Ракурс
English info@racurs.ru

Статьи и презентации

Библиография PHOTOMOD

Опыт пользователей

Учебные материалы

Материалы конкурса PHOTOMOD Lite

Вики — фотограмметрия

 НОВОСТИ  О КОМПАНИИ  ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ  ДАННЫЕ ДЗЗ  УСЛУГИ  ОБУЧЕНИЕ  ПОДДЕРЖКА  БИБЛИОТЕКА  КОНТАКТЫ  ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 
 Статьи и презентации  Вики — Фотограмметрия 

Применение цифровых неметрических камер и лазерных сканеров для решения задач фотограмметрии

А.П.Михайлов, А.Г.Чибуничев, В.М.Курков (Московский Государственный Университет Геодезии и Картографии, Москва, Россия), Эдуардо Д. Пиатти (Государственный Университет Сан Хуана, Сан Хуан, Аргентина)

Скачать эту статью (PDF, 1.32 МB)

Введение

В последнее время разработано немало новых технологий и программного обеспечения, обеспечивающих решение измерительных задач, традиционно решаемых методами фотограмметрии. Из современного оборудования следует выделить системы цифровой съемки (матричные и сканирующие), системы GPS и INS, лазерные сканеры (авиационные и наземные). В то же время появилось фотограмметрическое ПО с новейшими методами обработки результатов различных типов съемки.

В данной работе рассмотрены некоторые примеры решения задач фотограмметрии с применением цифровых неметрических камер и лазерных сканеров, осуществляемые в Центре Фотограмметрии, Картографии и Кадастра Государственного Университета Сан-Хуана и на кафедре фотограмметрии МИИГАиК.

1. Калибровка цифровых неметрических камер

В настоящее время на рынке цифровых неметрических камер наблюдается большое разнообразие как профессионального, так и любительского оборудования. Данные камеры обладают хорошими радиометрическими характеристиками, но геометрия оставляет желать лучшего — дисторсия объективов достигает значения 500 мкм. Поэтому прежде чем использовать камеры в целях фотограмметрии, необходимо провести их калибровку.

В МИИГАиК для определения геометрических характеристик различных камер используется тест-объект (рис. 1), состоящий из более чем 100 точек, а также специальная программа для определения параметров внутреннего ориентирования и дисторсии объектива (рис. 2).

Рисунок 1.
Рисунок 2.

В основу данной программы положено следующее уравнение:
(1)

где dx,dy — коэффициенты поправки, связанной с дисторсией объектива, определяемые следующим образом:
(2)

x,y — координаты точек фотоснимка;

k1,k2 — коэффициенты радиальной дисторсии;

p1,p2 — коэффициенты тангенциальной дисторсии;

r — расстояние до главной точки;

r0 — расстояние до точки нулевой дисторсии.

Результаты работы данной программы приводятся в виде сертификата фотограмметрической калибровки, содержащего все калибровочные параметры камеры. Пример приведен на рис. 3.

Рисунок 3.

Результаты калибровки и оценка точности работы соответствующих цифровых камер приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Параметры: Olympus C2 Sony Minolta 5 Kodak ProBack
Матрица (пикс) 1600 x 1208 2048 x 1536 2560 x 1920 4072 x 4072
f/m (пикс) 1700.46/0.7 1994.41/0,54 2143.41/0.90 5101.77/1.5
x0/m (пикс) 856.45/1.5 1009.57/0,57 1279.54/0.77 2041.53/1.4
y0/m (пикс) 586.09/1.7 777.74/0.78 959.67/1.00 2082.78/1.6
К1/m -7.22e-08/1.85e-09 -3.49e-08/5.52e-10 -4.81e-08/5.54e-10 -3.33e-09/1.97e-10
К2/m 3.61e-14/1.97e-15 6.09e-15/3.38e-16 9.80e-15/2.44e-16 1.36e-16/2.57e-17
P1/m 2.43e-08/2.55e-08      
P2/m 4.33e-07/2.28e-07      
Myx (пикс) 0.22 0.32 0.26 0.46
Myy (пикс) 0.21 0.30 0.33 0.65
MX (мм) 1.4 2.1 1.05 0.7
MY (мм) 1.4 2.0 1.19 1.1
MZ (мм) 1.5 1.9 1.4 1.2
MZ:Z 1:4000 1:4000 1:4300 1:5000

Здесь f,x0,y0,K1,K2,P1,P2 — калибровочные параметры камеры;

m — систематическая погрешность этих параметров;

Mvx, Mvy — систематические погрешности на опорных точках снимка;

MX, MY, MZ — систематические погрешности на контрольных точках после обработки пары снимков в системе PHOTOMOD.

