Geoinformacione tehnologije

Fotogrametrija

ta je fotogrametrija?

Fotogrametrija je tehnologija za prikupljanje pouzdanih 3D informacija o fizikim objektima i okruenju kroz proces snimanja, merenja i interpretacije fotografskih slika.

Cilj fotogrametrije je rekonstrukcija snimljenog 3D prostora.

Primena fotogrametrije

Od fotografija se dobijaju Stvarne koordinate taaka na snimljenim objektima Karte i planovi

topografske karte Ortorektifikovane fotografije Digitalni modeli terena Digitalni 3D modeli objekata

bez kontakta sa objektom (ili povrinom) koji se meri, i sa unapred poznatom tanou. Na tanost najvie utie razmera fotografije.

Tanost fotogrametrije

Primena fotogrametrije

Fotogrametrija se koristi kada je potrebna 3D rekonstrukcija proizvodnja karata; geografski informacioni sistemi

(GIS); premer (arhitektura, analiza udesa) snimanje u medicini (rekonstrukcija organa) vozila (izbegavanje sudara) rudarstvo i teka industrija (onlajn kontrola kvaliteta) virtualna realnost (simulatori)

Zato fotogrametrija?

Znaajna uteda vremena i novca Vie informacija o snimljenom objektu Merenje nepristupanih objekata

Principi fotogrametrije

Principi fotogrametrije

Fotogrametrija je nauka o korienju 2D fotografija za tana merenja u 3D prostoru. Da bi to bilo mogue potrebno je na neki nain rekonstruisati informacije izgubljene u procesu snimanja.

Lokacija bilo koje take na slici moe biti predstavljena sa samo dve koordinate: (x,y). Fotografije su samo dvodimenzio- nalne.

Lokacija bilo koje take u realnom svetu moe biti opisana sa tri koordinate: (x,y,z), (geografskom irinom, geografskom duinom, visinom), itd. Realni svet je trodimenzionalan.

Principi fotogrametrije

Problem: zrak svetlosti koji pada na dati piksel slike je mogao stii sa bilo koje take du pravca tog zraka.

Mogue take sa kojih je zrak poao

Pogled odozgo

Fotografski senzor

ina daljina

Centar perspektive

Principi fotogrametrije

Reenje: dodavanjem jo jedne fotografije snimljene sa druge lokacije moemo da naemo presek zraka i odredimo 3D lokaciju take sa koje su zraci stigli.

Pogled odozgo

Fotografski senzor Jedinstvena 3D lokacija!

Centralna projekcija

Matematike osnove formiranja slike

O: Projekcioni centar (pozicija kamere)

PP: Osnovna taka (presek optike ose i slike)

f: ina daljina, osnovno rastojanje, konstatna za kameru

P: taka u prostoru

P: slika take P

negativ

dijapozitiv

Ako je poznata

tana lokacija kamere, O,

tana orijentacija ravni slike u odnosu na neki koordinatni sistem

rastojanje PP-P(u koordinatnom sistemu senzora)

Linija na kojoj se nalazi taka P je jedinstveno odreena. Ali ne postoji nain da se odredi tana lokacija take P na toj liniji. Da bi se tano odredila pozicija take P, potrebna je

jo jedna linija koja preseca prvu liniju u taki P. To je osnova fotogrametrije.

Stereoskopska vizija

Stereoskopska vizija

Ako je objekat fotografisan iz dve razliite pozicije, linija izmeu dva projekciona centra se naziva osnova. Ako obe fotografije imaju pravce posmatranja, koji su meusobno paralelni i normalni na osnovu (takozvani, normalni sluaj), onda one imaju slie osobine kao i dve slike koje hvataju ljudske oi. Zbog toga, preklopna povrina takve dve fotografije (koja se naziva stereopar) moe biti posmatrana u 3D, simulirajui ljudski stereoskopski vid.

O1 O2

PP1 PP2

P

P1 P2

f

Pozicija take P je jedinstveno odreena presekom linija P1O1 i P2O2

Principi stereofotogrametrije

Koordinatni sistemi i transformacije

1. Koordinatni sistem digitalne slike 2. Koordinatni sistem senzora 3. Koordinatni sistem modela 4. Koordinatni sistem terena

1. 2. 3. 4.

