Автоматизация обработки снимков на фотограмметрическом оборудовании

Уже в семидесятых годах двадцатого столетия стало очевидным, что от графических продуктов (планов и карт), которые получают в процессе съемок нужно переходить к их цифровым аналогам. Связано это было с бурным развитием вычислительной техники, увеличением ее мощности и быстродействия. В результате появилась реальная возможность заменить в качестве носителей информации картографические материалы на цифровые модели объектов. На основе таких моделей автоматизация решения различных прикладных задач, в том числе и проектирования, а также составления необходимых графических документов становилась делом техники.

Получить цифровые модели можно, например, путем цифрования карт и планов. Но гораздо производительнее совместить их построение с процессом съемки (с процессами выполнения линейно-угловых измерений в тахеометрии или обработки снимков в фотограмметрии). В тахеометрической съемке это привело к появлению полевых регистраторов информации, а затем и электронных тахеометров, исключивших ручной ввод данных из журналов в компьютер. В фотограмметрии было создано второе поколение универсальных аналоговых стереофотограмметрических приборов. Они были обеспечены аналого-цифровыми преобразователями, пакетами прикладных программ, обеспечившими автоматизацию процессов внешнего ориентирования модели, построенной на приборе, регистрацию результатов измерения снимков и построения цифровых моделей. Иногда такое сочетание аналоговых приборов со средствами автоматизации называют гибридными системами

Когда речь идет об автоматизации обработки снимков, то предполагается, что автоматизированными должны быть следующие процессы решения двойной обратной пространственной засеки:

1. Внутреннее ориентирование снимков;

2. Построение фотограмметрической модели (взаимное ориентирование снимков);

3. Внешнее ориентирование модели по опознакам;

4. Съемка ситуации и рельефа.

При этом на всех этапах должна быть обеспечена автоматическая регистрация измерений снимков и программная поддержка построения цифровой модели на ПЭВМ. Для реализации процесса автоматизированной обработки необходимы аппаратные и программные средства. Аппаратные средства, как правило, включают:

- Компьютер типа IBM PC или совместимый с ним. Требования к его техническим характеристики во многом зависят от объема обрабатываемых данных. Но лучше, если это Pentium современной конфигурации.

- Мониторы цветные лучше SVGA от 800Х600 пикселов с размером экрана по диагонали 17 дюймов или больше, (но допустимо и меньше).

- Графопостроитель рулонный перьевой формата АО, с количеством перьев не менее 4.

- Принтер, лучше лазерный.

- Дискеты и расходные материалы в необходимом количестве.

Автоматическая регистрация измерений обеспечивается сопряжением стереоприборов для обработки снимков с ПЭВМ. При использовании аналогового фотограмметрического прибора механического типа на его ходовые винты устанавливают инкрементальные (дифференциальные) датчики типа «угол-код». Они преобразуют механические перемещения кареток прибора в электрические импульсы (т.е. при вращении винтов вырабатываются электрические импульсы). Чтение импульсов, их суммирование, контроль и регистрацию в ПЭВМ выполняются с помощью интерфейсного устройства (коордиметр, блок Marcgraf, ZIF и др.). В результате и получается так называемая гибридная система. Для того, чтобы регистрация осуществлялась не в импульсах, а в миллиметрах, перед началом измерений необходимо определить цену импульса, используя для этого, например, результаты измерения сетки Готье.

Что касается программного обеспечения, то в нашей стране разработано несколько пакетов, обеспечивающих и решение двойной обратной пространственной засечки, и построение цифровой модели объекта, при чем как по результатам аэрофотосъемки, так и по результатам наземной стереофотограмметрической съемки. Из них заслуживает внимание, например, программный комплекс «Карьер», разработанный в фотограмметрической лаборатории ВНИМИ. Это специализированный пакет для обработки материалов фотограмметрической и тахеометрической съемок карьеров. Но его можно использовать и при решении ряда задач инженерной фотограмметрии.

