Цифровое трансформирование снимков.

Цифровое трансформирование – это преобразование изображения исходного снимка в заданную картографическую проекцию.

Исходный снимок – это цифровое изображение, полученное цифровой съемочной камерой или аналоговый снимок преобразованный сканером в цифровую форму.

Цифровое изображение хранится в памяти компьютера. В общем случае оно представляет собой прямоугольную матрицу, элементы которой несут информацию об оптической плотности или цвете элементарных участков изображения.

Положение элемента изображения в матрице «а» определяют номера строки I и столбца j. Нумерация строк и столбцов начинается с нуля. Началом координат цифрового изображения являются его верхний левый угол. Единицей измерения является пиксель.

Пиксельные координаты центров пикселов определяют по формулам:

Физические координаты центров пикселов определяют по формулам:

, где ∆- размер стороны пиксела.

Для измерения координат точек цифрового снимка его выводят на экран дисплея. Наводят марку на точку элемента. Если пиксел исходного цифрового снимка соответствует пикселу изображения на экране дисплея, то наводим марку на точку с точностью до одного пикселя. Для получения более высокой (подпиксельной) точности можно увеличить изображение на экране монитора. Но при увеличении цифрового снимка даже в два раза, исходный аналоговый снимок будет иметь на экране дисплея увеличение в 40 раз. Это приводит к ухудшению изобразительных свойств, а, следовательно, к снижению точности при наведении марки на точки изображения.

Прежде чем приступить к трансформированию цифрового снимка, нужно выполнить его внутреннее ориентирование.

Внутреннее ориентирование цифрового снимка позволяет определить положение системы координат исходного снимка в системе координат цифрового снимка, и исключить влияние деформации фотоматериала исходного аналогового снимка. Это обеспечивает возможность определения физических координат точек по значениям пиксельных координат. Внутреннее ориентирование снимка связывает пиксельную и миллиметровую системы координат на снимке.

При этом измеряют координаты изображений координатных меток в системе о_с x_с y_с (циф.сн.).

Для определения координат точек в системе координат снимка по значениям координат в системе координат цифрового снимка используют формулы:

Коэффициент a,b определены по пиксельным координатам координатных меток снимка и координатам, полученным при калибровке съемочной камеры.

Цифровое трансформирование выполняют с точностью соответствующей требованиям нормативных документов. При этом изображение исходного снимка приводится к заданному масштабу, и устраняются искажения за наклон и рельеф.

Трансформирование цифрового изображения – это проекция изображения местности на горизонтальную плоскость и является ортогональной проекцией, т.е. ортофотоснимком.

Исходными данными для цифрового трансформирования являются:

цифровое изображение исходного снимка;

цифровая модель рельефа (обычно регулярная в виде сетки квадратов);

элементы внутреннего и внешнего ориентирования снимка;

результаты внутреннего ориентирование снимка в системе координат

цифрового изображения.

Сначала формируется прямоугольная матрица цифрового

ортофотоснимка, строки и столбцы которой параллельны осям X, Y геодезической системы координат. Для одного из углов матрицы должны быть определены геодезические координаты. Размер элемента матрицы выбирают

,

где ∆ - размер пиксела исходного снимка;

m – знаменатель масштаба снимка.

Определяют координаты X,Y центра пиксела цифрового ортофотоснимка в геодезической системе координат. Далее по геодезическим координатам

точки местности соответств. центру пиксела и по цифровой модели рельефа определяют геодезическую высоту этой точки Z.

Для определения Z используют метод билинейного интерполирования.

X₁,Y₁- координаты узла ЦМР

 

По координатам X,Y,Z центра пиксела и значением элементов внутреннего и внешнего ориентирования снимка вычисляют координаты x,y соответствующей точки на исходном (цифровом снимке) в его системе координат S, X, Y, Z по формулам:

где

= A

 

По координатам x, y и результатам внутреннего ориентирования определяют координаты точки снимка в системе координат цифрового изображения x_с y_с

Затем вычисляют пиксельные координаты точки:

Аналогично определяют координаты всех остальных центров пикселов.

Далее находят оптические плотности соответствующие каждому пикселу цифрового ортофотоснимка.

 

 

Схема цифрового трансформирования снимка

 

Из перечисленных действий можно сделать вывод, что процесс цифрового трансформирования состоит из двух этапов. На первом этапе формируется матрица цифрового ортофотоснимка в виде строк и столбцов, параллельных осям X и Y геодезической системы координат и устанавливается масштаб (размер пиксела). На втором этапе определяются пиксельные значения (плотности) каждого пиксела трансформированного изображения.

С этой целью, измеряются параметры трансформирования каждого выводимого пиксела, для того, чтобы определить его положения в системе координат строк и столбцов исходного цифрового снимка.

