VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN
FAKULTA STAVEBNÍ
VLASTIMIL HANZL
FOTOGRAMMETRIE A DÁLKOVÝ PR ZKUM
MODUL 04
FOTOGRAMMETRIE II
STUDIJNÍ OPORY
PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
Fotogrammetrie II
© Doc. Ing. Vlastimil Hanzl, CSc., Brno 2007
Obsah
OBSAH
1 Úvod 5
1.1 Cíle ........................................................................................................5
1.2 Požadované znalosti ..............................................................................5
1.3 Doba pot ebná ke studiu .......................................................................5
1.4 Klí ová slova.........................................................................................5
2 Fotoelektrický obrazový záznam ................................................................7
3 Prostorové modely povrchu........................................................................9
3.1 Vizualizace povrchu............................................................................10
4 Ur ování povrchu pomocí strukturovaného sv tla .................................12
4.1 Moiré technika ....................................................................................13
5 Šikmé letecké snímky .................................................................................15
5.1 Technologie sb ru digitálních šikmých snímk - systém PixoView ..16
5.2 Zpracování šikmých snímk ...............................................................16
5.3 Využití technologie PixoView ............................................................18
6 Snímkování dynamických jev .................................................................20
7 Uzlové body a paprsky ...............................................................................21
8 Odborné spole nosti ...................................................................................23
8.1 Mezinárodní spole nost pro fotogrammetrii a dálkový pr zkum - The
International Society for Photogrammetry and Remote Sensing........23
8.2 Spole nost pro fotogrammetrii a dálkový pr zkum v R ..................26
8.3 EuroSDR – European Spatial Data Research .....................................26
9 Záv r ............................................................................................................27
10 Studijní prameny ........................................................................................27
10.1 Seznam použité literatury....................................................................27
11 Seznam použité literatury ..........................................................................27
11.1 Odkazy na další studijní zdroje a prameny .........................................27
- 3 (28) -
Záv r
1
Úvod
1.1
Cíle
Cílem tvrtého modulu p edm tu Fotogrammetrie a dálkový pr zkum je
doplnit p edm t Fotogrammetrie I znalostmi mající úzký vztah k sou asným
frekventovaným technologiím jako je využití uzlových paprsk , prostorové
modelování a vizualizace.
1.2
Požadované znalosti
Znalosti z modulu Fotogrammetrie I.
1.3
Doba pot ebná ke studiu
Modul 04 je zvládnutelný za 2 hodiny studia
1.4
Klí ová slova
fotoelektrický záznam, CCD sníma , modelování a vizualizace povrchu, strukturované sv tlo, moiré technika, dynamické jevy, uzlové body a paprsky
- 5 (28) -
Záv r
2
Fotoelektrický obrazový záznam
Fotoelektrický obrazový záznam získáme v p ípad , kdy místo filmu je v rovin obrazu fotoelektrický sníma . Sníma se skládá z velkého množství detektor - bun k, které registrují dopadající fotony a pracují na principu polovodi e
(t ívrstvá struktura: elektroda- izolant-polovodi ). Dopadající sv tlo vygeneruje elektrický náboj úm rný množství foton . Snímkování probíhá ve t ech krocích. Nejprve expozice p evede sv tlo na elektrický náboj v pixelu. Náboje
jsou p enášeny v silikonové podložce do registru a nakonec je náboj p eveden
na nap tí a odeslán ze sníma e.
Existují 3 druhy konstrukcí:
Full-Frame (FF) CCD je nejjednodušší konstrukce, vyžaduje mechanickou
uzáv rku, aby bylo možné provést vy tení pixel sníma e. Vy ítání u tohoto
typu CCD sníma
(charge coupled device- za ízení s nábojov sp aženými
vy ítacími prvky) probíhá v ur itém taktu p esunem náboje do sousední bu ky
a tak postupn až do registru.
Frame –Transfer (FT) CCD struktura se odlišuje tím, že máme samostatný registr (ukládací pole), které není citlivý na sv tlo. Zachycený obraz se p enese z
citlivého snímkového pole do ukládacího pole a vy ítání ze sladovacího pole
prob hne stejn jako u FF CCD.
Interline CCD struktura je podobná FT struktu e. Mezi ádky na sv tlo citlivých oblastí jsou ádky na sv tlo necitlivých vy ítacích oblastí.
V analogov – digitálním p evodníku jsou pak hodnoty elektrického nap tí
p evedeny do íselné hodnoty ( t.j. kvantifikací nap . 0-255 v p ípad 8 bitového záznamu). Sníma e používané ve fotogrammetrii mohou být plošné nebo
ádkové. Podle vzorkovacího teorému musí být vzdálenost dvou obrazových
prvk alespo dvakrát menší, než je velikost obrazu p edm tu, který chceme
rozlišit.
Geometrické aspekty CCD sníma
.
Jelikož se jedná o pevný prvek na rozdíl od filmu, je p esnost polohy obrazového prvku v ortogonálním rastru 0,2 µm . Rovinnost sníma e je cca 10 µm .
