Transcript Document
UK PřF
9 Stereofotogrammetrie
Stereofotogrammetrická metoda
zavedena počátkem 20 stol. (Pulfrich) Základ vyhodnocení stereoskopický vjem
umělý stereoskopický vjem Stereofotogrammetrie
nejpřesnější FM metoda
vyhodnocení i nesignalizované body ZTI – fotogrammetrie
obr.: historické analogové přístroje pro stereo FTG – leteckou a pozemní
obr.: identifikovatelnost bodů pro vyhodnocení
9.1
Stereoskopie
UK PřF Pozorování předmětů v prostoru monokulární binokulární
jedním okem oběma očima (stereo) Určování relativní vzdálenosti předmětů monokulárně = přibližně
zkušenost, odhad ...
Pozorování bodu konvergence očních os akomodace očních čoček ZTI – fotogrammetrie
Přirozené stereoskopické vnímání UK PřF oční osy oční základna středy promítání b 0
…. konvergenční úhel
.… úhlová paralaxa
min …. prostorová rozlišovací schopnost úhlová
pozorování bodů monokulární = 2 c binokulární = 80 cc ZTI – fotogrammetrie
Přirozené stereoskopické vnímání UK PřF
K čemu dochází ??
- obrazy vytvořené v levém a pravém oku
rozdílné!
spojení obrazů v mozku v jeden vjem
přirozený prostorový vjem (PPV) oční osy a oční základna leží v jedné rovině
Definice
základem přirozeného prostorového vnímání je rozdílnost vytvářených obrazů
PPV je fyziologická vlastnost lidských očí ZTI – fotogrammetrie
UK PřF Umělý stereoskopický vjem Pozorování reality - náhrada ??
pozorování snímků Snímky různé obrazy téhož objektu pořízeny z fotogrammetr. základny b Pozorování
vzniká umělý stereoskopický vjem ZTI – fotogrammetrie
obr.: stereodvojice – pozemní (neměřické sn.) a letecká (měřické sn.)
Umělý stereoskopický vjem UK PřF
Podmínky vzniku USV ??
současně + odděleně pozoruji oba snímky pak: 1.
horizontální paralaxy jsou nenulové p = x ´ - x´´ ≠ 0 2. vertikální paralaxy jsou nulové q = y ´ - y´´ (= z´- z´´) = 0
pozn.: paralaxa = rozdíl snímkových souřadnic
ZTI – fotogrammetrie
obr.: stereodvojice – paralaxy snímkových souřadnic (letecká FTG)
UK PřF Umělý stereoskopický vjem
JAK ?? USV
pozorování
prostýma očima .. nevyužívá se ve FM
speciální pomůcky
soustavy stereoskopy, optické přístrojů, anaglyfy, speciální brýle … zrcadlový stereoskop ZTI – fotogrammetrie
obr.: pozorovací pomůcky - stereoskopy, brýle - krystalové+anaglyfy, optické systémy přístrojů
Vlivy na umělý stereoskopický vjem UK PřF
Porovnání USV v. PPV
nezkreslený vjem ??
NE USV je zkreslen vlivem: 1. délky FM základny
specifická plastika n = b / b o 2. tvaru paprskových svazků pozorov. systému „z“
optické zvetšení totální plastika n . z totální plastika
celkové zvýšení prostorové rozlišovací schopnosti (vlivem 1+2) 3. orientace paprskových svazků
pseudovjem ...
ZTI – fotogrammetrie
obr.: stereodvojice orientace paprskových svazků - normální a inverzní postavení snímků
9.2
Stereoskopická metoda LF
UK PřF Základní a nejvíce používaná metoda LF Data vstupní 2 snímky
stereopár, stereodvojice .. řada snímků, blok řad snímků PVniO .. možno určit v průběhu zpracování PVO .. možno určit v průběhu zpracování vlícovací a kontrolní body .. geod. souřadnice Data výstupní výsledek vyhodnocení stereomodelu
2D = vektorová data ..
3D ; body, linie .. vrstvy … 2,5D; ZTI – fotogrammetrie
obr.: ,,mini,,blok 3 řad snímků - celkem 12 snímků, podélný překryt snímků+příčný překryt řad
obr.: rozmístění vlícovacích bodů v rámci bloku – při klasickém postupu a při aerotriangulaci
Stereoskopická metoda LF
UK PřF
Zpracování dat technologická řešení
matematické základy položeny na poč. 20. století
vysoká výpočetní náročnost
proto vývoj: 1. analogové vyhodnocení (1900 - 1980)
analogové vyhodnocovací přístroje 2. analytické vyhodnocení (1970 – 2000)
analytické vyhodnocovací přístroje 3. digitální metody (1985 ….)
digitální fotogrammetrické stanice ZTI – fotogrammetrie
obr.: analogový + analytický přístroj + digitální FTG stanice
Stereoskopická metoda LF
UK PřF
Technologický postup - hlavní kroky
0. příprava projektu projekt snímkového letu ...
1. práce v terénu pořízení snímků, zaměření VB 2. přípravné práce geod. výpočty, digitalizace, úpravy obraz. dat …..
