3.6 Stereofotogrammetrie

Prezentace na téma: "3.6 Stereofotogrammetrie"— Transkript prezentace:

1 3.6 Stereofotogrammetrie
Stereofotogrammetrická metoda  zavedena počátkem 20 stol. (Pulfrich) Základ vyhodnocení - stereoskopický vjem  umělý stereoskopický vjem Stereofotogrammetrie  nejpřesnější FM metoda  vyhodnocení - i nesignalizované body JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

3 obr.: identifikovatelnost bodů pro vyhodnocení

4 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie
3.6.1 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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

7 Umělý stereoskopický vjem
Pozorování reality - náhrada ??  pozorování snímků Snímky - různé obrazy téhož objektu pořízeny z fotogrammetr. základny b Pozorování  vzniká umělý stereoskopický vjem JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

8 obr. : stereodvojice pro zábavu a ponaučení – historické příklady
obr.: stereodvojice pro zábavu a ponaučení – historické příklady a 1901

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

10 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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

12 Umělý stereoskopický vjem
JAK ?? USV pozorování  prostýma očima .. nevyužívá se ve FM  speciální pomůcky  stereoskopy, optické soustavy přístrojů, anaglyfy, speciální brýle … zrcadlový stereoskop – zvětšuje pozorovací základnu JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

14 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 ... JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

16 3.6.2 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 … JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

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

19 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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

21 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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

23 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 …. JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

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

26 3.6.3 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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

27 obr.: normální případ v pozemní FTG

28 obr.: historie - pořízení a zpracování dat v pozemní FM

29 Normální případ stereofotogrammetrie
Normální případ - vztahy x y (z)  modelový s.s. sn1, 2  snímkové roviny x´ x´´ p  snímkové souřadnice + horiz. paralaxa JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

30 Normální případ stereofotogrammetrie
Přesnost ?? diferencování vztahů  střední chyby souřadnic y / b - volitelné parametry .. obrácený základnový poměr f, mp - hodnoty dány technologií JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

31 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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

32 3.6.4 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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

33 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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

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

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

37 Technologie - snímkové orientace
Příprava stereodvojice pro vyhodnocení 1. obnovení prvků vnitřní orientace komory  krok - Vnitřní orientace 2. určení prvků vnější orientace snímků  krok - Vnější orientace  různé možnosti: a. komplexní řešení – vše v jednom kroku b. etapové řešení – rozdělení do více kroků I. krok - relativní orientace (RO) II. krok - absolutní orientace (AO) c. přímé určení (za letu) .. IMU/GPS .. JAK DĚLÁM JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

38 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie
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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

40 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie
Vnější orientace - analytická řešení b. Etapové řešení - I. RO, II. AO (např. Shut) blokové vyrovnání  základní jednotkou stereopár JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

41 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie
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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

42 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie
Vnější orientace - etapové ř. - relativní Jak se provádí ?? analytická řešení .. dříve převládala ř. empirická spojovací body (SB) - různé uspořádání  např. Gruberovo schéma (6 bodů) JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

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

45 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie
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) JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

46 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie
Vnější orientace - vlícovací body volba vlícovacích bodů (VB) - uměle signalizované  velká měřítka tj. do 1: 5 000 - přirozeně signalizované  malá a střední měřítka Ohled na - kontrast, zákryt, konfiguraci … určení souřadnic VB - geodetické metody  především GPS - jiné metody - aerotriangulace, kartometrické metody Přesnost určení - požadavek  VB určeny 2x přesněji, než je požadovaná výsledná přesnost. JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

47 obr.: různé možnosti volby typu vlícovacích bodů podle měřítka výstupu – přirozená/umělá signalizace

48 počet VB rozmístění VB min. 3 .. vždy více = kontrola
rohy + střed překrytu snímků obr.: absolutní orientace – rozmístění vlícovacích bodů v překrytu stereodvojice v LF a PF

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

50 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie
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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

51 obr.: určování prvků vnější orientace za letu – inerciální měřící jednotka (IMU)

52 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie
3.6.5 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) JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

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

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

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

56 obr. : další fáze zpracování – rastrový DMT + digitální ortofoto
obr.: další fáze zpracování – rastrový DMT + digitální ortofoto .. letecká FTG

57 obr. : body DM získané automaticky, poloautomaticky a manuálně
obr.: body DM získané automaticky, poloautomaticky a manuálně .. podklad pro ortofoto .. pozemní

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

59 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) JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

60 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 JH_13.03 Fotogrammetrie - stereofotogrammetrie

61 obr.: princip obrazové korelace

62 obr.: výstup obrazové korelace .. mračno bodů + souřadnice a RGB

63 obr.: optické korelační systémy – SW PhotoModeler Scanner

64 Shrnutí ,, Stereofotogrammetrie “ - přirozený a umělý stereovjem
- stereofotogrammetrická metoda - normální a obecný případ stereofotogrammetrie - snímkové orientace etapové řešení komplexní řešení - stereovyhodnocení závěr Fotogrammetrie a DPZ

65 ,, Analytické aerotriangulace – AAT “
Příští přednáška ,, Analytické aerotriangulace – AAT “ Stereofotogrammetrie - přístroje Analytické aerotriangulace – AAT shrnutí učiva + konzultace závěr Fotogrammetrie a DPZ

66 Inženýrství životního prostředí
Stereofotogrammetrie přednášející Ing. Jindřich Hodač, Ph.D. Fotogrammetrie a DPZ

67 Program přednášky ,, Stereofotogrammetrie “ stereoskopie
normální případ stereofotogrammetrie stereovyhodnocení úvod Fotogrammetrie a DPZ

68 Návaznost ,, Fotogrammetrické metody “ Průseková metoda
nejstarší metoda, obroda Jednosnímková fotogrammetrie jednoduchost, rovinné území Digitální ortofoto přesnost, podklady - DMT začátek úvod Fotogrammetrie a DPZ