Ортофототрансформирование сканированного фотоизображения

Положим, что после сканирования на сканирующей станции в цифровое изображение были введены исправления, учитывающие деформации, ошибки сканера и т.п.

Для трансформирования в центральной проекции нужно иметь как минимум четыре опорные надежно определенные точки. Если при этом влияние рельефа таково, что его следует учитывать, то необходимо создать матрицу высот рельефа МВР.

Первый шаг стандартный: ввод паспортных данных, координат опорных точек, ЦКМ наблюдение координатных меток (внутреннее ориентирование), наблюдение опорных точек, вычисление ЭВОС.

Затем идет основной процесс ортофототрансформирование.

Трансформировать можно непосредственно в геодезическую систему координат. Для трансформирования задают размер пиксела на местности, например, 1м. Это значит, что участок местности «покрываем» квадратными площадками метр на метр размером. Если трансформировать каждый пиксел снимка, то на трансформированном образе будут растяжения, разрывы или наложения трансформированных пикселов (один пиксел займет на местности 1 м, другой 1.4 м, третий 0.8 и т.д.). К тому же при прямом трансформировании высоту точки местности можно учесть только итерационным путем, ибо план и высота взаимно связаны. Это увеличивает время трансформирования в десятки раз. Поэтому выполняют обратный процесс, как при работе на всех УСФП (аналоговых, аналитических, цифровых): берут плановые координаты пиксела на местности (его середины или выбранной точки), а по ним высоту точки на этом пикселе местности и вычисляют положение изображения этой точки на снимке («фотографируют ее»). Это точка попадает на некий пиксел цифрового образа снимка. Считываем значение оптической плотности в этом пикселе снимка и присваиваем его тому пикселу местности, геодезические координаты которого мы взяли.

 Итак, процесс идет в следующей последовательности.

По ЭВОС вычисляют положение на местности четырех точек, ограничивающих зону трансформирования, (например углов снимка) при минимальной высоте точек местности.

Это позволяет избежать ненужных вычислений для точек местности, лежащих вне зоны. Координатные линии, касательные к этой фигуре зоны, ограничат диапазон пользовательской системы координат.

Ряды пикселов в геодезической системе координат идут параллельно геодезическим координатным осям (по сути номера пикселов - это местные координаты, выраженные в размерах пиксела на местности), а на нетрансформированном снимке - параллельно осям сканирования.

МВР задана в виде регулярной сетки высот или триангуляции. Ее следует сгустить заранее или сгущать в процессе трансформирования до такой плотности, чтобы каждый пиксел (например, метр плана) местности имел высоту.

Взяв первый пиксел (в верхнем левом углу рамки XY и Z), по известным формулам вычисляем его положение (x,y) на снимке a_ij - функции УЭВОС.

Выбираем (или вычисляем по соседним пикселам) значение оптической плотности в этой точке (x,y) и присваиваем это значение точке c координатами XY, лежащей на уровенной поверхности.

Переходим к следующей точке на местности и делаем то же самое. И т.д.

Так как число пикселов велико (для снимка площади 3х3 км будет 9 млн метровых пикселов), то вычисления по точным формулам потребуют много времени. Поэтому в целях сокращения вычислений возможно точное вычисление координат только базовых точек, расположенных, например, через 10 метров, а точки между ними определяют линейным интерполированием.

В итоге получаем файл регулярной сетки оптических плотностей, где строки пикселов идут параллельно одной, а столбцы - другой оси геодезических координат. В заголовке указаны координаты начала местной системы, шаг (размер пиксела) по х и по у, число строк и столбцов. Далее строки - записи - значений оптической плотности. Для простоты строки м.б. одной длины и заполнены до левой рамки и за правой рамкой нулями. Более сложная организация - строки разной длины, тогда нужно задавать координату х начала и конца строки.

Для отображения на экране достаточно задать масштаб, т.е. число пикселов экрана, соответствующих пикселу местности. Изменяя это соотношение (целые числа), получаем на экране изображение в различном масштабе. Однако измерения этого изображения всегда выполняются в одной и той же системе координат с точностью до доли пиксела на местности (1 - 0.3).

Если местность равнинная, то ЦКМ не нужно и D Z= const, причем Z = средней высоте участка снимка. То есть, выполняем обычное трансформирование.

Если немного изменений, а рельеф существенный, то положение новых контуров определяют по стереопаре снимков. Ее внешнее ориентирование или ЭВОС - из фототриангуляции или по гнездам контурных точек сохранившимся контурам на обновляемом оригинале.