Островський А.Л., Мороз О.І., Тарнавський В.Л. Геодезія, частина II

Подождите немного. Документ загружается.

і -~+ау- .і і

-ч

Рис. У.2.5. Визначення цифрового фотограмметричного знімка.

У цифровій фотограмметрії традиційне вимірювання координат

знімка замінюють ідентифікацією окремих пікселів. Цю ідентифікацію

бажано автоматизувати. Для фотограмметричного опрацювання цифрового

знімка необхідно внутрішнє орієнтування. На рис. У.2.5 задано положення

головної точки цифрового знімка Я в координатній системі Х

, ¥

. Врахо-

вуючи малі розміри пікселів, достатньо знати лише піксель, у якому

знаходиться головна точка. Не важко зрозуміти, що для обраної системи

координат, індекси і та у і є координатами центральних точок пікслів. При

цьому, за умови квадратних елементів зображення, фокусну віддаль камери /

можна записати в одиницях АХ або ДУ. Задаючи таким, дещо незвичним,

способом масштаб цифрового зображення (1 /М = //Я), ми зберігаємо

справедливість відомих у фотограмметрії рівнянь зв'язку координат точок

знімка та об'єкта.

У.2.9. Сканування фотознімків

По суті справи, диференційне перетворення або ортофототранс-

формування зображень також є скануванням. Проте, розміри квадратів -

"елементів зображення" при цьому були значні і виражались в одиницях-

десятках міліметрів. В цифровій фотограмметрії мова йде про сканування

малих елементів зображень - пікселів, розміри яких складають тисячні долі

міліметра (мікрони). Проте, принципова суть сканування така ж, як і

продемонстрована на рис. У.2.4.

499

Нагадаємо, що скануванням або дігіталізаціею називають процес

перетворення звичайного фотознімка в цифрову форму. Щоб не втратити

жодної інформації, яку несе фотознімок, потрібно інтервал сканування

узгодити з роздільною здатністю знімка. Роздільну здатність (РЗ) задають у

кількості ліній на один міліметр (лін/мм), тобто, роздільна здатність означає,

скільки штрихів та проміжків між ними можна розрізнити на відрізку в 1 мм.

Теоретичні розрахунки з врахуванням тільки дифракції дають навіть 250

лін/мм.

Насправді, на практиці, враховуючи інші недоліки лінз - "зер-

нистість" фотознімка, контрастність - ці можливості значно менші, приб-

лизно РЗ = 100 лін/мм. Кутова роздільна здатність (КРЗ) = 35". Фактична

середня монокулярна гострота зору людини становить ЗО". В геодезії

критичний кут зору, звичайно, беруть 60". Згідно з теоремою про сканування

можна отримати наступний інтервал сканування:

Щ[мм]<М(2-РЗ)

На практиці чисельник беруть рівним 0,7, тобто:

Д#[мм] = 0,7 /(2

•

РЗ)

Для знімка низької контрастності роздільна здатність становить 50

лін/мм. Тоді ДЦ = 0,7/(2 50)= 0,007 мм = 7 рм. Розмір пікселів менше за 7

цм у наш час вже існує. Проте інтервал сканування не можна порівнювати

із сенсорною величиною (світлочутливого) елемента сканера. Тільки під час

ідеального сканування інтервал сканування та величина сенсорного

елемента ідентичні. Тільки тоді маємо ідеальну схему сканування, показану

на рис. У.2.5. У деяких сканерах інтервал сканування дуже малий, а розмір

сенсора значно більший. Тоді буде перекриття пікселів з певним розтягу-

ванням вихідної інформації.

Зі зменшенням пікселів зростає співвідношення сигнал-шум, тобто

присутні спотворення і згасання корисного сигналу. Строге розв'язання цієї

неузгодженості виконане далеко не у всіх сучасних сканерах. В залежності

від розташування детекторів - світлочутливих сенсорів розрізняють три

різні конструкції сканерів:

1. Один детектор, який проходить над знімком по рядках (послі-

довно). Відомі фірми Неіі, Орігопідз, Зсіїех.

2. Ряд детекторів по рядках рухаються над знімком. В одному ряді

розміщені 2048 детекторів. Найменша величина пікселя - 7,5 мм.

Точність визначення позиції - 1 мм. За цим принципом працюють

РЬоІозсап Р81, фірми 2еі$з та Іпіег§гарЬ.

