[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] Здравствуйте,
меня зовут Тюрин Сергей Вячеславович, я доцент Санкт-Петербургского университета.
Сегодня мы попробуем разобраться с основными принципами построения модели
местности по результатам аэро-, фотосъемки.
Разработкой теоретических и практических методов построения модели
местности по фотоизображениям занимается наука фотограмметрия.
Таким образом, фотограмметрия — это научная дисциплина,
изучающая и разрабатывающая методы определения формы,
размеров и пространственного положения объектов по их фотоизображениям.
Конечно, за один урок детально разобраться с фотограмметрией невозможно.
Наша задача — познакомиться с основными понятиями фотограмметрии,
необходимыми для понимания процесса обработки данных,
полученных с беспилотного летального аппарата.
Очевидно, что для построения модели местности необходимо понимать
зависимости между объектами местности и их изображением на фотоснимках.
Начнем с изучения основных систем координат, применяемых в фотограмметрии.
Координаты точки местности определяют в
пространственной прямоугольной системе координат.
Это может быть геоцентрическая и геодезическая система,
связанная с каким-либо земным эллипсоидом,
а может быть прямоугольная пространственная система,
плановые координаты которой определены в той или иной картографической проекции.
Для России обычно это проекция Гаусса-Крюгера.
Вторая система, применяемая в фотограмметрии — это пространственная
фотограмметрическая система координат.
Она задается следующим образом.
Начало ее совмещается с точкой фотографирования,
то есть с центром проекции, а оси направлены могут быть произвольно,
но таким образом, чтобы образовывалась правая система.
Конечно, в основном оси направляют таким образом,
чтобы удобно было решать конкретную задачу.
Координаты точек на самом фотоснимке
определяют в плоской прямоугольной системе координат.
Осями ее являются взаимно перпендикулярные прямые линии,
соединяющие середины противоположных сторон снимка.
Надо отметить, что большинство фотограмметрических зависимостей
выведено относительно главной точки снимка — это точка пересечения
главного луча камера с плоскостью снимка.
В том случае если центр системы координат снимка не совпадает с
главной точкой снимка, то это необходимо учитывать.
Для построения аналитических зависимостей,
нам необходимо ввести величины, которые будут определять
положение снимка относительно той или иной системы координат.
Эти величины носят название «элементы ориентирования».
Различают элементы внутреннего ориентирования и элементы внешнего
ориентирования.
Элементы внутреннего ориентирования,
они задают взаимное положение точки фотографирования и самого снимка.
К ним относятся координаты главной точки снимка — x0 и y0,
— и фокусное расстояние объектива камеры.
Элементы внешнего ориентирования задают положение связки
проектирующих лучей в момент фотографирования.
К элементам внешнего ориентирования относятся координаты
точки фотография (xs, ys, zs),
два угла (α, ω), определяющие положение главного луча камеры
в момент фотографирования, и угол поворота снимка k.
Несколько слов более подробно об углах.
Угол α — это так называемый продольный угол наклона снимка,
он заключен между осью Z' и проекцией главного луча камеры плоскости X'Z'.
Угол ω — это поперечный угол наклона снимка,
он заключен между главным лучом So и его проекцией на плоскость X'Z'.
И, наконец, угол поворота снимка k — это угол между
осью ординат снимка и следом от плоскости
проходящий через главный луч So и ось Y'.
Таким образом, в полную группу элементов ориентирования входит 9 величин:
3 элемента внутреннего ориентирования и 6 элементов внешнего ориентирования.
Элементы внутреннего ориентирования определяются в процессе
фотограмметрической калибровки камеры.
Фотограмметрическая калибровка камеры — это процесс, в котором мы определяем
элементы внутреннего ориентирования, а кроме этого, еще определяем параметры,
описывающие дисторсию объектива камеры и другие искажения.
В настоящее время в основном используют аналитические методы калибровки камеры.
Что касается элементов внешнего ориентирования,
то они определяются в основном из камеральной обработки снимков,
используя формулы обратной фотограмметрической засечки.
Об этом мы еще поговорим дальше.
Но некоторые из элементов внешнего ориентирования, а именно
координаты точки фотографирования, мы можем получить и в процессе съемки,
используя спутниковые навигационные системы.
Теперь рассмотрим связь между координатами точки местности и ее
изображением на фотоснимке.
Пусть нам известны все элементы ориентирования снимка,
а также измерены по снимку плоские координаты точки на снимке, точки M.
Требуется определить координаты точки M местности.
Задачу будем решать в два этапа.
На первом этапе мы определим пространственные фотограмметрические
координаты точки M снимка, а затем уже найдем координаты точки M в местности.
Рассмотрим рисунок.
Для определения пространственных координат точки M снимка, воспользуемся
известными формулами пространственного преобразования системы координат.
Это формула 1 и 2.
В этих формулах коэффициенты a, b, c — это направляющие косинусы.
В координатном виде эти же формулы
представлены на следующем слайде — это формулы 3 и 4.
Таким образом, мы имеем три точки: точка M местности,
точка M снимка и точка S фотографирования, которые лежат на одной прямой.
И на втором этапе, воспользовавшись векторной алгеброй,
мы можем записать следующие соотношения.
Так как векторы R и R' — коллинеарны, то они будут связаны соотношением 5.
И, кроме этого, вектор R равен разности векторов Rm,
который определяет положение точки M в геодезической системе координат,
и вектора Rs, который определяет связь между геодезической и
фотограмметрической системами координат.
Подставив из значения 5 в 6 и выразив
относительно скаляра, получим соотношение 7.
Теперь представим это соотношение в координатной форме и
получим соотношение 8.
Из него несложно получить отношение 9 и 10.
Подставив из формулы 3 в отношение в формулу 9, получим соотношение 11.
Как видно из него, по одиночному снимку мы можем получить
только две координаты точки местности.
Зависимость 11 может быть использована также для получения обратных
зависимостей — это выражение 12,
— которые называются обратными, формулами обратной фотограмметрической засечки.
Они широко используются в фотограмметрии, в частности для определения
элементов внешнего ориентирования по опорным точкам.
