Содержание к диссертации
Введение
1 Ошибки снимков и способы их учета 7
1.1 Влияние ошибок снимков на точность фотограмметрических измерений 7
1.2 Требования к точности учета параметров центральной проекции и анализ способов калибровки съемочных фотокамер 22
1.3 Современные средства спутникового позиционирования и их использование в задачах калибровки снимков 35
2 Калибровка съемочных фотокамер по плоскому тест-объекту 44
2.1 Лабораторная калибровка малоформатных цифровых фотокамер.. 44
2.2 Калибровка широкоформатных фотокамер на равнинном испытательном полигоне 60
2.3 Использование одиночных снимков при калибровке на равнинном испытательном полигоне 71
3 Исследован способа калибровки снимков, основанного на фотограмметрической обработке изображений плоского тест-объекта в сочетании с данными спутникового координирования центров фотографирования 79
3.1 Использование методики калибровки снимков при обработке данных цифровой аэрофотосъемки, полученных малоформатными цифровыми камерами 79
3.2 Методика создания испытательного полигона 86
3.3 Исследование способов калибровки широкоформатных снимков в условиях испытательного полигона 91
Заключение 101
Библиографический список 104
Приложения 113
- Требования к точности учета параметров центральной проекции и анализ способов калибровки съемочных фотокамер
- Современные средства спутникового позиционирования и их использование в задачах калибровки снимков
- Калибровка широкоформатных фотокамер на равнинном испытательном полигоне
- Методика создания испытательного полигона
Введение к работе
Прогресс в области цифровых технологий способствовал появлению на рынке высококачественной цифровой фотосъемочной аппаратуры. Малоформатные и среднеформатные цифровые камеры с успехом используются при наземной стереотопографической съемке, а также при аэрофотосъемке с беспилотных, легких летательных аппаратов и средств малой авиации [84, 77, 68, 57]. Разрабатываются широкоформатные цифровые аэрофотосъемочные комплексы, способные конкурировать с лучшими образцами пленочных камер [77]. Внедрение цифровой фотографической техники в практику аэрофотосъемки упрощает технологию фотографирования и обработки материалов съемки, снимает ряд ограничений по динамическим условиям полета, позволяет получать высококачественные цветные и спектрозональные снимки. И все-таки производительность цифровых комплексов лишь приближается к производительности лучших образцов аналоговой аппаратуры, таких, как RC-30.
С появлением цифровой техники для аэрофотосъемки существенно изменились подходы к определению элементов внутреннего ориентирования. На смену визуальным лабораторным способам калибровки, успешно применявшимся на протяжении многих лет, приходят лабораторные фотографические способы, основанные на использовании фотографий тест-объектов. Для широкоформатных цифровых камер актуальна задача калибровки снимков на испытательных полигонах. Для этих целей требуется в горных условиях создавать полигоны в горных районах, что связано с большими трудозатратами.
Исследованиям в области калибровки фотокамер и снимков посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных ученых: Коншина М.Д., Лобанова А.Н., Антипова И.Т., Гельмана Р.Н., Гука А.П., Дубиновского В.Б., Желтова С.Ю., Журкина И.Г., Малявского Б.К., Погорелова В.В.,.
Тюфлина Ю.С, Чебуничева А.Г., Куркова В.М., Михайлова А.П., Ackerman F., Norton C.L. и др.
В настоящее время широкое распространение получили спутниковые системы позиционирования. Использование спутниковых навигационных систем при калибровке снимков позволяет усовершенствовать известные методы калибровки, использование которых ограничивалось отсутствием эффективных средств позиционирования в пространстве. Исследования способов калибровки, основанных на сочетании методов фотограмметрии и спутникового позиционирования в условиях равнинных полигонов, представляются актуальными.
Цель - разработка и исследование методики калибровки фотосъемочных камер и снимков по испытательному на основе обработки плоских тест-объектов с использованием данных спутникового позиционирования центров фотографирования.
Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:
выполнить анализ существующих способов калибровки;
разработать методику лабораторной калибровки малоформатных фотокамер, основанную на двухъярусном фотографировании плоского тест-объекта;
выполнить исследование способа полной калибровки снимков в условиях равнинного полигона, с определением разности высот фотографирования с помощью средств спутникового позиционирования;
разработать технологию спутниковых наблюдений при калибровке снимков на равнинном испытательном полигоне;
разработать технологию для внедрения в производство способа полной калибровки снимков.