3. Квадратна матриця детекторів записує частину знімка. Ці частини

знімка можна об'єднати за допомогою сітки регулярних хрестів. В

західній літературі сітку хрестів називають "гезеаи", що в

перекладі із французької означає "сітка" (рис. У.2.6).

500

\ сканування частими знімка

рухома площина

детектора

Кехеаи- пластика

-7

Рис. У.2.6. Принцип сканування за допомогою сітки регулярних хрестів

"гехеаи".

За даним принципом працює сканер ЯЗІ фірми Коїіе] та сканер УХ

фірми Уехеї. Є дві технології використання "сітки". Перша: на фотознімок

зверху накладають сітку з награвійованими хрестами, а після цього

виконують сканування. Друга: наявність сітки в фокальній площині

фотокамери або в площинах знімка.

У.2Л0. Цифрові фотокамери

Цифрові камери, як і звичайні камери, складаються із власне камери,

об'єктива, затвору, блоку запису та передавання зображення до комп'ютера.

У площині знімка цифрової камери, якою знімають просторові тривимірні

об'єкти, встановлене плоске двомірне поле детекторів, яке власне і є блоком

запису зображення. В завантажених станах ці детектори подають спочатку

аналогові (безперервні) сигнали, які пізніше зчитуються комп'ютером через

певний інтервал. Як наслідок відбувається аналого-цифрове перетворення -

квантування. Таким чином, під квантуванням слід розуміти перетворення

аналогових сигналів у цифрові. У цифрових фотограмметричних камерах

використовуються переважно ССО-сенсори (СЬаг§е Соиріей Беуісе) -

прилад зі світлочутливими елементами (українською мовою ПЗЗ - прилад із

зарядним зв'язком). У порівнянні з оптичними фотокамерами ССО-сенсорні

цифрові камери є дуже маленькі за розмірами і відносно стабільні. їх

; називають ССО-камерами. У сучасному серійному виробництві

знаходяться цифрові камери, чутлива ділянка яких містить 500x500, рідше

1000x1000 чутливих елементів зображення (пікселів). Вже в 1991 р.

501

існували камери з 2000x2000 пікселами та з'являються цифрові камери з

4000x4000 елементами зображення. А у 2000 р. обсяг інформації в 1

гігабайт вже не вважається дуже великим (1 гігабайт = 1024 мегабайт).

Зауважимо, що відеокамери (професійні чи аматорські) також обладнані

ССО-сенсорами. Камери підпорядковані прийнятим стандартам. В Америці

стандарт 30 знімків за секунду; у Європі 25 знімків за секунду. Професійні

сучасні камери здатні робити 60 кадрів за секунду. Проте, у деяких

камерах є можливість збільшити частоту до 200 Гц. Цифрові камери

знаходять широке застосування, не тільки під час знімання місцевості для

складання карт, але й, наприклад, для визначення турбулентності

атмосфери, аномальної рефракції, інших явищ. Відомо, наприклад, що для

розміру пікселів 9 мкм і об'єктиві з фокусною віддаллю 400 мм та

роздільною здатністю камери близько 0,05 від розміру чутливого елемента,

можливо досягти точність вимірювання коливань зображень предмета 0,01

мм на віддалі 20 м.

Знімки, отримані цифровою камерою, також трансформуються.

Проте, зміст такого трансформування дещо інший. Отримання цифрового

ортофотозображення (трансформованого) полягає в тому, щоб із

цифрового знімка, заданого в системі координат цифрової фотограм-

метричної камери, перейти до деякої топоцентричної системи координат

матриці зображення в площині ХУ, причому, тут мова йде не про систему

координат об'єкта, а про систему координат у площині ХУ (координат

матриці зображень).

Цифрові (трансформовані) ортофотознімки мають переваги в

порівнянні зі звичайними знімками:

• суттєво вища геометрична точність;

• такий знімок можна коректувати;

• покращується можливість монтажу декількох цифрових трансфор-

мованих зображень, які можна ідеально підібрати за рівнем сірого

тону в місцях з'єднань;

• підсилення контурів за допомогою відповідної фільтрації;

• цифровий знімок можна розглядати як власну інформаційну

систему в геоінформаційній системі; головне: можливість

комп'ютерного опрацювання цифрових ортофотозображень.

