Разработка математической модели и технологии цифрового ортотрансформирования аэрофотоснимков с использованием матрицы обобщенных поправок

• Автор: Белошапкин, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 05.24.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ
1Л История вопроса
1.2 Применение цифровых методов в фотограмметрии
1.3 Проблемы цифрового ортотрансформи-рования аэрофотоснимков
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ МЕТОДИКИ ЦИФРОВОГО ОРТОТРАНСФОРМИРОВАНИЯ АЭРОФОТОСНИМКОВ
2.1 Выбор систем координат и условных обозначений
2.2 Методы оптимизации вычислительного процесса цифрового
ортотрансформирования аэрофотоснимков
2.3 Разработка методики формирования матрицы обобщенных поправок
2.4 Математическая модель цифрового ортотрансформирования по матрице обобщенных поправок
2.5 Формирование цифровой модели рельефа
2.6 Автоматизация фотограмметрических измерений
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
3.1 Результаты вычислительных экспериментов
3.1.1 Результаты испытаний автомата-коррелятора
3.1.2 Результаты испытаний алгоритма ортотрансформирования по матрице обобщенных поправок
3.1.3 Результаты тестирования точности ортотрансформирования методом МОП
3.2 Пакет программ ОпйоРЬоЩ-БОЗ
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Технические возможности современных систем сбора и обработки данных позволяют по новому подойти к решению ряда традиционных задач фотограмметрии. К существенным особенностям таких систем следует отнести возможности обработки цифровых аэрофотоснимков высокого разрешения, в том числе цветных, выполнение сложных вычислений в реальном времени, развитые средства пользовательского интерфейса, возможность реализации фотограмметрической технологии на настольном компьютере. Быстрый рост . производительности персональных ЭВМ и телекоммуникационных систем в последние годы привел к образованию инфраструктуры для широкого внедрения технологий цифровых ЕИС в различных отраслях производства и управления.
Тем не менее, средства обновления информации в ГИС остаются недоступными для большинства пользователей из-за высокой стоимости существующих технологий фотограмметрической обработки аэрофотоснимков, ориентированных на аппаратные платформы класса Workstation или Mainframe. Поэтому разработка современной технологии цифрового ортотрансформирования для персонального компьютера на основе комплексного анализа методов оптимизации является актуальной задачей цифровой фотограмметрии.
Теоретические основы ортотрансформирования аэрофотоснимков детально разработаны в трудах отечественных и зарубежных ученых А. Н. Лобанова, И. Г. Журкина, А. П. Гука, А. В. Чекалина, Г. Конекни и др. [1,2,14,21,30,31,32,44,45,3,4,5]. В то же время, реализация
современной технологии цифрового ортотрансформирования для настольной ГИС требует дополнительных исследований.
Цель настоящей диссертационной работы состоит в разработке теории, методов и программного обеспечения для получения высококачественных цифровых ортоснимков и моделей рельефа, рассчитанного на широкое применение в составе настольной ГИС на базе персонального компьютера.
Для достижения поставленной цели:
- выполнен анализ проблемы цифрового ортотрансформирования снимков и рассмотрены факторы, влияющие на взаимосвязь координат точек исходного снимка и цифрового ортоснимка с точки зрения сквозной оптимизации вычислительного процесса;
- разработана математическая модель цифрового
ортотрансформирования, основанная на использовании матрицы обобщенных поправок (МОП);
- разработан алгоритм быстрого ортотрансформирования аэрофотоснимков и автоматизированная технология их цифровой обработки, включающая в себя фотограмметрические измерения по стереопаре в полуавтоматическом и автоматическом режимах, построение модели и формирование ЦМР, получение цветных ортоснимков высокого разрешения;
- разработана новая методика автоматизированного поиска соответственных точек на цифровых стереопарах с использованием эквивалентных хроматических координат для цветных изображений.
Научная новизна выполненной работы состоит в том, что форма представления цифровой модели рельефа (ЦМР) выбирается таким образом, чтобы общее количество вычислений в процессе формирования ЦМР и ортотрансформирования было минимальным. Для этого на основе

2.2 Методы оптимизации вычислительного
процесса цифрового ортотрансформирования аэрофотоснимков.
Вычислительный процесс обратного ортотрансформирования цифрового изображения сводится к определению координат (хс],ус1) исходного цифрового изображения, соответствующих координатам (хо,У0) текущего пиксела выходного ортоснимка, и переносу значений яркости или цвета в точке (х,у) в точку (х0,у0). Обе системы определены как системы координат цифрового изображения. Пусть связь между координатами ортоснимка и исходного снимка определяется влиянием п факторов, среди которых обычно выделяют элементы ориентирования, рельеф местности, дисторсию объектива, атмосферную рефракцию и т. д. Если известны математические модели влияния этих факторов, то можно записать оператор ортотрансформирования в виде Т = Г1Г2 где Ц - оператор поправки за влияние / фактора, при этом
М=т(Н (2.1.1)
уц! Уо)
Поставим задачу сквозной оптимизации обратного цифрового ортотрансформирования как отыскание приближения Т оператора Т, удовлетворяющего условию минимального количества алгебраических операций при достаточной точности.
Так как цифровые изображения не являются аналитическими функциями, определим понятие достаточной точности цифрового трансформирования. Будем считать, что значения яркости или цвета определены для центров пикселов цифрового изображения. В других точках эти значения можно определить путем интерполяции, которая