Научная новизна заключается в разработке:
- методики калибровки малоформатных цифровых фотокамер, основанной на двухъярусном фотографировании плоского тест-объекта, что
позволяет оперативно выполнять калибровку и обновлять калибровочные данные;
способа полной калибровки снимков по равнинному полигону, с использованием средств спутникового позиционирования для определения разности высот фотографирования;
технологии спутниковых наблюдений для калибровки снимков по равнинному испытательному полигону, включающие установление местной системы координат, выполнение синхронных спутниковых наблюдений во время съемки полигона.
Положения, выносимые па защиту:
методика калибровки малоформатных цифровых фотокамер, основанная на двухъярусном фотографировании плоского тест-объекта;
способ полной калибровки снимков по равнинному полигону, с использованием средств спутникового позиционирования для определения разности высот фотографирования;
технология спутниковых наблюдений, обеспечивающая калибровку снимков на равнинном испытательном полигоне;
технология калибровки снимков по равнинному испытательному полигону.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе аналитической фотограмметрии с использованием теории вероятностей и математической статистики. Экспериментальные исследования были выполнены с использованием методов математического моделирования, также проведены опытно-производственные работы на реальных объектах.
Реализация работы. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана методика лабораторной калибровки малоформатных цифровых камер, создана методика, позволяющая рассчитать параметры тест-объектов и калибровочных полигонов, предвычислить точность результатов калибровки. Разработана программа научных исследований, принятая к внедрению в ФГУП «Госземкадастрсъемка» ВИСХАГИ. Создан
калибровочный полигон на территории Омского аэроклуба РОСТО. Выполнены экспериментальные работы.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на LIII Международной технической конференции СГГА, международных научных конгрессах «Гео-Сибирь» (2005-2007), научных конференциях профессорско-преподавательского состава СибАДИ (2004-2005), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ОмГАУ (2004-2005), научно-производственной конференции «Кадастр объектов недвижимости. Современные технологии сбора, обработки и предоставления геоинформации» (2005).
Публикации. Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 8 научных работах (из них 7 - в соавторстве). Одна статья опубликована в журнале «Геодезия и картография», входящем в список рецензируемых научных журналов ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы. Работа изложена на 173 страницах ( из них 55 - приложения), содержит 20 таблиц, 17 рисунков. Список литературы включает 100 наименований, в том числе 11 на иностранных языках.
Требования к точности учета параметров центральной проекции и анализ способов калибровки съемочных фотокамер
Рассмотрим влияние погрешностей элементов внутреннего ориентирования на точность построения одиночной модели. Известно, что несоответствие фокусного расстояния снимка значению, принятому при фотограмметрической обработке фотоснимков, приводит к преобразованию геометрической модели. Преобразование сводится к пропорциональному изменению углов наклона, появлению децентраций, а в итоге изменяется вертикальный масштаб модели [49, 54]. Ошибка фокусного расстояния может быть компенсирована в процессе внешнего ориентирования, при наличии некомпланарных опорных точек.
Влияние погрешностей в определении координат главной точки приводит к более сложным искажениям фотограмметрической модели. Пусть построение модели выполняется под условием компланарности соответствующих проектирующих лучей: -xya + x y a + (f2 + yy )a) +faz-fxy + fq = 0. (1.7) Погрешности элементов внутреннего ориентирования вызывают изменения в структуре уравнения взаимного ориентирования: - хуа - (уЗх + хду )а - 8х8уа + х у а + {у бх + х 8у )а + 8х8уа + + f2G),+ yy a) + (ySy + y Sy)a), + Sy2a) +fxx + fexx-fx z -fSxx + fq = 0 Согласно [81] члены, заключенные в скобках, выражают поправки перспективного характера за несовпадение начала координат, выбранного на снимке с главной точкой снимка. Они вызывают дополнительные наклоны и развороты снимков. Остаточные члены: 8х8уа, 8х8а, 8уа/ - являются постоянными величинами для любой точки стереопары и не мешают устранению поперечных параллаксов. В результате строится преобразованная модель местности с преимущественно аффинными искажениями. При конформном внешнем ориентировании модели такие искажения будут вызывать систематические ошибки построения. Если для внешнего ориентирования использовать аффинные или проективные соотношения координат точек модели и местности, то соответствующие искажения фотограмметрической модели будут устранены. Таким образом, при построении одиночной модели с использованием некомпланарных опорных точек требования к точности элементов внутреннего ориентирования могут быть существенно снижены. Согласно исследованиям [81] при проективном внешнем ориентировании одиночной модели погрешности элементов внутреннего ориентирования могут превышать ошибки измерения снимков на два порядка. Вопросам использования аффинных и проективных соотношений в фотограмметрии посвящены также работы [17,18, 22,45, 70, 79].
