9 Stereofotogrammetrie

Prezentace na téma: "9 Stereofotogrammetrie"— Transkript prezentace:

1 9 Stereofotogrammetrie
Stereofotogrammetrická metoda  zavedena počátkem 20 stol. (Pulfrich) Základ vyhodnocení - stereoskopický vjem  umělý stereoskopický vjem Stereofotogrammetrie  nejpřesnější FM metoda  vyhodnocení - i nesignalizované body UK PřF ZTI – fotogrammetrie

2 obr.: historické analogové přístroje pro stereo FTG – leteckou a pozemní

3 obr.: identifikovatelnost bodů pro vyhodnocení

4 9.1 Stereoskopie Pozorování předmětů v prostoru
- monokulární  jedním okem - binokulární  oběma očima (stereo) Určování relativní vzdálenosti předmětů - monokulárně = přibližně  zkušenost, odhad ... Pozorování bodu - konvergence očních os - akomodace očních čoček UK PřF ZTI – fotogrammetrie

5 Přirozené stereoskopické vnímání
oční osy oční základna - b0 středy promítání  …. konvergenční úhel  .… úhlová paralaxa min …. prostorová rozlišovací schopnost - úhlová  pozorování bodů monokulární = 2c - binokulární = 80cc UK PřF ZTI – fotogrammetrie

6 Přirozené stereoskopické vnímání
K čemu dochází ?? - obrazy vytvořené v levém a pravém oku  rozdílné! - spojení obrazů v mozku v jeden vjem  přirozený prostorový vjem (PPV) - oční osy a oční základna leží v jedné rovině Definice  základem přirozeného prostorového vnímání je rozdílnost vytvářených obrazů  PPV je fyziologická vlastnost lidských očí UK PřF ZTI – fotogrammetrie

7 Umělý stereoskopický vjem
Pozorování reality - náhrada ??  pozorování snímků Snímky - různé obrazy téhož objektu pořízeny z fotogrammetr. základny b Pozorování  vzniká umělý stereoskopický vjem UK PřF ZTI – fotogrammetrie

8 obr.: stereodvojice – pozemní (neměřické sn.) a letecká (měřické sn.)

9 Umělý stereoskopický vjem
Podmínky vzniku USV ?? - současně + odděleně pozoruji oba snímky pak: 1. horizontální paralaxy jsou nenulové p = x´ - x´´ ≠ 0 2. vertikální paralaxy jsou nulové q = y´ - y´´ (= z´- z´´) = 0 pozn.: paralaxa = rozdíl snímkových souřadnic UK PřF ZTI – fotogrammetrie

10 obr.: stereodvojice – paralaxy snímkových souřadnic (letecká FTG)

11 Umělý stereoskopický vjem
JAK ?? USV pozorování  prostýma očima .. nevyužívá se ve FM  speciální pomůcky  stereoskopy, optické soustavy přístrojů, anaglyfy, speciální brýle … zrcadlový stereoskop UK PřF ZTI – fotogrammetrie

12 obr.: pozorovací pomůcky - stereoskopy, brýle - krystalové+anaglyfy, optické systémy přístrojů

13 Vlivy na umělý stereoskopický vjem
Porovnání USV v. PPV nezkreslený vjem ??  NE USV je zkreslen vlivem: 1. délky FM základny  specifická plastika n = b / bo 2. tvaru paprskových svazků - optické zvetšení pozorov. systému „z“  totální plastika n . z totální plastika  celkové zvýšení prostorové rozlišovací schopnosti (vlivem 1+2) 3. orientace paprskových svazků  pseudovjem ... UK PřF ZTI – fotogrammetrie

14 obr.: stereodvojice - orientace paprskových svazků - normální a inverzní postavení snímků

