автореферат диссертации по геодезии, 05.24.02, диссертация на тему:Разработка и исследование методов аналитической обработки снимков, полученных с близких расстояний

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. ПО ДЕЛАМ НАУКИ и ЙЫСШЕЙ ШКОЛЫ РСФСР

НОВОСИБИРСКИЙ ОРДЕНА „ЗНАК ПОЧЕТА" ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ГЕОДЕЗИИ, АЭРОФОТОСЪЕМКИ и КАРТОГРАФИИ

На правах рукописи

ПАРАМЗИНА ЕЛЕНА ПАВЛОВНА

УДК 528.735.2

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СНИМКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ С БЛИЗКИХ РАССТОЯНИЙ

05.24.02

Аэрокосмические съемки, фотограмметрия, фототопография

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОСИБИРСК

■■'Ъ ; - о ■ 1993

Р.абата выполнена в Новосибирском ордена .Знак Почета" институте инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент С. И. РОДИОНОВ Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Н. Ф. ДОБРЫНИН кандидат технических наук А. Э. ТРУХАНОВ

Ведущая организация: Производственное объединение „Пнжгеодезня"

Защита диссертации состоится , 5 * мх^тд, iqq4 р.

в_/%J zr часов на заседании специализированного совета

К.064.14.01 Новосибирского ордена „Знак почета" института инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии по адресу: 630108, Новосибирск, 108, ул. Плахотного, 10, НИИГАиК, аудитория № 4о5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИГАиК.

Автореферат разослан

2.9 . i QQ.4 г.

/Ученый секретарь специализированного совета (Н. Е. СМЕРДОВ)

Подписано в печать 14 января 1993 г. Объем 1,0 печ. лист. 0,97 уч.-изд. листа. Заказ 2. Тираж 100.

630108, г. Новосибирск, 108, Плахотною, 8, НИИГАиК.

ОЩШ лЛРЛКТЖСТИКА РА БОШ

Актуальность ц р о б л е м ы. 3 настоящее вре-гщ в нашей стране п за рубегхом большое внимание уделяют развития и практическому применению с~отограмметрш1 близкие расстоя-"ий. На последних конгрессах Международного ^.отогьамметрическо-го общества п дистанционного зондирования среди многих вопросов '„мли рассмотрены проблы.и ^отогра.'.тметрической обработки снимков, полученных с близки расстояний. Отмечалось,что мирокое применение аналитических методов во многих областях науки и народного хозяйства требует в настоящее время деталькой разработки конкретных схем решения, соответствующих технологий и внедрения их 1 Г'рОНЗЕОД с тв о.

Таким образом, дальнейшее развитие, совершенствование и повы-JeнIIe точности аналитических методов обработки снимков, получениях с близких расстояний, безусловно является актуальной и приоритетной проблемой.

Цель исследований заключается е разработке, теоретическом обосновании и внедрении новых аналитических методов, позволяющих наиболее эффективно, надежно и га более высоком уровне точности, отвечай;«.! современным требованиям практики, изучать объекты, расположенные па конечных расстояниях от съемочных камер.

Зад а ч и и с с л о д о :з а н и ^ля достижения поставленной цели потребовалось решить -слэдущяе задачи:

1. По литератур:."-"! источникам провести анализ современного состо.дпия аналитической Фотограмметрии близких расстояний и определить наиболее зи&екялшв£ путь ее дальнейшего совершенствования для повышения течнеоти определения пространствепнии координат точек ебьектг,.

2. Провести совершенствование технологических алгоритмов туч спродз псиия слоте: зслчес^с: искажений счлмгоз применительно ••

.¡калибровке съемочных камер,, и пространственному фототриангулировании 6 самокалибровкой.

„ -3. Разработать способ исключения систематических искажений, .■ вызванных влиянием иллюминатора.

'4. Выявить И/йспользовать дополнительные резерш повышения точности фотограмметрических йостроений. • Методика и а с л е,д о в а н и й. Основные резуль-

I

таш исследований обоснованы и.подтверждены как теоретически, так и экспериментально. Рбшенке' поставленных в диссертации за-

J

дач наполнялось с учетом достигнутых в настоящее время научных результатов в области аналитической фотограмметрии и с использованием математического аппарата обработки геодезических измерений. _ • •

Исследования проводились автором в'1982-^3. г.г. в ЬИИГАиК, а с 19ЙЗ г. 'по 1892 г. - на кафедре фотограмметрии НЖГАиК.

Н--а, учная,новизна работы состоит в сле-^упцем: . .