В блочных фототриангуляционных построениях не удается использовать простые проективные соотношения координат на этапах соединения моделей и внешнего ориентирования блоков. Это объясняется тем, что в современной фотограмметрии практически не используются последовательные алгоритмы фототриангуляции. На смену им пришли схемы одновременного построения блоков по всем снимкам или предварительно построенным моделям в системе координат местности. Способ связок и способ независимых моделей стали основными методами блочной фототриангуляции благодаря усилиям ведущих ученых [4,85, 90, 5, 54, 61]. Исследований, подтверждающих возможность реализации этих способов в проективных соотношениях координат, нам обнаружить не удалось. Поэтому при фототриангуляционных построениях стремятся восстановить подобную модель местности, то есть определить истинные элементы внутреннего ориентирования снимков и параметры дисторсии, а также учесть большинство факторов, связанных с влиянием внешней среды и используемыми материалами. Таким образом, требования к точности определения влияния факторов, вызывающих систематические искажения, сводятся к тому, чтобы они не превышали случайных ошибок измерений.
Параметры внутреннего ориентирования и фотограмметрической дисторсии определяют в процессе калибровки фотоаппаратуры. Методы калибровки фотокамер подразделяются на визуальные и фотографические. Фотографические методы, в свою очередь, делятся на лабораторные, полевые и способы автокалибровки (или самокалибровки).
Сущность визуальных способов хорошо известна. Преимущества и недостатки способов изложены в многочисленной учебной и научной литературе [52, 55, 11, 94, 99]. К сказанному можно лишь добавить, что на сегодняшний день достоинства визуальных методов заключаются в их универсальности. Они позволяют калибровать аппаратуру с любым фокусным расстоянием и любым форматом кадра. Эти преимущества относятся к аналоговым камерам. К недостаткам следует отнести то, что с помощью визуальных методов не всегда удается калибровка цифровых камер. Причины две: в большинстве камер светочувствительный элемент ПЗС-матрица жестко крепится к камере, поэтому невозможно снять матричный блок и поместить в плоскости прикладной рамки контрольную сетку. в широкоформатных цифровых камерах используется несколько матриц, изображения с которых преобразуются в процессе первичной обработки в единый растр. Преобразованное изображение не в полной мере соответствует связке, образующейся при визуальной калибровке.
Фотографические лабораторные способы основаны на фотографировании тест-объектов, которые представляют собой специальные установки - калибраторы с искусственными визирными целями (коллиматорами) или сеть контрольных точек с известными координатами. Параметры калибровки вычисляются на основе измерения координат контрольных точек на снимке в процессе решения какой-либо известной фотограмметрической задачи.
В калибраторах коллиматоры установлены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Камеру ориентируют по центральному коллиматору и выполняют экспонирование фотопластинки. На негативе изображаются коллиматорные метки. В процессе калибровки определяют не только элементы внутреннего ориентирования, но и координаты точки симметрии, эталонные координаты меток, положение главной точки эффективного клина, контролируют плоскостность прикладной рамки. Этот способ обеспечивает калибровку любых камер, в том числе и цифровых, с любыми значениями элементов внутреннего ориентирования. Недостатками способа считаются необходимость высокоточной калибровки самого калибратора, недоступность способа для широкого пользователя в целях выполнения оперативного обновления калибровочных данных, несоответствие условий калибровки условиям эксплуатации аппаратуры.