15 9.2 Stereoskopická metoda LF
Základní a nejvíce používaná metoda LF Data vstupní - 2 snímky  stereopár, stereodvojice řada snímků, blok řad snímků PVniO .. možno určit v průběhu zpracování - PVO .. možno určit v průběhu zpracování - vlícovací a kontrolní body .. geod. souřadnice Data výstupní výsledek vyhodnocení stereomodelu  3D; 2,5D; 2D = vektorová data .. body, linie .. vrstvy … UK PřF ZTI – fotogrammetrie

16 obr.: ,,mini,,blok 3 řad snímků - celkem 12 snímků, podélný překryt snímků+příčný překryt řad

17 obr.: rozmístění vlícovacích bodů v rámci bloku – při klasickém postupu a při aerotriangulaci

18 Stereoskopická metoda LF
Zpracování dat - technologická řešení matematické základy položeny na poč. 20. století  vysoká výpočetní náročnost  proto vývoj: 1. analogové vyhodnocení ( )  analogové vyhodnocovací přístroje 2. analytické vyhodnocení (1970 – 2000)  analytické vyhodnocovací přístroje 3. digitální metody ( ….)  digitální fotogrammetrické stanice UK PřF ZTI – fotogrammetrie

19 obr.: analogový + analytický přístroj + digitální FTG stanice

20 Stereoskopická metoda LF
Technologický postup - hlavní kroky 0. příprava projektu - projekt snímkového letu ... 1. práce v terénu - pořízení snímků, zaměření VB 2. přípravné práce geod. výpočty, digitalizace, úpravy obraz. dat ….. 3. fotogrammetrické zpracování .. viz dále a. snímkové orientace  určení / nastavení PVniO + PVO b. podrobné vyhodnocení c. dopracování, kontrola, výstupy, export, archivace UK PřF ZTI – fotogrammetrie

21 obr.: různé činnosti ve fázích 0-2 technologického postupu

22 Stereoskopická metoda LF
Charakteristika metody ?? + vysoká přesnost výstupů univerzálnost použití variabilita výstupů  3D - 2D - větší pracnost speciální SW + HW (.. stereovidění) vyšší nároky na znalosti operátora Aplikace metody ?? kdekoli - kde jsou potřebné vysoká přesnost a prostorová data …. IS; podklady pro projekty; dokumentace souč. stavu; digitální modely …. UK PřF ZTI – fotogrammetrie

23 obr.: výstup – body DMT získané automaticky (korelací), poloautomaticky a manuálně

24 obr. : výstup – digitální model historického jádra města Louny
obr.: výstup – digitální model historického jádra města Louny .. získaný vyhod. historických snímků

25 9.3 Normální případ stereofotogrammetrie
Pořízení snímků z fotogrammetrické základny Orientace os záběru k FM základně ,,b“ 1. normální případ  kolmé na základnu 2. stočený případ  stejnoměrně stočeny 3. obecný případ  obecně stočeny Pozemní v. letecká stereofotogrammetrie UK PřF ZTI – fotogrammetrie

26 obr.: normální případ v pozemní FTG

27 obr.: historie - pořízení a zpracování dat v pozemní FTG

28 Normální případ stereofotogrammetrie
Normální případ - vztahy x y (z)  modelový s.s. sn1, 2  snímkové roviny x´ x´´ p  snímkové souřadnice + horiz. paralaxa UK PřF ZTI – fotogrammetrie

29 Normální případ stereofotogrammetrie
Normální případ v LF jednoduché metody  např. určování relativ- ních výškových rozdílů spíše dříve Obecný případ viz přímý vztah sním- kových a geodetických souřadnic dnes převládá UK PřF ZTI – fotogrammetrie

30 9.4 Technologie - snímkové orientace
Příprava stereodvojice pro vyhodnocení 1. obnovení prvků vnitřní orientace komory  krok - Vnitřní orientace (VO) 2. určení prvků vnější orientace snímků  krok - Vnější orientace  různé možnosti: a. komplexní řešení - svazkové vyrovnání .. 1 krok b. etapové řešení - blokové vyrovnání .. více kroků I. krok - relativní orientace (RO) II. krok - absolutní orientace (AO) c. přímé určení (za letu) .. IMU/GPS UK PřF ZTI – fotogrammetrie

