Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Olsztyn 3.06 2011 r.
Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji
SPRAWOZDANIE TECHNICZNE
Opracowanie stereogramu zdjęć lotniczych na autografie cyfrowym VSD AGH
(Video Stereo Digitizer)
Wykonali:
Krzysztof Kuc
Łukasz Kosiorek
Łukasz Skop
GiSzN rok III grupa 3
1.Opis budowy autografu VSD oraz programów narzędziowych i aplikacyjnych.
Video Stereo Digitizer AGH (VSD) jest analitycznym autografem cyfrowym przeznaczonym do opracowywania czarno białych lub kolorowych par cyfrowych obrazów fotogrametrycznych (stereogramów lub stereoortofotogramów). VSD akceptuje skanowane obrazy lotnicze, naziemne jak i satelitarne, obrazy skanerowe, obrazy pochodzące z kamer CCD. VSD może być używany do tworzenia lub aktualizacji numerycznych map topograficznych, tematycznych itp. jak również do sporządzania wektorowej dokumentacji architektonicznej, konserwatorskiej lub archeologicznej.
Programy narzędziowe dołączone do VSD:
DXF_ABS - konwersja pliku tekstowego typu DXF na plik binarny ABS (format własny VSD)
ABS_TXT - konwersja pliku ABS do pliku *.TXT o formacie ASCII
TXT_ABS - konwersja pliku *.TXT o zawartości jw. na plik danych dla VSD w formacie ABS
DXF_B_T - konwersja pliku binarnego DXF na format tekstowy
DXF_T_B - konwersja pliku tekstowego DXF na format binarny
RGB_VSD - konwersja pliku TIFF z obrazem RGB (True Color) na plik indeksowany lub na plik monochromatyczny
KEY_CODE - egzaminator kodów przycisków klawiatury
TIF_LST - wyświetlenie zawartości nagłówka pliku rastrowego w formacie TIFF, w razie potrzeby
2. Parametry projektu i zdjęć, import zdjęć w postaci cyfrowej.
Zdjęcia pochodzą z nalotu fotogrametrycznego zrealizowanego w 1995 roku w ramach programu PHARE za pomocą kamery lotniczej LMK 305_21. W wyniku tego otrzymano zdjęcia w skali 1:5000.
Para zdjęć, która była przedmiotem opracowania pochodzi z następującej lokalizacji: Blok Olsztyn – szereg 10, model 2 – zdjęcia 317,318. Zdjęcia te przeskanowano za pomocą skanera Photoscan PS1 dla którego minimalna wielkość pixela to 7,5 µm i zapisano w formacie *.tiff czarno-białym (BW) indeksowanym. Wielkość pixela zwiększono do 22,5 µm w wyniku czego wielkość pliku ze zdjęciem wyniosła ok. 100MB. Fakt, że jest to plik BW indeksowany oznacza, że z 256 poziomów jasności, które może uzyskać pixel osiem z nich zarezerwowanych jest dla zdefiniowania kolorów określonych warstw tematycznych, które wykorzystane zostały w dalszej części pracy.