Современные средства спутникового позиционирования и их использование в задачах калибровки снимков
В настоящее время широкое распространение получили средства спутникового позиционирования. Благодаря их внедрению в топографо-геодезическое производство в корне изменилась технология геодезических, топографических, аэрофотосъемочных и фотограмметрических работ. Возможность определения координат центров фотографирования с помощью средства спутникового позиционирования позволяет при калибровке снимков успешно реализовать и усовершенствовать известные принципы калибровки, применение которых ограничивалось отсутствием эффективных средств позиционирования в пространстве.
Определение координат в системах спутникового позиционирования происходит в результате обработки решения линейных засечек до спутников, координаты которых известны. В литературе принято разделять спутниковые системы определения координат на три сектора: - космический сектор, включающий в себя набор входящих в систему позиционирования спутников; - сектор управления и контроля, состоящий из центральной станции и нескольких разнесенных на большие расстояния станций слежения, которые выполняют роль и загружающих станций; - сектор потребителя, объединяющий в себе всю совокупность аппаратуры пользователей, с помощью которой осуществляется прием радиосигналов от спутников и вычисление на их основе интересующих потребителя конечных результатов, характеризующих, в частности, местоположение пункта, точное время, а при установке приемной аппаратуры на движущемся объекте — скорость его перемещения и направление движения.
При выполнении спутниковых измерений используются в основном кодовые и фазовые методы. При этом из-за наличия в значениях измеряемых расстояний до спутников существенных по величине систематических ошибок определяемые длины линий получили название псевдодалыюстей. В соответствии с основополагающими принципами кодовых и фазовых методов отмеченные значения псевдодальностей, регистрируемые непосредственно на точке стояния приемника, могут быть зафиксированы только в режиме кодовых измерений. С учетом этого на практике псевдодальномерные измерения чаще всего отождествляют с измерениями, выполняемыми на основе кодовых методов. Что касается фазовых измерений, относящихся к несущим колебаниям, то полное значение определяемого до спутника расстояния вычисляется только после разрешения неоднозначности (т.е. нахождения целого числа длин волн, укладывающихся в измеряемом расстоянии), которое, в свою очередь, удается произвести только после того, как в результаты измерений внесут практически все значительные по величине поправки. С учетом этого под псевдодальномерными измерениями подразумевают измерения, выполняемые на основе использования кодовых сигналов. Наиболее подробное описание общих принципов спутникового позиционирования приведено в трудах Leick А. [92], а также в работах [91, 96, 100]. В русскоязычной литературе наиболее полное описание дано Антоновичем К.М. [9, 10].
При работе геодезических спутниковых приемников применяются как псевдодальномерные, так и фазовые методы. Особенность фазовых измерений заключается в том, что при их выполнении фиксируется фаза колебаний промежуточной частоты, которая однозначно связана с фазой несущих колебаний, причем непосредственно время излучения и приема отмеченных колебаний при снятии отсчетов в приемнике в расчет не принимается. В результате выполнения таких измерений удается зафиксировать только последние цифры в значении измеряемого до спутника расстояния в пределах одной длины волны несущих колебаний.
Значение расстояния определяют в процессе разрешения неоднозначности, которое базируется на использовании дифференциальных. При учете влияния ионосферы используется фазовая скорость распространения радиосигналов, причем методы определения таких поправок в большинстве случаев основываются на применении различных несущих частот.
Большинство характерных для фазовых измерений поправок стремятся исключить за счет применения соответствующих дифференциальных методов. Описание фазовых и кодовых методов определения координат, а также их комбинированного использования встречается у многих российских и зарубежных авторов [2, 29, 31, 32, 66, 76, 80, 86, 92, 93, 95].
