- •Наземная фотограмметрия
- •7.1 Области применения наземной фотограмметрии
- •7.2 Съемочные камеры, применяемые в наземной фотограмметрии
- •7.3 Фотограмметрическая калибровка цифровых съемочных камер
- •7.3.1 Калибровка цифровых фотокамер по снимкам пространственного тест-объекта.
- •В которых:
- •7.3.2 Калибровка цифровых фотокамер по снимкам плоского тест-объекта.
- •7.3 Системы координат, применяемые в наземной фотограмметрии и элементы ориентирования наземных снимков.
- •7.4 Основные случаи наземной стереофотограмметрической съемки
- •7.5 Точность наземной стереофотограмметрической съемки.
- •7.6 Особенности фотограмметрической обработки наземных снимков
- •7.6.5 Определение приближенных значений элементов внешнего ориентирования снимков
- •7.8 Цифровые фотограмметрические системы для наземной фотограмметрии
7.3 Фотограмметрическая калибровка цифровых съемочных камер
Фотограмметрическая калибровка цифровых съемочных камер выполняется с целью определения значений элементов внутреннего ориентирования съемочных камер, включая параметры фотограмметрической дисторсии объектива съемочной камеры.
Поправки dx и dy в координаты измеренных на снимке точек, компенсирующие влияние фотограмметрической дисторсии объектива съемочной камеры, в общем случае описывается различными уравнениями. Наиболее широко используются уравнения
, (7.1)
в которых:
x,y – координаты точек снимка;
k1,k2,k3 – коэффициенты радиальной дисторсии;
p1,p2 – коэффициенты тангенциальной дисторсии объектива;
;
xo, yo- координаты главной точки снимка.
Как показал практический опыт фотограмметрической калибровки цифровых фотокамер, для описания фотограмметрической дисторсии в подавляющем большинстве случаев достаточно ограничиться коэффициентами k1 и k2 системы уравнений (7.1) .
Инструментальные и фотографические методы фотограмметрической калибровки съемочных камер, а также методы их калибровки по снимкам звезд подробно рассмотрены в курсе «Аэрокосмические съемки». Поэтому в настоящем курсе рассмотрены только методы фотограмметрической калибровки цифровых фотокамер по снимкам пространственного и плоского тест-объекта, так как эти методы наиболее широко используются при фотограмметрической калибровке цифровых фотокамер, применяемых при выполнении наземной фотограмметрической съемки.
7.3.1 Калибровка цифровых фотокамер по снимкам пространственного тест-объекта.
В этом методе фотограмметрическая калибровка цифровых фотокамер производится по снимкам пространственного тест-объекта.
Тест-объект представляет собой пространственное поле маркированных точек. Наиболее оптимальным вариантом конструкции пространственного тест-объекта служит тест-объект, представленный на рис.7.9.
Рис.7.9 Пространственный тест-объект.
Этот тест-объект может быть смонтирован в прямоугольном помещении с размерами по оси X и Y от 2.5 до 5 м, а по оси Z от 6 до 10 м.
Рис.7.10
Тест-объект представляет собой близкую к плоскости поверхность, на которой жестко укреплены маркированные точки равномерно расположенные по площади. Кроме того, на верхней, нижней и боковых стенах помещения укрепляют ряды маркированных точек в сечениях стен плоскостями параллельными плоскости дальней стены. Максимальное расстояние между маркированными точками тест-объекта вдоль оси Z должно составлять величину от 0.2 до 0.4 расстояния от дальней стены до точки фотографирования. При калибровке длиннофокусных (узкоугольных) съемочных камер это отношение выбирается равным 0.4, а короткофокусных (широкоугольных) – 0.2. Для решения задачи калибровки необходимо располагать точки тест-объекта не менее чем в двух плоскостях. Однако для обеспечения возможности калибровки камер с различными фокусными расстояниями и повышения точности калибровки желательно располагать точки тест-объекта в 3-5 плоскостях.
Размеры тест-объекта рассчитываются следующим образом. На рисунке 7.10 изображен тест-объект в плоскости XZ. На рис. 7.10:
∆X – размер тест-объекта вдоль оси X;
∆Z3 - размер тест-объекта вдоль оси Z;
∆Z1 – расстояние вдоль оси Z от центра проекции съемочной камеры S до нулевого уровня расположения марок тест объекта на стене;
∆Z2 - расстояние вдоль оси Z от центра проекции съемочной камеры S до первого уровня расположения марок тест-объекта;
f –фокусное расстояние исследуемой камеры;
lx – размер светоприемной матрицы камеры вдоль оси x (длинная сторона кадра);
ly – размер светоприемной матрицы камеры вдоль оси у (короткая сторона кадра).
Длина помещения (∆Z1) рекомендуется в пределах от 6 до 10 метров. Тогда (рис.7.10) при ∆Z1 =6м ∆Z3 = 2.4м, а ∆Z2 = 3.6м. При ∆Z1 =10м ∆Z3 = 4м, а ∆Z2 = 6м.
Размер тест-объекта вдоль осей X и Y можно подсчитать по формуле:
Для фотокамеры имеющей f = 50 mm, lx =36 mm, ly =24 mm и ∆Z2 = 6 м размеры тест-объекта будут соответственно равны:
∆X = 4.3 м и ∆Y = 2.9 м
На нулевом уровне марки располагаются по вертикали 6-7 рядами в каждом из которых по 8-10 марок.
На первом и втором уровнях марки располагаются по периферии по 8-10 марок на каждой стене,на потолке и на полу.
Точки (марки) тест-объекта должны быть выполнены в виде четких геометрических фигур, обеспечивающих максимальную точность наведения измерительной марки цифровой фотограмметрической системы при измерении координат их изображений на снимках.
Координаты точек тест-объекта должны быть определены в местной прямоугольной системе координат, координатная плоскость XY которой должна быть приблизительно параллельна плоскости дальней стены, а ось Z – дополнять систему координат до правой (рис.7.10).
Координаты X и Y точек должны быть определены со средними квадратическими погрешностями, максимально допустимые значения которых определяются по формуле:
в которой:
Zmin - расстояние по оси Z от точки фотографирования до ближайшей к ней точки тест-объекта;
f – фокусное расстояние съемочной камеры;
∆ - размер пикселя светоприемной матрицы съемочной камеры.
Координаты Z точек должны быть определены со средними квадратическими погрешностями, максимальное значение которых, определяется по формуле:
в которой ∆Z – расстояние вдоль оси Z от дальней стены до ближайшей к съемочной камере точки тест-объекта.
Определение пространственных координат точек тест-объекта целесообразно проводить методом прямой геодезической засечки с помощью электронных техеометров обеспечивающих измерение горизонтальных и вертикальных углов со средними квадратическими погрешностями 3” -5”.
Определение параметров внутреннего ориентирования съемочных камер, т.е. их фотограмметрическая калибровка по снимкам пространственного тест-объекта, основано на совместном решении системы уравнений коллинеарности, составляемых для каждого измеренного на цифровом снимке изображения точки тест-объекта.
Эти уравнения имеют вид:
, ( 7.2)