1. разработаны и-экспериментально проверены два варианта нового способа полной калиброзки камехы с одновременным опре-

■ делением ее положения в системе координат летательного аппарата (ЛА). Способ основан на одновременном уравнивании геодезических и фотограмметрических измерений'«

2. Предложен и теоретически обоснован способ учета в едином алгоритме калибровки пли самокалибровйи искажении, вызванных влиянием иллюминатора. Впервые <&1ли получеш строгие формулы, дозволяющие исключать- опшбки -при любых наклонах пло'скостей иллюминатора относительно прикладной рамки фотокгывры.

3. На базе использования услрвий компланарности и коллинеарности с учетом дополнительной ..измерительной кнфорщцин разрабо-

■ таны технологическая- схег.й 'и штештическая модель фототриан-

гуляции с самокалибровкой при съемке о близких расстояний. Разработанный метод позволяет реиать специальные научные и практи-

\ 1

ческие задачи при резко изменяющихся от случая к случае „условиях геометрической конфигурации и распределения опорных точек.

Практическая значимость работы!.'

Научные положения диссертации являлись основой для дальнейшей разработки аналитических методов фотограмметрической съемки с близких расстояний, поьволяицих с высокой точностью решать как общие, так и специальные задачи для научных и практических целей в.промышленности, строительстве и других областях. Практическое использование результаты диссертационных! исследований получили в Научно-производственном объединении прикладной механики и в учебном процессе при дипломном проектировании на кафедре фотограмметрии НИИГАиК.

Апробация работы. Результаты, полученные в ходе исследований, докладаЕалиоь и получили одобрение на научно-технических конференциях ШИГАиК, научных сешнарах кафедр фотограмметрии ШМГАиК и ШИГАиК. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 научных статьях.

На защиту бы носится комплекс теоретических и экспериментальных исследований, направленных на дальнейшее развитие аналитических 1,:етодов фотограмметрии близких расстояний:

1. Цаташтическое обоснование способа калибровки съемочной камеры с одновременным определением ее положения в системе координат Х-А.

2. Принцип учета искажен::;"- снимкг, вызванных прохождением проектирующих Л7,"чэ:1 через стеклянный пллю:, тина тор.

3. ^тематическая модель аналитической фототрпангуляции с самокслкбровкой при съемке с близки расстояний.

4. Теоретические и экспериментальные исследования точности

разработанных методов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Еведения, четырех глав, списка литературы из 132 источников и ¿> приложений. Общий объем работы составляет /33 страниц машинописного текста, в том числе таблиц и ¿У рисунков.

С0ДЕР2А.НИЕ даЗСЕРТАЦИИ

Введение. Бо введении обоснована актуальность диссертационной работы, кратко освещены проблеш и достижения аналитических методов обработки снимков,полученных с близких расстояний, намечена цель и задачи экспериментальных исследований.

В первой главе рассмотрено состояние, сйормули-ровано определение, разработана классификация, выявлены особенности и проблеш фотограмметрии близких расстояний.

На основании изучения отечественной и зарубежной научно-технической литературы установлено, что пространственные координаты точек объектов при решении ряда нетопографических задач необходимо знать со средними квадратическими озибками от 0,1 до 5,0 мм. Для достижения такой точности возникает необходимость проводить съемку с близких расстояний. Особенности такой съемки требуют применения как специальных фотограмметрических и стереофотограмметрических камер, так и адаптированных к съемке с близких расстояний фототеодолитов и аэрофотоапларатов.

Отмечается, что в настоящее время нет четкого определения фотограмметрии с близких расстояний, ке существует ее общей классификации.

По нанему мнешпэ, под фотограмметрией с близких расстояний следует понимать раздел фотограмметрии, аиучанцзй пространст-Еэнко-времекное состоштз объектов и яалешй: по сг.к.кам, ченк»:.; с рас с со.'эту, ;:онь:л:-с ^"п^гфчлег.льлого.

точности методов предложена классификация фотограмметрии близких расстояний (рис.1).

Рис.1. Классификздйя фотограмметрии близких расстояний

Требования весьма алокой точности определения пространственных координат при еъемке с близких расстояний определяют проблеш аналитической обработки ее результатов, которые, гак показывает анализ литературных источников, до сих пор остаются актуальным. К ним относятся: учет озибок опорных данных и систематических ошибок снит.ка, а также факторов, приводящие к нарушению центральной проекции, выявление г. использование дополнительна.: резервов повышения точности £отограмметрпческих востро енил.