Radiometrické aspekty CCD sníma
.
Na rozdíl od filmových materiál je u CCD sníma velká lineární závislost
mezi expozicí a výslednou íselnou hodnotou vyjad ující obrazovou intenzitu
(s odchylkou max. 1% ). Rozsah zaznamenávaného vln ní CCD sníma je
v tší než film , obvykle registrují vlnové délky v rozsahu 0,4 až 1,1 µm .
Pom r signál/šum (SNR – signal to noise ratio) je definován jako pom r intenzity elektrického signálu ku standardní odchylce signálu (což jsou systémové
S
S
šumy). SNR =
= 20 log
. SNR m že dosáhnout pom ru až 1000 /1,
σS
σS
asto bývá uvád n v decibelech (60dB). Pod pojmem dynamický rozsah (DR)
rozumíme maximální hodnotu SNR. P i kvantifikování má být zvolený interval
2 σ S , což p i DR=1000 p edstavuje kvantifikaci do 500 interval , a to lze
zobrazit pomocí 9 bit ( n 9 = 512 ).
- 7 (28) -
Fotogrammetrie II
Šum je jakýkoliv necht ný signál p idaný k výstupu sníma e (podobn jako
chyby v m ení, m že mít náhodnou a systematickou složku). Významné druhy šumu jsou:
Šedý šum (dark current noise) zp sobený termickým efektem, který závisí na
teplot sníma e - vzniká i za tmy.
Výst elový šum vznikající p i velkých intenzitách sv tla (p esv tlení –
blooming).
Vy ítací šum zp sobený p enosem náboje p i vy ítání.
U speciálních kamer se radiometrická stabilita zajiš uje chlazením sníma e.
P esv tlení vzniká p ekro ením nábojové kapacity pixelu, ím se ovlivní i sousední pixely. Lze áste n eliminovat tzv. antibloomingovou strukturou sb ru
náboje.
Na podobném principu pracují i CMOS sníma e (Complementary Metal Oxid
Semiconductor). CCD sníma e mají vysokou kvalitu obrazu v d sledku nízkého
šumu (imaging performance), ale mají vyšší spot ebu elektrické energie. Elektronika pot ebuje dosti velké množství prostoru uvnit kamery, protože CCD
nedovolují vestav t podp rnou elektroniku na senzor. CCD za ízení od ítají
posunem náboje z pixelu na pixel, což vyžaduje externí elektroniku vyžadující
prostor a energii. Senzory CMOS mohou sdružit podp rnou elektroniku na
senzor. N které senzory dokonce mají vestav ný analogový – digitální konvertor (p evodník), který významn redukuje prostor a energii požadované pro
kameru. CMOS senzory mají další vlastnosti, které zjednodušují obrazové operace. CMOS senzory mají slabší dynamický rozsah a menší rozsah citlivosti.
To vychází ze skute nosti, že CMOS senzory byly vyvinuty p vodn pro extrémn nízké low-end aplikace (hra ky, bezpe nostní kamery) , které nevyžadují vysokou kvalitu snímku, ale vyžadují nízkou cenu nebo malý rozm r. Byly
však vyvinuty senzory (high-end aplikace), které konkurují CCD senzor m,
mající v tší pixely, které dovolují zv tšit dynamický rozsah, zvýšit citlivost
sníma e a frekvenci snímkování. Mezi výhody digitálních kamer v porovnání
s filmovými kamerami je nižší váha a menší rozm r. Dále je to vyšší citlivost
(až 3000 ISO), radiometrická linearita záznamu, lepší geometrická kvalita obrazu a lepší trvanlivost záznamu. Pam ová média p edstavují menší možnost
poškození, než film, nevyžadují velké skladovací prostory. Nevýhodou je zatím
velkost formátu sníma a n kdy rychlost snímkování. Je obtížné zjistit, jaký je
nejv tší sníma v sou asné dob . V roce 2002 je uvád no vyrobení sníma e
CCD o velikosti 9216 x 9216 pixel , pixel o velikosti 2,4 x 2,4 µm . V roce
2007 jsou komer n dostupné tyto sníma e KODAK. Data jsou v po adí výrobní ozna ení, po et pixel , velikost pixelu.
Full frame sníma e
KAF –16800 4096 x 4096 9 µm , KAF –22000
KAF –39000
7216 x 5412 7 µm , KAF –31600
Interline sníma e
KAI -11002 4672 x 4008 9 µm
5440 x 4080 9 µm ,
5412 x 5412 7 µm
Obdorné spole nosti
3
Prostorové modely povrchu
V p ípad ortofotosnímk je obrazová textura redukována do roviny X,Y. Textura nap . vertikálních ploch není dostupná. Pot ebujeme-li zobrazit textury i
z jiných rovin než jen X,Y, je pot eba vytvo it prostorový model povrchu. Prostorové modely povrchu je možné vytvá et r zným zp sobem, nej ast ji jsou
používány dv následující metody.
