НаземНая фотограмметрия

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 18

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

§7.1. области применения наземной фотограмметрии

Наземная фотограмметрия — один из разделов фотограмметрии, в котором изучаются методы получения и фотограмметрической об- работки изображений объектов, получаемых съемочными камерами с точек земной поверхности.

Методы наземной фотограмметрии используются для решения многих задач в различных областях науки и производства. в частности, в настоящее время, наземная фотограмметрия применяется для создания топографических карт и цифровых моделей местности горных районов в масштабах 1:500 – 1:5000. Методами наземной фотограмметрии ре- шаются различные задачи в архитектуре, строительстве, горном деле, машиностроении, судостроении, криминалистике, медицине и других областях науки и производства.

Примеры некоторых областей применения наземной фотограм- метрии:

для создания трехмерных моделей городов (рис. 7.1);

рис. 7.1

а б

рис. 7.2

рис. 7.3

для создания трехмерных моделей памятников архитектуры и других объектов (рис. 7.2);

для создания обмерных чертежей архитектурных сооружений и документации дорожных происшествий (рис. 7.3);

в автомобилестроении (рис. 7.4) и cудостроении (рис. 7.5); в археологии (рис. 7.6) и медицине (рис. 7.7).

рис. 7.4

рис. 7.5

рис. 7.6 рис. 7.7

§7.2. Съемочные камеры,

применяемые в наземной фотограмметрии

в настоящее время в наземной фотограмметрии практически ис- пользуют только цифровые фотокамеры. Для выполнения наземных фотограмметрических съемок созданы метрические цифровые камеры. в этих камерах, как правило, объектив и светоприемная матрица жестко укреплены на корпусе камеры, обеспечивая, постоянство элементов внутреннего ориентирования камеры. Элементы внутреннего ориен- тирования этих камер, включая параметры фотограмметрической дис- торсии, определяют на заводе-изготовителе. Примером такой камеры может служить камера AIC фирмы «Rollei». Эта камера выпускается со светоприемной матрицей 60 мегапикселей (Мп) и объективами с фокусными расстояниями 35, 50, 80 и 100 мм.

На рис. 7.8 показаны метрические камеры и примеры некоторых неметрических цифровых камер (рис. 7.9), применяемых в наземной фотограмметрии, а в табл. 7.1 даны их основные характеристики.

Т а б л и ц а 7.1

AIC P65 Rollei Rolleiflex 6008 digital metric

GSI INCA 3

рис. 7.8

AXIOS 3D SingleCam

Помимо метрических камер для фотограмметрических работ мож- но использовать любительские и профессиональные цифровые съемоч- ные камеры. Эти камеры должны быть предварительно подвергнуты процедуре фотограмметрической калибровки, в результате которой определяются элементы внутреннего ориентирования камеры, включая параметры фотограмметрической дисторсии объектива съемочной ка- меры. в настоящее время для наземной фотограмметрической съемки в зависимости от требуемой точности фотограмметрических опреде- лений, размера снимаемого объекта и расстояния до него использу- ются различные типы профессиональных и любительских цифровых

Phase One iXA-R Phase One iXU

Leica S2

Canon EOS 5D

Hasselblad H5D-60

рис. 7.9

Nikon D3X

Sony DXC W190

фотокамер. в качестве примера можно привести достаточно дорогостоящие цифровые фото- камеры Phase One, Hasselblad, Leica и относительно дешевую цифровую 12-мегапиксельную камеру Sony (см. табл. 7.1).

в наземной фотограмме- трии используют также стерео- фотограмметрические камеры. Эти камеры представляют со- бой две идентичные съемочные камеры, жестко установленные параллельно друг другу на не- котором базисе, таким образом, чтобы оптические оси этих ка- мер были перпендикулярны к базису. в результате фотограм- метрической калибровки стере- офотограмметрических камер определяют не только элементы внутреннего ориентирования съемочных камер, но и элементы их внешнего ориентирования в предварительно заданной систе- ме координат стереофотограм- метрической камеры, напри- мер, в системе координат левой

рис. 7.10

камеры. в этом случае при фотограмметрической обработке снимков, полученных стереофотограмметрической камерой, координаты точек сфотографированного объекта можно получить в системе координат стереофотограмметрической камеры по формулам прямой фотограм- метрической засечки.