С учетом цели работы были определены направления исследовании для решения поставленных задач.

Во второй главе рассмотрено теоретическое обос-' -вание нового способа полно:'; калибровки каперы с одноЕремен-

ним определением ее.положения.в системе координат .носителя, а. ' также способа исключения систематических искажений, вызванных-влиянием'иллюминатора. ' .

При использовании фотограмметрии близких расстояний для изучения траег^орий движения ЛА-я их'Моделей неойходиыо 'знать положение съемочной камеры в системе координат цосптеля. Пред-г лагаетсй определение положения камеры проводить одновременно

с.е_е полной калибровкой. Суть способа -заключается в ■совместной ' ~ < •

аналитической 'обработке 'Геодез1{ческих и фотограг.й.втрических измерений. ' , • ' '

, На рис. 2 показана система координат ЛА ОДУ^ , -наклонен, ная на' углы' ^ и ^ относительно горизонтальной систеш .

. Рис. 2. Калибровка -яотокамеры и'определение ее положения ■ в системе координат"носителя, установленного произвольно

.Съемочной камерой; установленной на ТА в точке , получают снимок с 'изображением загаркированшх' точек. Координатная система лжеги 32хуг развернута на некоторые углы* л' , о)'- , 8е' относительно систеш О^УД.-В,точках 'и З3 устанавливаются автоколляг.ационные теодолиты, которыми.в^системах координат, . параллельных системе 0СХУ2 , у. перенесенных в точки стояния с |г.о:.:опыэ Юстировочшх зеркал К, и Кг , измеряются горизонталь-

шр и вертикальные углы'на замаркированные .точки-Ау *г .

Измеренные горизонтальные и Вертикальнее углы являются сферическими координатами векторов и в системах 5,ХУ£ и -55ХУ2 • • Направление- вектора на точку , выраженное через . прямоугольше-координата совпадающего с ниц единичного вектора связано со сферетес^шш координатами Я^ и Тд (^ = I, 3) 'еле-, дующий! завйсш.юстямп: _ • •

хч „ »4.

гЧ

SinAij costy

slati

У

( I )

co'sAij • cos ту

Согласно рло. 2 на .основанвд, условий ко.'тшанарности мокно записать следующие' определители:

ГЧ \

*£i. Ун - Xti - Ytt 1\г

. х. \

X,

Y'

41,

Zu

У is

=0,

("2 ).

И As. , Y3j , z5s

zu J •

координаты-центра'про-

53 . -J - „з

екции S£ ii точки стоАкия-теодолита S3 в системе коордпнат S,XYZ'; ' XU > Уи • 2ti ':I .xIj » У is". ZU - коорщагаты, определению no '.формуле (I); Х[, , , -Z^ - зрострянствспшо коордкпаты .точ- '

км снимка й в системе' координат S£XYZ, которые вычисляются по ' формулам: -

■ ' ■ '

'a'i+Ayt ( 3 )

■ hi-

= - ~

.•¡атрица шпраялякрах косинусов енптзеа; у= - ij0 ; 'Xi уj, измеренные-координата точки снимка; Х0 ija , j - элементы внутреннего ориентирования:.'

1 качестве дополпитзльк.'Х параметров, учпялзаггзпе слоте: а'-тэтсоепо иска'кон-ш с::;мка, принимаются полиног.н"

" • 9 '

АХ!.-з:¿(кfr¡ltкгrl''+к,r>)+p1(f*♦Kl^+Z.pг*il)i 5 , .

( 4 )

Лц* ("ЧЧ1 + к*^ + Кдг>)+ р,+ ,

где г^ = ; к,, кг , к, - ко«^Ьщиенты полинома, харйкте-

ризутадие радиальную чао« хйоаорсии; р4 и р4 - коэффициенты полтнома, учктъгвгпцаго та?с8нйрал1ную дасторсию.

Помимо условий комплавчрмовта, дая всех опорных точек, координат которых определяются ю крэдварательном этапе в системе

Ура'.нания поправок соаэдстно с дополнительными уравнениями, учитывающими систематические искажения, представим в штрич-ном виде

В, 8, + &§ + I = V, ;

, ( 5 }

где 81 - вектор-столбец поправок к приближенным элементам внешнего и внутреннего ориентирования; 64 - вектор-столбец дополнительных параметров, учитывающих систематические искажения;

» В2 . 6а - штрицы коэффициентов при соответствующих неизвестных; Ц , - векторы-столбцы свободных членов.

