Temat 2 1. Zasady projektowania naziemnego pomiaru fotogrametrycznego 2. Terenowy rozmiar piksela 3. Plan pomiaru fotogrametrycznego
Projektowanie Dokładność - specyfikacja techniczna projektu
Aparat cyfrowy w fotogrametrii aparat musi być wyposażony w obiektyw stałoogniskowy z jednym aparatem można używać wymiennie kilku obiektywów stałoogniskowych każde zestaw aparat + obiektyw musi zostać skalibrowany dla zadanej odległości fotografowania co oznacza że: obiektyw musi mieć wyznaczone parametry dystorsji; musi zostać wyznaczona ogniskowa dla zestawu C k; musi zostać wyznaczony punkt główny zdjęć; mocowanie obiektywu do aparatu musi zapewniać powtarzalność elementów orientacji wewnętrznej zestawu oznacza to że po każdym włączeniu i wyłączeniu aparatu, jak również po wymianie obiektywów i ponownym ich założeniu elementy orientacji wewnętrznej zestawu muszą pozostać niezmienne.
Terenowy rozmiar piksela zdjęć - podstawowy warunek narzucający definiowanie projektu fotogrametrycznego, zazwyczaj określany w specyfikacji projektu Przyjmuje się: dla dokumentacji wektorowej obiektów (np. widoki elewacji) wykonujemy zdjęcia z pikselem terenowym 2mm; dla ortofotoplanów murów ceglanych - wykonujemy zdjęcia z pikselem terenowym 2 mm dla ortofotoplanów pęknięć, czy powierzchni o drobnym rysunkuwykonujemy zdjęcia z pikselem terenowym 1 mm dla ortofotoplanów malowideł i polichromii wykonujemy zdjęcia z pikselem terenowym 0,5 lub nawet 0,3 mm.
Podany rozmiar piksela terenowego definiuje nam odległość fotografowania dla danego zestawu aparat + obiektyw, a dodatkowo terenowy zasięg pojedynczego zdjęcia. matryca CCD/CMOS macierz uporządkowanych kwadratowych el. światłoczułych, o określonym rozmiarze każdy światłoczuły element matrycy rejestruje jeden piksel obrazu stosunek wielkości piksela terenowego do wielkości piksela matrycy definiuje mianownik skali zdjęcia
gdzie: gdzie: P T wielkość piksela terenowego [mm] P M wielkość piksela matrycy [mm] M Z mianownik skali zdjęcia W wysokość lotu a w przypadku fotogrametrii naziemnej odległość fotografowania [m] C K długość ogniskowej [m] M Z mianownik skali zdjęcia Wielkość piksela terenowego jest naszą daną wejściową. Informację o ogniskowej otrzymujemy z kalibracji aparatu. Rozmiar piksela matrycy można zazwyczaj znaleźć w dokumentacji aparatu. Jeżeli nie ma tam tej informacji wprost to zwykle podany jest rozmiar matrycy w mm i rozmiar matrycy w pikselach
Przykład 1 Canon EOS 400D mamy rozmiary matrycy: szerokość w pikselach - 3888 wysokość w pikselach 2592 szerokość w milimetrach - 22.2 wysokość w milimetrach 14.8 daje to rozmiar pojedynczego piksela matrycy 0.0057 mm (5.7 mikrometra) Canon EOS 5D mamy rozmiary matrycy: szerokość w pikselach - 4368 wysokość w pikselach 2912 szerokość w milimetrach - 35.9 wysokość w milimetrach 23.8 daje to rozmiar pojedynczego piksela matrycy 0.0082 mm (8.2 mikrometra)
Przykład 2 Załóżmy, że mamy w projekcie wykonać zdjęcia z pikselem terenowym 2 mm. Dysponujemy aparatami Canon EOS 400D i Canon EOS 5D z obiektywami 20 mm (w uproszczeniu przyjmujemy dane nominalne). Z jakich odległości od obiektu powinniśmy wykonać zdjęcia aby otrzymać rozmiar piksela 2 mm? Canon EOS 400D W= 0.002 * 0.020 / 0.0000057 = 7.01 m, czyli możemy przyjąć odległość fotografowania 7,0 m. Canon EOS 5D W= 0.002 * 0.020 / 0.0000082 = 4.88 m, czyli możemy przyjąć odległość fotografowania 4,9 m.