Следует отметить, что по результатам кодовых измерений получают координаты с субметровой точностью, а значит, их применение ограничено кругом задач, не связанных с высокоточным позиционированием. Решение задачи определения координат с использованием фазовых измерений позволяет свести ошибки до сантиметрового уровня, а при некоторых видах работ и до миллиметрового. Таким образом, в высокоточной геодезии и фотограмметрии целесообразно применять фазовые измерения. Существуют следующие режимы работы спутниковых геодезических приемников: статический (Static); ускоренный статический (Rapid Static); измерений с возвращением (Reoccupation); измерений «стою-иду» (Stop & go); кинематический режим измерений (Kinematic); кинематический режим измерений в полете (Kinematic 2); навигационный. Статический режим (Static) подразумевает выполнение дифференциальных спутниковых наблюдений, по крайней мере, между двумя неподвижными приемниками. Используя программное обеспечение фирмы-изготовителя, можно произвести обработку как псевдодальностей, так и результатов фазовых измерений несущих колебаний. Статический режим является идеальным видом измерений на больших расстояниях при наблюдениях четырех и более спутников. Для реализации этого режима требуется порядка одного часа наблюдений.
При определенных условиях наблюдений показатели статического режима могут быть значительно улучшены. На коротких линиях и при наблюдениях, по крайней мере, четырех или пяти спутников с хорошим геометрическим фактором можно получить результаты на сантиметровом уровне точности при продолжительности наблюдений всего в течение нескольких минут. Скорость измерений и увеличение производительности зависят от применяемых алгоритмов обработки, реализованных в программном обеспечении SKI. Эти возможности реализуются при использовании ускоренного статического режима (Rapid Static).
Режим измерений с возвращением (Reoccupation) также является статическим, но при своей реализации требует, чтобы измерения на пункте выполнялись более чем один сеанс. Все данные, которые собираются на таком пункте в один и тот же день или в разные дни, могут быть объединены для получения одного решения при камеральной обработке. Режим измерений с возвращением является идеальным режимом работы в тех случаях, когда наблюдается небольшое количество спутников. Оператор может наблюдать на точке стояния в течение от 5 до 10 минут, скажем, три спутника, а затем вернуться на ту же точку позже в тот же или в другой день, в другое время и наблюдать еще три спутника. Все данные, которые собираются, будут объединены и обработаны как данные, полученные в этой точке от шести спутников. Режим «Reoccupation» оказывается полезным также в случаях, когда не удается разрешить неоднозначность с данными, собранными при первом сеансе наблюдений на пункте. Оператору необходимо только повторить измерения на пункте, а затем объединить все данные.
Калибровка широкоформатных фотокамер на равнинном испытательном полигоне
Калибровка широкоформатных камер возможна по равнинному испытательному полигону. Идея предлагаемого способа во многом похожа на рассмотренный выше способ лабораторной калибровки. Современные средства спутникового позиционирования позволяют с высокой точностью определить как разности высот фотографирования, так и координаты центров фотографирования. Если известны разности высот, то по аналогии с лабораторным способом для определения элементов внутреннего ориентирования требуется пара разномасштабных снимков. При использовании координат центров фотографирования задача решается по одиночному снимку даже равнинного полигона.
Способ полигонной калибровки с использованием измеренной разности высот фотографирования предполагает выполнение следующих работ: создание полигона; аэрофотосъемочные работы; фотограмметрическую обработку снимков; вычислительную обработку фотограмметрических измерений. При создании полигона на участке местности маркируются опорные точки. Обычно это сетка, в вершинах которой располагаются маркировочные знаки. В районе полигона закладываются две-три базовые станции. Выполняется высокоточная привязка этих станций и точек полигона. При необходимости производится геометрическое нивелирование опорных точек. Сеть, построенная по спутниковым измерениям, уравнивается совместно с наземными измерениями, выполняется оценка точности. Параметры полигона рассчитываются по вышеизложенной методике и включают в себя выбор параметров фотографирования и расчет необходимой точности построения полигона.
Основными параметрами фотографирования являются высота фотографирования и разность высот фотографирования. Современные широкоформатные камеры характеризуются следующими показателями: фокусное расстояние 88 мм, 100 мм, 150 мм, 300 мм, относительное отверстие 1:4.5 - 1:6.5, размер кадра 23x23 см, размер пикселя при сканировании 7-28 мкм. Минимальная высота фотографирования выбирается с учетом гиперфокального расстояния, но не менее безопасной высоты полета в равнинной местности, которая для самолетов третьего класса составляет 600 м. Расчет гиперфокального расстояния для наиболее часто используемых аппаратов приводится в таблице 2.5. Таблица 2.5 - Расчет гиперфокального расстояния
Следует заметить, что определение фокусного расстояния по формуле (2.3) не в полной мере отражает геометрическую сущность решения задачи в условиях испытательного полигона. Наличие рельефа местности добавляет методическую погрешность в результаты калибровки. Отличие предлагаемого способа от лабораторной калибровки заключается в учете влияния рельефа местности.