Решая уравнения (С/ до методу наименьших квадратов, найдем сСг , 0)г , зег , Хз, . \ . \ . , , зс., у. , 5 , к, . кг , к, , р, , р*. . Переход к исколым угловым элементам положения систеш фото, камеры в системе координат носителя 0еХе\^с осуществляется по формула-.:

^ ' ( 6 )

где А^- матрица направляющи! косинусов, вычисляемых по измерявши теодолитами углам и ^ .

Б диссертации рассмотрен также вариант, когда ЛА установлен вертикально.

Достоинствами разработанного метода является'то, что он позволяет в едином алгоритме обрабатывать геодезические и "фотограмметрические измерения, а также без дополнительных затрат определять угловое положение камеры на-этапе ее полной калибровки. Предложенный метод, в отличие от других аналогичных,, нет гак дотает ограничение на положение ЛА.

При съемно с близких расстояний часто возникает-необходимость фотографирования через ряд прозрачных сред. Так как вследствие преломления пробктярдтазпх лучей па -границах раздела' сред принцип центрального проектирования нарушается, то возникают боЗтьзие пска;:азшш в положениях "точек на снимке.

В диссертации предложен и теоретически обоснован новый метод'исключения опнбок, названных влиянием иллюминатора. Смещения, внрсш.ке.иллю!Я1натором, целесообразно учитывать полиномами, кототые мо.чно включать как дополнительные параметр,! при ремении каких-либо фотограмметрических задач, например, фото-■ триангуляции с самокалибровкой. В диссертации определяется вид полинома, аппроксимирующего эффект преломления проектирующих лучей при прохождении через, иллюминатор.

Согласно рис. 3 поправки в координаты х^ и за радиальную и тангекциалвнзто составляющие общего смещения, вызванного преломлением проектирующего луча, определяются формулами:

Па основании рис. 4 были получены строгие формулы радиальной и тангенциальной составляющих смещения при произвольных углах наклона плоскостей пллгмшатора относительно прпеладной раг.тки камеры;

Еа т

А гь=г--

г=Н

ди=

Г,-Н

Рис.3. Радиальная и тангенциальная составляющие общего смещения на фрагменте снимка

Координаты точки Э^в системе 0ХУ1

-Я

7 И±7 V пг'и ^

о

Рис.4. Смещения, вызванные влиянием гллюмнна тора

бкчкслявгся по формула:.: ( 9 )

" 0

- 0

. нг-н,.

Г . v. _ v , ль к;, ч. - о ix

где А 0 "Кг 0 Н,-Нг * Уь = А, - * .»г*.

Направляете косинусы луча в системе QУ^YZ определяются из выражений

- «и ■

лт П1

= л» —

. ки

1и

"П,

( 1С )

св'тэ очередь

• еп ■ ■ ' к Г 11 ' — Анг-—-___

(Пй К и = ти ; гщ 1 КС .

'1/Фаг^ ч.

Б формулах (5) и (1С) А и - матрица перехода от систеж координат 0М1 к системам 0,хТ1 и О2ХУ£ (М = 1,2 - номер плоскости пллкхтипатора), направляйте косинусы которых являются Сункцияш углов наклона плоскостей иллюминатора; а,, аг, п} -показатели преломления сред.

К полученным строгим "ор;-'ла:: для Лг^ и в дцесортацх: подобран полпнош, которое аналогичны выражения;.! (4).- На основании этого предложена методика, согласно которой,на.первом этапе "справляют "измеренные координаты точек снимков, применяя полученные строгие формулы; па втором этапе оставшуюся часть систематически олпбок, неучтенную из-за неточного знания параметров съемки, исключают путем использования полиномов (4). Предложенная'методика позволяет достаточно просто п с необходима: точностью в едино:.: алгоритме калибровки ми фототрпангу-ляццп с самокалибровкой учесть влияние иллюминатора, неза£иси-мо от его положения.

3 третьей главе рассмотрены теоретические аспек-

ты способа фототриангуляции с самокалибровкок прп съемке с близких расстояний для определения координат точек объекта ■со средними квадратпческими ошибками 0,5-2,0 мл.

. При йототриангулировании пс снимкам, полученным с близких расстояний, условия геометрической конфигурации и распределение опоршх точек резко меняются от съемки к съемке. Однако, в ходе уогограмметрических построений могло использовать различные вспомогательные данние: расстояния, превышения, равенство линий известной длины и т.п. В том случае, когда дополнительные Геометрические условия не возникают произвольно, как напри-ме^при имитации невесомости путем свободного падения или прп съемке строгих математических поверхностей, их мо;гло организовать искусственно. Иногда использование дополнительных геометрических условий является единственной возможностью решения задачи с не обходит,юй точностью ( например, прп исследовании движения г.акста ЛЛ в условиях имитации невесомости путем свободного падения, когда испытания происходят в специальных шахтах и опорой монет 4гть обеспечено только ■ начало маршрута).

