Принцип цифрового ортофототрансформирования снимков. (в16)

Рассмотрим процесс цифрового трансформирования исходного снимка на примере его преобразования в цифровое трансформированное изображение, представляющее собой ортогональную проекцию местности на горизонтальную плоскость (ортофотоснимок).

Принципиальная схема этого процесса представлена на рис.3.1

Рис.3.1

Исходными материалами при цифровом трансформировании снимков служат:

- цифровое изображение исходного фотоснимка;

- цифровая модель рельефа (ЦМР)

- значение элементов внутреннего и внешнего ориентирования снимков;

- значение параметров внутреннего ориентирования снимка в системе координат цифрового изображения.

Смысл процесса формирования трансформированного изображения таков.

1. Вначале создают пустую матрицу трансформированного изображения. Для этого:

а) На снимке задают границы участка цифрового изображения, подлежащего трансформированию. Граница задается в виде прямоугольника.

б) Компьютер, используя координаты x_с и y_с углов участка в цифровой системе координат, пересчитывает их в систему координат o^’xyz снимка, а затем рассчитывает по формулам (3.1.) координаты X и Y этих углов на местности.

(3.1)

Т.к. высоты Z на местности не известны, при расчете используется либо высота фотографирования, либо величина средней высоты, определенной по высотам опорных точек.

в) Задается размер пиксела матрицы трансформированного изображения на местности. Размер элементов (пикселей) матрицы обычно выбирают приблизительно равной величине D×m, в которой:

- D - размер пикселя цифрового изображения исходного снимка;

- m - знаменатель среднего масштаба снимка.

г) Используя размер пикселя на местности и координаты X и Y углов участка, компьютер создает пустую матрицу трансформированного изображения, представляющую собой сетку квадратов. Координаты начала системы координат создаваемой матрицы, компьютер изменяет так, чтобы они стали кратными величине элементов матрицы и прибавляет к ним последовательно заданный размер пиксела, тем самым строя построчно слева направо и сверху вниз пустую матрицу трансформированного изображения.

2. Следующим этапом является заполнение матрицы изображением местности.

а) По координатам X_i Y_i каждого пиксела матрицы трансформированного изображения компьютер находит на ЦМР соответствующую ему точку и определяет ее высоту Z_i. В большинстве случаев при трансформировании снимков используется цифровая модель местности в виде матрицы высот, представляющей собой регулярную сетку квадратов на местности, стороны которых параллельны осям X и Y системы координат объекта 0XYZ. Координаты и высоты узлов сетки квадратов определены в системе координат объекта.

Для формирования ЦМР в виде матрицы высот, в большинстве случаев, используют цифровые модели рельефа, созданные в результате стереофотограмметрической обработки снимков или по уже существующим топографическим картам.

Определение значения Z_i по ЦМР в виде матрицы высот выполняется методом билинейного интерполирования (рис.3.2).

Рис.3.2

На рис.3.3 D X = X_i - X₁, а DY= Y_i - Y₁, где X₁ и Y₁ - координаты узла 1 цифровой модели рельефа.

Высота точки Z_i вычисляется по формуле:

, (3.3)

в которой:

.

б) По координатам X_i, Y_i, Z_i и значениям элементов внутреннего и внешнего ориентирования снимка вычисляются координаты х,у соответствующей точки на исходном цифровом снимке в системе координат снимка Sхуz.

Вычисления производятся по формулам:

, (3.4)

в которых

.

По координатам х,у и значениям параметров внутреннего ориентирования цифрового изображения определяют координаты точки снимка в системе координат цифрового изображения о_сх_су_с.

Затем по координатам х_С и у_С вычисляются пиксельные координаты точки

.

в) По значениям пиксельных координат x_p,y_p точки цифрового изображения снимка, находят ближайшие к этой точке четыре пикселя цифрового изображения снимка. А затем, методом билинейной интерполяции, определяют значение оптической плотности D_i или цвета соответствующего пикселя матрицы цифрового трансформированного изображения. При этом значение величин х_p,y_p в формулах (3.3) определяют по формулам:

.

г) Полученное значение плотности (цветности) придают пикселу в матрице трансформированного изображения.

д) Перемещаясь последовательно по матрице вдоль строк от пиксела к пикселу, компьютер выполняет, вышеописанные операции, и, таким образом формирует трансформированное изображение.