3. fotogrammetrické zpracování a.
snímkové orientace
určení / nastavení PVniO + PVO b.
podrobné vyhodnocení
.. viz dále
c.
dopracování, kontrola, výstupy, export, archivace ZTI – fotogrammetrie
obr.: různé činnosti ve fázích 0-2 technologického postupu
Stereoskopická metoda LF
UK PřF
Charakteristika metody ??
+ vysoká přesnost výstupů univerzálnost variabilita použití výstupů
3D - 2D větší pracnost speciální SW + HW (.. stereovidění) vyšší nároky na znalosti operátora
Aplikace metody ??
kdekoli kde jsou potřebné vysoká přesnost a prostorová data …. IS ; podklady pro projekty ; dokumentace souč. stavu; digitální modely ….
ZTI – fotogrammetrie
obr.: výstup – body DMT získané automaticky (korelací), poloautomaticky a manuálně
obr.: výstup – digitální model historického jádra města Louny .. získaný vyhod. historických snímků
9.3
Normální případ stereofotogrammetrie
UK PřF Pořízení snímků z fotogrammetrické základny Orientace os záběru k FM základně ,,b“ 1. normální případ
kolmé na základnu 2. stočený případ
stejnoměrně stočeny 3. obecný případ
obecně stočeny Pozemní v. letecká stereofotogrammetrie ZTI – fotogrammetrie
obr.: normální případ v pozemní FTG
obr.: historie pozemní FTG pořízení a zpracování dat v
Normální případ stereofotogrammetrie
Normální případ - vztahy x y (z)
modelový s.s.
sn1, 2
snímkové roviny x ´ x´´ p
snímkové souřadnice + horiz. paralaxa UK PřF ZTI – fotogrammetrie
Normální případ stereofotogrammetrie
UK PřF Normální případ v LF jednoduché metody
např. určování relativ ních výškových rozdílů spíše dříve Obecný případ viz přímý vztah sním kových a geodetických souřadnic dnes převládá ZTI – fotogrammetrie
9.4
Technologie snímkové orientace
UK PřF Příprava stereodvojice pro vyhodnocení 1. obnovení prvků vnitřní orientace komory
krok Vnitřní orientace (VO) 2. určení prvků vnější orientace snímků
krok Vnější orientace
různé možnosti: a.
komplexní řešení - svazkové vyrovnání .. 1 krok b. etapové I.
II.
krok krok řešení - blokové vyrovnání .. více kroků relativní orientace (RO) absolutní orientace (AO) c.
přímé určení
(za letu)
.. IMU/GPS ZTI – fotogrammetrie
Snímkové orientace -
vnitřní
orientace
UK PřF obecné (např. pixelové) snímkové souřadnice rovinná transformace - afinní Jak se provádí ??
snímání identických bodů + výpočet transform. klíče identické body = rámové značky (zjistím z kalibrace) vnitřní orientace digitální metody ZTI – fotogrammetrie
obr.: prvky vnitřní orientace
snímkové souřadnice rámových značek .. kalibrační protokoly
obr.: vnitřní orientace – pozemní neměřický a letecký měřický snímek (8 rámových značek A-G)
obr.: vnitřní orientace – ukázka protokolu (digitální stanice VSD)
UK PřF
V nější orientace - analytická řešení a. Komplexní řešení
- jeden krok (např. Schmid) viz přímý vztah snímkových a geod. souřadnic, svazkové vyrovnání
základní jednotkou snímek - linearizace vztahů ( Taylorův rozvoj) iterační řešení přibližné hodnoty vyrovnání MNČ ZTI – fotogrammetrie
obr.: blok snímků + svazky paprsků k měřeným bodům (vlícovací + spojovací)
V nější orientace - analytická řešení b. Etapové řešení
- I. RO, II. AO (např. Shut) blokové vyrovnání
základní jednotkou stereopár UK PřF ZTI – fotogrammetrie
V nější orientace - etapové ř. -
relativní UK PřF snímkové modelové souřadnice matematické řešení
podmínka nulových vertikálních paralax
(q)
řešeno je 5 neznámých ..
z 12 (= 2 sn. x 6 PVO)
Vzájemná orientace snímků vůči sobě (natočení + příp. posun) Vzniká
obecný s tereoskopický model podmínka nulových ,,q,, ZTI – fotogrammetrie
V nější orientace - etapové ř. -
relativní Jak se provádí ??
analytická řešení .. dříve převládala ř. empirická spojovací body
(SB)
různé uspořádání
např. Gruberovo schéma
(6 bodů)
UK PřF ZTI – fotogrammetrie
obr.: relativní orientace – Gruberovo schéma spojovacích bodů na pozemní a letecké stereodvojici
obr.: relativní orientace – ukázka protokolu (digitální stanice VSD)
V nější orientace - etapové ř. -
absolutní UK PřF modelové geodetické souřadnice matematické řešení
modelu prostorová transformace .. posun + pootočení + měřítko řešeno je zbylých 7 neznámých ..
z 12, viz dříve
Výpočet
aplikace vyrovnání MNČ (po linearizaci vztahů pro prostorovou podobnostní nebo afinní transformaci) Jak se provádí ??
stereosnímání identických bodů vlícovací body výpočet transformačního klíče (aplikace vyrovnání) + ZTI – fotogrammetrie
UK PřF
V nější orientace - vlícovací body
Vlícovací body
(VB)
- stereofotogrammetrie počet - volba zaměření přesnost …..