U metoda využívající prostorovou m ížku je základním prvkem krychle viz
obr. 3.1. Povrch je popsán pomocí bod pr seku plochy s hranou krychle a
naklon ných trojúhelníkových ploch v rozsahu krychle. I velmi složitá plocha
m že být popsána tímto zp sobem efektivn . Kvalita popisu závisí na velikosti rozm ru krychle. Tento zp sob má nevýhodu spo ívající v tom, že lomová
linie na popisované ploše nem že být modelována exaktn . P ekonání t chto
potíží vede k velmi jemné m ížce, což znamená zvýšené nároky na pam po íta e a výpo etní as. Mezní možností je, že body plochy jsou ur eny množinou
malých krychlí.
Druhá metoda modelování povrchu modeluje hrany exaktn a vychází
z principu, že povrch je aproximován pomocí díl ích ploch- nap . trojúhelníky
tvo ící mnohost n. Budovy mají v tšinou díl í plochy uspo ádány v prostoru
libovoln a obvykle mají víc jak 3 rohové body. Nap . díl í plocha sedlové
st echy je obdélník viz obr. 3.2.
Obr. 3.1. Zobrazení díl ích ploch v elementární krychli
Každá díl í plocha je definována lokálním prostorovým sou adnicovým systémem. V globálním (geodetickém) systému je díl í plocha definována pomocí
po átku lokálního systému a rota ní maticí. Body tvercové m ížky (rastru na
Fotogrammetrie II
díl í ploše mohou být p etransformovány do globálního systému. Povrchy složené z geometricky elementárních ploch mohou být p esn modelovány. Nap .
tvercovou m ížku na válcové ploše je možné p etransformovat do prostorového lokálního sou adnicového systému a ten pak do globálního.Rastr pro prvky
fototextury je umíst n na 2D díl í ploše objektu. Tyto prvky se nazývají texely
(texture elements) . Až jsou všechny díl í plochy pokryty texely, fototextura
reálného sv ta je p enesena do po íta e. V této souvislosti mluvíme o virtuální
realit , kde m žeme pozorovat objekt z jakékoliv pozice a sm ru. Lze také
vytvá et vizualizaci projektovaného objektu v již existujícím prost edí. Tohoto
postupu je využíváno pro 3D modelování r zných objekt nap . m stských
ástí. 3D modely umožní dobrou p edstavu geometrických vztah mezi objekty, mohou sloužit plánování m stské výstavby, pro ešení dopravy, pro ešení
bezpe nostních záležitostí apod. Je pot eba si uv domit, že kvalitní 3 D model
p edstavuje velké množství práce a tím je jeho cena vysoká. Proto se kvalitní
modely d lají v tšinou pro m stské památkové reservace nebo významné objekty.
Obr. 3.2. Díl í plocha st echy
3.1
Vizualizace povrchu
Ortofoto p edstavuje pohled z nekone na a sm r pohledu je kolmý k rovin
X,Y. Tento pohled však nedává p edstavu o prostorovém tvaru povrchu. Proto
se používají vizualizace s šikmou osou pohledu. Jde o vytvo ení fiktivního
snímku se zadanými prvky vnit ní a vn jší orientace viz obr. 3.3. Pixely ortotofota transformujeme do fiktivního snímku. Je nezbytné ešit zákryt pixel , na
fiktivním snímku se zobrazí jen viditelné ásti plochy. P i generaci fiktivních
snímk je žádoucí i úprava kontrastu s ohledem na vytvo ení reálného pohledu.
Vliv atmosféry zp sobuje stav, že pixely v pozadí mají nižší kontrast než ásti
plochy v pop edí.
Obdorné spole nosti
Obr. 3.3. Vzualizace terénu
Fotogrammetrie II
4
Ur ování povrchu pomocí strukturovaného
sv tla
Strukturované sv tlo je synonymum pro projekci vzoru na povrch objektu. Cílem je poskytnutí pot ebné textury na povrch s malou nebo žádnou p írodní
texturou. Um lá výrazná textura tak umož uje m ení a rekonstrukci povrchu
objektu. Tato skute nost má význam v blízké fotogrammetrii, avšak s omezením velikosti objektu, které je dáno výkonem sv telného zdroje projektoru a
vlastnostmi prost edí. Nej ast ji se setkáváme se dv ma postupy:
• Projekce náhodných nebo pravidelných vzor
• Moiré technika
Projekce náhodných nebo pravidelných vzor
Tento postup slouží k vytvo ení textury na povrchu objektu, která umožní m ení povrchu v etn automatizovaných postup . Na objekt je promítán vzor a
sou asn jsou po ízeny nejmén dva snímky. Doporu uje se použít 3-4 snímky
(kamery) jedná-li se o prostorov velmi lenitý objekt. Náhodný vzor obr. 4.2
usnad uje lepší kontrolu a menší možnost omylu p i automatizovaných postupech (matching).