3. Orientacja pary zdjęć lotniczych( opis etapów, protokoły obliczeń, analiza wyników i dokładności)
a) orientacja wewnętrzna
Jest to transformacja z układu pikselowego do układu tłowego. Została wykonana poprzez pomiar i rejestrację 8 znaczków tłowych. Z możliwych transformacji została wybrana transformacja biliniowa wybrana jako najlepiej eliminująca błędy skurczu materiału negatywowego
Przyjmuje się, że przy orientacji wewnętrznej dopuszczalny błąd orientacji wewnętrznej nie powinien przekraczać 0,5 wartości piksela
W pliku wynikowym OR_INT.WYN widać, że wymagana dokładność została zachowana
Nazwa zadania : 317_318 12-05-2011, 21:43
Nazwa obrazu : D:\VSDWIN~1\317.TIF (10240*10240)
D:\VSDWIN~1\318.TIF (10240*10240)
************************ Znaczki tlowe, zdjecie LEWE ************************
Transformacja wstepna, HELMERTA
nr xs ys xi yi x-xi y-yi xs-xs' ys-ys'
1 224.67 -223.00 -109.9960 110.0320 -0.000 0.010 -0.02 0.43
2 10015.00 -223.33 110.0010 110.0310 -0.007 -0.017 -0.30 -0.77
3 10016.67-10012.33 109.9990 -109.9600 0.012 0.013 0.54 0.58
4 225.67-10013.67 -109.9930 -109.9630 -0.002 0.007 -0.07 0.29
5 5119.33 -223.67 -0.0010 110.0220 -0.011 -0.006 -0.51 -0.25
6 10016.00 -5118.00 109.9950 0.0360 0.011 -0.006 0.51 -0.29
7 5121.00-10014.00 0.0000 -109.9680 0.005 -0.006 0.20 -0.28
8 224.67 -5118.33 -109.9990 0.0360 -0.008 0.007 -0.35 0.29
mx= 0.009 my= 0.011 mp= 0.015 mxs= 0.420 mys= 0.501 mps= 0.654
Wspolczynniki wzoru transformacji :
-115.0443103947 0.0224701915 0.0000020998
115.0529958751 -0.0000020998 0.0224701915
Transformacja docelowa, BI-LINIOWA
nr xs ys xi yi x-xi y-yi xs-xs' ys-ys'
1 224.67 -223.00 -109.9960 110.0320 0.005 0.000 0.20 0.00
2 10015.00 -223.33 110.0010 110.0310 -0.001 0.001 -0.03 0.05
3 10016.67 -10012.33 109.9990 -109.9600 -0.003 0.006 -0.13 0.26
4 225.67 -10013.67 -109.9930 -109.9630 0.002 0.005 0.10 0.22
5 5119.33 -223.67 -0.0010 110.0220 -0.006 -0.001 -0.26 -0.05
6 10016.00 -5118.00 109.9950 0.0360 0.007 -0.001 0.31 -0.04
7 5121.00 -10014.00 0.0000 -109.9680 -0.001 -0.011 -0.05 -0.47
8 224.67 -5118.33 -109.9990 0.0360 -0.003 0.001 -0.15 0.04
mx= 0.006 my= 0.007 mp= 0.009 mxs= 0.253 mys= 0.294 mps= 0.388
Wspolczynniki wzoru transformacji : 3
-115.0392937 0.0224704 0.0000022 0.0000000
115.0425852 0.0000008 0.0224693 0.0000000
Rozmiar piksela w ukladzie tlowym : 0.0225
************************ Znaczki tlowe, zdjecie PRAWE ***********************
Transformacja wstepna, HELMERTA
nr xs ys xi yi x-xi y-yi xs-xs' ys-ys'
1 225.33 -223.00 -109.9960 110.0320 0.006 0.007 0.27 0.32
2 10015.33 -224.00 110.0010 110.0310 -0.010 -0.010 -0.46 -0.44
3 10015.67-10013.67 109.9990 -109.9600 0.004 0.008 0.16 0.35
4 224.67-10013.67 -109.9930 -109.9630 -0.007 0.007 -0.33 0.29
5 5120.00 -223.67 -0.0010 110.0220 -0.006 0.004 -0.27 0.20
6 10015.67 -5119.00 109.9950 0.0360 0.005 -0.005 0.24 -0.23
7 5120.67-10014.67 0.0000 -109.9680 0.012 -0.009 0.55 -0.39
8 224.67 -5118.67 -109.9990 0.0360 -0.004 -0.002 -0.16 -0.10
mx= 0.009 my= 0.008 mp= 0.012 mxs= 0.383 mys= 0.355 mps= 0.522
Wspolczynniki wzoru transformacji :
-115.0532481698 0.0224699364 -0.0000004506
115.0498683811 0.0000004506 0.0224699364