Кроме того, геометрические условия являются дополнительными критериями, позволяющими производить отбраковку грубых измерений.

При развитии гТо то триангуляции для решения ряда задач число определяемых точек в пределах одной стереопары может достигать 100, что приводит к необходимости обработки большого числа уравнений.

Перечисленные особенности, а также особенности аналитической обрабоиги не.позволяют прж.княть стандартные схеш <Зх>тот-риангуляции, в силу того, что они не обеспечивают необходимую точность.

РассштриваешЁ в диссертации способ одномаршрутной фотот-риангуляцип базируется на совместном решении уравнений ко:,шла-

Т4

парности и коллинеарности (последние составляются только для опорных точек}, а такяе -уравнений, описывайщих геометрические условия равенства отрезков между собой, параллельности линий, расположения трех одноименных точек на разные моменш, времени на одной прямой.

Задача нахождения точек объекта решается в два этапа. На первом - определяются элемент внешнего и внутреннего ориентирования, а такйе систематические" искажения снимков. На втором этапе путем решения пряг.ых засечек - искомые координаты точек объекта. Этот прием позволяет резко сократить,число неизвестных, а такпэ улучшить обусловленность матрицы нормальных уравнений. •

Решение осуществляется относительно координат точек снимков, исправленных са, систеттатические ошибки полиномами (4), коэффициенты которых находятся из двух нез'авист.их условий, что позволяет -повысить■ надежность их определения.

Так как при съемке с близких расстояний элементы внутреннего ориентирования и систематические ошибки изменяются от снимка к снимку, то в способе фототриангуляции предусмотрена возможность' учета этой особенности.

Установлено, что в целях повышения эффективности строгого

уравнивания при фототриангулпровании с самокалибровкой целесо-использовать

образно результаты предварительной калибровки камер.

Согласно изложенной во второй главе методике, учитываются искажения, вызванные влиянием иллюминатора.

Для определения координат опорных точек предложено применять способ обработки углошх измерений на основе га тематических преобразований, используешх в фотограмметрии. Ошибки опор-гах точек, которлз при съемке с близких расстояний становятся соизмерит с ошибками фотограмметрических построений, предлагается учитывать известным в геодезии и фотограмметрии спосо'

15

бом, когда в процессе уравнивания происходит уточнение координат точек опорл. При определении координат опорных точек находится п: ковариационная матрица, используетя для учета ошибок исходных данных. •

■ Для частного случая сототриангулирования, когда изучается .движение модели ЛА в условиях имитации невесомости путем свободного падения, в обрабоксу в качестве дополнительных опорных данных включаются координаты, вычисляете по фярт.улам 9 ^

Ху ~ Х1о + —^— ' ^ = » = , ( II )

гдеХ1о, У^о , 2и - пространственные координаты опорной точки до начала движения; д - ускорение силы тяжести; ^ - интервал времени падения точки I до позиции ^ . .

В диссертации предусмотрена возможность -отбраковки грубых измерений по некоторым геометрическим условиям на различных стадиях шчислительного процесса.

В матричном виде систему уравнений поправрк можно представить следующим обрезом: .

В,6, ■+ Ьг5г .+ Ь385 +' Ц = V,

Е 8г -= У2 ; ( 12 )

в'з 81 + Ц = Уз , где 5, - вектор-столбец поправок к приближенным элементам внешнего и внутреннего ориентирования; 8г - вектор-столбец поправок в координаты опорных точек; 65 - вектор-столбец поправок к параметрам, определяю--^": систематические ощибки.

Представляя (12) гак Б8 + I. = V (с Еесоы Р) и решая под условием УТРУ =т1п- , найден значение параметра 5 из выра-• нения 5 = -[ВтРВГ'[6Ри =-й[ЬтР1].

Достоинством разработанного способа фототриангуляции является уравнивание геодезических и фотограмметрических измерений в едином котгплексе.

Разработанная математическая модель "ототриаггуляцпи по спим-

кап, полученным с близких расстояний, гложет использоваться и при обычном гототриангулировашш.

Б четвертой главе приведены результаты экспе-риментально-производственшх исследований, основной целью которых была проверка, методическая отработка и Енедрен::е -разработанных методов.