31 Snímkové orientace - vnitřní orientace
obecné (např. pixelové) snímkové souřadnice rovinná transformace - afinní Jak se provádí ?? snímání identických bodů + výpočet transform. klíče identické body = rámové značky (zjistím z kalibrace) vnitřní orientace - digitální metody UK PřF ZTI – fotogrammetrie

32 obr. : prvky vnitřní orientace  snímkové souřadnice rámových značek
obr.: prvky vnitřní orientace  snímkové souřadnice rámových značek .. kalibrační protokoly

33 obr.: vnitřní orientace – pozemní neměřický a letecký měřický snímek (8 rámových značek A-G)

34 obr.: vnitřní orientace – ukázka protokolu (digitální stanice VSD)

35 Vnější orientace - analytická řešení
a. Komplexní řešení - jeden krok (např. Schmid) viz přímý vztah snímkových a geod. souřadnic, svazkové vyrovnání  základní jednotkou snímek - linearizace vztahů (Taylorův rozvoj) - iterační řešení - přibližné hodnoty - vyrovnání MNČ UK PřF ZTI – fotogrammetrie

36 obr.: blok snímků + svazky paprsků k měřeným bodům (vlícovací + spojovací)

37 Vnější orientace - analytická řešení
b. Etapové řešení - I. RO, II. AO (např. Shut) blokové vyrovnání  základní jednotkou stereopár UK PřF ZTI – fotogrammetrie

38 Vnější orientace - etapové ř. - relativní
snímkové modelové souřadnice matematické řešení  podmínka nulových vertikálních paralax (q) řešeno je 5 neznámých .. z 12 (= 2 sn. x 6 PVO) podmínka nulových ,,q,, Vzájemná orientace - snímků vůči sobě (natočení + příp. posun) Vzniká  obecný stereoskopický model UK PřF ZTI – fotogrammetrie

39 Vnější orientace - etapové ř. - relativní
Jak se provádí ?? analytická řešení .. dříve převládala ř. empirická spojovací body (SB) - různé uspořádání  např. Gruberovo schéma (6 bodů) UK PřF ZTI – fotogrammetrie

40 obr.: relativní orientace – Gruberovo schéma spojovacích bodů na pozemní a letecké stereodvojici

41 obr.: relativní orientace – ukázka protokolu (digitální stanice VSD)

42 Vnější orientace - etapové ř. - absolutní
modelové geodetické souřadnice matematické řešení  prostorová transformace modelu .. posun + pootočení + měřítko řešeno je zbylých 7 neznámých .. z 12, viz dříve Výpočet  aplikace vyrovnání MNČ (po linearizaci vztahů pro prostorovou podobnostní nebo afinní transformaci) Jak se provádí ?? stereosnímání identických bodů - vlícovací body + výpočet transformačního klíče (aplikace vyrovnání) UK PřF ZTI – fotogrammetrie

43 Vnější orientace - vlícovací body
Vlícovací body (VB) - stereofotogrammetrie - počet - volba - zaměření - přesnost ….. UK PřF ZTI – fotogrammetrie

44 obr.: absolutní orientace – rozmístění vlícovacích bodů v překrytu pozemní a letecké stereodvojice

45 obr.: absolutní orientace – ukázka protokolu (digitální stanice VSD)

46 Vnější orientace - další postupy
c. Přímé určení PVO při snímkovém letu - různé metody - např. GPS, IMU/GPS … viz dříve  dnes již běžně používané - VB - nejsou nutné - kontrolní body!! - převod hodnot do geod. systému WGS  S-JTSK UK PřF ZTI – fotogrammetrie

47 9.5 Analytická aerotriangulace - AAT
FM metody  klasický postup = vlícovací body (VB) Stereo FM  minimálně 3 VB na 1 stereodvojici Řada, blok sn.  velké množství VB - ekonomika :( ?? Jak se vyhnout nutnosti VB přímo měřit ?? Technologie snímkových triangulací Výsledkem jsou 1. geodetické souřadnice bodů .. SB, kontrolní body 2. PVO všech snímků!! .. nutné pro FTG zpracování UK PřF ZTI – fotogrammetrie