Transformacja docelowa, BI-LINIOWA
nr xs ys xi yi x-xi y-yi xs-xs' ys-ys'
1 225.33 -223.00 -109.9960 110.0320 0.003 0.000 0.13 0.00
2 10015.33 -224.00 110.0010 110.0310 -0.001 -0.001 -0.04 -0.07
3 10015.67 -10013.67 109.9990 -109.9600 -0.007 0.006 -0.31 0.26
4 224.67 -10013.67 -109.9930 -109.9630 -0.003 0.007 -0.14 0.33
5 5120.00 -223.67 -0.0010 110.0220 -0.003 0.005 -0.13 0.23
6 10015.67 -5119.00 109.9950 0.0360 0.005 -0.002 0.21 -0.09
7 5120.67 -10014.67 0.0000 -109.9680 0.009 -0.009 0.41 -0.42
8 224.67 -5118.67 -109.9990 0.0360 -0.003 -0.005 -0.13 -0.23
mx= 0.007 my= 0.008 mp= 0.010 mxs= 0.310 mys= 0.342 mps= 0.461
Wspolczynniki wzoru transformacji : 3
-115.0568070 0.0224713 -0.0000013 0.0000000
115.0422467 0.0000021 0.0224691 0.0000000
Rozmiar piksela w ukladzie tlowym : 0.0225
b) orientacja wzajemna
Orientacja wzajemna jest to obliczenie współrzędnych w układzie modelu. Dokonuje się jej poprzez pomiar i rejestrację punktów homologicznych ( W tym przypadku dokonany został pomiar 15 punktów homologicznych). Następnie zostają obliczone elementy orientacji wzajemnej( kąty ω, φ, κ, oraz składowe bazy by oraz bz),składowa bazy bx , baza b oraz współrzędne punktów homologicznych w układzie modelu. Miarą poprawności przeprowadzonej orientacji wzajemnej jest szczątkowa paralaksa poprzeczna, której błąd nie powinien przekraczać 0,5 piksela
W pliku wynikowym OR_REL.WYN widać, że wymagana dokładność została zachowana
Nazwa zadania : 317_318 13-05-2011, 12:53
Nazwa obrazu : D:\VSDWIN~1\317.TIF (10240*10240)
D:\VSDWIN~1\318.TIF (10240*10240)
***************** Obliczenie elementow orientacji wzajemnej ******************
Liczba pomierzonych punktow : 15
x0= 0.00 y0= 0.00 ck= 305.21
Liczba iteracji : 5
om= -0.2710ř fi= 0.0667ř ka= -0.2765ř
bx= 89.7213 by= -0.8854 bz= -0.3518 |b|= 89.7264
Macierz obrotu prawego zdjecia :
0.9999876756 0.0048262253 0.0011645291
-0.0048316823 0.9999771424 0.0047296396
-0.0011416762 -0.0047352080 0.9999881371
nr xm ym zm dym dyt dys
1 -11.848 -8.514 0.259 -0.0009 -0.0009 -0.04
2 101.310 0.062 3.867 0.0091 0.0092 0.41
3 -3.765 103.855 0.200 -0.0007 -0.0007 -0.03
4 -4.597 -91.519 1.962 0.0050 0.0054 0.24
5 94.801 93.772 0.776 -0.0090 -0.0099 -0.44
6 98.643 -101.119 1.293 0.0059 0.0065 0.29
7 -6.494 53.048 1.045 0.0016 0.0017 0.07
8 -13.275 -49.177 0.178 -0.0027 -0.0027 -0.12
9 50.118 -106.519 2.085 -0.0020 -0.0023 -0.10
10 110.409 -63.283 0.611 -0.0089 -0.0093 -0.42
11 99.372 60.830 0.362 0.0058 0.0061 0.27
12 52.223 100.242 -0.501 0.0039 0.0044 0.19
13 35.349 48.904 0.347 0.0006 0.0006 0.03
14 22.064 5.651 0.231 -0.0023 -0.0023 -0.10
15 55.500 -47.285 2.769 -0.0056 -0.0058 -0.26
Szczatkowa paralaksa poprzeczna w ukladzie modelu/tlowym/obrazu :
my= 0.0064 myt= 0.0067 mys= 0.30
Rozmiar piksela w ukladzie tlowym : 0.0225
Wyniki pomiarow uzytych do powyzszych obliczen :
nr xsl ysl xsp ysp
1 4592.67 -5499.00 610.33 -5417.67
2 9687.00 -5117.00 5658.50 -5010.50
3 4952.00 -495.00 940.00 -400.00
4 4915.00 -9219.00 933.00 -9133.33
5 9349.50 -936.00 5342.50 -820.50
6 9530.00 -9638.50 5556.00 -9532.00
7 4830.00 -2751.00 820.50 -2664.00
8 4529.50 -7309.50 559.50 -7228.50