Uwaga! Należy zwrócić uwagę na to, że precyzja ustawienia odległości fotografowania znacząco zależy od wielkości założonego piksela terenowego. Procentowy wzrost rozmiaru piksela terenowego, w zależności od wzrostu odległości fotografowania o 0,5m Piksel 2mm, odl. +0,5 m Piksel 1mm, odl. +0,5 m 7m; 2,1375mm; 6,875% Canon EOS 400D 4,9m; 2,214mm; 10,7% 3,5m; 1,14mm; 14% Piksel 0,5mm, odl. +0,5 m Canon EOS 5D Canon EOS 400D 2,4m; 1,18mm; 18% Canon EOS 5D 1,75m; 0,64125mm; 28,25% Canon EOS 400D 1,22m; 0,7052mm; 41,04% Canon EOS 5D im mniejszy rozmiar piksela terenowego tym dokładniej musimy wyznaczać odległość fotografowania.
Ćwiczenie 1 Obliczyć odległości fotografowania dla następujących założeń: Terenowy piksel zdjęć: 2mm, 1mm, 0,5mm; Aparaty: Canon EOS 400D, Canon EOS 5D Obiektywy: 20 mm, 50 mm, 100 mm Canon EOS 400D, piksel matrycy = 0.0057 mm 20 mm 50 mm 100 mm 2 mm 7,01 m 17,54 35,09 1 mm 3,51 m 8,77 17,54 0,5 mm 1,75 m 4,39 8,77 Canon EOS 5D, piksel matrycy = 0.0082 mm 20 mm 50 mm 100 mm 2 mm 1 mm 0,5 mm
Rozmiar piksela terenowego ma również wpływ na wielkość obszaru jaki możemy zarejestrować na pojedynczym zdjęciu. 1. Przemnożenie wielkości piksela terenowego przez wymiary matrycy wyrażone w pikselach Dla przypadku Canona EOS 400D będzie to: szerokość kadru: 3888 pikseli x 0.002 m = 7.78 m wysokość kadru: 2592 pikseli x 0.002 m = 5.18 m Dla przykładu podanego powyżej w przypadku Canona EOS 5D będzie to: szerokość kadru: 4368 pikseli x 0.002 m = 8.74 m wysokość kadru: 2912 pikseli x 0.002 m = 5.82 m
2. Poprzez wyliczenie mianownika skali zdjęcia i pomnożenie przez niego wymiarów matrycy wyrażonych w mm. Dla przykładu podanego powyżej w przypadku Canona EOS 400D będzie to: szerokość kadru: 7.01 m / 0.02 m x 0.0222 m = 7.78 m wysokość kadru: 7.01 m/ 0.02 m x 0.0148 m = 5.19 m Dla przykładu podanego powyżej w przypadku Canona EOS 5D będzie to: szerokość kadru: 4.88 m / 0.02 m x 0.0359 m = 8.76 m wysokość kadru: 4.88 m/ 0.02 m x 0.0238 m = 5.81 m przy stałej założonej wielkości piksela terenowego jesteśmy w stanie manewrować zarówno odległością fotografowania wielkością zarejestrowanego kadru
Plan pomiaru fotogrametrycznego 1. Analiza podziałów architektonicznych na elewacjach szeregi pionowe, szeregi poziome 2. Pokrycie zdjęć podłużne min. 60%, poprzeczne min. 30% 3. Stała, wyliczona wcześniej odległość fotografowania 4. Osie X i Y aparatu powinny być poziome (oś X jest równoległa do dłuższego boku matrycy aparatu, oś Y jest równoległa do osi obiektywu). Stosowane modyfikacje: 1. ze względu na dostępność może zmniejszyć odległość fotografowania, a tym samym wielkość piksela terenowego i zakresy pojedynczych zdjęć; 2. ze względu na przeszkody przed obiektem zamiast zdjęć normalnych można wykonać zdjęcia zbieżne; 3. ze względu na wysokość obiektu i brak możliwości użycia rusztowań i podnośników można wykonać szereg zdjęć ukośnych w celu rejestracji górnych partii rejestrowanego obiektu.