Interna orijentacija

Relativna orijentacija

Apsolutna orijentacija

Koordinatni sistem digitalne slike

Koordinatni sistem senzora

Koordinatni sistem modela

Koordinatni sistem terena

Pregled fotogrametrijskog postupka

Merenje koordinata digitalne slike

Transformacija koordinata digitalne slike u kordinate senzora korienjem lokacije PP

Transformacija koordinata senzora u koordinate modela korienjem centralne projekcije. Zbog toga to je visina take nepoznata, koristi se h kao aproksimacija

Transformacija koordinata modela u koordinatni sistem stvarnog sveta

Unutranja orijentacija

Da bi se iskoristila centralna projekcija, potrebna je metrika slika i dobar koordinatni sistem slike:

potrebno je poznavati lokaciju PP, osnovne take, na slici (sa koordinatama x=0, y=0 u

koordinatnom sistemu senzora). pravac x ose (k.s. senzora) inu daljinu f . ovo se obino odreuje u procesu kalibracije kamere

(ina daljina i koordinate fiducijalnih markera u k.s. senzora su izmereni i zapisani u izvetaju)

Unutranja orijentacija

Odreivanje spoljanje orijentacije Relativna orijentacija: Lokacije taaka se mere u proizvoljnom koordinatnom sistemu

Razmera se obino odreuje tako to je poznato rastojanje izmeu pozicija kamere i/ili rastojanje izmeu taaka na sceni

Sve fotografije u projektu moraju biti meusobno povezane Apsolutna orijentacija: Lokacije svih taaka se odreuju u koordinatnom sistemu realnog

sveta pomou poznatih taaka (kontrolne take i/ili projekcioni centri kamere)

Zahtevane su najmanje tri take sa poznatim koordinatama (bez obzira koliko se fotografija koristi)

Vezne take

Spoljanja orijentacija - relativna

Spoljanja orijentacija - apsolutna

z

(X0,Y0,Z0)

X

Y

Z x

y

x

y

P

Projekcioni centar

Spoljanja orijentacija

Spoljanja orijentacija

X0 - X koordinata projekcionog centra kamere Y0 - Y koordinata projekcionog centra kamere Z0 - Z koordinata projekcionog centra kamere

rotacija koordinatnog sistema slike oko X ose

rotacija koordinatnog sistema slike oko Y ose

rotacija koordinatnog sistema slike oko Z ose

Aerofotogrametrija

Primena aerofotogrametrije

Polazni podaci Fotografije terena

Avionske Satelitske

Kontrolne take na terenu i projekcioni centri Parametri kamere Parametri koordinatnog sistema terena

Proizvodi: Digitalni modeli terena Ortofoto planovi

Faze u tehnolokom postupku izrade digitalnih modela terena, planova i karata fotogrametrijskom metodom izrada projekta aerofotogrametrijskog snimanja; priprema terena (otkrivanje i signalizacija orijentacionih taaka); aerofotogrametrijsko snimanje i obrada fotomaterijala; skeniranje snimaka; odreivanje orijentacionih taaka; merenje orijentacionih i veznih taaka; aerotriangulacija bloka; merenje i formiranje DTM-a; ortorektifikacija snimaka; balansiranje i mozaikovanje snimaka; kartografska obrada.

Slika GCP

Snimanje terena

Merenje kontrolnih i veznih taaka

Digitalni model terena (DTM)

Digitalni model terena predstavlja matematiku reprezentaciju povrine terena.

TIN DEM Izohipse

Stereopar

38

leva slika se konvertuje u plavo/zeleno=cijan, a desna slika u crveno

obe slike se prikazuju istovremeno kao jedna slika

naoari sa cijan/crvenim filterom omoguuju da svako oko vidi odgovarajuu sliku

ovaj pristup je veoma star, ranije se koristio u filmovima i televiziji

Anaglyph naoari

Shuttered naoari

Levo i desno soivo se otvaraju i zatvaraju sinhronizovano sa prikazom leve i desne slike na ekranu

TIN

DEM

Izohipse

Ortofoto plan

Ortofoto plan predstavlja aerofotogrametrijski snimak dela povri zemlje u digitalnom obliku koji je podvrgnut digitalnoj ortorektifikaciji radi otklanjanja efekata centralne projekcije, nagiba ose snimanja kamere i reljefa terena.

Na takvoj digitalnoj slici, svakom pikselu odgovara jedna taka na terenu.

Ortofoto plan predstavlja deo aerofotogrametrijskog snimka ili, to je ei sluaj, mozaik sastavljen od delova vie snimaka. On se dodatno moe kartografski obraditi da bi se dobile odgovarajue kartografske podloge u analognom ili digitalnom obliku.

Kao to se to vidi sa slike, za svaku taku terena, neophodno je utvrditi korekciju V, a zatim i odgovarajuu korekciju za korespondentni piksel digitalne slike. Ove korekcije su u funkciji elemenata spoljne orijentacije snimka, rastojanja R posmatrane take od nadira snimka i visinske razlike dH. Kao to se sa slike moe zakljuiti ove korekcije su proporcionalne udaljenosti date take terena od nadira snimka i visinskoj razlici.

Princip ortorektifikacije

Ortofoto plan