Базой работ служили научно-исследовательская лаборатория по изучению дапашли космических аппаратов п ях частей в условиях имитации невесо?лости НПО и лаборатории кафедры сТютограмметрил НИИГАпК. В 'качестве съемочных icai.:ep использовались АФА 4I/IC II А2А 41/20, адаптированные к съет.асе с близких расстояний, и универсальная ^отограмгетрпческая камера У1.1С 1СД318„ Soтс гравирование осуществлялось на фотопластинки типа ■ ,!;.шкрат". Для большинства исслвдрвашг" использовался специально созданный каляб-рогочный тест-объект с 93 гкркамп. Координаты ^опорных точек определитесь способом обработки угловых измерений, основанном на математических преобразованиях, испОльзуешх в Фотограмметрии, со средними квадратическнш ошибками 0,1-0,3 ш. Измерения снимков производились на монокомпараторе "Аскорекорд" с точностью 3 мкм. ' .

По пзлозешагм, теоретическим положениям были составлены алгоритмы и пакет программ, позволяющих проводить калибровку камеры и строить сети ;;ототриангуляции по снимкам, полученным с близких расстояний, как с учетом, так и без уюта слияния ил-лют.шнатора. Програжн написаны га языке -Зортран 17 для SB.M ЕС применительно к операционным системам'ОС л Д)С. Требуемая ла-г.нть - 272 К. :s¡pripyT ''ототрпапгуляцпп мо::ет включать до 10 снимков. Определяе;ых точек на ас-до:: стереопаре должно быть кэ более ICO, опорных - также пе^более 1ГГ.

При проведении эксперименталъшх работ особое ЕНЕЩНпе уделялось выявлению влияния результатов калибровки на точность

фотограмметрических построений. Для исследований были получены снимки .тест-объекта с пяти точек стояния -камерами АФА 41/10 и АФА 41/20 в масштабе 1:20. '

Б диссертации выполнен сравнительный анализ результатов и оценка точности"раздельной и совместной, а также полной и не -полной калибровок. При этом использовалось 37 точек."

По. откалибрЬваяным снймкам были построены одиночная модель и сеть фототриангуляции. Внепнее ориентирование осуществлялось по,5 опорным точкам.- Оценка точности производилась по 45 точ -. кам.^ Влияние -результатов калибровки на точность фотограмметри-• ческих построений приведены в табл.1.

Таблица I

Точность фотограмметрических построений

Варианты калибровки Средние квадратические ощбки, ММ- , ■ Эффективность калибровки

т'х тх туту т'г пг2. т'5' п^ Д' > т'х тх т'у ГИу т'2 гги те А' А

I' 0,23 0,11 0,25 0,13 0,53 0,23 Одш 0,63 0,29 ЮЧНЭ1 10 5 I мoдeJ 2,1 1Ь 1,9 2,3 2,2 2,0

II - 0,22 0,11 0,27 0,13 0,58 0,23 0,68 0,29 10 5 ' 2,0 .2,1 2,5 2,3 2,0

.1 0,63 0,25 0,78 0,29 С( 1,09 0,39 ЗТЬ фк 1,48 0,55- ЗТОТр! 12 —5~ гангул: 2,5 щии 2,7 2,8 2,7 2,4

II 0,71 0,75 1,13 1,53 14 2,8 2,6 .2,9 2,8 2,8

0,25 0,29 0,39 0,55 5

Примечание. Вариант I: числитель - раздельная калибровка; .

знаменатель - совместная. Обе калибровки полные. Вариант II¡числитель - неполная совместная;

знаменатель - полная совметная.

'Из анализа данных табл.1 можно сделать вывод, что при съемке с близких расстояний необходимо производить полную совмест-чую калибровку, эффективность которой в 2 - 3 раза выше, чем неполной или раздельной.

Изложенные во второй главе теоретические положения и методика работ по выполнению калибровки камер* с одновременным определением ее положения Ь> системе координат носителя были проверены при исследовании полета модели ЛА. Полученные результаты приведены в табл.2.

Таблица 2

Результата калибровки камер! и определения ее положения в системе координат носителя

Положение носителя Определяете параметр! и их средние квадратические ошибки

/ .мм Ш у,.™ а. СО ее Х5С . У5С , г% с. П1г$с ЮЛ ;лки

т* , МК1.1 мал ту. 1 :.пш т^ т. о т га тхгс 1.3.1 ГПу^С юл

I 98,647 0,218 0,168 24', 7 56; 9 2б;з 1,62 4,49 8,65 6

9 13 14 23" 22" 3" 0,10 0,12 0,20

II 95,638 0,231 0,173 24', 3 57|1 26)4 1,54 4,40 8,83 6

8 14 16 24" 23" 5й 0,12 0,15 0,18

Примзчание. Положение носителя: I - вертикальное;

П - произвольное.

