Autoři: Zuzana Plucnarová Veronika Štefková Romana Zahumenská

Prezentace na téma: "Autoři: Zuzana Plucnarová Veronika Štefková Romana Zahumenská"— Transkript prezentace:

1 Autoři: Zuzana Plucnarová Veronika Štefková Romana Zahumenská
Semestrální projekt Autoři: Zuzana Plucnarová Veronika Štefková Romana Zahumenská

2 Semestrální projekt se skládá ze 3 částí:
Kalibrace fotografického přístroje Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu Určení přesnosti fotogrammetrické metody

3 Kalibrace fotografického přístroje

4 Kalibrace fotografického přístroje
Úkolem první části semestrálního projektu bylo provést kalibraci neměřické komory, která byla dále použita pro zpracování prostorového modelu objektu a také pro určení přesnosti fotogrammetrické metody. Použitý fotoaparát: Výrobce Olympus Název FE-180/X-745 Typ Digitální Kompakt - automat Typ snímače CCD, 1/2.5" (4:3) Rozlišení snímače 6 Mpix

5 Kalibrace fotografického přístroje
Objektiv Olympus Lens 6,3 – 18,9 mm Světelnost objektivu F3.1 – F5.9 Ohnisková vzdálenost 38 – 114 mm Zoom 3x optický, 4x digitální Fotografie Formát snímků JPEG Velikost snímků 2816 x 2112, 2048 x 1536, 640 x 480 Paměťové médium xD-Picture Card Expozice Rozsah expozičních časů 4-1/2000 s Vzdálenost fotografování 0,1 m až  (normální režim) 0,6 m až  (režim makro) 0,05 m až  ( režim super makro)

6 Kalibrace fotografického přístroje
Blesk Vestavěný Režimy blesku automatický, zapnut/vypnut Kalibrace slouží pro určení prvků vnitřní orientace fotokomory. Mezi prvky vnitřní orientace patří: - hlavní bod snímku H, - konstanta fotokomory c, - zkreslení objektivu.

7 Kalibrace fotografického přístroje
Postup při kalibraci: 1. Pořízení snímku testovacího pole 2. Založení nového projektu 3. Referencování 4. Výpočet Pořízení snímku testovacího pole - pro kalibraci digitálního fotografického přístroje byla zvolena metoda ,,ruční” kalibrace - bylo pořízeno 9 snímků kalibračního pole - snímky byly pořízeny 12. března 2008 - snímky byly pořízeny s rozlišením 2816 x 2112 - formát snímků: JPEG

8 Kalibrace fotografického přístroje
Kalibrační pole: - je složené z trojúhelníků stejné velikosti, které jsou v obrazci pravidelně rozloženy - má tvar obdélníku o přibližných rozměrech 100 x 70 cm - v každém rohu je zobrazen vlicovací bod

9 Kalibrace fotografického přístroje
- snímky kalibračního pole pořizujeme tak, aby na něm byl celý rastr a vlicovací body byly zřetelné - nakonec byl pořízen jeden snímek papíru formátu A4 a změřena vzdálenost fotoaparátu od tohoto papíru. - takto získané snímky byly zpracovány v programu Photomodeler verze 4 Založení nového projektu - jedná se o uvedení základních informací, mezi které patří: výrobní označení digitálního přístroje, kamera se zoomem, nastavení přibližného rozměru snímku, definování jednotek, použité kamery a její vzdálenosti od snímku a import snímků použitých ke kalibraci

10 Kalibrace fotografického přístroje
Referencování - Jedná se o zreferencování čtyř vlicovacích bodů na všech snímcích. Výpočet - Patří zde: výpočet parametrů kamery tj. ohniskovou vzdálenost, rozměr CCD prvku, souřadnice hlavního bodu a parametry zkreslení objektivu.