48 Analytická aerotriangulace - AAT
Vývoj metod historické - radiální, analogová, semianalytická současné - analytická .. digitální + data GPS, automatizace měření, výkonné PC .. Použití - snímkové orientace (VB + PVO)  FTG vyhodnocení - souřadnice množství bodů  testovací pole - souřadnice kontrolních bodů  speciál. aplikace UK PřF ZTI – fotogrammetrie

49 Analytická aerotriangulace - AAT
Postup 1. měření bodů (VB+SB) - snímkové, modelové souř. 2. numerický výpočet - komplexní, etapové řešení Příklad blok - 3 řady - 18 snímků - tj. 15 modelů původně - 1 model = 3 VB - cca 18 měřených VB AAT - blok - 6 měř. VB UK PřF ZTI – fotogrammetrie

50 obr.: rozmístění vlícovacích bodů v rámci bloku – při klasickém postupu a při aerotriangulaci

51 obr. : rozmístění spojovacích bodů v rámci bloku
obr.: rozmístění spojovacích bodů v rámci bloku .. volba v osách vícenásobných překrytů

52 9.6 Stereo-vyhodnocení Stereo-editace
- 3D vektor  linie, body; vrstvy, značky; formáty, import, export, CAD  požadavky zákazníka - DMT a) pro účely digitálního ortofota b) samostatný výstup (např. 3D modely měst) různé technologie - automatická, polo- automatická, ruční editace (+ kontrola!) (- snímkové orientace  práce ve stereomódu) UK PřF ZTI – fotogrammetrie

53 obr.: body DMT získané automaticky (korelací), poloautomaticky a manuálně .. podklad pro ortofoto

54 obr.: 2D výstup získaný na podkladě 3D vyhodnocení na analytickém FTG přístroji .. letecká FTG

55 obr.: 2D výstup získaný na podkladě 3D vyhodnocení na Digitální FTG Stanici .. pozemní FTG

56 Systémy pro stereovidění
DFS  speciální HW vybavení  stereovidění Systémy - stereoskopy .. a anaglyfy .. b polarizační brýle .. c krystalové brýle .. d - …. b a c d UK PřF ZTI – fotogrammetrie

57 Automatické vyhodnocovací postupy
 nalezení polohy bodu na dvou a více snímcích .. odpovídající si body = sdružené body Obrazová korelace Korelační analýza  vyhledávací algoritmus  obraz v. vzor  vyhledávací okolí (velikost okolí   pravděpodobnost nalezení  výpočetní nároky) UK PřF ZTI – fotogrammetrie

58 Automatické vyhodnocovací postupy
Princip  hledání maxima korelační funkce pro bod (a jeho okolí) v 1 snímku, ku vyhledávacímu okolí v 2 snímku hodnota korelační funkce = korelační koeficient  nabývá hodnot z int. -1 až 1 ( = 1 .. úplná shoda) Metoda selhává - zákryty, homogenní plochy UK PřF ZTI – fotogrammetrie

59 obr.: princip obrazové korelace

60 Shrnutí ,, Stereofotogrammetrie “ - přirozený a umělý stereovjem
- stereofotogrammetrická metoda - normální a obecný případ stereofotogrammetrie - snímkové orientace etapové řešení komplexní řešení - stereovyhodnocení UK PřF ZTI – fotogrammetrie

61 Získávání topografické informace
Stereofotogrammetrie přednášející Jindřich Hodač UK PřF ZTI – fotogrammetrie

62 Návaznost ,, Fotogrammetrické metody “ Průseková metoda
nejstarší metoda, obroda Jednosnímková fotogrammetrie jednoduchost, rovinné území Digitální ortofoto přesnost, podklady - DMT UK PřF ZTI – fotogrammetrie