У.2.11 Цифрові фотограмметричні станції

Цифровими фотограмметричними станціями називають інтегровані

або модульні комплекси приладів, призначених для вирішення фотограм-

метричних задач на базі цифрових знімків. Загалом, програмне забезпечення

для розв'язання фотограмметричних задач можна встановити на кожному

комп'ютері. Проте, периферійне обладнання повинно бути досить

різнобічним та нараховувати повний набір основних технічних засобів, а

саме:

502

• пристрій для одержання зображень, який утворює цифрові знімки

від сканера, ССО-камери або інші засобів;

• графічний екран (монітор) з 1024x768 пікселями і більше;

• диск (зовнішня пам'ять) для збереження зображень (наприклад,

10000x10000 пікселів);

• глибини зображення 8 байт і більше (8 байт для кожного ос-

новного кольору - червоного, зеленого, синього);

• швидкодіючий процесор (12,5 мільйонів операцій за секунду

(МІРЗ) і більше);

• оперативна пам'ять (1 Гбайт і більше).

Таким вимогам відповідають потужні РС (Регзопаї Сотриіег) і

цифрові станції (\Уогк8іаІіоп§). Для різногалузевого застосування цифрового

опрацювання зображень створені системи електронного опрацювання даних

(ЕОД). Для геоінформаційних систем (ГІС) також створені системи ЕОД.

Проте, топографо-картографічні задачі розв'язують цифрові фотограм-

метричні станції. Виробники таких станцій - фірми, що є не тільки за

кордоном, але й в Україні.

Фотограмметричним станціям властиве стереоспостереження циф-

рових зображень. У даний час існує чотири різні методи отримання стерео-

зображень:

• стереоскопами (лінзовими або дзеркальними);

• кольоровими окулярами (метод анагліфів);

• окулярами із затвором - рідким кристалом;

• поляризаційними окулярами; зауважимо що в даний час поляри-

заційна техніка також працює на основі оптичних властивостей.

Нижче подамо деякі технічні характеристики цифрових фотограм-

метричних станцій деяких відомих фірм.

ІпІег§гарЬ (Нипізуіііе, США) пропонує систему Іша§е8ІаІіоп: екран

1664x1248 пікселів; глибина зображення 24 біт. Стереоскопія: за допомогою

затворів - рідких кристалів та інфрачервоного управління з частотою 120

або 60 Гц на один знімок. Комп'ютер: 14 МІРЗ - швидкодія процесора, 32-

256 Мбайт оперативна пам'ять; 1Гбайт дискова пам'ять.

Ьеіса (НеегЬги§§, Швейцарія) пропонує БУР (Бі§і1а1 Уісіео РІоПег).

Програмне забезпечення Ьауаі Ііпіуегзіїу (<ЗиеЬес, Канада). Екран: 800x600

або 1024x768 пікселів; глибина зображення 8 біт. Стереоскопія: половини

зображень з двох знімків зі стереоскопом. Комп'ютер будь-який РС.

2еІ88 (Німеччина) недавно представила цифрову фотограмметричну

робочу станцію РЬосІіз 8Т (рис. У.2.7.).

Основні характеристики стереоплотера РЬосііз ЗТ: одержання інфор-

мації зі сканованого РЬоІо-8сап Р31. Стереоскопія: розділення зображень

шляхом використання затвору - рідкого кристалу; "мишка" з нерухомою

позиційною маркою та рухомою картиною (тоуіп£-іта£е-іїхесі-сиг§ог).

Комп'ютер: Зііісоп ОгарЬіс \Уогк5ІаІіоп (обчислювач 8С1 з 64 Мбайт

503

оперативної пам'яті, 2 Гбайт дискової пам'яті та 85 МІРЗ). За допомогою

програмного пакету ТорозигГ можна автоматично будувати цифрові моделі

поверхні, а за допомогою РЬосііз ОР - цифрові ортофото.

Рис. У.2.1. Цифровий стереоплоттер РЬосііз 8Т фірми 2еізз.

Науково-виробниче підприємство "Геосистема" (Вінниця, Україна)

пропонує цифрову фотограмметричну станцію "Дельта" та аналітичну

фотограмметричну станцію "Стереоанаграф". ЦФС "Дельта" забезпечує

повну технологічну ланку фотограмметричного опрацювання: тріангу-

ляцію, орієнтування, векторизацію (дігіталізацію) у моно і стереорежимі;