Pozostałe parametry 1. baza podłużna fotografowania (pozioma odległość pomiędzy kolejnymi zdjęciami) i baza poprzeczna (odległość pionowa pomiędzy szeregami zdjęć) 2. ilość zdjęć N x ilość zdjęć w szeregu D x długość obiektu B x baza podłużna B x baza podłużna L format ramki zdjęcia wzdłuż szeregu fotografowania P wartość liczbowa wyrażająca procent pokrycia zdjęć w szeregu B x baza poprzeczna; L format ramki zdjęcia w poprzek szeregu fotografowania P wartość liczbowa wyrażająca procent pokrycia zdjęć między szeregami N y ilość szeregów D y wysokość (szerokość) obiektu B y baza poprzeczna
Ćwiczenie 2 Dane: piksel terenowy 2 mm aparaty: Canon EOS 400D i Canon EOS 5D obiektyw 20 mm Wyliczone z poprzednich przykładów: Dla Canona EOS 400D: odległość fotografowania = 7,0 m szerokość kadru = 7.78 m wysokość kadru = 5.18 m Dla Canona EOS 5D: odległość fotografowania = 4.9 m szerokość kadru = 8.74 m wysokość kadru: = 5.82 m
1. Jakie należy przyjąć bazy fotografowania (podłużną i poprzeczną) aby uzyskać pokrycie podłużne 60% i pokrycie poprzeczne 30%? 2. Ile będzie zdjęć do wykonania, zakładając że obiekt ma wymiary 30 x 15 m. 3. Które ułożenie aparatu będzie bardziej ekonomiczne, o dłuższym boku matrycy równoległym do osi szeregów czy o krótszym boku równoległym do osi szeregów?? 4. O jakiej odległości od krawędzi obiektu powinniśmy rozpocząć pomiar?
1. Jakie należy przyjąć bazy fotografowania (podłużną i poprzeczną) aby uzyskać pokrycie podłużne 60% i pokrycie poprzeczne 30%? Dla Canona EOS 400D otrzymujemy: B x = 7.78 * (100 60) / 100 = 3. 11 m B y = 5.18 * (100-30) / 100 = 3.63 m 2. Ile będzie zdjęć do wykonania, zakładając że obiekt ma wymiary 30 x 15 m. N x = (30)/(3.11) = 9,64 N y = (15)/(3.63) = 4,13 N całk = 9,64 x 3,63 = 34,99 = 35 zdjęć
3. Które ułożenie aparatu będzie bardziej ekonomiczne, o dłuższym boku matrycy równoległym do osi szeregów czy o krótszym boku równoległym do osi szeregów? O dłuższym 4. Od jakiej odległości od krawędzi obiektu powinniśmy rozpocząć pomiar? Canon EOS 5 W= 0.002 * 0.020 / 0.0000082 = 4.88 m, czyli możemy przyjąć odległość fotografowania 4,9 m. Canon EOS 400D W= 0.002 * 0.020 / 0.0000057 = 7.01 m, czyli możemy przyjąć odległość fotografowania 7,0 m.
Kalibracja kamery obiektyw musi mieć wyznaczone parametry dystorsji; musi zostać wyznaczona ogniskowa dla zestawu C k; musi zostać wyznaczony punkt główny zdjęć;
Ćwiczenie do wykonania Omówić proces kalibracji kamery w jakim celu ją wykonujemy, schemat postępowania w programie Lens, omówić wyniki, dołączyć raport z kalibracji Bibliografia dr inż. Bartosz Mitka Cyfrowa fotogrametria naziemna, wykłady http://oen.dydaktyka.agh.edu.pl/dydaktyka/obliczenia_inzynierskie /a_fotogrametria/fotogrametria_rozdz2.pdf Mgr inż. Jakub Kolecki, Wyznaczanie elementów orientacji zewnętrznej zdjęć naziemnych z wykorzystaniem obserwacji fotogrametrycznych, inercjalnych i satelitarnego systemu pozycjonowania