10. Физические источники искажения изображения
Реальное изображение, полученное в процессе аэрофотосъемки, содержит не только рассмотренные выше искажения геометрического характера, обусловленные особенностями центрального проектирования. Особую группу составляют так называемые физические факторы, обусловленные влиянием атмосферной рефракции, кривизны Земли, деформации фотоматериала, его недостаточным выравниванием в плоскость, вертикальных и горизонтальных перемещений и вибраций съемочной камеры в моменты экспозиции и пр. Часть этих факторов, в которых установлена закономерность, учитывается при аналитической обработке, влияние другой части факторов максимально ослабляют технологически.
57
|
Глава 4. ТЕОРИЯ ПАРЫ СНИМКОВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1. Формулы связи координат точек местности и их изображений на |
|
||||||||||||
|
стереопаре снимков (прямая фотограмметрическая засечка). |
|
|
|
||||||||||
|
На рис. 4.1 показана стереопара снимков Р1 и Р2, на которых точка местности |
|||||||||||||
М изобразилась соответственно в точках m1 |
и m2. Будем считать, что элементы |
|||||||||||||
внутреннего и внешнего ориентирования снимков известны. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
Выведем |
|
формулы |
||||||
|
|
|
B |
|
•S2 |
связи |
координат |
|
точек |
|||||
|
S1• |
|
|
|
|
местности |
и |
|
координат |
их |
||||
|
|
|
|
|
изображений |
|
на |
стереопаре |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
снимков. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r1 |
|
|
|
r2 |
Из рис. 4.1 |
следует, что |
|||||||
|
|
|
|
векторы |
RM |
иRS |
определяют |
|||||||
|
|
|
P1 |
P2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
соответственно |
положение |
|||||||||
|
m |
|
|
m2• |
|
точки местности М и центра |
||||||||
|
1 |
• |
|
|
проекции |
|
S |
1 |
снимка |
Р |
||||
|
RS1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
||
|
|
|
|
|
|
относительно начала системы |
||||||||
|
|
|
R1 |
R2 |
|
координат |
объекта |
OXYZ. |
||||||
|
|
|
|
Вектор |
|
В |
|
определяет |
||||||
X |
|
|
|
|
|
положение |
центра |
проекции |
||||||
|
|
|
|
|
S2 снимка Р2 относительно |
|||||||||
|
Y |
|
|
•M |
|
|||||||||
|
|
|
|
центра проекции S1. |
|
|
|
|||||||
|
RM |
|
|
Рис. 4.1 |
|
|
|
|
|
|
|
Векторы |
||
O• |
Z |
|
|
|
|
S1m1 r1 иS1M R1 |
||||||||
|
|
|
|
определяют положение точек |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
m1 и М относительно центра |
||||||||
проекции S1. Векторы |
|
иS2M R2 определяют положение точек m2 и М |
||||||||||||
S2m2 r2 |
||||||||||||||
относительно центра проекции S2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Из рис.4.1 |
следует, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RM RS R1 |
|
(4.1) |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так как векторы R1 и r1 коллинеарны, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
R1 Nr1 ; |
|
|
(4.2) |
|
|
|
|
|
|
||||
|
где N – скаляр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С учетом (4.2) выражение (4.1) будет иметь вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
(4.3) |
|
|
|
|
|
|
||
|
RM RS Nr1. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В координатной форме выражение (4.3) будет иметь вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
X |
X |
S1 |
|
X |
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
|
(4.4) |
|
Y |
YS |
N Y1 ; |
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
Z |
|
ZS |
|
|
|
|
||
|
|
Z1 |
|
|||||
|
|
1 |
|
|
|
|
||
где X1’,Y1’,Z1’ –координаты вектора r1 в системе координат объекта OXYZ.
X |
|
x |
|
x |
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
01 |
|
Y1 A1 y1 y01 . |
|||||||
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Z1 |
|
|
|||||
58
Найдем значение N, входящее в выражение (4.4). Из рис. 4.1 следует, что
R2 R1 B;
или с учетом (4.2)
R2 Nr1 B.
Так как векторы R1 и r1 коллинеарны, то их векторное произведение
R2 r2 0 .
С учетом (4.5) выражение (4.6) можно представить в виде
Nr B r2 N r1 r2 B r2 0;
или
N r1 r2 B r2 .
В координатной форме выражение (4.7) имеет |
вид: |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
i |
j |
|
k |
|
i |
j |
k |
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
BX |
BY |
BZ |
|
|
|
|
|
|
X1 |
Y1 |
|
Z1 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
X2 |
Y2 |
|
Z2 |
|
X2 |
Y2 |
Z2 |
|
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
N Y1Z |
2 |
Y2Z1 i X1Z |
2 |
X2Z1 j X1Y2 X |
2Y1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
BYZ2 BZY2 i |
BXZ2 BZX2 j BXY2 BYX2 |
|||||||||||||
где:
i, j,k- орты, совпадающие с осями координат X,Y,Z системы координат объекта
OXYZ;
BX, BY, BZ, X1’, Y1’, Z1’, X1’, Y1’, Z1’ – координаты векторов В, r1 и r2 в системе
координат объекта OXYZ.
