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, контактных 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 ориентирования, эталонные координаты меток и контрольных крестов, данные о дисторсии объектива) и параметры аэрофотосъемки (масштаб и высоту фотографирования). Если при проведении аэрофотосъемки на борту летательного аппарата были установлены GPS-приемники и инерционные системы навигации, то в ходе подготовительных работ подбирают результаты обработки их показаний.

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

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

Рассчитывают необходимые технические характеристики сканера следующим образом. Минимальная линейная разрешающая способность может быть определена по линейной разрешающей способности обрабатываемых снимков. Например, в случае использования снимков с разрешающей способностью 25...30мм^' минимальный элемент изображения на снимке будет иметь размер 1/50...1/60 мм, т. е. приблизительно 0,02 мм. Во избежание потери информации при сканировании необходимо, чтобы на минимальный элемент изображения приходилось не менее двух пикселей. 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 обладают лишь дорогостоящие фотограмметрические сканеры. Однако использование программ геометрической коррекции растра дает возможность применения офисных сканеров при фотограмметрической обработке снимков.

Векторизация — процесс представления результатов дешифрирования 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 ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах.

При ручной векторизации оператор курсором последовательно обходит все поворотные точки границ контуров дешифрированных объектов. Эту операцию производят на экране монитора с помощью 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 изображения, например негативов аэрофильма. В таком варианте дешифрирование производится на увеличенных снимках, и его результаты оператор переносит на сканированное изображение в процессе векторизации.

Полуавтоматическая векторизация выполняется на дешифрированном 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 дешифрированных 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 переносятся опорные точки. При этом автоматически измеряются их координаты. В ряде случаев на сканированном изображении указываются координатные метки.

Координатные метки позволяют перейти из системы координат сканера, в которой происходит автоматическое измерение координат точек снимка, в систему координат снимка. Как указывалось в разделе 7.6, такой переход не всегда обязателен. Его необходимость зависит от используемого алгоритма решения обратной фотограмметрической засечки.

Корректировка векторизованного изображения заключается в исключении погрешностей процесса векторизации. Такими погрешностями могут быть незамкнутость границ контуров, наличие двойных линий границ, выходы границ в точках пересечения и т. п. Корректировка выполняется автоматически. Оставшиеся после 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 координатах 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 расхождения на опорных точках возникают из-за их неправильной идентификации на экране монитора, ошибок создания файла геодезических координат и файла элементов внутреннего ориентирования, а также возможных ошибок определения приближенных значений элементов внешнего ориентирования. При избыточном числе опорных точек можно не искать возникшую ошибку, а исключить из процесса обработки опорные точки с недопустимыми расхождениями. Оставшиеся опорные точки должны удовлетворять необходимым требованиям для решения задачи ориентирования снимка или его фрагмента.

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

Сведения о рельефе, необходимые при решении прямой фотограмметрической засечки по одиночному снимку, могут быть получены 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 плоскостью, наименее удаленной по высоте от опорных точек. Уравнения плоскостей вычисляются по опоре автоматически.

Полученные трансформированные снимки или их увеличенные фрагменты объединяются в общее электронное изображение (сшиваются). По линиям их соединения могут возникать расхождения в плановом положении одних и тех же контуров. Расхождения считаются допустимыми, если они не превышают 1 мм в масштабе создаваемого плана. В этом случае необходимо выполнять сводку контуров по границам объединяемых изображений аналогично процедуре сводки по планшетам при геодезической съемке.

Главной причиной возникновения расхождений контуров является рельеф, а точнее — создаваемые и используемые при решении прямой фотограмметрической засечки модели рельефа. Плановые координаты одной и той же точки контура, лежащей на линии объединения двух трансформированных изображений, вычисляются 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 различаться. Различия в координатах будут тем больше, чем больше разница между высотами, полученными из двух моделей, и чем дальше точка контура находится от точек надира трансформированных снимков. Для уменьшения работ по сводке объединенных изображений линию сшивки целесообразно выбирать по возможности вдоль линейных объектов (дорог, рек, улиц в населенных пунктах и т. п.).

В результате объединения получают единое трансформированное электронное изображение на всю картографируемую территорию или ее часть.

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