На рис. 7.10 представлены некоторые примеры цифровых стере- офотограмметрических камер, а в табл. 7.2 основные характеристики некоторых цифровых камер (рис. 7.11), основанных на применении ли- неек ПЗС. в этих камерах в плоскости прикладной рамки перемещается

Т а б л и ц а 7.2

Super 6 K-HS Super 8 K-HS

Super10 K-HS

рис. 7.11

EYESCAN M3

линейка ПЗС, за счет этого получается изображение (сканерное), состоящее из множества строк, каждая из которых получена в свой момент времени. время сканирования (получение одного изображения) равно 2 мин. Есте-

ственно, такие камеры можно применять только для съемки статических объектов (не меняющих свое положение в пространстве во времени). Среди камер, основанных на применении линеек ПЗС, существуют и панорамные, например, панорамная камера EYESCAN M3 фирмы

«Kamara & System Technik» (см. рис. 7.11). Эта камера позволяет полу- чать изображения с углом поля зрения, составляющим 360°. линейка ПЗС имеет 10 000 пикселей.

Другая группа камер, которые также находят применение в фото- грамметрии – это видеокамеры. в основном они применяются в специ- ализированных фотограмметрических системах для изучения мелких объектов в медицине, робототехнике и т.д. Эти камеры работают в аналоговом телевизионном формате. Для получения цифровых изобра- жений применяются аналого-цифровые преобразователи (захватчики изображений) в виде специальной платы, устанавливаемой в компьютер. Современные видеокамеры являются цифровыми, не требующими аналого-цифровых преобразователей. На рис. 7.12 в качестве примера приведена видеокамера E-PLA741. Скорость съемки такой камерой составляет 27 кадров в секунду с разрешением 1280×1024 пикселей;

33 кадра в секунду с разрешени- ем 1000×1000 пикселей и 8000 кадров в секунду с разрешением 4096 пикселей.

высокоскоростные видео- камеры находят применение при изучении быстропротекающих процессов, например, при изуче- нии краш-тестов автомобилей,

траектории полета летательного аппарата и т.д.

рис. 7.12

§7.3. фотограмметрическая калибровка цифровых съемочных камер

Фотограмметрическая калибровка цифровых съемочных камер выполняется с целью определения значений элементов внутреннего ориентирования съемочных камер, включая параметры фотограмме- трической дисторсии объектива съемочной камеры.

Поправки d x и d y в координаты измеренных на снимке точек, ком- пенсирующие влияние фотограмметрической дисторсии объектива съемочной камеры, в общем случае описываются различными уравне- ниями. Наиболее широко используются уравнения:

d x = x(r2k1 + r4k2 + r6k3 ) + (r 2 + 2x2 ) p1 + 2x yp2 ; ïü

d = y(r 2k + r 4k + r6k ) + 2x yp

+ (r 2 + 2y2 ) p ,ý

(7.3.1)

y 1 2 3 1

2 ïþ

где x, y — координаты точек снимка; k1, k2, k3 — коэффициенты ради- альной дисторсии; p1, p2 — коэффициенты тангенциальной дисторсии

объектива; r =

снимка.

(x - x0 )2 + (y - y0 )2 ; x0, y0 — координаты главной точки

Как показал практический опыт фотограмметрической калибровки цифровых фотокамер, для описания фотограмметрической дисторсии в подавляющем большинстве случаев достаточно ограничиться коэф- фициентами k1 и k2 системы уравнений (7.3.1).

Инструментальные и фотографические методы фотограмметри-

ческой калибровки съемочных камер, а также методы их калибровки по снимкам звезд, подробно рассмотрены в курсе «аэрокосмические съемки». Поэтому в настоящем курсе рассмотрены только методы фотограмметрической калибровки цифровых фотокамер по снимкам пространственного и плоского тест-объектов, так как эти методы наи- более широко используются при фотограмметрической калибровке цифровых фотокамер, применяемых при выполнении наземной фото- грамметрической съемки.