ZTI – fotogrammetrie
obr.: absolutní orientace – rozmístění vlícovacích bodů v překrytu pozemní a letecké stereodvojice
obr.: absolutní orientace – ukázka protokolu (digitální stanice VSD)
UK PřF
V nější orientace - další postupy c . Přímé určení PVO při snímkovém letu
různé metody
např. GPS, IMU/GPS dnes již běžně používané …
viz dříve
VB nejsou nutné kontrolní body!!
převod hodnot do geod. systému WGS
S-JTSK ZTI – fotogrammetrie
9.5
Analytická aerotriangulace - AAT
UK PřF FM metody
klasický postup = vlícovací body (VB) Stereo FM
minimálně 3 VB na 1 stereodvojici Řada, blok sn.
velké množství VB ekonomika :( ?? Jak se vyhnout nutnosti VB přímo měřit ??
Technologie snímkových triangulací Výsledkem jsou 1. geodetické souřadnice bodů ..
SB, kontrolní body
2. PVO všech snímků!! ..
nutné pro FTG zpracování
ZTI – fotogrammetrie
UK PřF
Analytická aerotriangulace - AAT
Vývoj metod historické - radiální, analogová, semianalytická současné - analytická .. digitální + data GPS, automatizace měření, výkonné PC ..
Použití snímkové orientace (VB + PVO)
FTG vyhodnocení souřadnice množství bodů
testovací pole souřadnice kontrolních bodů
speciál. aplikace ZTI – fotogrammetrie
UK PřF
Analytická aerotriangulace - AAT
Postup 1.
2.
měření bodů (VB+SB) numerický výpočet snímkové, modelové souř.
komplexní, etapové řešení Příklad blok 3 řady - 18 snímků - tj. 15 modelů
•
původně
- 1 model = 3 VB - cca 18 měřených VB
•
AAT
- blok 6 měř. VB ZTI – fotogrammetrie
obr.: rozmístění vlícovacích bodů v rámci bloku – při klasickém postupu a při aerotriangulaci
obr.: rozmístění spojovacích bodů v rámci bloku .. volba v osách vícenásobných překrytů
9.6
Stereo vyhodnocení
UK PřF
Stereo-editace
- 3D vektor
linie, body; vrstvy, značky; formáty, import, export, CAD
požadavky zákazníka - DMT
a) b)
pro účely digitálního ortofota samostatný výstup (např. 3D modely měst ) různé technologie automatická, polo automatická, ruční editace (+ kontrola!) ( snímkové orientace
práce ve stereomódu ) ZTI – fotogrammetrie
obr.: body DMT získané automaticky (korelací), poloautomaticky a manuálně .. podklad pro ortofoto
obr.: 2D výstup získaný na podkladě 3D vyhodnocení na analytickém FTG přístroji .. letecká FTG
obr.: 2D výstup získaný na podkladě 3D vyhodnocení na D igitální F TG S tanici .. pozemní FTG
Systémy pro stereovidění
b
DFS
s peciální HW vybavení
Systémy - stereoskopy
.. a
stereovidění - anaglyfy
.. b
polarizační brýle
.. c
krystalové brýle
.. d
….
UK PřF
a c
ZTI – fotogrammetrie
d
UK PřF Automatické vyhodnocovací postupy Obrazová korelace
nalezení polohy bodu na dvou a více snímcích .. odpovídající si body = sdružené body Korelační analýza
vyhledávací algoritmus
obraz
v. vzor
vyhledávací okolí (velikost okolí
pravděpodobnost nalezení
výpočetní nároky) ZTI – fotogrammetrie
Automatické vyhodnocovací postupy Princip bod
hledání maxima korelační funkce (a jeho okolí) okolí v 2 snímku pro v 1 snímku, ku vyhledávacímu UK PřF hodnota
korelační funkce = korelační koeficient nabývá hodnot z int. -1 až 1 ( = 1 .. úplná shoda) Metoda selhává zákryty, homogenní plochy ZTI – fotogrammetrie
obr.: princip obrazové korelace
UK PřF
Shrnutí
,, Stereofotogrammetrie “
přirozený a umělý stereovjem stereofotogrammetrická metoda normální a obecný případ stereofotogrammetrie snímkové orientace etapové řešení komplexní řešení stereovyhodnocení ZTI – fotogrammetrie
Získávání topografické informace
UK PřF
Stereofotogrammetrie
přednášející
Jindřich Hodač
ZTI – fotogrammetrie
UK PřF
Návaznost
,, Fotogrammetrické metody “
Průseková metoda
nejstarší metoda, obroda
Jednosnímková fotogrammetrie
jednoduchost, rovinné území
Digitální ortofoto
přesnost, podklady - DMT ZTI – fotogrammetrie