матрицы) и, следовательно, малый
угол поля изображения (табл. 1.1). Как видно из таблицы для представленных
профессиональных и полупрофессиональных камер значение угла поля изображения
при максимальном фокусном расстоянии не превышает 16є.
Увеличение параметров матрицы сенсоров до размеров кадра пленочных камер
сопряжено в настоящее время с техническими трудностями и приведет к высокой
стоимости съемочного оборудования. Если бы малый угол поля изображения приводил
только к увеличению числа стереопар, то при производительности современных
цифровых фотограмметрических станций (ЦФС) их обработка не представляла особых
трудностей. Основным негативным фактором является трудность выполнения съемки
таким образом, чтобы большое число малых кадров, выполненных с разных точек
пространства, обеспечивали правильное перекрытие друг друга, образуя
стереопары, покрывающие объект съемки без пропусков и избыточных перекрытий
(рис. 2.3). В литературе известно предложение, как при сравнительно небольшой
матрице сенсоров обеспечить получение снимка, соответствующего размерам кадра
традиционной съемочной камеры [59].
а)
б)
Рис.2.3. Съемка объекта матрицами разного формата:
а) малый размер матрицы; б) большой размер матрицы
Однако в работе [59] предполагается заранее, что матрицы сенсоров расположены в
одной плоскости, поэтому предлагается развить эту идею для обычных цифровых
камер. Сущность предлагаемого метода показана на рис. 2.4. По описанной ниже
идее получен патент [60].
Пусть из точки узкоугольной камерой выполнено три снимка, смежные снимки имеют
узкую область перекрытия. По измеренным координатам точек в зонах перекрытия
можно вычислить угловые элементы взаимного ориентирования всех снимков и по
формулам коллинеарного трансформирования спроектировать их на плоскость .
Рис. 2.4. Связка фотоснимков
В результате будет получено одно изображение, которое можно использовать как
некоторый квазиснимок, имеющий фокусное расстояние такое же фокусное расстояние
как и исходные изображения. Квазиснимки, построенные для связок узкоугольных
снимков, эффективно обрабатываются на ЦФС. Естественно, что на практике не
удастся обеспечить точное совпадение центров фотографирования снимков, однако
при достаточном удалении объекта съемки это несовпадение не будет иметь
практического значения, так как искажения значительно меньше разрешающей
способности и точности измерения изображения. Добиться необходимого перекрытия
смежных снимков можно, используя угловые шкалы наклона и поворота, которые
имеются на стандартных фотоштативах.
В общем случае квазиснимок может быть произвольно расположен относительно
снимков связки, но при этом может оказаться, что его размер будет очень велик и
неудобен для обработки. Из геометрических соображений, очевидно, что
квазиснимок следует расположить таким образом, чтобы размеры проекций снимков
связки были минимальны, т. е. его главный луч занимал некоторое среднее
положение среди главных лучей исходных снимков.
Если вычислить углы взаимного ориентирования снимков связки и задать положение
координатных осей квазиснимка, то проекция исходного снимка на плоскость
квазиснимка будет выполняться по формулам коллинеарного преобразования:
, (2.1)
где и – координаты точки на квазиснимке и исходном снимке;
– направляющие косинусы снимка;
– фокусное расстояние снимков.
Если одна и та же точка объекта изобразилась на двух разных исходных снимках,
то соответствующие координаты ее изображения на квазиснимке, полученные из двух
снимков совпадают, т.е. выполняется следующее уравнение:
, (2.2)
где и – координаты точки на -том и -том снимках соответственно;
и – направляющие косинусы соответственно -того и -того снимков, вычисленные по
их углам поворота относительно осей квази
- Київ+380960830922