50 Технология цифровой фотограмметрической обработки одиночного снимка

Фотограмметрическая обработка одиночного снимка состоит из нескольких этапов:

подготовительные работы;

ввод изображения;

векторизация и корректировка векторизованного изображения;

трансформирование векторизованного изображения;

объединение (сшивка) трансформированных снимков или их фрагментов;

создание контурного плана.

Подготовительные работы включают подбор негативов, кон¬тактных снимков, существующих топографических планов и карт на объект работ. Также подбирают материалы полевой привязки аэрофотоснимков и фототриангуляции. Кроме того, получают паспортные данные АФА (элементы внутреннего ориентирова¬ния, эталонные координаты меток и контрольных крестов, дан¬ные о дисторсии объектива) и параметры аэрофотосъемки (масш¬таб и высоту фотографирования). Если при проведении аэрофо¬тосъемки на борту летательного аппарата были установлены GPS-приемники и инерционные системы навигации, то в ходе подготовительных работ подбирают результаты обработки их по¬казаний.

В качестве исходного изображения при фотограмметрической обработке можно использовать негативы аэрофильма, дешифри¬рованные снимки или их увеличенные фрагменты.

В настоящее время ввод изображения осуществляют преиму¬щественно сканированием. Сканирующее устройство выбирают по ряду критериев: требуемым техническим характеристикам (раз¬решающая способность, позиционная точность) и соотношению цена/производител ьно сть.

Рассчитывают необходимые технические характеристики ска¬нера следующим образом. Минимальная линейная разрешающая способность может быть определена по линейной разрешающей способности обрабатываемых снимков. Например, в случае ис¬пользования снимков с разрешающей способностью 25...30мм^' минимальный элемент изображения на снимке будет иметь раз¬мер 1/50...1/60 мм, т. е. приблизительно 0,02 мм. Во избежание по¬тери информации при сканировании необходимо, чтобы на мини¬мальный элемент изображения приходилось не менее двух пиксе¬лей. Требуемая разрешающая способность сканера в этом случае будет составлять 2 • 25,4 мм/0,02 мм = 2500 dpi (1 дюйм = 25,4 мм).

Позиционная точность сканера должна быть не хуже требуемой точности измерения координат на снимке, которая составляет примерно 2...5 мкм. Такой высокой позиционной точностью обла¬дают лишь дорогостоящие фотограмметрические сканеры. Однако использование программ геометрической коррекции растра дает возможность применения офисных сканеров при фотограмметри¬ческой обработке снимков.

Векторизация — процесс представления результатов дешифри¬рования в векторной форме. При этом границы дешифрированных объектов представляют в виде ломаных линий. Каждое звено ломаной линии записывают в память компьютера координатами его начала и конца, т. е. границы объектов вводят координатами их поворотных точек. Векторизация может осуществляться в руч¬ном, полуавтоматическом и автоматическом режимах.

При ручной векторизации оператор курсором последовательно обходит все поворотные точки границ контуров дешифрирован¬ных объектов. Эту операцию производят на экране монитора с по¬мощью мыши. При этом автоматически записываются в память компьютера координаты (х, у) этих точек. Ручную векторизацию можно выполнять в случае сканирования дешифрированного изображения, а также в случае ввода недешифрированного изоб¬ражения, например негативов аэрофильма. В таком варианте де¬шифрирование производится на увеличенных снимках, и его ре¬зультаты оператор переносит на сканированное изображение в процессе векторизации.

Полуавтоматическая векторизация выполняется на дешифри¬рованном сканированном изображении. Оператор наводит курсор на одну из точек границы контура на экране монитора. При этом автоматически записываются координаты (х, у) всех поворотных точек границы указанного контура.

При автоматической векторизации происходит автоматическое считывание координат поворотных точек границ всех дешифри¬рованных объектов. Роль оператора заключается в контроле и в случае необходимости корректировке данного процесса.

Кроме того, в процессе векторизации по материалам привязки или фототриангулядии на сканированное изображение перено¬сятся опорные точки. При этом автоматически измеряются их ко¬ординаты. В ряде случаев на сканированном изображении указы¬ваются координатные метки.