11 Kalibrace fotografického přístroje
Závěr: - výsledkem bylo získání kalibračního protokolu v souboru *.cam popř. *.pmr - Software PhotoModeler Pro vypočítá parametry radiálního a tangenciálního zkreslení a automaticky opravuje počítané souřadnice. Také vypočítá konstanty kamery, rozměry CCD prvku a souřadnice hlavního bodu (viz. kalibrační protokol). - kalibrace je potřebná pro zpracování následujících částí projektu

12 Kalibrace fotografického přístroje
Kalibrační protokol Z tabulky vyčteme prvky vnitřní orientace: konstantu komory polohu hlavního bodu snímku zkreslení objektivu = distorze K1, K2 – radiální zkreslení P1, P2 – tangenciální zkreslení rozměr digitálního čipu hodnoty W, H (viz. tabulka Camera Information) další parametry …

13 Kalibrace fotografického přístroje
Poloha kamer při kalibraci

14 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu

15 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
- Kaple svatého Antonína Paduánského Lokalita: - Kobeřice ve Slezsku, okres Opava, kraj Moravskoslezský

16 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
kaple se nachází na severozápad od obce Kobeřice přibližné určení polohy objektu je provedeno pomocí souřadnic GPS 49°59'18.434" N, 18°2'27.821" E kaple byla postavena v roce 1928 a téhož roku byla zasvěcena svatému Antonínu Paduánskému

17 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Měřická metoda: - Dokumentace objektu byla provedena fotogrammetrickou metodou průsekové fotogrammetrie. - Princip průsekové fotogrammetrie spočívá v pořízení několika vzájemně se překrývajících snímků objektu. - V ideálním případě je každý bod zobrazen alespoň na třech snímcích, což pomocí protínání umožňuje určit jeho prostorovou polohu a postupně vytvořit 3D model objektu. - Pro určení rozměru musíme navíc znát alespoň jednu vzdálenost objektu.

18 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Přístrojové vybavení: - digitální fotoaparát Olympus FE-180/X-745 Softwarové vybavení: - Photomodeler 5 Další pomůcky: - pásmo

19 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Postup fotogrammetrického zaměření se skládal z těchto částí: 1. Rekognoskace terénu 2. Snímkování 3. Geodetické zaměření 4. Zpracování získaných údajů

20 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Rekognoskace terénu: Před vlastním pořízením snímků byla provedena rozvaha stanovisek a rekognoskace terénu, při které byl zjištěn stav kapličky. Snímkování: - bylo provedeno 7. března 2008 - pro snímkování byla použita tzv. metoda kruhu - bylo pořízeno 20 snímků - snímky byly pořízeny s rozlišením 2816 x 2112 - formát snímků: JPEG S

21 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Geodetické zaměření: - zaměření objektu bylo provedeno pásmem - veškeré délky byly měřeny na milimetry - byl oměřen celý půdorys kapličky a výšky některých bodů

22 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Zpracování získaných údajů: - bylo provedeno v programu Photomodeler 5 - skládá se z jednotlivých kroků: 1. Založení projektu 2. Nadefinování parametrů kamery 3. Import snímků 4. Referencování bodů 5. Výpočet 6. Vytváření linií a ploch objektu 7. Změna měřítka a rotace 8. Export výsledného modelu 9. Vytvoření animace modelu

23 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
1. – 3. Založení projektu, nadefinování parametrů kamery, import snímků: Nový projekt se založí v menu [File / New Project]. Touto volbou se spustí průvodce, ve kterém se zadá přibližná velikost objektu, jednotky, naimportuje se kalibrační soubor s příponou *.cam a také jednotlivé snímky. 4. Referencování bodů Referencování je proces, při kterém se určuje totožnost bodů na jednotlivých snímcích. Body musí být referencovány nejméně na dvou snímcích. Pro větší kvalitu je lepší body referencovat na všech snímcích v projektu. 5. Výpočet Výpočet je iterativní proces, který probíhá tak dlouho, až se vypočte prostorová poloha bodů, hran a minimalizují se chyby. Výpočet se spustí pomocí menu [Project / Process] a probíhá ve dvou etapách. První je kontrola všech dat (Audit), ve druhé etapě (Adjustment) se vytváří prostorový model objektu.