створення, оформлення та роздрук електронних карт і мозаїчних

ортофотокарт; інтерполяцію та побудову горизонталей. Працює із чорно-

білими та кольоровими растрами розміром до 4 Гб. "Дельта" базується на

стандартному Іпіеі сумісному комп'ютері із системою \¥іпсіош5

98/МЕ/2000/ХР. Аналітична фотограмметрична станція "Стереоанаграф" є

високоточним стереоплотером, що використовується для фототріангуляції

і стереоскладання, створення та редагування багатошарових цифрових

карт, працює з аерознімками та космічними знімками, чорно-білими та

кольоровими до 300x300 мм. Програма для створення та оновлення

електронних карт "Оі§ііа1з" дозволяє складати, редагувати і розмножувати

топокарти у відповідності з вимогами до умовних знаків; створювати

спеціальні та кадастрові плани і топооснови для ГІС. Керівний комп'ютер

ІпіеІЛУіїнІошз. Роздільна здатність - 1 мм. Приладна середня квадратична

похибка - 3 мм. Маса АФС - 250 кг. Габаритні розміри в мм -

1600x1400x1000 (див. рис. У.2.8).

504

Рис. У.2.8. Аналітична фотограмметрична станція "Стереоанаграф".

"Геосистема" також пропонує три види сканерів:

• кольоровий сканер "Дельта" для знімків розміром 470x320 мм та

рулонних фільмів шириною до 320 мм, мінімальний розмір

пікселя - 8 цм, роздільна здатність - 1 цм, ПЗС-лінійка - кольо-

рова 8СЖІ 3x5300x8, освітлювач - потужний світлодіод. Скану-

вання чорно-білого знімка розміром 230x230 мм із роздільною

здатністю 16 цм і 256 градаціями відбувається за 6 хвилин;

• планшетний сканер "Ріашсап" для сканування чорно-білих і

кольорових картографічних матеріалів розміром до 800x600 мм на

носії будь-якої товщини та твердості. Сканер має 600 сірі (розмір

пікселя 40 рм);

• проекційний картографічний сканер "Ртозсап" (максимальний

розмір носія - 800x600 мм, спеціально призначений для планшетів

на дуже деформованому носії). Має 400 сірі (розмір пікселя - 60

цм). Вихідні дані сканера в форматі Тгие Соїог (24 біт) або з 256

градаціями сірої шкали (8 біт). Час сканування відповідно 8 та 5

хвилин.

Літаратура

1. Баканова Б.Б. Крупномасштабньїе топографические сьемки. - М.:

Недра, 1983.- 181 с.

2. Генике А.А. Побединский Г.Г. Глобальньїе спутниковьіе системи

определения мєстоположения и их применение в геодезии. - М.:

Картгеоцентр, 2004. - 350 с.

3. Геодезія. Частина

(під редакцією д.т.н. проф. С.Г.Могильного і д.т.н.

проф. С.П.Войтенко). - Чернігів: 2002. - 407 с.

4. Геодезия. Топографические сьемки (под редакцией В.П.Савиньїх и

В.Р.Ященко). - М.: Недра, 1991. - 315 с.

5. Інструкція з топографічного знімання у масштабах 1:5000, 1:2000,

1:1000 та 1:500. - Київ: 1999. - 155 с.

6. Инструкция по нивелированию І, II, III и IV классов. - М.: Недра,

1990.- 167 с.

7. Инженерная геодезия (под редакцией П.С.Закатова). - М.: Недра,

1976.-582 с.

8. Инженерная геодезия: учебник для вузов / Б.Б.Клюшин, М.Н.Киселев,

Д.Ш.Михелев [и др.] (под редакцией Д.Ш.Михелев). - М.: Вьісшая

школа, 2000. - 464 с.

9. Костецька Я.М. Геодезичні прилади. Частина II. Електронні

геодезичні прилади, - Львів: 2000 - 320 с.

10. Краус Карл. Фотограмметрія (переклад з німецької мови З.Кузик). -

Львівське астрономо-геодезичне товариство, 2001. - 428 с.

11. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия. - М.:

Недра, 1981.

12. Мориц Г. Фигура Земли. Теоретическая геодезия и внутреннее

строение Земли (перевод с английского под редакцией академика АН

Украиньї Я.С.Яцкива). - Киев: 1944. - 239 с.

13. Моторний А.Д. Новьіе системи звеньев полигонометрии. -

Издательство Львовского государственного университета, 1955. - 36 с.

14. Основньте положення по вибору масштаба и вьісотьі сечения рельефа

топографических сьемок населенних мест. /ГУГК СССР. - М.: 1980.

15. Островский А.Л., Мороз А.И. Теория и практика флуктуационного

метода определения рефракции // Известия вузов Геодезия и

азрофотосьемка. - 2000. - №3. - С 11-29.