Obr. 4.1. Pravidelný vzor
Obr. 4.2. Nepravidelný náhodný vzor
Pravidelný vzor obr. 4.1 má nevýhodu v uniformit vzoru, což m že p i p i azení (matching) odpovídajících si bod na snímcích vést k nejednozna nosti.
Toto lze však kompenzovat uspo ádání snímk nebo pomocí uzlových p ímek
Obdorné spole nosti
lze jednozna n up esnit identifikaci bodu. Oblíbené jsou rastry bod (kruhového tvaru) nebo rastry p ímek. V p ípad bodového rastru s malými kruhovými body ( minimáln pr m r 5 pixel ) se používá p esné metody ur ení polohy výpo tem t žišt ter e. Pro ur ení správného odpovídajícího bodu na druhém snímku se používá uzlových paprsk . Této techniky se využívá pro pr myslová m ení v blízkém prostoru.
4.1
Moiré technika
Pro definici povrchu objektu je možné použít i moiré stínové vzory. V ad
aplikací nejde o kvantitativní vyhodnocení, nýbrž o kvalitativní p ístup k povrchu objektu. Jsou-li stínové vzory podobné vrstevnicím, pozorovatel získá
bezprost ední vjem o t etím rozm ru. Moiré technika byla a je používána zejména v medicínských aplikacích, nap . vybo ení páte e v d sledku skoliózy
m že být snadno rozeznánoviz obr. 4.4. Jedna z metod jak vytvo it moiré stíny
je následující. Dva projektory promítají m ížku p ímek na povrch objektu viz
obr 4.3. Tyto promítnuté p ímky se protínají vytvo í na povrchu objektu stínové zóny. Stínové vzory vypadají jako obraz vrstevnic ( ez plochy rovinami).
Vzdálenost moiré (stínových) ar se vypo te ze vzorce
hn =
nsl
nsl
≈
= n k , který lze použít pro situaci, kdy d >> s
d −n s
d
n je íslo stínové roviny, ne moc velké
d je vzdálenost projek ních center projektor
l je vzdálenost projek ních center od roviny m ížky
s je interval m ížky konstanta
k je konfigura ní konstanta
Pot ebujeme –li dokumentovat výsledek, jeden projektor nahradíme kamerou.
Moiré efekt vznikne tak, že stínové áry jsou snímány p es m ížku. Problémy
vznikají p i málo lenitých plochách, kdy moiré áry jsou hodn široké a sledování stopy m že být obtížné. Mezi nevýhody moiré techniky pat í i to, že
tvar povrchu je dob e vid t v míst stínové áry, mimo ni nemáme žádnou informaci.
Fotogrammetrie II
Obr. 4.3 Princip moiré zorazování
Obr. 4.4 Moiré zobrazení v medicín
Obdorné spole nosti
5
Šikmé letecké snímky
Na internetových stránkách nacházíme v posledních letech ortofotomapy. Jejich výhodou je velká podrobnost a p esnost, nevýhodou je pak, že každý objekt na ní znázorn ný se zobrazuje p dorysn . Možnost vid t fotografované
objekty ze šikmého pohledu tato technologie tém neumož uje. Tuto nevýhodu však m že vy ešit snímkování s šikmou osou záb ru. Šikmé letecké snímkování má pom rn dlouhou historii, první šikmé letecké snímky po ízené
z balónu, byly získány v polovin 19. století ve Francii. Od této doby byla
technologie šikmého snímkování postupn rozvíjena pro ú ely dokumentace
objekt vzniklých lidskou inností, p írodních krás a pro pot eby vojenského
leteckého pr zkumu viz obr. 5.1.
Obr. . 5.1 Šikmé snímkování na za átku minulého století
Širšímu využití šikmých leteckých snímk bránila p edevším skute nost, že
zatím co pro zpracování svislých snímk do podoby map byly za átkem minulého století nalezeny postupy jejich p ístrojového zpracování, pro zpracování
šikmých snímk do podoby mapových nebo jim podobných podklad nebyly
tyto postupy vhodné. Po átkem 90-tých let minulého století se šikmé snímkování za alo prosazovat v dokumentaci urbanistických staveb a ada m stských
aglomerací byla šikmým snímkováním postupn dokumentována. Perspektivní
pta í pohled zaznamenaný na t chto snímcích umož oval specialist m up esovat a navrhovat další výstavbu m st. Za átek našeho tisíciletí p inesl p íležitost metody šikmého leteckého snímkování optimalizovat a to p edevším cestou p echodu technologie fotografických kamer z filmového na digitální zá-
Fotogrammetrie II
znam. V tšinou se používají kamery s ohniskovou vzdáleností 50-100 mm
s vestav nými sníma i o velikosti obrazu 16 – 39 Mpix. Pro ur ení prvk vn jší orientace jsou používány GNSS a IMU.