24 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Souhrn základních prvků 3D modelu 6. Vytváření linií a ploch objektu Po výpočtu následuje vytváření: linií, křivek a ploch. 7. Změna měřítka a rotace Po výpočtu je vytvořen prostorový model v obecné poloze. Tento model nemá stanoveny rozměry. Pro definování měřítka přiřadíme vzdálenost mezi 2 body, kterou jsme si změřili v terénu, příslušné linii prostorového modelu.

25 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
8. Export výsledného modelu Výsledný 3D model může být exportován do formátů: 2D DXF, 3D DXF , 3D Studio, VRML 1.0, VRML 2.0, … Exportem projektu do formátu 2D DXF byly následně vytvořeny v programu Macrostation nárysy prostorového modelu. Nárys N1 – jižní stěna Nárys N2 - východní stěna

26 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Ukázka vytvořeného prostorového modelu vybraného objektu: Součástí projektu bylo také vytvoření animace prostorového modelu, kterou jsme vytvořili v programu Photomodeler verze 6. Animace byla také vytvořena exportem projektu do formátu VRML 2.0 (ukázka na konci prezentace).

27 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Dalším zpracováním projektu v programu Photomodeler verze 6 jsme získali: Ukázku prostorového protínání. Směr os záběrů s čísly fotokomor.

28 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Vytvoření detailu prostorového modelu: Pro vytvoření fotogrammetrické dokumentace detailu vybraného objektu jsme zvolili vchodové dveře. Detail byl vytvořen z 10 snímků. Postup vytvoření detailu je stejný jako u vytvoření prostorového modelu objektu.

29 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Ukázka 3D modelu vchodových dveří:

30 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Následným zpracováním projektu v programu Photomodeler 6 jsme získali: Směr os záběrů s čísly fotokomor Stanoviska fotoaparátu při snímkování

31 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Ukázka prostorového protínání Ukázka 3D modelu

32 Vytvoření prostorového modelu vybraného objektu a jeho detailu
Závěr – kontrola přesnosti: Na závěr bylo provedeno kontrolní oměření výsledných prvků, které se porovnaly s oměrnými mírami naměřenými v terénu. Rozdíl těchto dvou hodnot je v průměru 1 cm. Střední chyba prostorového modelu byla určena pomocí empirické střední chyby , kde n je počet vzdáleností a  je skutečná chyba délky. Střední chyba prostorového modelu: m =  0,013 m. Pokud bychom chtěli v některých krocích přesnost ještě zvětšit, bylo by to určitě už v samém počátku při volbě kamery.

33 Určení přesnosti fotogrammetrické metody

34 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Cílem této části projektu bylo porovnání přesnosti geodetického a fotogrammetrického zaměření prostorového modelu měřické sítě pozorovatelny IGDM VŠB-TU Ostrava. Jedná se o 24 bodů, které jsou signalizovány na konstrukci a na stěnách měřické pozorovatelny IGDM VŠB-TU Ostrava.

35 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Měřická metoda: - Dokumentace měřické sítě byla provedena fotogrammetrickou metodou průsekové fotogrammetrie. - V měřické pozorovatelně byly umístěny i dvě nivelační latě pro pozdější definici měřítka v programu Photomodeler, ve kterém probíhalo následné zpracování a vyhodnocení naměřených snímků. - Geodetické zaměření měřické pozorovatelny bylo provedeno dříve. Pro zpracování našeho projektu nám byl dodán seznam souřadnic bodů měřické sítě. Z těchto souřadnic, byly vypočítány vzdálenosti mezi jednotlivými body měřické pozorovatelny.

