Теоретичні основи цифрового ортофототрансформування

Ортофотоплани можна отримати використовуючи цифрову технологію, яка основана на використанні цифрових моделей.

Цифрова фотограмметрична станція "Дельта" дозволяє створювати ортофо-топлани різних масштабів. Блок-схема одержання ортофотопланів за цією технологією включає:

· сканування знімків;

· визначення планово-висотної основи для стереопар;

обробку знімків за допомогою програмного комплексу "Дельта 32";

· виготовлення ортофотоплану.

Сканування знімків виконується в форматі DIP з роздільною здатністю 28

мкр - 900 dpi, далі виконується запис на машинний носій i маркування машин-них носіїв для ведення картограми виконаних робіт. Визначення кординат i ви-сот опорних точок виконується по растрах відповідного масштабу.

1. Прив’язка по координатах фотозображення.

2. Обрізка за рамочного оформлення.

3. Зшивання фотозображень.

Сканер має механічну i оптичну системи. Механічна система дозволяє закріпляти та пересувати знімки, дослідження зображення здійснює електронна система, яка має систему визначення координат кожного пікселя розміром 14x14 мкм. Оптична система виконує освітлення знімка за допомогою фотоприймальної камери, визначає оптичну густину зображення i перетворює отримані результати в електричні сигнали.
В цифровій фотограмметрії ортофототрансформування виконується з метою перетворення зображення в ортогональну проекцію, в результаті чого будуть усунуті спотворення через нахил знімків i рельєф місцевості.
Якщо цифрова модель вже отримана будь-яким способом, нею можна скористатись при роботі. Якщо такої моделі немає, то цифрову модель рельєфу одержують з цифрової моделі місцевості, отриманої складанням на приладі "Дельта" за спеціальною програмою. При цьому цифрове зображення автоматично по відомих елементах внутрішнього та зовнішнього орієнтування переводиться від координат точок нахиленого знімка до координат точок зображення горизонтального аерофотознімка за формулами аналітичного трансформування. Якщо елементи зовнішнього оріентування невідомі, їx визначають по опорних точках. Отримане неспотворене зображення монтують з різних знімків до єдиного зображення по координатах спільних точок, вводять в зображення рамки листів планів i зводять до потрібного масштабу. Друк фотоплану можна виконати на високоточному принтері з напівтоновою передачею зображення з екрана монітору перевести на фотопапір або фотоплівку.
Польове і камеральне дешифрування аерознімків, аналіз змін місцсцевості викокується шляхом стереоскопічно перегляду нових аерознімків i детального порівняння їx з картою по всій площі робіт. На відбитках карт відмічають зміни ситуації i рельефу. За цими даними складають проект камеральних робіт i редакційні вказівки щодо, виправлення карт. Аналіз якості оновлюваної карти виконується шляхом порівняння з пізнішими.

Ортофототрансформування - це перетворення знімка (центральної проекції) в ортогональну проекцію - зображення в заданому масштабі, вільне від спотво­рення за кути нахилу знімка та з мінімальними (допустимими) спотвореннями за рельєф місцевості. Якщо цей процес відбувається з цифровим знімком, а кінцевим продуктом є ортофотоплан або ортофотокарта, то його називають цифровим ортофототрансформуванням.

Рис.1.1. Геометричне пояснення ідеї цифрового ортофототрансформування

Цифрова ортофотокарта - растрове зображення, побудоване в масштабі топографічної карти, часто доповнене умовними знаками та зображенням рельєфу у вигляді горизонталей. Геометрична інтерпретація побудови ортофотозображення показана на рис.1.1.

При реалізації процесу ортофототрансформування на першому етапі будується аналітичний знімок при заданих елементах внутрішнього та зовнішнього орієнтування, для чого використовується цифрова модель місцевості як сукупність пікселів.

Математичною основою служать рівняння колінеарності:

 

(1.1)

Отже, щоб створити аналітичний знімок, треба мати реальний цифровий знімок, знати його елементи внутрішнього та зовнішнього орієнтування і треба мати побудовану цифрову модель рельєфу.

Отримання ортогональної проекції елементарної ділянки моделі не викликає труднощів.

Як видно з рис.1.1, координати X, Y центра піксела та елементарної ділянки карти збігаються.

Параметри переходу від координат цифрового знімка х_е, у_е до плоских прямокутних координат х, у найчастіше є коефіцієнтами поліноміальних функцій.

Отже, ці параметри є відомі і можемо їх використати для зворотного переходу: від аналітичного знімка (x, у) до цифрового знімка (х_е, у_е). У літературі рекомендується залежно від типу цифрового знімка використовувати:

- для метричних знімків афінне, білінійне або проективне перетворення;

- для не метричних - знімків подібне перетворення.

Згаданий перехід необхідний лише для того, щоб пікселю ортозображення, надати таку оптичну щільність, яка найбільше відповідала б цій радіометричній характеристиці цифрового знімка.

Така радіометрична корекція, як вирівнювання оптичних щільностей здійснюється ще на одному етапі. Згенероване одне ортозображення ще не утворює ортофотокарту. Для цього треба звичайно використати кілька таких зображень. На їх стиках виникнуть розбіжності оптичних щільностей, які треба або усунути, або згладити. У сучасних умовах використання цифрових фотограмметричних станцій ця операція виконується або автоматично по заздалегідь вибраному алгоритму, або в діалоговому режимі з втручанням оператора. Визначається лінія, по якій повинні стикатись сусідні зображення, за аналогією до того, як при монтажі фотосхем намічаємо лінію розрізу посередині між перекриттями двох знімків. Далі визначається смуга, з якої беруться оптичні щільності пікселів, і найчасті­ше за остаточне значення в області 100-200 пікселів береться середнє арифме­тичне. Складніші алгоритми дозволяють плавно змінювати оптичну щільність, але їх застосування вимагає більших затрат машинного часу.