Цифровые технологии в ближней фотограмметрии
Калибровка бытовых цифровых и пленочных камер
Данная статья развивает тему новых возможностей фотограмметрических методов измерений в связи с появлением и быстрым прогрессом цифровых фотокамер и цифровых фотограмметрических систем (ЦФС), затронутую в предыдущей публикации (см. «Новые возможности традиционных технологий», «САПР и графика» № 8’99). На этот раз хотелось бы сообщить о практическом опыте измерения ближних, в том числе архитектурных, объектов, выполненных по рассматриваемой технологии специалистами кафедры фотограмметрии МИИГАиК и компании «Ракурс». В процессе измерений использовались цифровая камера Olympus Camedia C-2020ZOOM и метрическая малоформатная камера Rollei 35 metric. Для обработки полученных снимков применялись ЦФС PHOTOMOD фирмы «Ракурс» и ЦФС Ortophoto кафедры фотограмметрии МИИГАиК.
Калибровка бытовых цифровых и пленочных камер
Ключевым моментом фотограмметрических измерений с помощью обычных камер является их калибровка, то есть измерение фокусного расстояния, положения главной точки и дисторсии. Сделаем сразу два важных замечания:
- калибровка камер с переменным фокусным расстоянием (а таких большинство) возможна только на предельных значениях фокусного расстояния в силу конструктивной невозможности фиксации промежуточных значений фокуса у большинства моделей;
- измеренная дисторсия приближается радиальной зависимостью.
Результаты калибровки рассматриваемых камер приведены ниже.
- Цифровая камера Olympus Camedia C-2020ZOOM, разрешение 1600×1200. По методике, описанной Р.Н.Гельманом, М.Ю.Никитиным, Ю.В.Констандогло в первом номере журнала «Геодезия и картография» за прошлый год, была выполнена калибровка камеры и определены фокусное расстояние, положение главной точки и дисторсия. Калибровка выполнялась только на предельных значениях фокусного расстояния. Дисторсия была определена по всей площади кадра и оказалась очень большой (до десяти пикселов на периферии кадра). На рис. 1а черными штрихами изображены измеренные значения дисторсии, а красными — интерполированные значения дисторсии на регулярную радиальную сетку. Видно, что дисторсия имеет преимущественно радиальный характер, что облегчает ее учет в системе PHOTOMOD (и в других цифровых системах). На рис. 1б приведена радиальная аппроксимация поля дисторсии.
- Вторая из рассматриваемых камер — метрическая малоформатная камера Rollei 35 metric c фокусным расстоянием 39 мм, форматом кадра 24×35 мм, использующая стандартную фотопленку Kodak. Камера имеет паспорт изготовителя с результатами калибровки. Для проверки возможности калибровки такого рода камер была произведена ее повторная калибровка по методике, разработанной на кафедре фотограмметрии МИИГАиК. Полученные результаты с высокой точностью совпали с паспортными данными.
Сказанное позволяет сделать вывод о том, что вопрос калибровки цифровых и пленочных бытовых камер практически легко решается, хотя следует отметить достаточно высокую трудоемкость этой процедуры.
 |
|
Использование цифровых технологий для измерения ближних объектов и получения обмерных чертежей архитектурных сооружений
Камера Rollei 35 metric
Были исследованы технологии создания обмерных чертежей и ортофотопланов фасадов зданий и архитектурных сооружений с использованием ЦФС. Фотосъемка выполнена камерой Rollei 35 metric. Точность опорного обоснования была порядка m = 10 мм, базис фотографирования — 6 м при отстоянии до объекта 60 м.
Разработана технология создания ортофотоплана и обмерных чертежей фасадов архитектурных сооружений. Исследования проводились с использованием ЦФС: Ortophoto кафедры фотограмметрии МИИГАиК и PHOTOMOD компании «Ракурс». Во всех случаях точность построения ортофотоплана была порядка m = 15-20 мм, что обеспечивает точность обмерных чертежей масштаба 1:50.
В традиционной технологии архитектурной фотограмметрии обмерные чертежи выполняются методом стереорисовки на аналитических приборах.
На рис. 2 приведен пример обмерного чертежа фасада Рижского вокзала в Москве. В таком виде чертежи передаются заказчикам (архитекторам). В силу того, что операторы-фотограмметристы не обладают, как правило, архитектурными знаниями, они иначе «читают» ситуацию, часто тратя время на ненужные детали и упуская существенные. С использованием цифровых технологий изготовление таких чертежей может выполняться следующим образом:
- Выполняется стереосъемка фасада, а затем с помощью ЦФС получается его ортофотоплан в заданном масштабе. На рис. 3 показан фрагмент ортофотоплана того же здания, полученный с помощью ЦФС PHOTOMOD.
- Ортофотоплан в виде растрового файла передается заказчику, то есть архитектурной организации, которая с полным пониманием ситуации и привычными средствами, например в AutoCAD, изготавливает нужный обмерный чертеж. На рис. 4 показано наложение изготовленного традиционным способом чертежа на полученный цифровыми методами ортофотоплан. Полное соответствие чертежа и ортофотоплана явно свидетельствует в пользу предлагаемого подхода.
Предлагаемая технология обладает также тем преимуществом, что вместе с обмерным чертежом заказчик получает метрически достоверное растровое представление интересующего его объекта с возможностью в любое время что-то исправить или добавить в изготовленном ранее чертеже.
|
|
Камера Olympus С-2020 ZOOM
С помощью этой камеры была произведена стереосъемка ряда тестовых объектов с отстоянием от 1 до 20 м, в том числе съемка сцены, моделирующей ситуацию автотранспортного происшествия. Обработка производилась с помощью программы PHOTOMOD. Внутреннее ориентирование выполнялось по данным калибровки. Масштабирование полученных после взаимного ориентирования стереомоделей выполнялось по одному опорному отрезку. Для оценки точности производились измерения до 10 контрольных отрезков на стереомодели. Полученные результаты позволяют говорить о том, что ошибка измерений в зависимости от условий съемки (главным образом отношения величины базиса к отстоянию) составляет от 1/1000 до 1/2000 отстояния, что вполне согласуется с результатами, приведенными в вышеупомянутой статье журнала «Геодезия и картография» №1’99. В частности, при измерении дорожной ситуации были получены точности, удовлетворяющие требованиям, которые предъявляются к такого рода измерениям.
«САПР и графика» 8'2000