36 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Přístrojové vybavení: - digitální fotoaparát Olympus FE-180/X-745 Softwarové vybavení: - Photomodeler 5 Další pomůcky: - nivelační latě

37 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Postup fotogrammetrického zaměření se skládal z těchto částí: 1. Snímkování 2. Zpracování získaných údajů Snímkování: - bylo provedeno 9. dubna 2008 - celkem bylo pořízeno 13 snímků - blesk byl při pořizování snímků vypnutý a také nebyl použit zoom. - snímky byly pořízeny s rozlišením 2816 x 2112 - formát snímků: JPEG

38 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Zpracování získaných údajů: - bylo provedeno v programu Photomodeler 5 - skládá se z jednotlivých kroků: 1. Založení projektu 2. Nadefinování parametrů kamery 3. Import snímků 4. Referencování bodů 5. Výpočet 6. Tvorba prostorového modelu 7. Změna měřítka a rotace 8. Zjišťování vzdáleností mezi jednotlivými body

39 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Tvorba prostorového modelu měřické sítě pozorovatelny IGDM VŠB-TU Ostrava je stejná jako tvorba prostorového modelu objektu, která byla uvedena v druhé části semestrálního projektu. Změna měřítka a rotace: - Po vytvoření prostorového modelu se model nachází v obecné poloze a nemá stanovený rozměr. - Z geodeticky určených souřadnic byla vypočítána vzdálenost mezi nejvzdálenějšími body měřické sítě pozorovatelny tzn. mezi body 1 a 10, z této vzdálenosti potom bylo v programu Photomodeler 5 definováno měřítko sítě bodů.

40 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Zjišťování vzdáleností mezi jednotlivými body - Definice měřítka nám umožňuje získání dalších informací, jako je určení vzdáleností mezi body nebo souřadnic jednotlivých bodů. - Pro určení vzdáleností mezi body slouží ikona znázorňující pravítko umístěná na horní liště obrazovky. Po označení této ikony a příslušné linie, jejíž délku chceme určit se nám příslušná délka zapíše opět na horní liště obrazovky.

41 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Zpracováním projektu v programu Photomodeler 5 byly získány: Prostorový model bodů v programu Photomodeler 5 Prostorový model bodů doplněný liniemi

42 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Zpracováním projektu v programu Photomodeler 6 byly získány: Stanoviska fotoaparátu při snímkování a ukázka prostorového protínání Směry os záběrů s čísly fotokomor

43 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Porovnání délek určených geodeticky a fotogrammetricky: i mezi body Délka určená geodeticky [m] Délka určená fotogram- metricky Rozdíl - ε 1 10 4,987 0,000 2 6 4,630 4,627 0,003 3 17 2,984 2,987 -0,003 4 19 3,559 3,561 -0,002 5 4,671 4,667 0,004 5,106 5,092 0,014 7 11 2,935 2,937 8 13 3,681 3,683 9 20 4,357 4,352 0,005 2,874 2,869 4,855 4,843 0,012 12 18 3,908 3,9 0,008 21 3,250 3,254 -0,004 14 16 2,872 2,879 -0,007 15 3,813 3,803 0,010 4,279 4,277 0,002 3,296 3,303 3,535 3,541 -0,006 19 2 13 2,332 2,337 -0,005 20 1 23 4,149 4,148 0,001 21 2,801 2,809 -0,008 22 17 3,675 3,684 -0,009 18 3,969 3,978 24 15 2,902 2,911 25 8 3,169 3,176 -0,007 26 11 2,884 2,883 27 14 2,236 2,238 -0,002 28 9 3,854 3,846 0,008 29 3 3,303 3,311 30 6 3,065 3,073 31 4,731 4,726 0,005 32 5 7 4,442 4,429 0,013 33 10 3,787 3,78 0,007 34 12 3,326 3,329 -0,003 35 2,691 0,000 36 2,780 2,774 0,006

44 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Určení střední chyby fotogrammetické metody: - Střední chyba fotogrammetrického zaměření ( respektive fotogrammetrické metody ) se určí ze vztahu: Střední chyba fotogrammetrického zaměření je : m = ± 0,0067 m

45 Určení přesnosti fotogrammetrické metody
Závěr: Porovnáním přesnosti obou metod, pro náš případ geodetického a fotogrammetrického zaměření prostorového modelu měřické pozorovatelny, se dospělo k závěru, že fotogrammetrická metoda má dostačující přesnost. A je v podstatě srovnatelná s metodou geodetickou, od které se liší jen nepatrně a to řádově v milimetrech. Střední chyba fotogrammetrického zaměření je 0,0067 m.

46 Děkujeme Vám za pozornost!