9 7367.00 -9892.33 3385.00 -9795.00
10 10044.50 -7941.00 6072.00 -7835.00
11 9547.67 -2409.67 5553.33 -2298.00
12 7440.00 -666.33 3443.67 -559.00
13 6695.00 -2941.00 2698.33 -2845.33
14 6103.00 -4868.00 2118.00 -4779.00
15 7613.33 -7243.00 3608.33 -7148.00
c) orientacja bezwzględna
Orientacja bezwzględna to transformacja przestrzenna z układu modelu do układu odniesienia. Dokonuje się jej poprzez wskazanie na mapie minimum trzech punktów dostosowania( fotopunktów) nie leżących na jednej prostej, których współrzędne w układzie odniesienia są znane.( W tym przypadku zostały pomierzone 4 fotopunkty) Następnie zostają obliczone elementy orientacji bezwzględnej Ω Φ Κ oraz współrzędne bieguna, które są podane dla układu modelu i układu odniesienia. Z odchyłek w układzie terenowym liczone są błędy wpasowania jednego zbioru punktów w drugi. Błędy mX, mY uznaje się za dopuszczalne, jeżeli nie przekraczają wielkości ±0.75 piksela w skali terenowej zarówno dla współrzędnej X jak i Y. Błąd wysokości nie powinien przekraczać wielkości równej iloczynowi maksymalnej dopuszczalnej terenowej wielkości błędu mX, (mY) i współczynnika stosunku bazowego. Wyniki orientacji bezwzględnej zapisane są w pliku OR_ABS.wyn, który zamieszczono poniżej:
Nazwa zadania : 317_318 25-05-2011, 16:15
Nazwa obrazu : D:\VSDWIN~1\317.TIF (10240*10240)
D:\VSDWIN~1\318.TIF (10240*10240)
**************** Obliczenie elementow orientacji bezwzglednej ****************
Liczba wskazanych punktow : 4
OM= 0.1660ř FI= -0.2624ř KA= 0.0434ř
Skala : 5.1271
Biegun modelu : 37.3808 3.1566 1.4898
Biegun terenu : -22733.1602 78029.0820 115.7075
Srodek rzutow zdjecia lewego : -22931.9337 78008.2447 1671.9778
Srodek rzutow zdjecia prawego : -22471.9125 78004.0526 1672.2686
Macierz obrotu :
0.9999892279 -0.0007577367 -0.0045792994
0.0007444771 0.9999955279 -0.0028965502
0.0045814737 0.0028931098 0.9999853199 1.00000
1002
Pnt_mod -13.515 75.070 1.719
Pnt_mod' -13.532 75.058 1.711
Err_mod -0.0177 -0.0116 -0.0086
Pnt_ter -22994.480 78397.531 116.710
Pnt_ter' -22994.390 78397.591 116.754
Err_ter 0.0903 0.0596 0.0445
1004
Pnt_mod -12.098 -72.723 1.514
Pnt_mod' -12.087 -72.716 1.523
Err_mod 0.0118 0.0067 0.0085
Pnt_ter -22986.490 77639.883 113.590
Pnt_ter' -22986.551 77639.848 113.546
Err_ter -0.0603 -0.0345 -0.0437
10500
Pnt_mod 83.943 87.894 0.501
Pnt_mod' 83.962 87.902 0.509
Err_mod 0.0187 0.0080 0.0076
Pnt_ter -22494.641 78463.773 113.030
Pnt_ter' -22494.736 78463.732 112.991
Err_ter -0.0959 -0.0412 -0.0394
10505
Pnt_mod 91.193 -77.614 2.224
Pnt_mod' 91.180 -77.617 2.217
Err_mod -0.0129 -0.0031 -0.0075
Pnt_ter -22457.029 77615.141 119.500
Pnt_ter' -22456.963 77615.157 119.539
Err_ter 0.0659 0.0161 0.0386
Bledy srednie wspolrzednych x,y,z : 0.0796 0.0409 0.0416
Blad sredniokwadratowy punktu w ukladzie odniesienia : 0.0987
Wyniki pomiarow wykonanych dla powyzszych obliczen :
Nr xsl ysl xsp ysp
1002 4515.00 -1760.00 490.00 -1672.00
1004 4579.67 -8372.33 598.67 -8289.67
10500 8861.67 -1202.33 4858.33 -1089.33
10505 9209.33 -8598.67 5218.33 -8495.33
4. Opis metody stereodigitalizacji i zakresu wektoryzacji obiektów sytuacyjnych 3D na zdefiniowanych warstwach tematycznych.