16. Островський А., Островська О., Новосад В., Кіселик О. Порівняльні

дослідження точності автоматизованого визначення та врахування

аномальної вертикальної рефракції // Геодинаміка №1 (4). - Львів:

2004 -С. 17-24.

17. Островский А.Л., Маслич Д.М., Гребенюк В.Г. Геодезическое

прибороведение. Львов: Издательство при ЛГУ издательского

обьединения "Вища школа". - 1983. - 206 с.

506

•і

18. Практикум по курсу прикладной геодезии (под редакцией

Н.Н.Лебедева). - М.: Недра, 1980.

19. Технические средства автоматизации полевьіх процесов наземньїх

крупномасштабньїх сьемок. - ЦНИИГАиК. Обзорная информация.

Вьіп. 75.-М.: 1983.-42 с.

20. Топографо-геодезична та картографічна діяльність (законодавчі та

нормативні акти). Частина І. Головне управління геодезії, картографії

та кадастру. - Київ: 2000. - 405 с.

21. Тревого И.С., Шевчук П.М. Городская полигонометрия. - М.: Недра,

1986.- 197 с.

22. Третяк К.Р., Шушкова Т.М. До питання тривалості ОРЗ-вимірів при

побудові державних мереж 1-го та 2-го класів. Геодезія, картографія і

аерофотознімання. Міжвідомчий науково-технічний збірник. № 61.

НУ "Львівська політехніка". - 2001. - С. 124-132.

23. Третяк К.Р., Романишин І.Б. До питання попереднього розрахунку

точності навігаційних СРЗ-вимірів. Сучасні досягнення геодезичної

науки та виробництва. - Львів: 2004. - С. 149-157.

24. Третяк К.Р., Глотов В.М. Оцінка впливу додаткового відбиття ОР8-

сигналів на точність визначення місцеположення. Геодезія,

картографія і аерофотознімання. Міжвідомчий науково-технічний

збірник. № 65. НУ "Львівська політехніка". - 2004. - С. 72-76.

25. Третяк К.Р., Романишин І.Б. Методика оптимального проектування

мережі перманентних станцій України. Вісник геодезії та картографії.

№4(35). - Київ: 2004. - С. 149-157.

26. Третяк К.Р., Романишин І.Б. Оптимальна модель мережі перманентних

станцій України. Сучасні досягнення геодезичної науки та

виробництва. - Львів: 2005. - С. 169-180.

27. Учет атмосферних влияний на астрономо-геодезические измерения.

А.Л.Островский, П.М.Джуман, Ф.Д.Заблоцкий, Н.И.Кравцов. -М.:

Недра, 1990.-235 с.

28. Чеботарев А.С. Геодезия, часть II. Издательство геодезической и

картографической литературьі. - 1949. - 623 с.

29. Шевченко Т.Г., Мороз О.І., Тревого І.С. Геодезичні прилади. - Львів:

Видавництво НУ "Львівська політехніка". 2006.-459 с.

30. Есішагсі Озасіа. 0е0сіе2)а. ОГісіупа АУусІашпісга РоІііесЬпікі Шгосіатеке].

\Угос1а\у. 2001.-223 с.

31. МісЬаІ ОаМа, Есішагсі Кіу а\\'зкі, ЗіеГап Ргге\УІоскі. Оеосіегіа І

тісшісГл'о Ьис1о\УІапе. - \¥агз2а\уа-\Угос1а\у. 2000. - 402 с.

к.

507

6®

• - '* V.-А--"-'лі*

Ф.ї

Навчальне видання

Л:

•і А»,'

"••VI;

Островський Аполінарій Львович

Мороз Олександр Іванович

Тарнавський Володимир Левкович

л...

7МГ

-*-

ГЕОДЕЗІЯ

Частина друга

•

* к

•Є> V

За загальною редакцією

заслуженого діяча науки і техніки України,

доктора технічних наук,

професора Островського АЛ.

О» * •' "і

«' )

V-. ••.

'ЛЛ'

• V. ' і

Л-

^ з £ ^ ,

' '

•

-а. •

'-'Я- '

ХІ •!

.'У*; /у.-

•

V':

!»

-V

Здано у видавництво 12.06.07. Підписано до друку 16.08.07.

Формат 70х 100/16. Папір офсетний. Гарнітура Тіте$.

Друк офсетний. Умови, друк. арк. 41,1. Обл.-вид. арк. 9,35.

Наклад 500 прим.

і.

•

Друк Т'ЮВ «Простір-М»

79000, м. Львів, вул. Чайковського, 27

Г:

-- ч-

;