Испытания камер Olympus C2, Minolta 5 и Kodak ProBack проведены в МИИГАиК (удаление Z~6м), а камеры Sony в Центре Фотограмметрии, Картографии и Кадастра Университета Сан-Хуана (удаление Z~8м).

Данные результаты демонстрируют достаточную надежность методов, применяемых для калибровки камер, а также тот факт, что после фотограмметрической обработки снимков, погрешность фотограмметрических измерений не превышает допустимой (приблизительно 1 мм).

В течение последних 2-3 лет в МИИГАиК по заказу различных организаций ("Парнас" (Литва), "Геокосмос" (Россия), "Креал" (Россия), "Юстас" (Россия) и др.) проводилась калибровка различных камер. Перечисленные организации используют камеры для решения задач топографии, кадастра, мониторинга линейных объектов, архитектуры и строительства.

Ниже приведены примеры наших работ с применением цифровых камер в архитектуре и программах по защите исторических памятников.

2. Использование цифровых камер в архитектуре и программах по защите исторических памятников

Для изучения возможных способов применения цифровых неметрических камер в архитектуре (разработка чертежей, сечений, ортофото и т.д.) выбран чертеж здания по проекту архитектора Казакова. Это здание является памятником архитектуры XVIII века. Представляет собой образец типичного русского классицизма и в настоящее время охраняется государством.

Съемка фасада здания выполнена фотограмметрической камерой UMK 13x18 с фокусным расстоянием F=100 мм, а также цифровыми камерами Canon (6 Мпикс, F=3000 пикс.) и Mamiya-KodakProBack (16 Мпикс, F=5000 пикс.). Калибровка цифровых камер осуществлена описанным выше способом. Опорные точки измерены геодезическими методами с точностью 5 мм. Эти точки расположены на контурах фасада. Расстояние между объектом съемки и камерой приблизительно 20 м.

Кроме того, сам фасад был снят с помощью лазерного сканера Cyrax 2500, с точностью определения координат точек — 4-6 мм.

В цифровой фотограмметрической системе PHOTOMOD (версия 3.11) реализован метод обработки снимков, решающий следующие задачи: фототриангуляция, стереовекторизация фасадов и построение ортофото.

В таблице 2 приведены результаты фототриангуляции с применением различных камер.

Таблица 2.
Наименование камеры Остаточный параллакс (пикс.) Отклонения на опорных точках (мм) Отклонения на контрольных точках (мм)
mx,y mz mz/H mx,y mz mz/H
UMK13X18 4 мкм - - - 9 6 1/3000
Mamiya Kodak ProBack (16 Мпикс) 0.1-0.2 3 4 1/5500 8 7 1/3000
Canon (6 Мпикс) 0.1-0.2 4 5 1/5000 9 8 1/3000

В данной таблице параметры точности (точности относительного и абсолютного ориентирования) соответствуют техническим характеристикам рассмотренных камер (см. табл. 1). После фототриангуляции и уравнивания контрольных точек, конечная погрешность съемки немного выше ожидаемой. Более важно то, что результаты, выдаваемые метрической камерой UMK и неметрическими камерами, аналогичны. Этот факт позволяет использовать цифровые неметрические камеры в архитектурных работах.

Чертеж фасада выполнен в PHOTOMOD (рис. 4) и смоделирован в AutoCad (рис. 5)

Рисунок 4.
Рисунок 5.

В Центре Фотограмметрии, Картографии и Кадастра Национального Университета в Сан Хуане цифровые неметрические камеры также применяются для решения задач, подобных рассмотренным выше. В 80-е годы проводилась съемка статуи, установленной на площади Понимания перед Столичным Департаментом в Сан Хуане (Аргентина). Съемка велась метрической камерой Wild P31 и, впоследствии неметрической камерой (Kodak K24). Калибровка неметрической камеры проведена на оптической скамье, установленной в упомянутом Центре. Снимки обрабатывались посредством стереоплоттера Wild A10 и цифрового стереокомпаратора (рис. 6).