5.1
Technologie sb ru digitálních šikmých snímk
systém PixoView
-
Šikmé letecké snímkování m že být provád no svazkem leteckých m ických
kamer. Kamery jsou uspo ádány do svazku tak, že jedna kamera mí í sm rem
dol a zbývající kamery jsou orientovány šikmo. Systém používaný ve firm
Geodis Brno spol. s r. o. se skládá ze 3 až 5 kamer, z nichž jedna mí í sm rem
dol a zbývající 2 až 4 mí í do r zných sv tových stran, tj. vlevo a vpravo od
sm ru letu pop . dop edu a dozadu ve sm ru letu nosi e kamer. Zastav né ásti
m st jsou snímány z výšky od 500 do 1200 metr . Rozlišení po izovaných
snímk je pro jednotlivé p ípady snímkování od 0,1 do 0,3 metru. D ležitým
aspektem p i snímkování je použití inerciální technologie pro záznam aktuální
sou adnicové polohy st edu systému a sklon jeho os vzhledem k sv tovému
systému sou adnic a jejich následnému p evodu do národního systému sou adnic S-JTSK. P i snímkování je provád n záznam digitálních šikmých leteckých
snímk na po íta e PixoView systému, který se skládá z n kolika díl ích výpo etních jednotek. Jedna z nich zajiš uje navigaci letadla podle p edem p ipraveného letového plánu snímkování, druhý systém má na starost p esné zjišování polohy a sklon systému. Každá digitální kamera pak má vlastní ídí
po íta , který zajiš uje komunikaci s naviga ním po íta em, ízení innosti
digitální kamery a p edevším kontrolu a záznam snímání obrazu každé jednotlivé digitální kamery. P i snímkování v této konfiguraci kamer jsou po izovány
jednak svislé snímky, které pokrývají celý prostor snímkování bez mezer a
sou asn jsou po izovány šikmé snímky, které zachycují každý objekt
v prostoru snímkování z více stran.
5.2
Zpracování šikmých snímk
P i snímkování vzniká pom rn velký objem svislých a šikmých snímk , které
je pot eba v první fázi zpracování uložit do databáze. Pro každé snímkované
území, nap . m sto, vzniká databáze snímk , která má zakomponované informace o významných parametrech snímk jako jsou:
- název snímku
- den a as po ízení
- poloha kamery v sou adnicích x,y,z
Obdorné spole nosti
- orientace a umíst ní kamery na letadle (svislá, šikmá, vlevo, vpravo, dop edu,
dozadu)
- rozlišení obrazového elementu
- velikosti jednotlivých stran snímku v metrech
- definice roh snímku v sou adnicích (každý roh snímku má odpovídající souadnici v terénu)
Databáze snímk umož uje rychlý p ístup ke snímk m s možností vyhledávání
vhodných pohled , které zachycují stejnou ást území. Vybrané snímky je
možno zobrazit na monitoru po íta e, p i emž ve st edové ásti lze zobrazovat
svislý snímek a v rozích obrazovky jsou zobrazovány šikmé snímky. Aby byl
zajišt n rychlý výb r vhodných snímk musí s databází snímk spolupracovat
programová aplikace. V p ípad , že na monitoru po íta e ukážeme na svislém
snímku na požadovaný objekt nap . nám stí, jsou z databáze vybrány vhodné
snímky, které vybrané nám stí rovn ž zobrazují a na monitoru jsou zobrazeny
viz obr.5.2.
Aplikace nad databází snímk umož uje, krom jejich zobrazování, ješt n které další základní funkce mezi n ž pat í nap . možnost:
-
m it vodorovné vzdálenosti na svislých i šikmých snímcích
m it svislé vzdálenosti na šikmých snímcích
m it délky po terénu a plochy
zobrazovat a importovat 2D a 3D vektorová data
možnost ode ítání prostorových sou adnic objekt
možnost vkládání textových anotací a zákres
Obr. . 5.2 Detailní znázorn ní situace na svislém a šikmém snímku
Fotogrammetrie II
5.3
Využití technologie PixoView
PixoView je technologie, která m že být užite ná ad organizacím, ú ad m a
firmám. M že jim ušet it mnoho asu a finan ních náklad , v etn pracovník ,
kte í by v jiném p ípad museli provád t poch zky v terénu. Pomocí této technologie lze získat p esné, aktuální a podrobné informace o území, které mohou
odpov dné osoby využívat pro svou práci. Klí ovými oblastmi, ve kterých m že být technologie PixoView použita jsou nap .:
-
vyhledávací studie
urbanistické plánování
fotografická dokumentace sou asného stavu
analýzy dopravních za ízení a zát ží
koordinace innosti integrovaného záchranného systému
dokumentace historického stavu a rekonstrukce
logistické analýzy a statistické mapování
dohled nad bezpe ností d ležitých pr myslových a m stských za ízení
a majetku ob an a institucí
p íprava územn analytických podklad (ÚAP)
p íprava územn plánovací dokumentace (ÚPD)
prostorová vizualizace území v etn prostorových model budov
s reálnými texturami
N které další ze systém používaných pro šikmé snímkování jsou: Pictometry,
PFIFF, Multivision. Zájem o šikmé snímky je zna ný, v roce 2007 byly po ízeny snímky území Great London. GIS systémy jsou upravovány pro práci
s novými daty. P esnost sou adnic bod na 3D modelech viz obr.5.3. závisí na
p esnosti p ímého ur ení prvk vn jší orientace. Aerotriangulaci není možné
v tšinou provést v celém bloku, obrazová korelace mezi šikmými snímky n kdy nemusí být možná, záleží na úhlu vychýlení šikmého snímku od svislice.