Stereodigitalizacja 3D polega na wykonywaniu pomiarów na zestrojonym autografie cyfrowym VSD. Aby możliwe było wykonywanie takich pomiarów po zakończeniu orientacji bezwzględnej modelu program automatycznie (użytkownik musi zaakceptować przeprowadzenie tej operacji) wyznacza ostateczne współczynniki Bezpośredniej Transformacji Liniowej (DLT)Aby obliczyć współczynniki transformacji DLT należy mieć co najmniej współrzędne 6 fotopunktów (współrzędne terenowe oraz współrzędne płaskie). Przez to, że program wykonuje transformację z układu modelu do układu terenowego wszystkich punktów, które zostały pomierzone (zarówno punkty do orientacji wzajemnej jak i bezwzględnej) dlatego bez problemu uzyskuje się odpowiednią liczbę punktów do obliczenia współczynników DLT.Wyniki obliczeń współczynników DLT zostały wygenerowane do pliku OR_DLT.WYN (fotopunkty z orientacji bezwzględnej) oraz OR_DLTM.WYN (punkty homologiczne z orientacji wzajemnej).
Po wyznaczeniu współczynników DLT wprowadzany jest tryb autogrametryczny, który uwidacznia się na ekranie poprzez pojawienie się żółtych liczników pokazujących współrzędne terenowe X, Y, Z.
Kolejnym etapem przed przystąpieniem do wykreślania zadanych obiektów było zdefiniowanie warstw w programie VSD. Zdefiniowano następujące warstwy, które są zapisane w pliku LAYERS.WYN:
Nazwa zadania : 317_318 01-06-2011, 17:55
Nazwa obrazu : D:\VSDWIN~1\317.TIF (10240*10240)
D:\VSDWIN~1\318.TIF (10240*10240)
********************************Lista warstw********************************
Nr ----------- Nazwa ------------ Kolor Stan Odcinki
* 1. BUDYNKI R widoczna 50
2. UZYTKI G widoczna 140
3. DROGI B widoczna 0
Po zdefiniowaniu warstw przystąpiliśmy do opracowania sytuacyjnego mapy. W wyniku tych czynności zwektoryzowane zostało 9 budynków oraz 9 użytków. Wyniki wektoryzacji zostały wyeksportowane do pliku DXF.
5. Edycja fragmentu numerycznej mapy wektorowej obiektu Plik o rozszerzeniu DXF, który był wynikiem przeprowadzonej wektoryzacji został otworzony w programie C-GEO co umożliwiło wykonanie poniższego wydruku
6. Opis metody manualnego stereoautogrametrycznego pomiaru fragmentu NMT w strukturze GRID.
Ostatnim elementem ćwiczeń było wykonanie fragmentu Numerycznego Modelu Terenu w strukturze GRID. W trakcie zajęć pomierzyliśmy 24 punkty, które utworzyły możliwie regularną siatkę kwadratów o boku 20 metrów. Na podstawie pliku 317_318.OR stworzyliśmy plik tekstowy zawierający współrzędne terenowe tych 24 punktów, który importowaliśmy programem C-GEO i na podstawie tych danych stworzyliśmy Numeryczny Model Terenu.
Współrzędne terenowe punktów z pliku 317_318.OR
Wspolrzedne terenowe
1 -22960.026 77960.543 106.861
2 -22940.676 77960.549 106.381
3 -22921.316 77960.550 106.488
4 -22901.952 77960.568 106.403
5 -22901.940 77941.070 106.349
6 -22921.304 77941.077 106.439
7 -22940.664 77941.053 106.334
8 -22960.024 77941.052 106.233
9 -22959.904 77921.615 105.799
10 -22940.663 77921.645 104.325
11 -22921.284 77921.597 105.213
12 -22901.894 77921.670 104.528
13 -22901.883 77902.229 104.474
14 -22921.260 77902.220 103.392
15 -22940.653 77902.120 103.887
16 -22950.205 77902.323 106.192
17 -22960.039 77882.753 106.496
18 -22940.622 77882.766 107.176
19 -22921.039 77882.992 106.481
20 -22901.674 77882.984 106.184
21 -22901.915 77863.442 107.308
22 -22921.271 77863.492 108.391
23 -22940.603 77863.486 108.497
24 -22959.955 77863.470 107.235