Рисунок 6.

Недавно с помощью камеры Sony, была проведена съемка того же памятника. Снимки обработали в программе PHOTOMOD, установленной в упомянутом Центре (рис. 7).

Рисунок 7.

После абсолютного ориентирования модели, погрешность не превысила 3 мм.

На рис.8 изображен результат воссоздания статуи.

Рисунок 8.

В настоящее время в России проводится множество работ по реставрации, реконструкции и охране исторических памятников. Некоторые из работ осуществляются отделом фотограмметрии МИИГАиК. Из недавних мероприятий, в которых отдел принимал участие, следует отметить проект реставрации Кремлевского кафедрального собора (рис. 9).

Рисунок 9.

Съемка проведена камерой Mamiya KodakProBack (16 Мпикс). Точность на опорных точках 9 мм, что удовлетворяет требованиям проекта.

В настоящий момент проводятся работы по реконструкции памятника скульптора В.И. Мухиной "Рабочий и колхозница". Этот памятник, по праву считающийся символом советской эпохи, был впервые выставлен на Парижской международной выставке в 1937 году, и затем перевезен в Москву. Высота всего памятника 36 метров. Для замены несущей конструкции внутри монумента нужно было измерить внешнюю поверхность с точностью до 3-4 см. Памятник снимали снаружи, с различных точек, используя цифровую камеру Minolta (5 Мпикс), установленную в кабине подъемного крана. Съемка велась с расстояния 20-25 метров. Обработка снимков реализована с помощью программы PHOTOMOD, полученная точность 2 см (рис. 10).

Рисунок 10.

3. Применение результатов лазерного сканирования для создания ортомозаики архитектурных объектов.

Одновременно с появлением лазерного сканирования, позволяющего получать трехмерную модель исследуемого объекта, началось его применение в фотограмметрических работах. С тех пор наш университет (МИИГАиК) с интересом следит за продвижением данных исследований с целью разработки в будущем более эффективных технологий, объединяющих возможности современной фотограмметрии и лазерного сканирования.

Один из проведенных экспериментов заключался в сравнении результатов фотограмметрической съемки фасада уже упоминавшегося здания (рис. 4 и 5) и сканирования того же здания посредством лазерного сканера Cyrax 2500. Чертеж фасада, полученный в результате векторизации в PHOTOMOD, был наложен на множество точек, полученных при лазерном сканировании (рис. 11).

Рисунок 11.

В обеих моделях достигнута практически одинаковая точность, а на графиках совпадают все архитектурные элементы. Однако из-за дискретного характера излучения лазер не позволяет получать сплошное изображение всего объекта и собирать векторные данные сложных объектов, в особенности мелких архитектурных деталей. При создании цифровой модели поверхности объекта, мы приняли за основу множество полученных при лазерном сканировании точек. В конечном итоге была получена ортофотомозаика, на основе цифровых снимков и множества точек, полученных при лазерном сканировании и векторизации линейных объектов в PHOTOMOD (рис. 12).

Рисунок 12.

Данная технология позволяет экономить время при получении точной метрической информации, не требуя векторизации большинства линейных объектов. Как графический материал, ортофотомозаика несомненно несет в себе гораздо больше информации по сравнению с обычными чертежами.

Благодарим:

  • Российскую компанию "Ракурс" за предоставленную для обработки фотограмметрических данных систему цифровой фотограмметрии PHOTOMOD
  • Российскую компанию "GFK" за предоставленные результаты наземного лазерного сканирования
  • Центр Фотограмметрии, Картографии и Кадастра Государственного Университета Сан-Хуана за помощь и техническую поддержку во время исследований.

Подписка на новости 129366, г. Москва
ул. Ярославская, д. 13А, офис 15
Tel   (495) 720-51-27 (многоканальный)
Fax   (495) 120-40-17
Последнее обновление: 16.05.2019© Ракурс, 2004-2019