Obr. 5.3 Texturovaný prostorový model budov s využitím šikmých leteckých snímk
Obdorné spole nosti
6
Snímkování dynamických jev
Dynamické jevy m žeme analyzovat pomocí sekvencí snímk . Mezi dynamické jevy pat í:
analýza pohybu
sledování pracovního prostoru
detekce p ekážek
sledování cíl .
Analýza pohybu je astou aplikací p i léka ských a sportovních studiích pohybu lov ka, p i studiích proud ní a analýzách dopravy. Sledování prostoru se
uplatní v ergometrických studiích a p i varování v nebezpe ných zónách. Sledování cíl nachází uplatn ní ve vojenství a robotice , kde se rovn ž uplatní
detekce p ekážek. Zm na v poloze bodu je popsána sou adnicovými rozdíly,
které popisují vektor zm ny v ur itém asovém intervalu. Tak m žeme ur it
rychlost pohybu bod objektu. asový interval musí být zvolen p im en ,
protože v p ípad delších interval je menší jistota v identifikaci m ených
bod . Sledovaný objekt se nemusí pohybovat je ur itým sm rem, ale m že i
rotovat, což m že komplikovat identifikaci m ených bod . Proto je d ležité
m ené body ozna it takovým zp sobem, aby bylo bezproblémové m ení i
identifikace bod . P i sledování pohybu více kamerami musíme zajistit jejich
synchronizaci nebo musíme ur it asový posun v expozici mezi snímky. Kamery jsou obvykle umíst ny na stativu, aby ur ité sekvence snímk m ly
stejné prvky vn jší orientace, což kontrolujeme pomocí vlícovacích bod .
V p ípad použití jen jedné kamery je možné ur it jen pohyb v jedné rovin –
metoda asové základny. Musíme tedy ur it m ítko snímku pro konkrétní bod.
M že nastat i obracená situace, kdy kamera je pevn míst na na pohybujícím
se objektu a jsou snímkovány lícovací body v okolí pohybujícího se objektu.
Pohyb objektu je dán zm nami v prvcích vn jší orientace, které jsou vypo teny
pro každý snímek sekvence.
Motorgrafie je metoda využívající dlouhé expozice, p i níž je poloha bodu na
snímku ur ena p erušovanou sv telnou stopou. Nap . p i sledování pohybu
ramene robota jsou na rameni umíst ny sv telné body, které vytvá í na snímku
sv telnou p erušovanou stopu.
Pro sledování rychlých proces se používají videokamery. Krom synchronizace je nutno uvážit i možnost rozmazání obrazu vlivem velké rychlosti.
Fotogrammetrie II
7
Uzlové body a paprsky
V n které literatu e je místo slova uzlové používáno slovo epipolární.
M jme dva snímky, pak na prvním snímku obraz projek ního centra druhého
snímku B ozna íme jako uzlový bod K a naopak na druhém snímku obraz projek ního centra prvního snímku A ozna íme jako uzlový bod L . Každý bod P
v p edm tovém prostoru tvo í s projek ními centry uzlovou rovinu. Uzlová
rovina protíná ob snímkové roviny v uzlových paprscích. U konvergentních
snímk se sbíhají uzlové paprsky do uzlového bodu, v normálním p ípad jsou
uzlové paprsky rovnob žné. Uzlové paprsky od stejného bodu P se protínají
v bod S na pr se nici obou snímkových rovin viz obr. 7.1. Jak vyplývá
z geometrické interpretace fundamentální matice obrazovému bodu na jednom
snímku odpovídá p ímka na druhém snímku, na které obraz bodu musí ležet.
Této skute nosti lze využít pro identifikaci bod na snímku. Máme-li na jednom snímku bod, který leží na ur ité á e, je možné nalézt polohu odpovídajícího bodu na druhém snímku. Ten musí ležet na odpovídající pomocí uzlové
p ímce ( lze vypo ítat a zobrazit na snímku) a rovn ž na á e. Znamená to že
hledaný obraz bodu musí být na pr se íku áry s uzlovou p ímkou viz obr. 7.2.
Obr. 7.1 Uzlové paprsky
Obdorné spole nosti
Obr. 7.2 Uzlové paprsky – vyhledání bodu na druhém snímku
Fotogrammetrie II
8
Odborné spole nosti
8.1
Mezinárodní spole nost pro fotogrammetrii a
dálkový pr zkum - The International Society for
Photogrammetry and Remote Sensing
Spole nost International Society for Photogrammetry (ISP) byla založena v
roce 1910 pod vedením jejího prvního prezidenta prof. Eduarda Doležela. P vodní název byl zm n n na International Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ISPRS) v roce 1980. Ve stanovách je spole nost definována
jako nevládní mezinárodní organizace v nující se rozvoji mezinárodních spolupráce pro dosažení pokroku ve znalostech, výzkumu, vývoji, vzd lávání a
výcviku ve fotogrammetrii a dálkovém pr zkumu a v dách o prostorových
informacích.