Аэросъемочные работы сводятся к двукратному фотографированию территории полигона с различных высот. При этом должна выдерживаться заданная разность высот фотографирования. Аэрофотосъемка должна производиться с определением координат центров фотографирования. Параметры аэросъемки рассчитываются индивидуально для каждого фокусного расстояния объектива и в зависимости от параметров полигона. Расчет параметров полигона производится по формулам (2.13) - (2.16).
Размер полигона определяется исходя из безопасной минимальной высоты фотографирования, равной 600 м. В зависимости от фокусного расстояния масштаб снимков, полученных с этой высоты, будет меняться от 1:2000 при /= 300 мм до 1:7000 при/= 88 мм. Из соображений безопасности полетов и соблюдения единства требований к полигону имеет смысл принять наиболее мелкий масштаб, то есть 1:7000. Расчет по формуле (2.13) позволяет определить размер стороны полигона. Необходимая густота опорных точек принята из расчета, чтобы точки на снимке располагались по сетке со стороной 10-15 мм. Для снимков масштаба 1:7000 это расстояние на местности должно быть 70-100 м.
Размер маркировочного знака, рассчитанный по формуле (2.16), составляет 23 см. Целесообразно выбрать круглую форму маркировочного знака, так как эта форма наиболее удобна при автоматическом распознавании точек на снимках. Маркировка знака должна обеспечить контраст, достаточный для безусловного распознавания точки.
Измерение координат меток и точек полигона на снимках удобно выполнять автоматизированным способом. Для обеспечения автоматизации процесса необходимо выделить центральный знак, указать шаг по горизонтали, указать шаг по вертикали и ввести определенную нумерацию. Это избавит в дальнейшем от необходимости отождествления точек снимка и местности. Центральный знак отмечается дополнительной маркировкой. Нумерация точек выполняется с запада на восток, с севера на юг.
Выбор парных комбинаций разномасштабных снимков выполняется в зависимости от зарегистрированных разностей высот фотографирования и масштаба снимков. Расчет ожидаемой погрешности фокусного расстояния можно выполнить по формуле (2.26). Результаты вычислений приведены в таблица 2.6. Анализ данных таблица 2.6 позволяет сделать вывод о том, что погрешность фокусного расстояния определяется, прежде всего, величиной разности высот фотографирования. Приемлемые результаты получаются при отношении высот фотографирования, равном 3-3.5. Высота фотографирования мелкомасштабного снимка для фокусного расстояния более 150 мм при таких коэффициентах превышает максимальную высоту полета самолетов третьего класса. Кроме того, при этом невозможно распознать маркированные точки на мелкомасштабных снимках. Максимальное отношение высот может достигать коэффициента 2.0. Ожидаемую точность способа можно будет установить более точно методом математического моделирования.
Алгоритм решения задачи калибровки заключается в совместном решении уравнений коллинеарности, составленных для пары разномасштабных снимков в сочетании с уравнением равенства разности высот фотографирования относительно элементов внутреннего и внешнего ориентирования.
Методика создания испытательного полигона
Анализ полученных результатов показал некоторое повышение точности определения фокусного расстояния по квазиточкам. Такие закономерности объясняются тем, что при калибровке по квазиточкам используются данные всех опорных точек. Преимущество вычисления фокусного расстояния по квазиопорным точкам выявлено при всех фокусных расстояниях, использованных в эксперименте. Кроме того, установлено, что калибровка по трансформированным снимкам приводит к значительному повышению точности определения фокусного расстояния.