X |
x |
|
x |
|
|
||
|
i |
|
|
i |
|
0i |
|
Yi Ai yi |
y0i |
, |
|||||
|
|
|
|
|
fi |
|
|
|
Zi |
|
|
|
|
|
|
где i – номер снимка, а |
|
|
|
|
|
|
|
|
BX |
XS |
|
|
XS |
|
|
|
BY |
YS |
2 |
YS |
1 |
|
|
|
|
|
. |
||||
|
|
2 |
|
1 |
|
||
|
BZ ZS2 ZS1 |
||||||
|
|
||||||
(4.5)
(4.6)
(4.7)
(4.8),
(4.9)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Так как векторы В r2 |
и r1 r2 |
коллинеарны ( так как векторы B,r1,r2 |
|
||||||||||||||||||||||
компланарны), значение N можно найти как отношение их модулей, то есть |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
N |
B r2 |
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.10) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
r1 r2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В координатной форме выражение (4.10) с учетом (4.8) имеет вид |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||
|
BYZ2 BZY2 2 |
BXZ2 BZX2 2 |
BXY2 BY X2 2 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
N |
2 |
; |
(4.11) |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
Y1Z |
2 |
Y2Z1 |
|
X1Z |
2 |
X2Z1 |
X1Y2 |
X2Y1 |
|
|
||||||||||||||
У коллинеарных векторов отношение их координат равно отношению их модулей, поэтому можно записать, что:
59
N |
BY Z2 BZY2 |
; |
4.12 |
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
Y1Z |
2 |
Y2Z1 |
|
|
|
||
N |
BX Z2 BZ X2 |
|
; |
( 4.13) |
||||
X1Z2 X2Z1 |
|
|||||||
|
|
|
|
|||||
N |
BXY2 BY X2 |
|
|
|
||||
|
|
|
. |
(4 .14) |
||||
|
|
|
||||||
|
X1Y2 |
X2Y1 |
|
|
|
|||
Таким образом, если известны элементы внутреннего и внешнего ориентирования стереопары снимков и измерены на этих снимках координаты соответственных точек x1,y1 и x2,y2, то сначала надо определить по одной из формул ( 4.12)-(4. 14) значение скаляра N, а затем по формуле (4.4) вычислить координаты точки местности X,Y,Z.
2. Формулы связи координат точек местности и координат их изображений на стереопаре снимков идеального случая съемки.
Видеальном случае съемки угловые элементы ориентирования снимков
стереопары 1= 1= 1= 2= 2= 2=0, а базис фотографирования параллелен оси Х системы координат объекта OXYZ.
Вэтом случае координаты базиса В будут равны BX=B, BY=BZ=O (B-модуль
В).
Примем, что XS1 YS1 ZS1 0, то есть начало системы координат объекта
OXYZ совмещено с точкой S1), f1=f2=f, a x0i=y0i=0.
Так как угловые элементы ориентирования снимков равны нулю, то
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
А1 А2 Е 0 |
1 0 , |
|||
|
|
0 |
0 |
|
|
|
1 |
||
X |
x |
|
|
|
|
i |
|
i |
|
аYi yi ,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где i – номер снимка. |
|
|
Zi |
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При этом выражение (4.13) примет вид: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
N |
BXZ2 |
BZX2 |
|
B f |
|
|
|
|
B |
|
B |
, |
(4.15) |
|
X1Z2 |
X2Z1 |
x1 f x2 f |
x1 x2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
p |
|
|||||||||
а выражение (4.4), которое мы представим в виде
XXS1 NX1
YYS1 NY1
|
|
|
|
||
Z ZS1 NZ1 |
||
будет иметь вид |
|
|
X Nx1 |
|
|
Y Ny1 , |
(4.16) |
|
|
|
|
Z Nf |
|
|
а с учетом (4.15) |
|
60
|
B |
|
|
|
|||
X |
|
|
x1 |
|
|
||
p |
|
||||||
|
|
|
|
|
|||
|
B |
|
|
|
|
||
Y |
y1 |
. |
(4.17) |
||||
|
|||||||
|
p |
|
|
|
|
||
|
|
B |
|
|
|
||
Z |
|
|
f |
|
|||
|
p |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
Так как из третьего уравнения выражения (4.17) следует, что
Z B , f p
то формулы связи координат (4.17) можно представить в виде |
|
|||||
|
|
Z |
|
|
|
|
X |
x1 |
|
||||
f |
|
|||||
|
|
|
|
|
||
|
|
Z |
|
|
(4.18) |
|
Y |
|
|
|
y1 |
||
|
f |
|||||
|
|
|
|
|
||
Z |
B |
f |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
p |
|
||||
|
|
|
|
|
||
3. Определение координат точек местности по стереопаре снимков методом двойной обратной фотограмметрической засечки.
Для определения координат точек местности по стереопаре снимков методом прямой фотограмметрической засечки необходимо, чтобы были известны элементы внешнего ориентирования снимков. В большинстве случаев практики их значения не известны. В этом случае определение координат точек местности по стереопаре снимков выполняют методом двойной обратной фотограмметрической засечки.
Решение задачи по этому методу выполняется в следующей последовательности:
1.Определяют элементы взаимного ориентирования снимков. Пять элементов взаимного ориентирования снимков определяют взаимную угловую ориентацию стереопары снимков и базиса фотографирования. Для их определения необходимо измерить не менее пяти соответственных точек на стереопаре снимков;
2.Строят фотограмметрическую модель объекта по измеренным на стереопаре снимков координатам изображений соответственных точек и значениям элементов взаимного ориентирования снимков. Построенная модель подобна сфотографированному объекту, но имеет произвольный масштаб и произвольно расположена и ориентирована относительно системы координат объекта;
3.Определяют элементы внешнего ориентирования фотограмметрической модели по опорным точкам. Эти семь элементов определяют масштаб модели, ее положение и ориентацию относительно системы координат объекта. Для их определения достаточно трех опорных точек, не лежащих на одной прямой. По значениям элементов внешнего ориентирования фотограмметрической модели и элементов взаимного ориентирования можно определить элементы внешнего ориентирования стереопары снимков;
4По координатам точек, определенных в системе координат модели, и элементам внешнего ориентирования модели определяют координаты точек в системе координат объекта.
4.Условие, уравнения и элементы взаимного ориентирования снимков
61