Fotogrammetrie a dálkový pr zkum definuje jako um ní, v du a technologii
pro získání spolehlivých informací z nekontaktních zobrazení nebo jiných senzorových systém o Zemi a jejím prost edí nebo jiných fyzických objektech.
Informace jsou získány v procesu zaznamenávání, m ení, analyzování a prezentace.
V du o prostorových informacích definuje jako um ní, v du a technologii pro
získání prostorových spektrálních a temporálních vztah mezi fyzickými objekty a jejich zpracování pro integraci s jinými daty pro analýzu zobrazení a
prezentaci.
Spole nost dosahuje t chto cíl bez jakékoliv diskriminace na základ rasy,
náboženství , národnosti nebo politického názoru.
Pro dosažení t chto cíl spole nost:
•
•
•
•
•
•
•
Podporuje výzkum a vývoj technologií ve fotogrammetrii a dálkovém
pr zkumu a v dách o prostorových informacích a rovn ž vývoj norem.
Podn cuje výzkum ve fotogrammetrii a dálkovém pr zkumu a v dách o
prostorových informacích vytvo ením technických komisí a pracovních
skupin.
Svolává kongres, sympozia a jiná setkání.
Zajiš uje širokou cirkulaci v deckých výsledk pomocí Mezinárodního
archívu pro fotogrammetrii a dálkový pr zkum a v d o prostorových informacích – sborníky kongres a sympózií. (The International Archives
for Photogrammetry and Remote Sensing and Spatial information
sciences).
Vydává asopis
Stimuluje zakládání národních a regionálních spole ností pro fotogrammetrii a dálkový pr zkum a v d o prostorových informacích.
Podporuje udílení cen za dosažené úsp chy pro jednotlivce i skupiny
Obdorné spole nosti
•
•
Podporuje vzd lávání, výcvik a p enos technologií.
Reprezentuje fotogrammetrii a dálkový pr zkum a v dy o prostorových
informacích na mezinárodních fórech.
Spole nost má 6 druh
lenství.
ádný len (Ordinary Member) je zem nebo region mající nezávislý rozpo eta representuje celou komunitu odborník v zemi (obvykle národní spole nost
pro fotogrammetrii a dálkový pr zkum)
P idružený len (Associate Member) je organisace reprezentující skupinu odborník , které má mají silný zájem se podílet na innostech spole nosti a nejsou reprezentovány organizací v pozici ádný len.
Regionální len (Regional Member) je multinárodní spole enství organizací
Podporující lenové (Sustaining Members) jsou jednotlivci, organizace, instituce, firmy, které vyráb jí a distribují p ístroje, vybavení a poskytují služby
v oblasti fotogrammetrie a dálkového pr zkumu a v dách o prostorových informacích a finan n podporují ISPRS.
estný len (Honorary Member) - estní lenové jsou jednotlivci vybraní za
vyjime né zásluhy o spole nost a obor.
Spole nost (ISPRS) je ízena složkami kongres, koncil, generální zasedání,
technické komise, finan ní komise a výbor podporujících len .
Kongres spole nosti se koná jednou za 4 roky, místo konání kongresu je vybráno na generálním zasedání. Generální zasedání (General Assembly) ur uje
obecnou politiku spole nosti a je nejvyšším orgánem pro všechna rozhodnutí.
Každý ádný len spole nosti je representován jedním delegátem (+ dva poradci), hlasy delegát mají váhu podle kategorie, která závisí na velikosti (po tu
p iznaných specialist ) ádného lena. Generální zasedání volí funkcioná e
spole nosti, což jsou lenové koncilu (prezident spole nosti, kongresový editel, pokladník, 1. a 2. více president, generální sekretá ) a prezidenti technických komisí. Koncil ídí spole nost v období mezi kongresy.
Odborná innost spole nosti je rozd lena do 8 technických komisí. Každá komise je sponzorována lenskou organizací v období ty leté periody mezi kongresy. Funkcioná i technické komise jsou prezident technické komise, sekretá ,
p edsedové pracovních skupin. Technická komise organizuje pracovní skupiny
a sympozium mezi kongresy.
Komise spole nosti jsou následující
Komise I – Získávání obrazových dat – sníma e a nosi e
Image Data Acquisition - Sensors and Platforms
Komise II - Teorie o zacházení s prostorovými a asovými údaji a informacemi
Theory and Concepts of Spatio-temporal Data Handling and Information
Komise III – Fotogrammetrické po íta ové vid ní a analýza obraz
Photogrammetric Computer Vision and Image Analysis
Komise IV – Geodatabáze a digitální mapování
Geodatabases and Digital Mapping
Fotogrammetrie II
Komise V – Analýzy a aplikace snímání v blízkém prostoru
Close-Range Sensing Analysis and Applications
Komise VI – Vzd lávání
Education and Outreach
Komise VII – Tématické zpracování, modelování a analýza dálkov snímaných
dat
Thematic Processing, Modeling and Analysis of Remotely Sensed Data
Komise VIII –Aplikace a politika dálkového pr zkumu
Remote Sensing Applications and Policies
Následující tabulka dává p ehled o roce míst konání kongresu a po tu eskoslovenských oficiálních ú astník .