Координатные метки позволяют перейти из системы коорди¬нат сканера, в которой происходит автоматическое измерение ко¬ординат точек снимка, в систему координат снимка. Как указыва¬лось в разделе 7.6, такой переход не всегда обязателен. Его необхо¬димость зависит от используемого алгоритма решения обратной фотограмметрической засечки.

Корректировка векторизованного изображения заключается в исключении погрешностей процесса векторизации. Такими по¬грешностями могут быть незамкнутость границ контуров, наличие двойных линий границ, выходы границ в точках пересечения и т. п. Корректировка выполняется автоматически. Оставшиеся пос¬ле этого погрешности устраняются оператором.

Далее следует процесс трансформирования. Для опорных точек создается файл их геодезических координат. Кроме того, оператор вводит при необходимости приближенные значения элементов внешнего ориентирования снимка. По известным из раздела 7.5 зависимостям автоматически решается обратная фотограмметри ческая засечка. Контролем решения задачи ориентирования снимка являются остаточные расхождения в геодезических коор¬динатах опорных точек. Эти расхождения в плановых координатах не должны превышать 0,2 мм в масштабе создаваемого плана, а по высоте не превышать Vs сечения рельефа. Недопустимые расхож¬дения на опорных точках возникают из-за их неправильной иден¬тификации на экране монитора, ошибок создания файла геодези¬ческих координат и файла элементов внутреннего ориентирова¬ния, а также возможных ошибок определения приближенных зна¬чений элементов внешнего ориентирования. При избыточном числе опорных точек можно не искать возникшую ошибку, а ис¬ключить из процесса обработки опорные точки с недопустимыми расхождениями. Оставшиеся опорные точки должны удовлетво¬рять необходимым требованиям для решения задачи ориентирова¬ния снимка или его фрагмента.

При допустимых расхождениях на опоре переходят к решению прямой фотограмметрической засечки для всех точек векторизо¬ванного изображения.

Сведения о рельефе, необходимые при решении прямой фото¬грамметрической засечки по одиночному снимку, могут быть по¬лучены из ЦМР, которую предварительно импортируют из других программ. В случае равнинной местности рельеф представляется либо горизонтальной плоскостью, высота которой равна среднему арифметическому из высот опорных точек, либо наклонной плос¬костью, наименее удаленной по высоте от опорных точек. Уравне¬ния плоскостей вычисляются по опоре автоматически.

Полученные трансформированные снимки или их увеличен¬ные фрагменты объединяются в общее электронное изображение (сшиваются). По линиям их соединения могут возникать расхож¬дения в плановом положении одних и тех же контуров. Расхожде¬ния считаются допустимыми, если они не превышают 1 мм в мас¬штабе создаваемого плана. В этом случае необходимо выполнять сводку контуров по границам объединяемых изображений анало¬гично процедуре сводки по планшетам при геодезической съемке.

Главной причиной возникновения расхождений контуров яв¬ляется рельеф, а точнее — создаваемые и используемые при реше¬нии прямой фотограмметрической засечки модели рельефа. Пла¬новые координаты одной и той же точки контура, лежащей на ли¬нии объединения двух трансформированных изображений, вы¬числяются с использованием высот, полученных из моделей рельефа соответственно для первого и второго снимков. Если их высоты не равны, то в этом случае вычисленные координаты (Хг, У1") точки контура на первом и втором снимках также будут разли¬чаться. Различия в координатах будут тем больше, чем больше раз¬ница между высотами, полученными из двух моделей, и чем даль¬ше точка контура находится от точек надира трансформирован¬ных снимков. Для уменьшения работ по сводке объединенных изображений линию сшивки целесообразно выбирать по возмож¬ности вдоль линейных объектов (дорог, рек, улиц в населенных пунктах и т. п.).

В результате объединения получают единое трансформирован¬ное электронное изображение на всю картографируемую террито¬рию или ее часть.

Далее по материалам дешифрирования каждому выделенному контуру присваивают условные знаки. После этого в автоматичес¬ком режиме выполняется разделение единого плана на планшеты в соответствии с государственной разграфкой, принятой для дан¬ного масштаба.