Достоинство пакета в том, что в процесс обработки наземных снимков включен этап корректирования фотограмметрической модели, позволяющий существенно ее улучшить, уменьшить невязки на опознаках и в итоги повысить точность конечного продукта. Для этого геодезические координаты опознаков преобразуются в фотограмметрическую систему координат. Разности между перевычисленными координатами опознаков и координатами полученными в процессе измерения не откорректированной модели (невязки в фотограмметрической системе координат), позволяют понять природу их возникновения и принять обоснованные решения по их устранению.

В основу автоматизированного корректирования фотограмметрической модели положен хорошо известный приближенный метод основанный на раздельном устранении невязок вначале по оси Y_Ф, а затем X_Ф и Z_Ф. Программа предусматривает два метода выполнения этой операции: автоматический и ручной. Первый вариант является основным. Для его выполнения необходимо обеспечить стереопару как минимум тремя опознаками. Максимальное их число – 20, но три из них должны иметь, так называемое, стандартное расположение: все на дальнем плане, точка 1 вблизи главного луча правого снимка, точки 2 и 3 – соответственно у левой и правой границы стереопары. Ручное корректирование всегда выполняется по трем стандартно расположенным точкам, в случае если в процессе обработки предполагается рисовка горизонталей, а также для устранения больших невязок (более 10 м) перед автоматической корректурой.

В целом автоматизированная обработка снимков при наземной стереофотограмметрической съемке включает в себя следующие этапы:

1. Подготовительные работы;

2. Корректирование фотограмметрической модели;

3. Геодезическое ориентирование фотограмметрической модели (ее внешнее ориентирование);

4. Сгущение съемочного обоснования и фотограмметрическую съемку объекта.

Подготовительные работы заключаются в создании каталогов координат опознаков и базисов фотографирования, а также предварительном построении фотограмметрической модели на приборе. На экране монитора указывают имя стереопары, и заполняют таблицу с параметрами фотографирования. На отсчетных устройствах обрабатывающего прибора устанавливают значения данных из таблицы и согласовывают начальные отсчеты интерфейсного устройства с началом фотограмметрических координат прибора.

Геодезическое ориентирование осуществляется после корректирования модели простым переходом в соответствующий режим. После завершения ориентирования, на экране монитора можно получить протокол обработки стереопары. В нем будут отражены параметрами фотографирования и невязками в фотограмметрической и геодезической системах координат. Если они удовлетворяют требованиям технической инструкции, работа продолжается либо в режиме фотограмметрического сгущения сети либо в режиме фотограмметрической съемки.

В процессе съемки на экран монитора выдаются: положение измерительной марки прибора и ее геодезические координаты, редактируемая линия в белом цвете, нанесенные уже контура и элементы местности в розовом цвете, изображение цифровой модели, если она существует, в голубом цвете. Указанное изображение можно перемещать, выполнять его центровку и масштабировать. Регистрацию пикетов можно осуществлять в ручном и автоматическом режимах. Можно задавать тип регистрируемых линий, и если необходимо, их направление и т.д.

В программе предусмотрены операции склеивания и фильтрации информации. Склеивание это логическая операция, в результате которой два элемента имеющие одинаковую часть заменяются одним элементом. Она обеспечивает объединение одноименных структурных элементов объекта, расположенных в зоне перекрытия съемки соседних стереопар; съемки, выполненной с различных базисов, а также при пополнении цифровой модели объекта. Эта операция осуществляется автоматически, если расхождение в положении точек перекрывающихся объектов не превосходит допусков.

Фильтрация это операция автоматического удаления избыточной информации. Параметрами фильтрации являются: минимальное и максимальное расстояние между пикетами и допустимое расстояние между исключаемой точкой и прямой проходящей через два смежных с ним пикетов. Следует заметить, что на производстве стремятся экспортировать результаты автоматизированной обработки в более развитые программные продукты, оперирующие с векторными данными, например в Автокад.