Фотографирование производилось АФА 41Д0. Для калибровки ис-польз^зался тест-объект, на котором были закреплены 28 крестообразных шрок, расположенных в двух вертикальных плоскостях. Углы измерялись двумя автоколлимационшми теодолитами ТБ-3, уста повлендош на базисе 12 м. Расстояние от теодолитов до точек на объекте составляло 10 - 15 м.

Результаты, приведенные в табл.2, показали, что разработанная методик? может быть с успехом применена на практике.

В четвертой гл^ве выполнена исследования влияния иллшинато-

ра возмоэиости учета этого влияния при, фотограмметрических построениях1. Смещения,, вызванные' иллюминатором, для шсштаба 1:15 могут достигать' от "2 до 5-мм, что свидетельствует о необ- -ходимосй! их тщательного учета. Для проверки разработанной во втЬрой.' главе методики была выпэлнена^ съемка с двух точек'стоя-ния'через иллюминаторы и без них фотокамерой УЖ 10/1318 в ■масштабе 1:20. Иллюминаторы, изготовленные из кварцевого стекла, толщийой около ,30 см, -устанавливались перед объективом фотокамеры на расстояниях 27 и, 29 см. Базис фотографирования составлял^ м.' Тес£-ч>бъект представлял собой,60 замаскированных в разшх плоскостях точек, - координаты которых были определены теодолитно-лазерной системой фирш "Вильд'! в системе координат левого теодолита со средней квадратической ошибкой'0,1 ш.

Фотограмметрические построения, модели произво'дшщйь'по результатам калибровки'камеры. Для калибровки былй взято 20 .опорных .точек, для внешнего ориентировайия - 7,' остальные являлись контрольными," * , .' ' , -

Результаты проведенных исследований обобщены' в табл.З. "' . ' ' ' • Таблица '3 .

Средние'ивадратические-ошибки координат точек модели ' в зависимости от влияния иллюминатора • ■

Средние квадра'тичес кие. ошибки, .мм "У с_ л о в в •я " ,$0(0 •г.р а- ф и-р о в а н и я

' Без иллюшнато- ра • ■ , Через . иллюминатор - .

-Без учета . . влияния -иллюмшш тора . -С -учетом влияния ,'

I - • П

- тх ¿,10 11,91 ' '. 0,35 . " 0,09 < ■

т. у . о.п ' , ' ,4,15 ' ; "О.П . С, 13

т2 - 0,15" 1 21,73 .0,'72_ ." ' _ 0,18

Примечание. Влияние иллюминатора учитывается: ,

вариант- 1 - "только по строгим "орглулам; вариант П - по строгим горт.^лам и Полине;:

2С

Как видно из-таблиц, строгие формулы учета смещения, вызванного иллюминаторов, позволяют устранить существенную -часть ошибки р.пространственных координатах точек объекта (вариант I). Однако, анализируя полученные результат, можно сделать вывод, что смещения, вносите иллюминатором, учитывались по строгим формулам не полно.' Это объясняется тем, что положение иллюминатора относительно прикладной рамки фотокамеры известно приблизительно. 'Оставгвяся часть ошибки должна' быть устранена полино-' шш (4). После по строения-модели по предложенной методике (вариант П) средние квадратические ошибки полностью.соответствова-ли тем, .которые были получены при фотографировании без иллюминатора. Установлено, чта учесть ошибки, вносимые иллюминатором, без применения.строгйх формул, можно при определенном положении' иллюминатора и при строгой параллельности его плоскостей. Во всех 'остальных случаях необходим■■ предварительный учет по стро^ - -. гим формулам. _ ' .•■'.'

Работоспособность созданной программ фото триангуляции, а также разработанная технология, проверялись как по макетным, так и по реальным снимкам. Некоторые результат построения од- ' „

' ч - ' *

нощршрутной фототриангуляции, приведены в табл.'4. '.