Установка представляет собой механизм подъема малоформатной цифровой фотокамеры на базе фотоувеличителя «Беларусь». Длина хода подъемного механизма 2 м. Тест-объект может располагаться как на фотостолике, так и на полу, что дает дополнительную возможность регулирования высоты фотографирования. Таким образом, с помощью такой установки можно производить съемку плоского тест-объекта с высот от 0,5 до 3,5 м. Тест-объектом для экспериментов служит мраморная плита с нанесенной высокоточной сеткой крестов. Размер плиты 1100x900 мм. Сетка крестов координирована с точностью 0,1 мм. Кресты на сетке расположены с шагом 50 мм. Для эксперимента использовались две тестовые сетки, толщина линий крестов первой 0,1 мм, а второй 0,3 мм. В качестве отсчетного устройства, фиксирующего разность высот фотографирования, используется линейка с точностью разметки штрихов 0,2 мм.
За начало координат на снимке принимался центральный пиксель кадра, который считался главной точкой снимка. Координаты точек тест-объекта занесены в рабочую таблицу программы. Идентификация точек и наводка курсора на точку снимка выполнялись визуально. В результате вычислительной обработки снимка определено фокусное расстояние и остаточные расхождения координат опорных точек на снимке. С помощью программы ScanCorrect, являющейся модулем ЦФС «Фотомод», по остаточным расхождениям на опорных точках построены поля искажений. График искажений представлен на рисунке 3.4.
Сравнение расхождений координат опорных точек в идентичных зонах на паре снимков позволяет выполнить оценку точности определения влияния дисторсии и неизвестных координат главной точки снимка. Трансформирование снимков по полученной модели практически освобождает изображения от остаточных искажений.
Эффективность калибровки оценивалась по результатам фотограмметрических построений, которые выполнялись без учета результатов калибровки по приближенным элементам внутреннего ориентирования и с учетом калибровочных данных. Обработка выполнялась в программном комплексе «Роскад». В результате построения фототриангуляционной сети методом блочного трансформирования и монтажа ортофотопланов погрешность положения контурной точки уменьшилась с 2,5 до 0,7 м.
Представленная методика калибровки внедрена в Западно-Сибирском филиале ФГУП «Госземкадастрсъемка» для калибровки малоформатных цифровых фотоаппаратов. Испытательный полигон расположен на территории Омского аэроклуба РОСТО в Марьяновском районе Омской области. Основными требованиями к расположению полигона были: - равнинная местность, - обеспечение сохранности закрепленных точек полигона, - обеспечение сохранности и постоянного электропитания GPS базовых станций, - транспортная доступность для осуществления оперативной калибровки. Полигон, расположенный у р.ц. Марьяновка, полностью удовлетворяет представленным требованиям. Максимальное превышение между точками полигона 7,5 м, среднее превышение не более 2 м. Полигон расположен на территории аэродрома Омского аэроклуба РОСТО. Эта территория используется для приземления парашютистов. Таким образом, территория свободна от проезда тяжелой техники, способной нарушить положение точек полигона. Базовые GPS-станции имеют постоянное закрепление на крышах ангаров аэроклуба. Эти объекты круглосуточно охраняются и обеспечивается постоянное электропитание. Расстояние от здания Западно-Сибирского филиала ФГУП «Госземкадастрсъемка» до полигона - 35 км. В случае срочной калибровки АФА GPS-станции могут быть развернуты в течение одного часа.
Геометрические параметры полигона. Полигон был построен для калибровки как малоформатных цифровых фотокамер, устанавливаемых на беспилотных летательных аппаратах, так и широкоформатных аэрофотоаппаратов с длиннофокусными объективами. Таким образом, полигон должен иметь достаточную густоту точек, чтобы обеспечить равномерное покрытие кадра цифрового фотоаппарата при съемке с небольшой высоты (200-500 м), а также иметь достаточную площадь, чтобы обеспечить полное покрытие опорными точками снимков, выполненных АФА RC-30 с высоты 750 -1200 м.
С учетом всех требований к размерам полигона были выбраны следующие параметры: - квадратная форма полигона, - размер 1000x1000 м, - опорные точки расположены в узлах регулярной сетки квадратов с шагом 50 м. Такие параметры полигона позволяют калибровать АФА типа RC-30 с объективом до 300 мм. В то же время густота опорных точек обеспечивает попадание на кадр малоформатного цифрового фотоаппарата, как минимум, 30 опорных точек.
Похожие диссертации на Разработка и исследование способов калибровки снимков с использованием средств спутниковой навигации