Tab.
po adí rok
místo, stát
s. po adí rok
ú .
místo, stát
s.
ú .
1
1910 Víde ,
kousko
Ra-
0
11
1968 Lausanne,
carsko
2
1926 Berlín, N mecko
0
12
1972 Ottawa, Kanada
1
3
1930 Zurich, Švýcarsko
14
13
1976 Helsinki, Finsko
9
4
1934 Pa íž, Francie
7
14
1980 Hamburg,
mecko
N -
3
5
1938
0
15
1984 Rio de Janeiro,
Brazílie
1
6
1948 Haag, Nizozemí
10
16
1988 Kyoto, Japonsko
1
7
1952 Washington,
USA
0
17
1992 Washington,
USA
3
8
1956 Stockholm,
Švedsko
3
18
1996 Víde , Rakousko
1+Y
9
1960 Londýn, V. Británie
5
19
2000 Amsterdam,
zozemí
Ni-
1+Y
10
1964 Lisabon, Portugalsko
10
20
2004 Istanbul, Turecko
1+Y
ím, Itálie
Švý- 19+X
Vysv tlivky: X cca 40 ú astník tématického zájezdu,Y n kolik desítek individuálních a firemních odborník . P íští 21. kongres se bude konat v Pekingu
v ín v roce 2008.
Obdorné spole nosti
V roce 1938 a 1952 neú ast s. zástupc byla zp sobena politickou situací (
jednání velmocí v Mnichov , studená válka). V roce 1964 získala SSR vedení
IV. komise . Prezident IV. technické komise Ing. L. Skládal se stal na kongresu
v roce 1968 druhým viceprezidentem, prezidentem VI. komise se stal prof. P.
Gál. V roce 1966 v Praze a roce 1970 v Bratislav se konala zasedání p íslušných technických komisí.
8.2
Spole nost pro fotogrammetrii a dálkový pr zkum v R
eskoslovenská fotogrammetrická spole nost byla založena v Praze v roce
1930, jejím prvním p edsedou byl prof. Pet ík. V letech 1954-1967 byla nositelem lenství v ISP Úst ední správa geodézie a kartografie (ÚSGK), od roku
1967 do 1990 eskoslovenská v deckotechnická spole nost ( SVTS). V roce
1990 byla založena Spole nost pro fotogrammetrii a dálkový pr zkum
v SFR. K rozd lení na eskou a slovenské spole nost došlo až v roce 1996,
kdy na kongresu ve Vídni se stala Spole nost pro fotogrammetrii a dálkový
pr zkum (SFDP) v SR ádným lenem ISPRS.
Podrobn jší a aktuální informace naleznete na internetových stránkách
8.3
EuroSDR – European Spatial Data Research
EuroSDR je výzkumná a pracovní organizace spolupracující na významných
výzkumných problémech a p enášející výsledky do geoinforma ní produkce.
Byla založena v roce 1953 pod názvem OEEPE – Organisation Europenne
d´Etudes en Photogrammetrie Expérimental. Výzkum je orientovaný podle
technických skupin:
TS 1) Sníma e, získávání primárních dat
TS 2) Obrazové analýzy, extrakce informací
TS 3) Systémy a zpracování
TS 4) Geoprostorové referen ní databáze
TS 5) Integrace a poskytováním dat a služeb
V sou asné dob se zabývá mimo jiné projektem zam eným na modelování,
prezentaci, kvalitu 3D model m st, kalibrací digitálních kamer, detekcí budov
z leteckých snímk a leteckého laserového skenování.
Záv r
9
Záv r
Pro udržení znalostí aktuálního stavu je nezbytné pr b žné sledování informací z konferencí, asopis a www stránek p edních universit ( doporu uji zejména n mecké TU v Mnichov , Stuttgartu, Hanoveru ) a odborných spole ností.
10
Studijní prameny
10.1 Seznam použité literatury
11
Seznam použité literatury
[1]
Kraus K. Photogrammetrie. Walter de Gruyter, Berlin 2004
[2]
Kraus K. Photogrammetry. D mmler, Bonn 1997
11.1 Odkazy na další studijní zdroje a prameny
[3]
www. isprs.com
[4]
www.sfdp.upol.cz
- 27 (28) -
Fotogrammetrie II
Klí
Klí k autotestu, event. klí k ostatním úkol m, cvi ením a test m (nejsou-li
uvedeny v „ ešení“); odpov di na autokorektivní aktivity.
Download

Fotogrammetrie.pdf