В случае А фототриангуляция строилась по специально получен-, ным для этой цели снимкам. Так как снимаёшм объектом являлся тест-объект, то. можно было произвольно выбирать опорные- точки ■ для построения сети фототриангуляции. Б связи с этим Досматривались два варианта их расположения: равног.врное по шршругу 'и только в первой стереопаре (без использования и с использова- . нием дополнительных условий). - ••.--■

Методика фототриангулирования была апробирована на произвол- ■ ственном г.атериале применительно к исследованию ракетно-космической техники.в условиях имитации невесомости (вариант В). Анализ остаточных ошибок показал, что они носят случайный

Таблица 4

Точность построения фототриангуляции по реальным снимкам

•У_с ловия построения Ёа объекте,мм В ;®сштабе снимка,мкм ГП2 г А. мил

т.* Щ у пг2 П1х ГПу тг

А I. Опора расположена равномерно 0,23 0,27 0,31 II 13 15 Т - 12903 5

Опора расположена в начале 2. маршрута. Дополнительные условия не используются 0,56 0,61 1,01 28 30 50 I 3960 33

Опора расположена в начале 3. сети. Используются дополнительные условия 0,27 0,29 0,37 13 14 18 I 10810 6

В Опора расположена в начале I. сети, дополнительные условия не попользуются 2,51 2,83 4,04 25 28 40 I 2475 31

Опора расположена в начале 2. марзрута. Используются дополнительные данные 1,13 1,05 1,42 II 10 14 I 7042 6

Исходные данные

Условия построения 1:т 1 . мм Количество стереопар Р.* .Количество точек

Опорных 'Контрольных Для калибров.

А В 1:1С 1:100 202 100 4 2 80 80 7 7 43 33 37 23

характер, что свидетельствует о достаточно подлом исключении систематических искажений. В результате их тсв тельного учета, а также учета ошибок шор;ых данных и использования дополнительных условий, как видно из табл.4, созданная програмш обеспечивает необходимую точность.

Программа и технология фототрщнгуляции по снимкам, полученным с близких расстояний, внедреш га производстве в НПО прикладной механики и в учебном процессе на кафедре фотограмметрии гШГАиК.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные и отраженные в диссертации теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку аналитических методов обработки снимков, полученных с близких расстояний, характеризуются следующими основными результатами:

1. На основании изучения существующих методов фотограмметрии близких расстояний предложено уточненное определение такой фотограмметрии и разработана ее классификация«

2. Разработаны и исследованы два варианта нового способа полной калибровки камеры с'одновременным определением ее положения в систег.в координат носителя.

3. Предложен и теоретически обоснован оригинальный способ исключения ошибок, вызванных влиянием иллюминатора,при произвольном его изложении относительно прикладной рамки фзтокамеры.

4. Разработаны' математическое обоснование, технологическая схема и составлена программ фото триангуляции с самокалибровкой по снимкам, полученным с близких расстояний.

5. Экспериментально по еле дева на точность разработанных а;:лл:т7нчос;гпх методов обработки еппмкоз.

^слученные результаты могут ¿и?:, р9::о;'спдо:я;с-; испочьзс-: rxpi: исследовании до"Тор:.2цп:: антенн бодынхч- диоптров, и::-ри";: :хипортт:сацт::; путей

ческйс центров городов, картографировании сложных архитектурных памятников, в военном деле и т.п.

Рассмотренные в диссертации медода позволяют повысить производительность фотограмметрических работ и снизить их стоимость.

Совокупность научшх и .практических положений диссертации позволяет определить их как решение новой задачи, имещей существенное значение дая прикладной фотограмметрии.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих -раб'отах: .

1. Определейие положения съемочной камеры в системе координат лётательйого аппарата//Геодезия а картография.-1983.-Ш,-С.32-35.

2. Калибровка фотокамеры и определение ее поло7,сения в системе координат носителя//Калибровка съемочных систем/Межвуз. сб.-Новосибирск.-1983.-С.73-91.

3. Исключение систематических искажений, вызванных преломлением проектирующих лучей/УИзв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка . -1085. -;35. -С. 62-68.

4. К вопросу об определении и классификации фотограмметрии близких расстояний//При;.!екение аналитических методов фотограмм 1.;етрш1 для реиен:ш картографических п инженершх задач/.".1е;:;вуз. сб.-Новосибирск.-1986.-С.52-59.

5. Фототрпаягуляция при съемке с близких расстояний//Изв. вузов.Геодезия и аэрофотосъемка.-1986.-Ж.-С.1С8-114.(Соавтор Амромин П.Д.).

6. Исследования по фототриангулированию с близких расстоя-шп'УЛМетоду фотограмметрической обработки наземнгх и аэрокос-г.згческих снимков/ие.'хвуз. сб.-Новосибирск.-1552.-С.48-53.