Цифровые трансформированные изображения используют для создания контурной части карты.

Вопросы для самопроверки

1. Что означает цифровое трансформирование?

2. Какие снимки используют для цифрового трансформирования?

3. Что представляет собой цифровое изображение?

4. Как определяют положение элемента изображения в матрице?

5. Какую систему координат имеет цифровое изображение?

6. С какой целью выполняют внутреннее ориентирование цифрового снимка?

7. В чем заключается внутреннее ориентирование цифрового снимка?

8. Назовите основные этапы цифрового трансформирования.

9. С какой точностью выполняют цифровое трансформирование?

10. Для чего используют цифровые трансформированные снимки?

11. Какие исходные материалы используют для цифрового трансформирования?

§ 4. Фотоплан. Технология создания фотоплана.

Фотоплан – это фотографическое изображение участка местности, составленное из рабочих площадей трансформированных аэрофотоснимков.

Фотоплан практически не имеет искажений и может быть использован как план или карта. Фотопланы изготавливают, как правило, в границах трапеции государственной разграфи, если они предназначены для использования в качестве контурных частей топографических карт. Если фотопланы создаются для решения специальных задач (землепользования, изысканий, проектирования и др.), то они имеют иные границы.

Технология изготовления фотоплана включает выполнение следующих работ:

Аэрофотосъемка, плановая подготовка (привязка) аэрофотоснимков, фотограмметрическое сгущение плановой опорной сети, трансформирование снимков, монтаж и корректура фотоплан.

Аэрофотосъемка для создания фотоплана должна выполняться длиннофокусными АФА, чтобы уменьшить искажения за рельеф на аэрофотоснимках, согласно формуле:

из которой следует, что искажения за рельеф уменьшаются при фотографировании с больших высот H, что возможно при использовании длиннофокусных АФА,

так как

Плановая подготовка аэроснимков должна обеспечить плановыми опорными точками (плановыми опознаками) камеральное сгущение плановой опорной сети. В результате камерального фотограмметрического сгущения плановой опорной сети каждый аэрофотоснимок должен иметь четыре плановые опорные точки, по которым выполняют трансформирование аэрофотоснимков.

В результате трансформирования снимков получают фотоизображение, соответствующее плану местности заданного масштаба.

Монтаж фотоплана выполняют из трансформированных снимков на плановой основе по трансформационным точкам. После монтажа фотоплана производят корректуру фотоплана по точкам, по порезам и проверяют сходимость контуров на границах соседних трапеций. Корректура фотоплана или оценка точности должна быть отмечена в корректурном листе. Сведения об изготовлении фотоплана приведены следующей литературой: [1]§33; [2]§43.

Цифровые фотопланы могут быть созданы по перекрывающимся цифровым трансформированным снимкам.

Для создания цифрового фотоплана используется трансформированные снимки с одинаковым размером пикселей и имеющие координаты начал систем координат цифровых изображений о₁ и о₂ кратные размеру пикселя. На рисунке представлен принцип формирования цифрового фотоплана:

 

граничные пиксели

трансформированный снимок 2

трансформированный снимок 1

 

При создании цифрового фотоплана в зоне перекрытия трансформационных снимков проводят линию пореза в виде полилинии с узлами К_i. Затем с ее помощью в каждой строке определяют граничные пиксели, совмещенные с линией пореза и приступают к формированию матрицы цифрового фотоплана.

Задают системы координат цифрового фотоплана за начало которой принимают точку с наименьшей координатой X и наибольшей Y.

Каждая строка матрицы фотоплана формируется из строки трансформированного снимка Р₁, включая граничный пиксел снимка Р₂, начиная с пикселя, следующего за граничным. Таким образом, присоединяют следующие снимки. При трансформировании фотоплана определяют координаты узлов полилиний в системе координат цифрового фотоплана, использую их координаты в системе координат снимков.

По точности цифровые фотопланы удовлетворяют требованиям нормативных документов предъявляемым к фотопланам.

Контроль трансформирования создания фотоплана выполняют по контрольным точкам в качестве которых используют четкие контурные точки, геодезические координаты которых определены геодезическими или фотограмметрическими методами.

Расхождения не должны быть больше 0,5 мм. Контроль точности фотоплана выполняют и по расхождениям одноименных контуров на линии

пореза – 0,7 мм максимальное.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется фотопланом?

2. Какое применение имеет фотоплан?

3. Назовите основные процессы изготовления фотоплана.

4. Как выполнить монтаж и коррекцию фотоплана.

5. Поясните процесс создания цифрового фотоплана.

6. Какова точность цифрового фотоплана?

7. По каким точкам выполняют контроль трансформирования и создания цифрового фотоплана?